El azinfos-metilo (Guthion) (también escrito azinofos-metilo) es un insecticida organofosforado de amplio espectro fabricado por Bayer CropScience , Gowan Co. y Makhteshim Agan . [4] Al igual que otros pesticidas de esta clase, debe sus propiedades insecticidas (y toxicidad humana) al hecho de que es un inhibidor de la acetilcolinesterasa (el mismo mecanismo es responsable de los efectos tóxicos de las armas químicas del agente nervioso de la serie V ). Está clasificado como una sustancia extremadamente peligrosa en los Estados Unidos según se define en la Sección 302 de la Ley de Planificación de Emergencias y Derecho a Saber de la Comunidad de los Estados Unidos (42 USC 11002), y está sujeto a estrictos requisitos de notificación por parte de las instalaciones que lo producen, almacenan o utilizan en cantidades significativas. [5]
El azinfos-metilo es una neurotoxina derivada de agentes nerviosos desarrollados durante la Segunda Guerra Mundial. [4] Se registró por primera vez en los EE. UU. en 1959 como insecticida y también se utiliza como ingrediente activo en pesticidas organofosforados (OP). [6] No está registrado para uso residencial o de consumo. Se ha relacionado con problemas de salud de los agricultores que lo aplican, y la Agencia de Protección Ambiental de los EE. UU. (EPA) consideró denegar la reinscripción, citando "preocupación para los trabajadores agrícolas, los aplicadores de pesticidas y los ecosistemas acuáticos". [4] El uso de AZM ha estado totalmente prohibido en los EE. UU. desde el 30 de septiembre de 2013, poniendo fin a un período de eliminación gradual de doce años. [7] El azinfos-metilo está prohibido en la Unión Europea desde 2006 [8] y en Turquía desde 2013. [6] La Autoridad de Gestión de Riesgos Ambientales de Nueva Zelanda tomó la decisión de eliminar gradualmente el azinfos-metilo durante un período de cinco años a partir de 2009. [9] En 2014, todavía se utilizaba en Australia y parcialmente en Nueva Zelanda. [6]
El AzM se utiliza a menudo como ingrediente activo en pesticidas organofosforados como Guthion, Gusathion (GUS), Gusathion-M, Crysthyron, Cotnion, Cotnion-metil, Metriltrizotion, Carfene, Bay 9027, Bay 17147 y R-1852. Por eso Guthion se utiliza a menudo como apodo para el AzM. Los estudios han demostrado que el AzM puro es menos tóxico que el GUS. Esta mayor toxicidad se puede explicar por las interacciones entre los diferentes compuestos de la mezcla. [6]
La síntesis (en este caso, de material marcado con carbono-14) se puede ver en la figura 1. En el primer paso, la o-nitroanilina (compuesto 1) se purifica mediante disolución en una mezcla de agua caliente y etanol en una proporción de 2:1. Se añade [carbón activado] y el resultado se filtra para clarificar. El filtrado se enfría mientras se mantiene en movimiento para generar cristales, normalmente a 4 °C, pero si es necesario también se puede enfriar a -10 °C. A continuación, los cristales se recogen, se lavan y se secan. Si es lo suficientemente puro, se utiliza para los siguientes pasos, que tienen lugar entre 0 y 5 °C. Para producir o-Nitrobenzonitrilo-14C (compuesto 2), el primer componente o-nitroanilina y ácido clorhídrico (de grado reactivo concentrado) se mezclan con hielo y agua. A esta suspensión fina se añade nitrito de sodio , disuelto en agua. Después de la formación de una solución de color amarillo pálido, que indica la finalización de la reacción de diazotación , el pH debe ajustarse a 6. Después de esto, la solución se introduce en una mezcla de cianuro cuproso y tolueno . A temperatura ambiente, se elimina la capa de tolueno. La capa acuosa se lava y se seca y el producto purificado se aísla por cristalización. El tercer producto es antranilamida-14C (compuesto 3). Se forma a partir de o-nitrobenzonitrilo-14C, que primero se disuelve en etanol e hidrato de hidrazina . El disolvente se calienta posteriormente, se trata en una campana bien ventilada con pequeñas cargas periódicas, menores de 10 mg, de níquel Raney . Bajo atmósfera de nitrógeno, la solución etanólica se clarifica y se seca. El siguiente paso es formar 1,2,3-benzotriazina-4(3H)-ona-14C (compuesto 4). En agua, se agrega nitrito de sodio disuelto a antranilamida y ácido clorhídrico en agua helada. Como se trata de una reacción de diazotación, el producto vuelve a ser de color amarillo pálido. Después de esto, el pH se ajusta a 8,5. Esto hace que el cierre del anillo forme 1,2,3-Benzotriazin-4(3H)-ona-14C. Esto da como resultado una suspensión de sal de sodio que se puede tratar con ácido clorhídrico, lo que reduce el pH a entre 