Piretroides

Los piretroides son insecticidas sintéticos que se basan en los principales ingredientes activos del insecticida natural piretro . No es posible una definición basada únicamente en la estructura química. Debería ser posible derivar la estructura de un piretroide a partir de una de las piretrinas naturales y sus propiedades biológicas corresponderían esencialmente a las de los piretroides conocidos. Los piretroides son típicos de su rápida eficacia (" derribo ") incluso en dosis bajas, su baja toxicidad para los animales de sangre caliente , su lipofilia y su baja presión de vapor . Los piretroides son más baratos y se pueden producir en mayores cantidades que el piretro, y suelen ser más eficaces. Algunos piretroides son fotoestables y, por lo tanto, tienen una vida relativamente larga.

historia

Pyrethrin I, modelo para los piretroides

Los componentes efectivos del piretro fueron determinados alrededor de 1924 por Leopold Ružička y Hermann Staudinger . Aclararon en gran medida la estructura de las piretrinas eficaces y produjeron los primeros derivados sintéticos. Los piretroides producidos comercialmente se pueden asignar a cuatro generaciones diferentes, dependiendo del tiempo de desarrollo.

Estructura de la aletrina I (R = −CH ₃ ), el primer piretroide y la aletrina II (R = −COOCH ₃ )

Sólo la aletrina I , sintetizada por primera vez en 1949 y comercializada en 1954 por la empresa japonesa Sumitomo Chemical , cuya estructura sigue siendo muy similar a la piretrina I, pertenece a la primera generación . Se descompone muy rápidamente cuando se expone a la luz y la síntesis es compleja. La aletrina I es menos eficaz que las piretrinas naturales contra la mayoría de los insectos. Una segunda generación de piretroides llegó 1965-1973 con tetrametrina , resmetrina , bioresmetrina , bioaletrina y fenotrina al mercado. Algunos ingredientes activos de esta segunda generación fueron 20 veces (resmetrina) o 50 veces (bioresmetrina) más efectivos que el piretro. El fenvalerato y la permetrina son ingredientes activos de la tercera generación de piretroides. Debido a su fotoestabilidad mejorada, fueron los primeros ingredientes activos piretroides que se utilizaron en la agricultura.

Flucitrinato

Todos los principios activos que salieron al mercado posteriormente pertenecen a la cuarta generación, que incluye, por ejemplo, bifentrina , cipermetrina , ciflutrina , deltametrina , flucitrinato y praletrina . El avance económico de los piretroides se produjo con la introducción de compuestos fotoestables para la agricultura. En 1976 se vendieron en el mercado mundial piretroides con un valor de venta al público de 10 millones de dólares EE.UU., y en 1983 fue de 630 millones de dólares EE.UU. Este éxito comercial se basó casi en su totalidad en fenvalerato , deltametrina , cipermetrina y permetrina . El número de piretroides sintetizados hasta ahora a escala de laboratorio se estima en alrededor de 1.000.

Michael Elliott del British Rothamsted Research , cuyo grupo desarrolló bioresmetrina y resmetrina en la década de 1960 y más tarde deltametrina, cipermetrina y permetrina en la década de 1970, jugó un papel importante en el desarrollo .

Estructuras químicas

Aletrina I, un éster que consta de ácido de crisantemo (rojo) y el residuo de alcohol aletrolona (azul)

Las piretrinas de origen natural y la mayoría de los piretroides son ésteres de un componente ácido y un residuo alcohólico. Las moléculas suelen tener uno o más centros de quiralidad , lo que significa que los enantiómeros o diastereómeros que se pueden distinguir son casi siempre de diferente eficacia. La aletrina es, por ejemplo, el éster del alcohol racémico aletrolona con ácido cis / trans - crisantemo racémico . Para la producción de bioaletrina mucho más eficaz , solo se utiliza ácido (1 R ) - trans- crisantemo con una estructura idéntica . Lo mismo se aplica a la ( S ) -bioaletrina, que también consta únicamente del enantiómero ( S ) de la aletrolona.

Componentes de algunos piretroides tempranos, todos con residuos de ácido de crisantemo (rojo)

En la búsqueda de nuevos principios activos, inicialmente se retuvo el residuo ácido del crisantemo y se varió el componente alcohólico. Por ejemplo, ha sido reemplazado por un radical 3,4-dimetilbencilo (dimetrina), furil (resmetrina) o derivados de ftalimida (tetrametrina). A principios de la década de 1970, el residuo de alcohol fue reemplazado por un grupo 3-fenoxibencilo , en el que la efectividad se puede aumentar significativamente agregando un grupo ciano en la posición α ( cifenotrina y otros).

