Введение

Химическое соединение, используемое в качестве гербицида, гербицид.
chembox
| ImageFile = Paraquat 3D balls.png
| ImageSize =
| ImageFile1 = Paraquat.svg
| ImageSize1 =
| PIN = 1,1′ диметил[4,4′ бипиридин] 1,1′ дииодид дихлорид
| OtherNames = Паракват дихлорид; Метилвиологен дихлорид; MVCl2; Крискват; Дексурон; Эсграм; Грамрун; Орто Паракват CL; Паракол; Пиларксон; Тотакол; Токсер Тотал; PP148; Циклон; Грамиксель; Грамоксон; Патклиар; AH 501; Бай Као Ку. |Section1=
|Section2=Свойства chembox
| C=12 | H=14 | Cl=2 | N=2
| Appearance = Желтое твердое вещество
| BoilingPt= >
| BoilingPtC = 300
| BoilingPt ref =
| PPhrases =
| ExternalSDS = Aldrich MSDS
| FlashPt =
| AutoignitionPt =
| PEL = ПДК 0,5 мг/м3 (при вдыхании) [через кожу]
| IDLH = 1 мг/м3
| LD50 = 57 мг/кг (крыса, перорально) 120 мг/кг (мышь, перорально) 25 мг/кг (собака, перорально) 22 мг/кг (морская свинка, перорально)
Эта соль является одним из наиболее широко используемых гербицидов. Она быстродействующая и неселективная, уничтожает зеленую растительную ткань при контакте. Она также токсична (смертельна) для людей и животных из-за своей окислительно-восстановительной активности, которая производит супероксид-анионы. Она связана с развитием болезни Паркинсона и запрещена в 58 странах. Паракват может быть в форме соли с хлоридом или другими анионами; количество вещества иногда выражается только массой катиона (катион параквата, ион параквата). Название происходит от пара-положений четвертичных атомов азота.

Производственные и окислительно-восстановительные реакции

Пиридин соединяют путем обработки натрием в аммиаке с последующим окислением для получения 4,4'-бипиридина. Затем этот химикат диметилируют хлорометаном, чтобы получить конечный продукт в виде дихлоридной соли. Использование других метилирующих агентов приводит к образованию биспиридиниевых солей с альтернативными противоионами. Например, в оригинальном синтезе Уго Вейделя для получения дииодида использовали метилиодид. Гербицидные свойства параквата были установлены лишь в 1955 году в лабораториях Imperial Chemical Industries (ICI) в Джеллотс-Хилл, Беркшир, Англия. Паракват впервые был произведен и продан ICI в начале 1962 года под торговым названием Gramoxone и сегодня является одним из наиболее широко используемых гербицидов. Паракват классифицируется как неселективный контактный гербицид. Ключевые характеристики, отличающие его от других средств, используемых в продуктах защиты растений, следующие:

Он уничтожает широкий спектр однолетних злаков и широколиственных сорняков, а также верхушки устоявшихся многолетних сорняков. Он очень быстродействующий. Он становится устойчивым к дождю в течение нескольких минут после применения. Он частично инактивируется при контакте с почвой. Эти свойства привели к использованию параквата при разработке безотвальной обработки почвы. Европейский Союз одобрил использование параквата в 2004 году, но Швеция, при поддержке Дании, Австрии и Финляндии, обжаловала это решение. В 2007 году суд отменил директиву, разрешающую паракват в качестве активного вещества для защиты растений, заявив, что решение 2004 года было ошибочным, поскольку в нем не было указано на признаки нейротоксичности, связанной с паракватом, и исследования о связи между паракватом и болезнью Паркинсона должны были быть учтены. Таким образом, паракват запрещен в Европейском Союзе с 2007 года. Ведется международная кампания за полный запрет, но дешевый и популярный паракват по-прежнему не ограничен в большинстве развивающихся стран. Комитет по рассмотрению химических веществ (КРХВ) Роттердамской конвенции рекомендовал Конференции сторон (КС) включить в 2011 году формуляции дихлорида параквата в Приложение III к Конвенции. Небольшая группа стран, включая Индию и Гватемалу, при поддержке производителей, с тех пор заблокировала включение параквата в список опасных химических веществ в целях Роттердамской конвенции.

