Альдрин — это хлорорганический инсектицид , который широко использовался до 1990-х годов, когда он был запрещен в большинстве стран. Альдрин входит в так называемую группу пестицидов «классических хлорорганических соединений» (COC). COC пользовались очень резким ростом популярности во время и после Второй мировой войны . Другие заслуживающие внимания примеры COC включают дильдрин и ДДТ . [3] После того, как исследования показали, что органохлорированные соединения могут быть очень токсичными для экосистемы посредством биоаккумуляции , большинство из них были запрещены к использованию. До запрета он широко использовался в качестве пестицида для обработки семян и почвы. Альдрин и родственные ему «циклодиеновые» пестициды (термин для пестицидов, полученных из гексахлорциклопентадиена ) стали печально известны как стойкие органические загрязнители . [4]
Чистый альдрин имеет форму белого кристаллического порошка. Хотя он не растворяется в воде (растворимость 0,003%), альдрин очень хорошо растворяется в органических растворителях, таких как кетоны и парафины . [5] Альдрин очень медленно распадается после попадания в окружающую среду. Хотя он быстро превращается в дильдрин растениями и бактериями, дильдрин сохраняет те же токсические эффекты и медленный распад альдрина. [6] Альдрин легко переносится по воздуху частицами пыли. Альдрин не реагирует со слабыми кислотами или основаниями и стабилен в среде с pH от 4 до 8. Он легко воспламеняется при воздействии температур выше 200 °C [7] В присутствии окислителей альдрин реагирует с концентрированными кислотами и фенолами.
Альдрин не образуется в природе. Он назван в честь немецкого химика Курта Альдера , одного из изобретателей этого типа реакции. Альдрин синтезируется путем объединения гексахлорциклопентадиена с норборнадиеном в реакции Дильса-Альдера с получением аддукта. [8] В 1967 году сообщалось, что состав технического альдрина состоит на 90,5% из гексахлоргексагидродиметанонафталина (HHDN). [6]
Аналогично, изомер альдрина, известный как изодрин , производится путем реакции гексахлорноборнадиена с циклопентадиеном . [9] Изодрин также производится как побочный продукт синтеза альдрина, причем технический альдрин содержит около 3,5% изодрина. [6]
По оценкам, в период с 1946 по 1976 год было произведено 270 миллионов килограмм альдрина и связанных с ним циклодиеновых пестицидов. [10] Предполагаемый объем производства альдрина в США достиг пика в середине 1960-х годов и составил около 18 миллионов фунтов в год, а затем снизился. [11]
Существует несколько доступных форм альдрина. Одной из них является изомер изодрин , который не встречается в природе, но должен быть синтезирован, как альдрин. Когда альдрин попадает в организм человека или окружающую среду, он быстро превращается в дильдрин . Деградация под воздействием ультрафиолетового излучения или микробов может преобразовать дильдрин в фотодильдрин , а альдрин в фотоальдрин . [6]
Хотя было обнаружено множество токсических эффектов альдрина, точные механизмы, лежащие в основе токсичности, еще предстоит определить. Единственный токсичный процесс, вызванный альдрином, который в значительной степени изучен, — это нейротоксичность.
Одним из эффектов, которые вызывает интоксикация алдрином, является нейротоксичность . Исследования показали, что алдрин стимулирует центральную нервную систему (ЦНС) , что может вызвать перевозбуждение и судороги . [12] Это явление оказывает свое действие посредством двух различных механизмов.
Один из механизмов использует способность альдрина ингибировать мозговые кальциевые АТФазы . [13] Эти ионные насосы освобождают нервные окончания от кальция, активно выкачивая его. Однако, когда альдрин ингибирует эти насосы, внутриклеточный уровень кальция повышается. Это приводит к усиленному высвобождению нейротрансмиттера .
Второй механизм использует способность альдрина блокировать активность гамма-аминомасляной кислоты (ГАМК) . [14] ГАМК является основным тормозным нейротрансмиттером в центральной нервной системе. Альдрин вызывает нейротоксические эффекты, блокируя комплекс рецептора ГАМК А -хлоридного канала. Блокируя этот рецептор, хлорид не может перемещаться в синапс, что предотвращает гиперполяризацию нейронных синапсов. Поэтому синапсы с большей вероятностью генерируют потенциалы действия.
Метаболизм перорального воздействия альдрина не изучался у людей. Однако исследования на животных способны предоставить обширный обзор метаболизма альдрина. Эти данные могут быть соотнесены с людьми.
Биотрансформация альдрина начинается с эпоксидирования альдрина оксидазами со смешанными функциями ( CYP-450 ), [15] что образует дильдрин. Это преобразование происходит в основном в печени. Ткани с низкой экспрессией CYP-450 используют вместо этого простагландин-эндопероксидсинтазу (PES) . [16] Этот окислительный путь бисдиоксигенизирует арахидоновую кислоту в простагландин G 2 (PGG 2 ) . Впоследствии PGG 2 восстанавливается до простагландина H 2 (PGH 2 ) гидропероксидазой.