Insertando un grupo dicloro, dibromo o difluorovinilo en el residuo de ácido de crisantemo, se podrían producir piretroides fotoestables tales como permetrina, deltametrina y cipermetrina. La sustitución del ácido de crisantemo por derivados del ácido fenilacético también dio lugar a productos fotoestables, como fue el caso del fenvalerato.

Propiedades fisicoquímicas

Los piretroides son altamente lipofílicos, su coeficiente de reparto logarítmico octanol-agua está en el rango de 4.2 (tetrametrina) a 8.6 (flumetrina). La solubilidad en agua es de baja a muy baja con 5 mg / l (tetrametrina) a 0,0003 mg / l (flumetrina).

Modo de acción

Al igual que el piretro, los piretroides son venenos de contacto que bloquean irreversiblemente los canales de sodio dependientes del voltaje en las membranas nerviosas para que no puedan volver a cerrarse desde el estado abierto. Por regla general, actúan muy rápidamente contra casi todos los insectos. El efecto se produce más rápidamente con los piretroides menos lipofílicos que con los altamente lipofílicos. Los piretroides no son beneficiosos para los organismos benéficos. Sin embargo, también tienen un efecto vergonzoso , lo que significa que, por ejemplo, no entra en juego su alta toxicidad para las abejas en la naturaleza. También son muy tóxicos para peces, anfibios y reptiles.

Al bloquear los canales de sodio, se produce una parálisis espástica ( parálisis ) de los insectos y un efecto inmovilizador rápido, que se produce antes de la muerte y se llama " derribo ".

Resistencias

La resistencia a los piretroides se debe principalmente al aumento de la producción de enzimas degradantes como las esterasas y las oxidasas de "función mixta" . A una alta actividad de estas enzimas, también algunos otros insecticidas como el DDT , los organofosforados y los carbamatos se degradan más rápido, esto se llama resistencia cruzada . Los sinergistas como el butóxido de piperonilo de uso frecuente interrumpen la degradación enzimática de los piretroides. Esto mejora su eficacia y dificulta el desarrollo de resistencias. Al desarrollar nuevos ingredientes activos, se intenta reducir la degradabilidad enzimática adaptando la estructura molecular. Algunos insecticidas de otras familias de ingredientes activos se convierten primero en su forma "activa" mediante esterasas y oxidasas. Muestran una "resistencia cruzada negativa", es decir, tienen un efecto más fuerte sobre las cepas de insectos resistentes a los piretroides que sobre las no resistentes.

También se puede adquirir resistencia a los piretroides si se cambia la proteína en el canal de sodio de la célula nerviosa. Se conocen varios cambios en la subunidad α de la proteína del canal (proteína VGSC) causados por mutaciones , que ocurren individualmente o juntos y conducen a una insensibilidad al piretroide. Dado que la inhibición del canal de sodio desencadena una rápida inmovilización de los insectos a través de la parálisis espástica, que se conoce como " derribo ", las resistencias se denominan " resistencia al derribo " (abreviado kdr ). Mientras que las mutaciones individuales reducen la sensibilidad a todos los piretroides en un factor de 20 a 50, otras mutaciones, también conocidas como " super-kdr ", pueden aumentar la tolerancia a ciertos piretroides de tipo I en un factor de 500. Estas mutaciones, por otro lado, aumentan la susceptibilidad a otras dos clases de insecticidas, las N -alquilamidas y los dihidropirazoles. Sin embargo, la forma más común de resistencia es ahora una combinación de tres mutaciones puntuales (M815I, T917I, L920F), que se están volviendo cada vez más comunes. En 2010–2012, estas mutaciones se encontraron en 33–100% de los piojos en California, Florida y Texas, 97% en Canadá y 98,7% en París.

usar

medicamento

Los piretroides son ingredientes activos insecticidas en preparados contra los piojos . En Alemania, la aletrina y la permetrina son ingredientes activos de preparados aprobados contra los piojos de la cabeza , los piojos del fieltro y los piojos de la ropa , así como contra los ácaros del picor ( sarna ). Desde 2004, también se aprobó allí una pomada que contiene permetrina para el tratamiento de la sarna. En un estudio realizado en Gales, los piojos encontraron resistencia o disminución de la eficacia de los piretroides en el 82% de los casos . Un estudio israelí también informó una resistencia generalizada a los piretroides en los piojos de la cabeza. Según el Instituto Robert Koch , estos resultados no se pueden transferir directamente a Alemania, donde hasta ahora solo han aparecido unos pocos piojos resistentes.

