Токсиколого-гигиеническая характеристика веществ группы хлорацетанилидов (обзор литературы)

Введение

Согласно прогнозу Всемирной организации здравоохранения, население планеты к 2037 г. составит 9 млрд человек. Очевидно, что для удовлетворения потребности населения в продуктах питания требуется интенсификация их производства агропромышленным комплексом (АПК), что ведёт к расширению использования и производства химических средств защиты растений (ХСЗР) – пестицидов. Термин «пестициды» определён Федеральным законом № 109-ФЗ «О безопасном обращении с пестицидами и агрохимикатами», в котором указано, что это вещества или смесь веществ, в том числе используемые в качестве регуляторов роста растений, феромонов, дефолиантов, десикантов и фумигантов, и препараты химического или биологического происхождения, предназначенные для борьбы с вредными организмами¹.

Многие отечественные и зарубежные исследования описывают эффективность использования пестицидов [1]: они помогают предотвратить потенциальные потери урожая, связанные с насекомыми-вредителями, сорными растениями, грибковыми поражениями и заболеваниями культур, что способствует получению устойчивых урожаев сельскохозяйственных культур и повышению качества продукции.

Наиболее используемыми в мире группами ХЗСР являются гербициды, фунгициды и инсектициды (45; 28 и 27% в структуре мирового рынка ХСЗР соответственно) [2, 3]. В Российской Федерации наибольший процент зарегистрированных препаратов – гербициды (60% согласно Государственному каталогу по состоянию на 02.12.2024 г.)². Их использование во многом облегчает ручную уборку сорных растений, а чаще заменяет её, что позволяет повысить урожайность культур. Замена ручного труда гербицидами при уборке сорных растений стала выходом для аграриев во время пандемии COVID-19 [4].

Среди гербицидов по времени внесения выделяют предпосевные, довсходовые и послевсходовые. Хорошую биологическую эффективность показали довсходовые гербициды на основе производных хлорацетанилидов [5–7]. Кроме того, в настоящее время на территории Российской Федерации активно используются, производятся и планируются к производству препараты на основе некоторых производных хлорацетанилидов. Их используют на основных сельскохозяйственных культурах против однолетних злаковых и некоторых двудольных сорных растений.

Важно, что применение пестицидов может нанести серьёзный вред здоровью работающих и населения, а также объектам окружающей среды³. Поэтому использование и производство химических средств защиты растений в сельском хозяйстве возможно лишь после всестороннего токсиколого-гигиенического изучения и гигиенической регламентации, а также оценки рисков воздействия на здоровье работающих и населения.

Для разработки, актуализации гигиенических нормативов и расчёта рисков воздействия ксенобиотиков на работающих и население требуются данные о токсичности при всех путях поступления в острых, подострых, субхронических и хронических экспериментах с обязательным изучением отдалённых эффектов.

Настоящий обзор подготовлен с целью изучения токсических свойств веществ группы хлорацетанилидов, выявления пробелов в материалах открытой печати и обоснования необходимости дополнительных экспериментальных исследований.

Токсикологическую оценку, в том числе анализ отдалённых и специфических эффектов, провели на основе данных научной литературы международных и национальных информационных ресурсов (Codex Alimentarius, FAO/WHO, Extoxnet, Scopus, Web of Science, MedLine, PubMed, eLIBRARY.RU, CyberLeninka, Springer Nature Link), а также заключительных отчётов Европейского агентства по безопасности продуктов питания (EFSA).

Хлорацетанилиды

Известно, что хлорацетанилиды (хлорацетамиды) являются рацемической смесью R- и S-энантиомеров. При этом, по разным оценкам, примерно 30% зарегистрированных в настоящее время активных ингредиентов продаются в виде рацемических смесей энантиомеров пестицидов [8–10]. Кроме того, с 2015 г. наблюдается значительный рост производства хиральных пестицидов, и эта тенденция, вероятно, сохранится [11].

Наличие двух энантиомеров определяет биологическую эффективность, но одновременно может приводить к неблагоприятным эффектам для нецелевых организмов [12], поскольку в большинстве случаев только один из энантиомеров (чаще всего наибольшей эффективностью обладает S-энантиомер) хирального пестицида отвечает за активность против целевого вредителя. Причина состоит в том, что молекулярная мишень пестицида – фермент или биологический рецептор, активные центры которых также являются хиральными [4, 12]. Однако в хиральных средах, как физических (плоскополяризованный свет), так и химических (растворители, реагенты или катализаторы), поведение рацематов будет различным [10, 13], что может стать одной из причин некоторых различий в токсическом действии хлорацетанилидов.