2 y 4. La 1,2,3-Benzotriazin-4(3H)-ona-14C se recoge, se lava y se seca. En el siguiente paso se debe formar 1,2,3-Benzotriazin-4-(3-clorometil)-ona-14C. Por lo tanto, se añaden 1,2,3-Benzotriazin-4(3H)-ona-14C y paraformaldehído al dicloruro de etileno y se calienta a 40 °C. A continuación, se añade cloruro de tionilo .Se añade y se calienta todo el disolvente a 65 °C. Después de cuatro horas de calentamiento, la solución se enfría a temperatura ambiente. Se añade agua y se neutraliza la solución. Se retira la capa de dicloruro de etileno y se junta con el resultado de la capa acuosa lavada. Se filtra el disolvente y se seca. El último paso es la síntesis propiamente dicha de azinfos-metilo. Se añade dicloruro de etileno al compuesto resultante del quinto paso, 1,2,3-benzotriazin-4-(3-clorometil)-ona-14C. Esta mezcla se calienta a 50 °C y se añaden bicarbonato de sodio y sal de sodio de O,O-dimetil fosforoditioato en agua. Se retira la capa de dicloruro de etileno, se vuelve a extraer con dicloruro de etileno y se purifica por filtración. El filtrado puro se seca. Este producto se purifica una vez más por recristalización en metanol. Lo que queda es azinfos-metilo puro en forma de cristales blancos. [10]
El azinfos-metilo puede entrar al cuerpo por inhalación, ingestión y contacto dérmico. [11] La ingestión de azinfos-metilo es responsable de la exposición a dosis bajas de una gran parte de la población, debido a su presencia como residuos en los alimentos y el agua potable. Después de la ingestión puede absorberse desde el tracto digestivo. [12] Por contacto con la piel, el AzM también puede entrar al cuerpo a través de las células dérmicas. [11] La absorción a través de la piel es responsable de la exposición ocupacional a dosis relativamente altas, principalmente en trabajadores agrícolas. [12]
Una vez que el azinfos-metilo se absorbe, puede causar efectos neurotóxicos, como otros insecticidas organofosforados. [13] En altas concentraciones, el AzM en sí mismo puede ser tóxico porque puede funcionar como un inhibidor de la acetilcolinesterasa (AChE). Pero su toxicidad se debe principalmente a la bioactivación por una desulfuración mediada por el citocromo P450 (CYP450) a su triéster de fosfato u oxón (gutoxón) (ver figura 2). [12] El gutoxón puede reaccionar con un grupo hidroxilo de serina en el sitio activo de la AChE. Luego, el sitio activo se bloquea y la AChE se inactiva. En circunstancias normales, la acetilcolinesterasa degrada rápida y eficientemente el neurotransmisor acetilcolina (ACh) y, por lo tanto, termina la actividad biológica de la acetilcolina. La inhibición de la AChE da como resultado una acumulación inmediata de ACh libre no unida en la terminación de todos los nervios colinérgicos, lo que conduce a una sobreestimulación del sistema nervioso. [13]
Los nervios colinérgicos desempeñan un papel importante en el funcionamiento normal del sistema nervioso central, endocrino, neuromuscular, inmunológico y respiratorio. Como todas las fibras colinérgicas contienen altas concentraciones de ACh y AChE en sus terminales, la inhibición de la AChE puede perjudicar su función. Por lo tanto, la exposición al azinfosmetilo, aunque inhibe las AChE, puede alterar muchos sistemas importantes y puede tener diversos efectos. [11] [13] En el sistema nervioso autónomo, la acumulación de acetilcolina conduce a la sobreestimulación de los receptores muscarínicos del sistema nervioso parasimpático . Esto puede afectar a las glándulas exocrinas (aumento de la salivación , transpiración , lagrimeo ), el sistema respiratorio ( secreciones bronquiales excesivas , opresión en el pecho y sibilancias), el tracto gastrointestinal (náuseas, vómitos, diarrea), los ojos ( miosis , visión borrosa) y el sistema cardiovascular (disminución de la presión arterial y bradicardia ). La sobreestimulación de los receptores nicotínicos en el sistema nervioso parasimpático también puede causar efectos adversos en el sistema cardiovascular, como palidez, taquicardia y aumento de la presión arterial. En el sistema nervioso somático, la acumulación de acetilcolina puede causar fasciculación muscular, parálisis, calambres y tono flácido o rígido. La sobreestimulación de los nervios en el sistema nervioso central, específicamente en el cerebro, puede producir somnolencia, confusión mental y letargo. Los efectos más graves en el sistema nervioso central incluyen un estado de coma sin reflejos, cianosis y depresión de los centros respiratorios. [14] Por lo tanto, la inhibición de la enzima AChE puede tener muchos efectos diferentes.