Control de vectores

Algunos estados requieren que se apliquen insecticidas al interior de las aeronaves que llegan para evitar la introducción de vectores de enfermedades . Para ello, se pulverizan piretroides con efectos a corto plazo (piretrinas, d-fenotrina, resmetrina, biorresmetrina) en el aire de la cabina, sustancias con efectos a largo plazo (permetrina) se utilizan para tratar las superficies.

Los piretroides ahora juegan un papel importante en la lucha contra los mosquitos Anopheles transmisores de la malaria . Sin embargo, no se pueden utilizar (para pulverizar las paredes de la misma forma que la pulverización residual en interiores con DDT English ). Su fuerte efecto repelente evita que los mosquitos se posen en las paredes. Si los mosquitos se posan, quedan aturdidos por el efecto de " derribo ", caen al suelo y, a menudo, se recuperan después de un tiempo. Sin embargo, los piretroides de larga duración se utilizan para impregnar los mosquiteros, que la OMS ha recomendado para combatir la malaria desde 1992.

Medicina Veterinaria

En medicina veterinaria, los piretroides se utilizan para repeler o tratar ectoparásitos en mascotas . Estos incluyen moscas de la cabeza y del sauce, tábanos , pulgas y piojos de los animales , moscas de los piojos , garrapatas , varios ácaros , moscas del pelo y de las plumas . En Alemania, la ciflutrina , la cipermetrina , la deltametrina , la flumetrina y la permetrina son medicamentos aprobados actualmente ; en el pasado, también era fenvalerato y flucitrinato. Para los animales productores de alimentos, la cipermetrina, la cihalotrina , la ciflutrina, la deltametrina, la flumetrina, el fenvalerato y la permetrina están permitidas en la UE de acuerdo con el anexo 1 del Reglamento (CEE) nº 2377/90 sobre niveles máximos de residuos de medicamentos veterinarios en los alimentos .

La cipermetrina y la deltametrina tienen un efecto especialmente duradero y, por lo tanto, se utilizan de forma preventiva como ingredientes activos en etiquetas o collares repelentes de insectos. Contra el ácaro varroa en las abejas melíferas, se cuelgan tiras empapadas en fluvalinato o flumetrina en las colmenas. En la piscicultura, la cipermetrina se puede utilizar contra los piojos del salmón y los peces .

Existen restricciones sobre el uso de piretroides en gatos porque son más difíciles de descomponer que muchas otras especies animales. Por lo tanto, los gatos son particularmente susceptibles a la intoxicación por piretroides, que suele ser fatal para ellos.

Plan de proteccion

Un campo de aplicación principal de los piretroides es contra las orugas en el cultivo del algodón . Los piretroides continúan utilizándose contra una amplia variedad de plagas de insectos; Las excepciones son los insectos lanudos y escamosos , que se protegen bien, así como las especies de ácaros fitopatógenos poco sensibles.

En Alemania, la cantidad total de piretroides utilizados como plaguicidas es baja. En 2001, con 52  toneladas, solo alrededor del 0,8% de los insecticidas utilizados en la protección de cultivos eran piretroides. Debido a su alta efectividad, solo se requieren dosis de aplicación de 10 a 200 g de ingrediente activo por hectárea , lo que es significativamente menor que con la mayoría de los otros insecticidas.

En Alemania y Austria, la alfa- y zeta-cipermetrina, el esfenvalerato , la deltametrina y la lambda-cihalotrina están aprobados para una gama relativamente amplia de usos, especialmente en el cultivo de cereales y colza . El uso de cipermetrina está permitido en Austria y Suiza. En Suiza, además de alfa- y zeta-cipermetrina y deltametrina y bifentrina y cipermetrina, ingredientes activos plaguicidas permisibles de alta cis . Las áreas de aplicación pueden ser diferentes: la ciflutrina está aprobada en Alemania contra la polilla de la manzana, en Suiza contra las plagas de almacenamiento y en Austria para una variedad de aplicaciones agrícolas. La teflutrina y la beta-ciflutrina son componentes de tratamientos de semillas aprobados en Alemania y Austria .