По классификации механизмов действия веществ с гербицидной активностью HRAC (Herbicide Resistance Action Comittee) [14] и WSSA (Weed Science Society of America) [15] вещества химического класса, обозначенного как α-хлорацетамиды (α-chloroacetamides), относятся к группе 15 (до 2020 г. по HRAC – группа K3), объединяющей ингибиторы синтеза жирных кислот с очень длинной цепью (Inhibition of very long-chain fatty acid synthesis). Общий механизм действия веществ данной группы заключается в ингибировании фермента – инициатора конденсации в системе элонгазы, что предотвращает образование очень длинноцепочечных жирных кислот [16]. Кроме того, их производные могут блокировать синтез других белков и ферментов, подавляя деление и развитие клеток [17].

В данную группу входят такие действующие вещества, как алахлор, ацетохлор, бутахлор, диметенамид, метазахлор, метолахлор, пропизохлор. При этом, по данным Международной сети по борьбе с пестицидами (PAN) [18], на момент подготовки статьи алахлор запрещён к использованию в 117 странах, ацетохлор – в 51 стране, бутахлор – в 39 странах, а метолахлор — в 31 стране. Эти и некоторые другие действующие вещества группы хлорацетанилидов не были включены в странах ЕС в Annex № 1 Директивы 91/414/EEC из-за наличия доказательств генотоксичности и канцерогенности (алахлор, ацетохлор), воздействия родительских соединений и их метаболитов на водную биоту (ацетохлор, диметенамид-рац, метолахлор-рац, С-метолахлор, пропизохлор) и высокой подвижности метаболитов в модели FOCUS (пропизохлор).

В Российской Федерации в Государственном каталоге пестицидов и агрохимикатов⁴ зарегистрированы препараты на основе следующих веществ изучаемой группы: диметенамид-П, метазахлор, С-метолахлор и пропизохлор. В настоящий обзор включены наиболее используемые в мире соединения, разрешённые к применению на территории Российской Федерации, за исключением ацетохлора. Данное соединение включено в обзор, так как представляет интерес его токсикологический профиль. Оно было разрешено к применению во многих странах мира (в том числе и в России) до получения релевантных доказательств канцерогенности родительского соединения и наличия ко-метаболита.

В результате прицельного поиска литературы была найдена работа исследователей [16] сельскохозяйственного университета Чаудхари Чаран Сингх Харьяна (Индия) в журнале Environmental Chemistry Letters. Авторы опубликовали сеть совместного использования ключевых слов, показывающую термины, связанные с токсичностью хлорацетанилидов, диметенамида-рац, имидазолинонов и сульфонилмочевин для различных таксонов (см. рисунок на вклейке).

Необходимо отметить наличие связи между названиями действующих веществ группы хлорацетанилидов и терминами «генотоксичность», «эмбриотоксичность», «канцерогенность», «эндокринный разрушитель», а также терминами, связанными с токсичностью для водной и почвенной биоты. При целенаправленном научном поиске материалов были найдены работы, описывающие указанные выше и другие отдалённые эффекты веществ группы хлорацетанилидов [19–26].

Токсичность хлорацетанилидов

Токсичность соединений изучаемой группы различается [27–33] по показателям острой токсичности и уровням, не оказывающим нежелательный эффект (NOEL⁵) в хронических экспериментах. При этом токсичность рацемических смесей и энантиомеров одинакова, за исключением отдалённых эффектов.

Острая и хроническая токсичность, раздражающее и сенсибилизирующее действие

Наибольшей острой пероральной и хронической токсичностью обладает диметенамид (ЛД₅₀ перорально 379–466 мг/кг массы тела (м.т.)), наименьшей – пропизохлор (ЛД₅₀ перорально 2290–3765 мг/кг м.т.; NOEL крысы (2 года) = 20 мг/кг м.т.; NOEL мыши (18 мес) = 20 мг/кг м.т.; NOEL собаки (1 год) = 5 мг/кг м.т.). При этом все соединения, вошедшие в обзор, обладают сенсибилизирующим потенциалом от слабого до умеренного (классы 3А–3В) в соответствии с Гигиенической классификацией пестицидов и агрохимикатов по степени опасности⁶ (далее – Гигиеническая классификация). Органами-мишенями являются печень и почки (табл. 1).

Отдалённые эффекты

Отдалённые и специфические эффекты веществ изучаемой группы различны (табл. 2). Так, при изучении мутагенных свойств ацетохлора учёные обнаружили повреждение хромосом на уровне доз, вызывающих цитотоксический эффект на культуре лимфоцитов периферической крови. При этом ацетохлор индуцировал повреждения ДНК в гепатоцитах при воздействии больших доз [34, 35]. Исследование мутагенной активности других хлорацетанилидов на стандартных генетических объектах в батарее тестов для учёта генных и хромосомных мутаций в опытах in vivo и in vitro показало отрицательные результаты. Это позволяет оценить другие вещества как не обладающие генотоксическими свойствами.