Управление устойчивостью сорняков

Проблемы с гербицидоустойчивыми сорняками можно решить, применяя гербициды с различными механизмами действия, а также агротехнические приемы, такие как севооборот, в рамках интегрированных систем борьбы с сорняками (IWM). Паракват, благодаря своему уникальному механизму действия, является одним из немногих химических средств, которые можно использовать для предотвращения и смягчения проблем с сорняками, ставшими устойчивыми к широко используемому неселективному гербициду глифосату. Примером является система "двойного удара", применяемая в Австралии. Перед посевом культуры сорняки сначала обрабатывают глифосатом, а затем, через семь-десять дней, – гербицидом на основе параквата. Хотя система "двойного удара" обходится вдвое дороже, чем однократное применение глифосата, фермеры широко используют ее как стратегию управления устойчивостью. Тем не менее, устойчивость к обоим гербицидам была зафиксирована в винограднике в Западной Австралии, однако этот единичный отчет не содержит информации о применяемой схеме обработки, в частности, использовались ли оба гербицида последовательно в системе "двойного удара". Компьютерное моделирование, представленное в научном журнале Weed Research, показало, что при чередовании ежегодного применения глифосата и параквата устойчивость к глифосату у однолетней ржаницы жестколистной (Lolium rigidum) ожидается лишь на одном из пяти полей через 30 лет, в то время как на почти 90% полей, обрабатываемых только глифосатом, она возникнет. Согласно прогнозам, схема "двойного удара" с последующей обработкой паракватом позволит сохранить все поля свободными от ржаницы, устойчивой к глифосату, в течение как минимум 30 лет.

Токсичность

Паракват токсичен для человека (категория II) при пероральном приеме и умеренно токсичен (категория III) при контакте с кожей. Чистый паракват, при попадании внутрь, высокотоксичен для млекопитающих, включая человека, вызывая сильное воспаление и потенциально приводя к серьезному повреждению легких (например, необратимый легочный фиброз, также известный как "легкое параквата"), синдрому острого респираторного дистресса (АРДС) и смерти. Уровень смертности оценивается в 60–90%. Земля Фуллера или активированный уголь также могут улучшить прогноз в зависимости от времени обращения. Также могут быть рекомендованы гемодиализ, гемофильтрация, гемоперфузия или антиоксидантная терапия. Смерть может наступить в течение 30 дней после приема внутрь. Повреждение легких является основным признаком отравления. В течение нескольких дней или недель может развиться печеночная, сердечная, легочная и почечная недостаточность, что может привести к смерти в течение 30 дней после приема. Люди, подвергшиеся значительным дозам, вряд ли выживут. Хроническое воздействие может привести к повреждению легких, почечной недостаточности, сердечной недостаточности и сужению пищевода. Механизм, лежащий в основе токсического действия параквата на человека, до сих пор не установлен. Считается, что сильное воспаление вызвано образованием высокореактивных кислородных и нитритных радикалов, вызывающих окислительный стресс. Окислительный стресс может привести к митохондриальной токсичности и индукции апоптоза и перекисного окисления липидов, которые могут быть ответственны за повреждение органов. Сообщалось, что даже небольшая доза, даже если ее удается извлечь из желудка или выплюнуть, все равно может привести к смерти из-за развития фиброзной ткани в легких, вызывающей удушье. Случайные смерти и самоубийства, связанные с приемом параквата, относительно распространены. Например, в Китае ежегодно регистрируется более 5000 смертей от отравления паракватом. Длительное воздействие параквата, скорее всего, вызовет повреждение легких и глаз, однако EPA в ходе своего обзора не выявила влияния на репродуктивную функцию/фертильность.