Para evitar los efectos tóxicos, el AzM puede biotransformarse. Aunque el AzM (en la figura 2 llamado gutión) puede bioactivarse mediante una desulfuración mediada por el citocromo P450 (CYP450) a su triéster de fosfato u oxón (gutoxón), también puede desintoxicarse por el propio CYP (reacción 2 en la figura 2). [12] El CYP450 es capaz de catalizar la escisión oxidativa del enlace PSC en el AzM para producir DMTP y MMBA. Las otras vías de desintoxicación implican la desalquilación mediada por glutatión (GSH) a través de la escisión del enlace PO-CH3, que luego forma AzM monodesmetilado y GS-CH3 (reacción 3 en la figura 2). Este AzM monodesmetilado puede desmetilarse aún más a AzM didesmetilado y nuevamente a GS-CH3 (reacción 4 en la figura 2). El AzM también puede sufrir una desarilación catalizada por glutatión que forma DMPDT y mercaptometilbenzazimida conjugada con glutatión (reacción 5 en la figura 2). El gutoxón, el compuesto que principalmente hace que el AzM sea tóxico, también puede desintoxicarse. El gutoxón puede desintoxicarse nuevamente con la ayuda del CYP450. El CYP450 cataliza la escisión oxidativa del gutoxón, que luego produce DMP y MMBA (reacción 6 en la figura 2). Otras vías de desintoxicación del gutoxón son a través de la desalquilación mediada por glutatión, que pasa por la escisión del enlace PO-CH3 para formar AzM desmetilado y GS-CH3 (reacción 7 en la figura 2), y por medio de la desarilación catalizada por glutatión para producir DMTP y mercaptometilbenzazimida conjugada con glutatión (reacción 8 en la figura 2). [15] [16] [17]
Existen dos mecanismos principales diferentes de tratamiento para la intoxicación por AzM. Una posibilidad es tratar al paciente antes de la exposición a AzM y la otra es tratar al paciente después del envenenamiento. Se pueden utilizar antagonistas competitivos de la AChE para el pretratamiento. Pueden reducir la mortalidad, que es causada por la exposición a AzM. [18] Los inhibidores de AChE organofosforados pueden unirse temporalmente al sitio catalítico de la enzima. Debido a esta unión, AzM ya no puede fosforilar la enzima y la enzima se inhibe por más tiempo. [18] El mecanismo para el tratamiento después de la exposición es bloquear la activación del receptor muscarínico. Los anticonvulsivos se utilizan para controlar las convulsiones y las oximas se utilizan para reactivar la AChE inhibida. [18] Las oximas eliminan el grupo fosforilo unido al sitio activo de la AChE uniéndose a él. [19] Hay algunas oximas que son las más eficaces para el envenenamiento por AzM, a saber, la oxima K-27 y la fisostigmina. [18] Estos dos tratamientos también se utilizan juntos, algunos pacientes son tratados concretamente con atropina (un antagonista competitivo de la AChE) y oximas reactivadoras. Cuando los pacientes son resistentes a la atropina, los pacientes pueden ser tratados con dosis bajas de anisodamina , un antagonista colinérgico y alfa-1 adrenérgico, para lograr un tiempo de recuperación más corto. [19] El tratamiento con una combinación de diferentes alcaloides o de forma sinérgica con atropina es más seguro que el uso de altas concentraciones de antroponina, que pueden ser tóxicas. Otra posibilidad es utilizar la tecnología de biorreactores de membrana . Cuando se utiliza esta tecnología, no es necesario añadir otros compuestos químicos. [20] En general, el pretratamiento es mucho más eficiente que el postratamiento. [18]