Канцерогенный потенциал

Канцерогенный потенциал веществ изучаемой группы вызывает опасения в связи с наличием работ [36], описывающих канцерогенный эффект алахлора, ацетохлора, метазахлора, метолахлора и пропизохлора. При этом в заключительных отчётах EFSA [31–35] имеется информация об образовании аденом и карцином желудка, бедренной кости, эпителия носа, мочевого пузыря, печени, лёгких, молочных желёз и щитовидной железы в хронических экспериментах при воздействии не только родительских соединений, но и их метаболитов.

При пероральном введении ацетохлора (47,5 мг/кг м.т.) крысам отмечали аденомы в эпителии носа, опухоли желудка и бедренной кости. У мышей обнаруживали аденомы и карциномы лёгких и гистиоцитарную саркому матки. Предположительно, ацетохлор вызывает повышенную конъюгацию печёночных ферментов, что приводит к компенсаторному повышению уровня тиреотропного гормона и формированию опухолей щитовидной железы. Описано повышение уровня тироксина у фермеров при работе с гербицидами, содержащими ацетохлор [37]. Изучение механизма появления назальных аденом позволило установить, что их возникновение не связано с генотоксическим механизмом (опухоли не метастазировали, не вызывали повреждения ДНК в назальных клетках крыс), а вызвано метаболической активацией пути, где основную роль играет сульфоксидный метаболит, активно аккумулированный в обонятельном эпителии крыс и усиливающий канцерогенное действие родительского соединения.

Также при воздействии метазахлора и пропизохлора обнаруживали опухоли щитовидной железы. При воздействии высоких доз метазахлора (578 мг/кг м.т.) отмечали увеличение частоты возникновения опухолей переходных клеток мочевого пузыря у мышей и аденом печени у крыс, однако эксперты EFSA не признали эти доказательства достаточными. Изучение канцерогенного потенциала пропизохлора у крыс обоего пола показало увеличение частоты доброкачественных опухолей фолликулярных клеток щитовидной железы, увеличение случаев лево- и правосторонних нефропатий, гиперплазии эндометрия и минерализации слизистой оболочки желудка. У самцов возникали единичные опухоли печени, у самок – фиброаденомы молочной железы. Влияние изучаемых веществ на щитовидную железу, молочные железы и репродуктивные органы представляется интересным для изучения воздействия на эндокринную систему в целом.

Имеются доказательства, позволяющие классифицировать некоторые соединения как эндокринный разрушитель. Так, ацетохлор относится к классу опасности 1В в соответствии с МР 1.2.0313–22⁷ (далее – перечень) по влиянию на гипотоламо-гипофизарно-гонадную ось (ГГГ). С-метолахлор включён в перечень по изменению уровней тестостерона, эстрадиола, ФС гормонов и наличию доказательств ускорения полового созревания потомства. Пропизохлор в перечень не включён, но в зарубежной литературе удалось найти работу, описывающую его влияние на выработку кортизола и ингибирование глюкокортикоидных рецепторов в экспериментах in vitro [38].

Тератогенность и эмбриотоксичность

Тератогенность и эмбриотоксичность хлорацетанилидов хорошо изучены. Доказательства тератогенности обнаруживали при воздействии диметенамида и пропизохлора. Так, наблюдалось увеличение среднего процента ранних резорбций и расщепление грудных позвонков в результате тератогенного эффекта диметенамида-рац и п-энантиомера. При этом диметенамид-П оказывал токсическое действие на организм матери (на основании снижения массы тела) при более низкой по сравнению с рацематом дозе. У плодов же диметенамид-рац оказывал тератогенный эффект при воздействии меньшей дозы.

При изучении тератогенного эффекта пропизохлора отмечали нарушение оссификации грудинных позвонков (гиреообразные формы), расщепление люмбальных тел позвонков, асимметрию грудинных тел позвонков, увеличение числа рудиментарных рёбер.

Эмбриотоксичность веществ изучаемой группы различна. Диметенамид, метазахлор и метолахлор не обладают эмбриотоксическим эффектом и относятся к 4-му классу опасности по эмбриотоксичности в соответствии с Гигиенической классификацией. Ацетохлор и пропизохлор таким действием обладают. В доступной литературе представлены исследования, подтверждающие эмбриотоксичность ацетохлора: отмечали снижение массы тела плодов крыс и числа имплантаций при дозах, токсичных для материнского организма (3-й класс). При воздействии пропизохлора у кроликов отмечали снижение числа жёлтых тел, увеличение массы плаценты, дозозависимое увеличение процента выкидышей, у крыс – увеличение массы плаценты [19]. Данное соединение относится ко 2-му классу опасности в соответствии с Гигиенической классификацией.

репродуктивная токсичность

Авторы, изучавшие репродуктивную токсичность веществ данной группы, отмечали снижение массы тела потомства при дозах, токсичных для материнского организма, при воздействии ацетохлора, диметенамида и пропизохлора.