"Паракатный горшок"

В конце 1970-х годов спорная программа, финансируемая правительством США, предусматривала опрыскивание полей каннабиса в Мексике паракватом. После попыток Мексики уничтожить посевы марихуаны и опийного мака в 1975 году, правительство Соединенных Штатов оказало помощь, предоставив вертолеты и другое техническое содействие. Вертолеты использовались для распыления гербицидов параквата и 2,4 D; марихуана, загрязненная этими веществами, стала поступать на рынки США, что вызвало дебаты вокруг программы. Неясно, приводило ли вдыхание марихуаны, зараженной паракватом, к каким-либо повреждениям. Исследование 1995 года показало, что "ни одно повреждение легких или других органов у потребителей каннабиса никогда не было связано с загрязнением паракватом". Кроме того, в руководстве Агентства по охране окружающей среды США указано: "токсические эффекты, вызванные этим механизмом, были либо крайне редки, либо отсутствовали. Большая часть параквата, загрязняющего каннабис, пиролизуется при курении до дипиридила, который является продуктом сгорания самого растительного материала (включая каннабис) и представляет незначительную токсическую опасность". В исследовании, проведенном Imperial Chemical Industries, крысы, подвергавшиеся воздействию параквата при вдыхании, через несколько недель показали развитие плоскоклеточной метаплазии в дыхательных путях. Это исследование было включено в отчет, представленный Государственному департаменту корпорацией Mitre. Служба общественного здравоохранения США заявила, что "данное исследование не следует использовать для расчета безопасной дозы параквата при вдыхании для человека".

Использование при самоубийстве и убийстве

Большинство (93 процента) случаев смерти от отравления паракватом – это самоубийства, которые происходят преимущественно в развивающихся странах. Например, в Самоа с 1979 по 2001 год 70 процентов самоубийств были совершены с использованием параквата. Тринидад и Тобаго особенно известен высоким уровнем самоубийств с применением грамоксона (торговое название параквата). В южном Тринидаде, в частности в районах Пенэл и Дебе, с 1996 по 1997 год 76 процентов самоубийств были связаны с паракватом, причем в 96 процентах случаев этому предшествовало чрезмерное употребление алкоголя, такого как ром. Знаменитая икона моды Изабелла Блоу покончила с собой, употребив паракват в 2007 году. Паракват широко используется в развивающихся странах как средство для самоубийств из-за его широкой доступности и низкой стоимости. Кроме того, токсическая доза невелика (10 мл или 2 чайные ложки достаточно для смертельного исхода). Ведутся кампании по контролю и даже запрету параквата, а также предпринимаются усилия по ограничению его доступности путем обучения пользователей и хранения параквата в закрытых помещениях. После принятия южнокорейского закона в 2011 году, полностью запрещающего паракват, количество смертей от пестицидов снизилось на 46%, что способствовало общему снижению уровня самоубийств. В 1985 году в Японии произошли жестокие убийства, совершенные с использованием параквата в качестве яда. В 1981 году в Великобритании женщина отравила своего мужа паракватом. Американский серийный убийца Стивен Дэвид Кэтлин отравил паракватом двух своих жен и приемную мать в период с 1976 по 1984 год.