Дильдрин затем может быть напрямую окислен цитохромоксидазами, что образует 9-гидроксидильдрин. Альтернатива окислению включает открытие эпоксидного кольца эпоксидгидразами, что образует продукт 6,7-транс-дигидроксидигидроальдрин. [17] Оба продукта могут быть конъюгированы с образованием 6,7-транс-дигидроксидигидроальдрин глюкуронида и 9-гидроксидильдрин глюкуронида соответственно. 6,7-транс-дигидроксидигидроальдрин также может быть окислен с образованием альдриндикарбоновой кислоты. [18] [19]
Учитывая токсикокинетику альдрина в окружающей среде, была определена эффективность соединения. Кроме того, продемонстрированы неблагоприятные эффекты после воздействия альдрина, что указывает на риск, связанный с соединением.
Способность альдрина, используемого для борьбы с термитами, изучается с целью определения максимального ответа при применении. В 1953 году американские исследователи испытали альдрин и дильдрин на территориях с крысами, известными как переносчики клещей , в норме 2,25 фунта на акр (2,52 кг/га). Обработка альдрином и дильдрином продемонстрировала снижение в 75 раз количества клещей на крысах для территорий, обработанных дильдрином, и в 25 раз меньше количества клещей на крысах при обработке альдрином. Обработка альдрином показывает высокую производительность, особенно по сравнению с другими инсектицидами, которые использовались в то время, такими как ДДТ , сера или линдан . [20]
Воздействие альдрина на окружающую среду приводит к локализации химического соединения в воздухе, почве и воде. [6] Альдрин быстро превращается в дильдрин, и это соединение медленно распадается, что объясняет концентрацию альдрина в окружающей среде вокруг первичного воздействия и в растениях. [21] Эти концентрации также можно обнаружить у животных, которые едят загрязненные растения или животных, которые находятся в загрязненной воде. Это биоусиление может привести к высокой концентрации в их жире.
Сообщалось о некоторых случаях, когда у рабочих развивалась анемия после многократного воздействия дильдрина. Однако основное неблагоприятное воздействие альдрина и дильдрина связано с центральной нервной системой. [6] Считалось, что накопленные уровни дильдрина в организме приводят к судорогам . [22] Кроме того, сообщалось о других симптомах, таких как головные боли, тошнота и рвота, анорексия, мышечные подергивания и миоклонические подергивания, а также искажения ЭЭГ . Во всех этих случаях устранение источника воздействия альдрина/дильдрина приводило к быстрому выздоровлению. [23]
Токсичность альдрина и дильдрина определяется по результатам нескольких исследований на животных. Сообщений о значительном увеличении смертности рабочих в связи с альдрином не обнаружено, хотя в некоторых случаях сообщалось о смерти от анемии после многократного воздействия альдрина. Иммунологические тесты связывали антигенную реакцию с эритроцитами, покрытыми дильдрином, в этих случаях. [24] Прямые зависимости доза-реакция, являющиеся причиной смерти, еще предстоит изучить.
NOAEL , полученный в ходе исследований на крысах: [6]
В дополнение к этим исследованиям были проведены исследования риска рака груди, которые продемонстрировали значительное увеличение риска рака груди. После сравнения концентрации в крови с количеством лимфатических узлов и размером опухоли был определен 5-кратный более высокий риск смерти, сравнивая самый высокий квартиль в исследовании с самым низким квартильным диапазоном. [25]
Большинство исследований на животных, проведенных с альдрином и дильдрином, проводились на крысах. Высокие дозы альдрина и дильдрина продемонстрировали нейротоксичность , но в многочисленных исследованиях на крысах также была выявлена уникальная чувствительность печени мышей к гепатоканцерогенности, вызванной дильдрином . [26] Кроме того, крысы, обработанные альдрином, продемонстрировали повышенную постнатальную смертность, при этом взрослые особи показали повышенную восприимчивость к соединениям по сравнению с детьми у крыс. [27]
Как и родственные полихлорированные пестициды, альдрин является высоколипофильным. Его растворимость в воде составляет всего 0,027 мг/л, что усугубляет его стойкость в окружающей среде. Он был запрещен Стокгольмской конвенцией о стойких органических загрязнителях . В США альдрин был отменен в 1974 году. Вещество запрещено к использованию для защиты растений ЕС . [ 28]
Олдрин имеет крысиную LD 50 от 39 до 60 мг/кг (перорально у крыс). Однако для рыб он чрезвычайно токсичен, с LC 50 от 0,006 до 0,01 для форели и синежаберника . [4]
В США альдрин считается потенциальным профессиональным канцерогеном Управлением по охране труда и промышленной гигиене и Национальным институтом охраны труда ; эти агентства установили предел профессионального воздействия для дермального воздействия на уровне 0,25 мг/м 3 в течение восьмичасового средневзвешенного по времени периода. [29] Кроме того, предел IDLH был установлен на уровне 25 мг/м 3 на основе данных об острой токсичности у людей, на которые субъекты реагировали судорогами в течение 20 минут после воздействия. [30]
В Соединенных Штатах он классифицируется как чрезвычайно опасное вещество , как определено в разделе 302 Закона США о планировании действий в чрезвычайных ситуациях и праве общества на информацию (42 USC 11002), и подлежит строгим требованиям отчетности со стороны предприятий, которые производят, хранят или используют его в значительных количествах. [31]