El biomarcador más común de exposición a AzM es la inhibición de AChE. Otras enzimas esterasas como CaE y BChE también son inhibidas por AzM. En general, la exposición a AzM puede detectarse mejor por inhibición de AChE que por inhibición de CaE. En anfibios y también en peces cebra, la AChE es un biomarcador más sensible para niveles bajos de exposición a AzM. [6] Como ya se mencionó en el párrafo 7 “desintoxicación”, AzM puede metabolizarse en alquilfosfatos dimetilados no tóxicos (AP), con la ayuda de CYP450 y glutatión. Estos AP son: dimetilfosfato (DM), dimetiltiofosfato (DMTP) y dimetilditiofosfato (DMDTP). Estos tres metabolitos pueden excretarse en la orina y pueden usarse como biomarcadores confiables de exposición a AzM. Sin embargo, estos metabolitos no son específicos de AzM, porque otros pesticidas organofosforados también pueden metabolizarse en los tres alquilfosfatos. La cantidad de acetilcolinesterasa eritrocítica (RBE-AChE) en la sangre también se puede utilizar como un biomarcador del efecto de la AzM. Según Zavon (1965), la AChE eritrocítica es el mejor indicador de la actividad de la AChE en la sinapsis nerviosa, porque es muy similar al nivel de AChE en el SNC y el SNP. Una depresión de la AChE eritrocítica se correlacionará con los efectos debidos a una rápida depresión de las enzimas AChE que se encuentran en otros tejidos, esto se debe al hecho de que ambas enzimas pueden ser inhibidas por la AzM. [13]
El AzM es muy estable cuando se disuelve en agua ácida, neutra o ligeramente alcalina, pero por encima de pH 11 se hidroliza rápidamente a ácido antranílico , benzamida y otros productos químicos. En entornos naturales ricos en agua, los microorganismos y la luz solar hacen que el AzM se descomponga más rápido, la vida media es muy variable según la condición, desde varios días hasta varios meses. En condiciones normales, la biodegradación y la evaporación son las principales vías de desaparición, después de la evaporación, el AzM tiene más exposición a la luz ultravioleta, lo que provoca la fotodescomposición . Con poca bioactividad y sin exposición a la luz ultravioleta, puede alcanzar vidas medias de aproximadamente un año. [21]
Los posibles efectos en los animales son la alteración endocrina, la disfunción reproductiva e inmunitaria y el cáncer. [22] Un fenómeno notable que se ha demostrado en numerosos estudios animales es que la exposición repetida a organofosforados hace que los mamíferos sean menos susceptibles a los efectos tóxicos de los inhibidores de la AChE, aunque las actividades de la colinesterasa no sean normales. Este fenómeno es causado por el exceso de agonistas (ACh) dentro de la sinapsis, lo que finalmente conduce a una regulación negativa de los receptores colinérgicos. En consecuencia, una concentración dada de ACh dentro de la sinapsis hace que haya menos receptores disponibles, lo que luego causa una respuesta menor. [13] Los estudios han demostrado que las AChE en los cerebros de los peces son más propensas a los organofosforados que los cerebros de los anfibios. Esto puede explicarse por la afinidad por AzM y la tasa de fosforilación de las enzimas. La AChE del cerebro de la rana tiene, por ejemplo, una menor afinidad por AzM y una tasa de fosforilación más lenta que la AChE del cerebro de los peces. [6] Los efectos sobre los anfibios son “tamaño reducido, curvatura de la notocorda , pigmentación anormal, intestino y branquias defectuosos, natación en círculos, acortamiento del cuerpo y crecimiento deteriorado”. [6] En los erizos de mar , específicamente en el Paracentrotus lividus , AzM modifica el ensamblaje del citoesqueleto en altas concentraciones y puede alterar la deposición del esqueleto de la larva en bajas concentraciones. [23] En ratones, AzM causa pérdida de peso, inhibe la colinesterasa cerebral (ChE) y reduce el consumo de alimentos de los ratones. Una disminución del 45-50% de ChE cerebral es letal en ratones. [24] También en lombrices de tierra y ratas, AzM disminuye la actividad de AChE. [25] [26]
Para evitar alargarlo demasiado, puedes echar un vistazo a los siguientes estudios realizados en animales y sus referencias:
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