Болезнь Паркинсона

Согласно ВОЗ (2022), некоторые из мер по предотвращению болезни Паркинсона включают "запрет на использование пестицидов (например, параквата и хлорпирифоса) и химических веществ (например, трихлорэтилена), связанных с болезнью Паркинсона, и разработку более безопасных альтернатив в соответствии с рекомендациями ВОЗ" и "ускорение действий по снижению уровня загрязнения воздуха и воздействия на него, важного фактора риска развития болезни Паркинсона". Исследование 2011 года показало связь между использованием параквата и болезнью Паркинсона у работников ферм. Соавтор статьи отметил, что паракват увеличивает выработку определенных производных кислорода, которые могут повреждать клеточные структуры, и что люди, использовавшие паракват или другие пестициды с аналогичным механизмом действия, чаще заболевали болезнью Паркинсона. Обзор 2021 года пришел к выводу, что имеющихся данных недостаточно для установления причинно-следственной связи. В 2022 и 2023 годах два обзора из Индии "убедительно продемонстрировали, что паракват является значительным стимулятором окислительного стресса и связан с болезнью Паркинсона (БП)", и утверждали, что "из исследований следует, что PQ и MB с их комбинированным эффектом вносят существенный вклад в нейродегенерацию при БП". В Великобритании использование параквата было запрещено в 2007 году, но производство и экспорт гербицида все еще разрешены. В апреле 2022 года BBC сообщила, что некоторые британские фермеры призвали к запрету британского производства параквата, заявив, что "нет научного консенсуса и существует множество противоречивых исследований о возможной связи между паракватом и болезнью Паркинсона". В США продолжается коллективный иск против Syngenta; компания отвергает претензии, но выплатила 187,5 млн фунтов стерлингов в компенсационный фонд. По состоянию на ноябрь 2023 года в США в рамках многоокружного судебного разбирательства по параквату находится более 4000 дел против Syngenta (производителя Gramoxone) и Chevron (бывшего дистрибьютора); первое судебное заседание запланировано на 2024 год. В 2023 году автор статьи в The Guardian заявил, что внутренние документы по делу "показывают, что руководство Syngenta и Chevron десятилетиями знало о возможных рисках, связанных с паракватом. В одной внутренней записке 1985 года Syngenta отметила, что зависит от параквата как от "ключевого продукта" и "приложит все усилия для его защиты", а также "Они обсуждают разработку научных исследований, которые можно будет использовать. Они говорят о стратегиях влияния на регулирующие органы". Семнадцатилетнее исследование, финансируемое NIEHS, связей между болезнью Паркинсона, окружающей средой и генетикой, показало, что некоторые пестициды, включая паракват, манеб, зирам, беномил и несколько органофосфатных пестицидов, таких как диазинон и хлорпирифос, способствуют развитию и прогрессированию болезни Паркинсона. Исследование 2022 года показало, что у людей с болезнью Паркинсона, подвергающихся воздействию высоких уровней десяти различных действующих веществ в сельскохозяйственных пестицидах, двигательные и недвигательные симптомы могут прогрессировать быстрее, чем у тех, кто не подвергается воздействию пестицидов. Другие исследования NIEHS показали, что у людей, профессионально использовавших два пестицида – ротенон или паракват, болезнь Паркинсона развивалась в 2,5 раза чаще, чем у тех, кто их не использовал. Кроме того, люди, подвергающиеся воздействию пестицидов дома или в саду, могут иметь повышенный риск развития болезни Паркинсона. Пестициды могут напрямую или косвенно нарушать биологические пути, которые обычно защищают дофаминергические нейроны, клетки мозга, избирательно поражаемые болезнью. Некоторые пестициды, такие как ротенон, могут непосредственно блокировать функцию митохондрий, структур, производящих энергию для работы клетки. Исследователи NIEHS показали на мышах, что нарушение функции митохондрий в результате воздействия ротенона на ранних стадиях развития изменяет эпигеном – химические метки, включающие и выключающие гены – способами, которые сохраняются на протяжении всей жизни. Было обнаружено, что другие пестициды, такие как паракват, увеличивают выработку свободных радикалов, которые могут повреждать клетки. Некоторые люди более уязвимы к вредному воздействию пестицидов из-за возраста или генетической предрасположенности. Многие исследования выявили генетические вариации, которые позволяют понять, почему у некоторых людей повышен риск развития болезни Паркинсона. Используя данные сельскохозяйственного исследования здоровья, проведенного NIEHS, исследователи обнаружили, что риск развития болезни Паркинсона при использовании параквата был особенно высок у людей с определенным вариантом гена GSTT1. Аналогичные исследования показали, что у людей с более низким уровнем гена PON1, который важен для метаболизма органофосфатных пестицидов, прогрессирование болезни протекало быстрее. Дальнейшие исследования связей между предотвратимыми факторами воздействия и болезнью Паркинсона, а также профилактической терапии, могут помочь снизить заболеваемость. Например, использование защитных перчаток и других гигиенических мер снизило риск развития болезни Паркинсона у фермеров, использующих паракват, перметрин и трифлуралин.