Control de plagas y hogares

En 2000, las empresas miembros de la Asociación de la Industria Agrícola, que cubren alrededor del 70% del mercado, vendieron 2,7 t de piretroides para "uso doméstico" en Alemania. Además, hay alrededor de 2,6 t de permetrina al año, que se utilizan para equipar alfombras de lana contra los daños causados ​​por polillas y escarabajos.

Los piretroides que se han utilizado en los hogares tienen una vida muy larga y representan una contaminación persistente. La permetrina solo se degrada en un 10% en 112 días, y se han observado cursos similares para la cipermetrina.

toxicología

Los piretroides se absorben solo parcialmente a través del sistema digestivo, su absorción a través de la piel es muy baja y por lo tanto ocurre principalmente a través de la respiración. Los piretroides reabsorbidos se descomponen en gran medida en el cuerpo en unas pocas horas o días por las esterasas y monooxigenasas . Es posible una acumulación en el tejido adiposo, allí la vida media para la degradación es de hasta 30 días.

La toxicidad aguda de los piretroides en animales de sangre caliente es baja en comparación con los insecticidas de los grupos de organofosforados y compuestos organoclorados . La DL ₅₀ en ratas para piretroides está entre 100 y 5000 mg / kg de peso corporal. El envenenamiento agudo en humanos ocurre raramente. Después de la ingestión, aparecen náuseas, vómitos o diarrea en un plazo de 10 a 60 minutos. Si se ha absorbido una cantidad significativa, el paciente sufrirá alteraciones de la conciencia y convulsiones durante unos días. Es posible que se produzcan daños permanentes en los nervios después de una intoxicación aguda. El contacto directo de la piel con sustancias puras o superficies muy contaminadas con ellas puede provocar parestesia local en unos pocos minutos a unas pocas horas . Las terminaciones nerviosas sensibles de la piel se irritan y causan hormigueo, ardor o picazón que dura aproximadamente un día. Los niños generalmente reaccionan más fuertemente al contacto de la piel con piretroides debido a su piel más sensible.

Permetrina (piretroide de tipo I)

Los piretroides de tipo I (sin un grupo alfa-ciano) y los piretroides de tipo II (con un grupo alfa-ciano) difieren en términos de sus efectos agudos. En experimentos con animales, el tipo I conduce al "síndrome T", llamado así por el temblor que se produce . En el "síndrome T" también se observan ataxia , aumento de la excitabilidad e hipersensibilidad a los estímulos.

Cipermetrina (piretroide de tipo II)

Los piretroides de tipo II causan un "síndrome de CS", que recibe su nombre de los síntomas característicos de coreo - atetosis (movimientos lentos involuntarios) y salivación . Aquí también se producen temblores fuertes y convulsiones clónicas.

En experimentos con animales, los piretroides no mostraron efectos embriotóxicos o teratogénicos . La Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (EPA) ha clasificado a la permetrina como un carcinógeno probable si se ingiere por vía oral . Esto se hizo sobre la base de estudios reproducibles con ratones que desarrollaron tumores de pulmón e hígado después de alimentarse con permetrina.

Varios piretroides actúan como disruptores endocrinos , especialmente receptores de andrógenos . En conejos, se ha encontrado que la cipermetrina se une al receptor de testosterona y, por lo tanto, daña el desarrollo sexual masculino y el sistema inmunológico. La permetrina también puede unirse al receptor de testosterona, pero en altas concentraciones puede actuar como estrógeno . El fenvalerato inhibe la función de las hormonas tiroideas en ratones.

Comportamiento ambiental

Los piretroides no se acumulan a través de la cadena alimentaria . Los residuos en los alimentos son el resultado de la contaminación directa.

prueba

Dado que los piretroides se encuentran entre los insecticidas más tóxicos para los organismos acuáticos, es necesario un método de detección analítica para las aguas superficiales, que es muy sensible, p. Ej. H. hasta el rango de picogramos por litro.

Otros métodos de detección se basan, por ejemplo, en determinar las concentraciones de metabolitos en muestras de orina o polvo doméstico .

enlaces web

• Piretroides en el medio ambiente - hoja informativa del Ecotox Center

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