Несмотря на высокую эффективность изучаемых веществ, в открытой печати представлено достаточно данных о негативных эффектах хлорацетанилидов. При этом вещества данной группы обладают отдалёнными эффектами, метаболизируются в организме млекопитающих и объектах окружающей среды до более токсичных метаболитов, в том числе усиливающих повреждающее действие родительских соединений. Но поскольку эти исследования охватывали пероральное поступление веществ, открытым остаётся вопрос о проявлении их токсических свойств изучаемых веществ при других путях поступления. Особенно хотелось бы заострить внимание на ингаляционном пути.

Общеизвестно, что ксенобиотики при вдыхании практически сразу попадают в системный кровоток, минуя потери, связанные с задержкой веществ биологическими мембранами и эффектом пресистемной элиминации, как при поступлении per os. Во-первых, это приводит к тому, что токсикант во время и после всасывания в кровоток малого круга кровообращения сразу транспортируется в ближайшие внутренние органы и может оказывать на них повреждающее действие. Поэтому особое внимание необходимо уделять пневмо-, кардио- и нейротоксическому действию ксенобиотиков. Во-вторых, слабая задержка ксенобиотиков в виде аэрозоля респирабельной фракции (< 5 мкм) биологическими мембранами приводит к тому, что токсическая доза веществ в крови может быть достигнута при относительно низкой концентрации вещества в сравнении с пероральным поступлением. Такие особенности лежат в патогенезе ингаляционных отравлений, поэтому необходимо прицельно оценивать как острую, так и хроническую ингаляционную токсичность всех веществ, которые могут находиться в воздухе при их производстве и применении.

Заключение

Таким образом, вещества изучаемой группы обладают разной токсичностью при остром и хроническом поступлении и приводят к развитию неблагоприятных отдалённых эффектов. При этом хлорацетанилиды, разрешённые к применению на территории Российской Федерации, относятся к 3-му и 4-му классам опасности в соответствии с Гигиенической классификацией за исключением пропизохлора. Данное соединение относится к 3-му классу опасности по канцерогенности, тератогенности, репродуктивной токсичности и ко 2-му – по эмбриотоксичности. Однако стоит учесть, что все исследования в доступной литературе проведены применительно к пероральному поступлению хлорацетанилидов.

Поскольку при производстве и применении пестицидов велика вероятность их попадания в организм работающих и населения через дыхательные пути, а также с учётом ограниченной информации о токсических эффектах при хроническом ингаляционном поступлении, считаем необходимым провести экспериментальные работы по оценке токсических эффектов веществ группы хлорацетанилидов при их многократном ингаляционном поступлении для предотвращения возможного неблагоприятного влияния на состояние здоровья работающих и населения.

¹ Федеральный закон от 19 июля 1997 г. № 109-ФЗ «О безопасном обращении с пестицидами и агрохимикатами». Онлайн-доступ: https://base.garant.ru/11900732 (дата обращения: 09.06.2025 г.).

² «Государственный каталог пестицидов и агрохимикатов», разрешённых к применению на территории Российской Федерации по состоянию на 02.12.2024 г. Онлайн-доступ: https://mcx.gov.ru/ministry/departments/departament-rastenievodstva-mekhanizatsii-khimizatsii-i-zashchity-rasteniy/industry-information/info-dep-rast-gos-ysl-agrohim-arh-2024-god/ (дата обращения: 10.12.2024 г.).

³ В.Н. Ракитский и др. Токсиколого-гигиеническая характеристика пестицидов и первая помощь при отравлении: справочник. под ред. акад. В.Н. Ракитского. Выпуск 3. М.: Издательско-торговая корпорация «Дашков и Ко»; 2020. 728 с.

⁴ Государственный каталог пестицидов и агрохимикатов, разрешённых к применению на территории Российской Федерации по состоянию на 02.12.2024 г. Онлайн-доступ: https://mcx.gov.ru/ministry/departments/departament-rastenievodstva-mekhanizatsii-khimizatsii-i-zashchity-rasteniy/industry-information/info-dep-rast-gos-ysl-agrohim-arh-2024-god/ (дата обращения: 10.12.2024 г.).

⁵ NOAEL (англ. no observed adverse effect level) — доза вещества, не вызывающая видимых нежелательных эффектов.

⁶ Методические рекомендации МР 1.2.0235–21 «Гигиеническая классификация пестицидов и агрохимикатов по степени опасности» (утв. Федеральной службой по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека 15 февраля 2021 г.). Онлайн-доступ: https://base.garant.ru/407586426 (дата обращения: 21.05.2025 г.).

⁷ МР 1.2.0313–22. Оценка и классификация опасности эндокринных разрушителей. Онлайн-доступ: https://rpohv.ru/files/MR1_2_0313–22.pdf (дата обращения: 19.05.2025 г.).