Введение
Пиперонилбутоксид (PBO) – это бледно-желтое или светло-коричневое жидкое органическое соединение, используемое в качестве вспомогательного компонента в пестицидных препаратах для достижения синергетического эффекта. То есть, несмотря на отсутствие собственной пестицидной активности, он усиливает эффективность определенных пестицидов, таких как карбаматы, пиретрины, пиретроиды и ротенон. Это полусинтетическое производное сафрола, получаемое в результате конденсации натриевой соли 2-(2-бутоксиэтокси)этанола и хлорметилпроизводного гидрированного сафрола (дигидросафрола). Однако этот способ синтеза в последнее время подвергается значительной критике. Новый способ синтеза основан на использовании 1,2-метилендиоксибензола, разработанный компанией The Anthea Group и запатентованный в 2019 году.
История
PBO был разработан в конце 1930-х и начале 1940-х годов для повышения эффективности природного инсектицида пиретрума. Пиретрум – это мощный инсектицид, уничтожающий комаров и других переносчиков заболеваний, что приносит пользу общественному здравоохранению, например, предотвращая малярию. Хотя сам по себе PBO обладает незначительной инсектицидной активностью, он повышает эффективность пиретринов, поэтому его называют синергистом. PBO был впервые запатентован в США Германом Вахсом в 1947 году. В мире существует три известных производителя PBO: Endura, Tagros и Catasynth (Anthea), которые производят PBO по технологии MDB.
Применение
PBO был впервые зарегистрирован в Соединенных Штатах в 1950-х годах. PBO в основном используется в сочетании с инсектицидами, такими как природные пиретрины или синтетические пиретроиды, в соотношениях (PBO: пиретрины) от 3:1 до 20:1. Входя в состав более чем 1500 продуктов, зарегистрированных Агентством по охране окружающей среды США (EPA), PBO является одним из наиболее часто регистрируемых синергистов, если оценивать по количеству формул, в которых он используется. Он одобрен для применения до и после сбора урожая для широкого спектра сельскохозяйственных культур и продукции, включая зерновые, фрукты и овощи. Нормы расхода невелики; максимальная разовая норма составляет 0,5 фунта ПБО на акр. Он широко используется в качестве компонента инсектицидов для борьбы с насекомыми-вредителями в жилых помещениях и вокруг них, на предприятиях пищевой промышленности, таких как рестораны, а также для применения в медицине и ветеринарии против эктопаразитов (головных вшей, клещей, блох). Широкий ассортимент продуктов на водной основе, содержащих PBO, таких как спреи для обработки щелей и труднодоступных мест, аэрозоли для обработки помещений и спреи от летающих насекомых, производится и продается потребителям для домашнего использования. PBO играет важную роль в охране общественного здоровья как синергист, используемый в препаратах на основе пиретринов и пиретроидов для борьбы с комарами (например, в распылителях для обработки воздуха, поверхностных распылителях и москитных сетках). Ввиду ограниченных, или отсутствующих, инсектицидных свойств, PBO никогда не используется самостоятельно.
Механизм действия
PBO действует как синергист инсектицида, подавляя естественные защитные механизмы насекомых, наиболее важным из которых является система смешанных функциональных оксидаз (MFO), также известная как система цитохрома P450. Система MFO является основным путем детоксикации у насекомых, вызывая окислительное разложение инсектицидов, таких как пиретрины и синтетические пиретроиды. Таким образом, при добавлении PBO в насекомое сохраняется более высокая концентрация инсектицида, что позволяет ему эффективнее проявлять летальное действие. Важным следствием этого свойства является то, что, усиливая активность конкретного инсектицида, можно использовать меньшее его количество для достижения того же результата. Установлено, что PBO является эффективным, низкопотентным, нейтральным антагонистом CB1-рецепторов, связанных с G-белком. Другие синергисты для пиретроидных инсектицидов включают сезамекс и "сульфоксид" (не следует путать с функциональной группой). Регистрация пестицидов – это процесс, посредством которого Агентство по охране окружающей среды США (EPA) рассматривает состав пестицида, места и способы его применения (например, обработка всего помещения, обработка щелей и трещин и т.д.) и конкретную схему применения (количество и частоту использования). Агентство по охране окружающей среды США также оценивает пестицид, чтобы убедиться в отсутствии необоснованного негативного воздействия на человека, окружающую среду и нецелевые виды. Агентство по охране окружающей среды США должно зарегистрировать пестициды перед их продажей или распространением на территории Соединенных Штатов. Регистрация требуется как для самого пестицида, так и для всех продуктов, содержащих его. Всемирная организация здравоохранения признает важность PBO для общественного здравоохранения при использовании в сочетании с синтетическими пиретроидами дельтаметрином или перметрином, применяемыми в противомоскитных сетках.
Оценка опасности
За последние 40 лет было проведено множество токсикологических исследований ПБО, охватывающих весь спектр потенциальных токсических эффектов. Эти исследования проводились в соответствии с нормативными требованиями, установленными Агентством по охране окружающей среды США (EPA) или другими международными организациями. Многие из них выполнялись в соответствии с Надлежащей лабораторной практикой (GLP) Агентства по охране окружающей среды США (EPA) – системой процедур и средств контроля, обеспечивающих последовательность, достоверность, качество и воспроизводимость лабораторных исследований, проводимых для регистрации пестицидов. Для поддержки регистрации ПБО были проведены следующие типы исследований:
Кожное поглощение
По имеющимся данным, за 8-часовой период абсорбируется менее 3% нанесенного на кожу (предплечье) вещества. Другие исследования с использованием педикулицидной формулы показали, что около 2% вещества проникает через кожу, а около 8% – через кожу головы.
Эндокринные нарушения
Закон о защите качества пищевых продуктов (FQPA) 1996 года потребовал от Агентства по охране окружающей среды США (EPA) рассмотреть вопрос о нарушении работы эндокринной системы. С момента принятия FQPA, EPA США разработала двухступенчатую программу скрининга веществ, нарушающих работу эндокринной системы (EDSP), предназначенную для оценки потенциального воздействия веществ на эстрогенную, андрогенную и тиреоидную (EAT) гормональные системы у людей и диких животных. Первый уровень состоит из 11 тестов и предназначен для определения потенциала вещества взаимодействовать с гормональными системами EAT. Если результаты указывают на наличие такой связи, химическое вещество переходит на второй уровень тестирования. Цель второго уровня – определить, оказывает ли вещество, взаимодействующее с гормональной системой EAT, неблагоприятное воздействие на человека или диких животных, и разработать зависимость «доза-ответ», которая в сочетании с данными об экспозиции может быть использована для оценки риска. PBO является одним из химических веществ, выбранных EPA для участия в первоначальных работах в рамках EDSP. В 2009 году EPA опубликовала свой первый список химических веществ для тестирования EDSP, включающий более 60 пестицидов, в том числе синергист инсектицидов PBO. Этот первый список химических веществ для скрининга EDSP не основывался на потенциальной эндокринной активности или потенциальном неблагоприятном воздействии. Скорее, список был составлен на основе приоритетов EPA в отношении потенциала экспозиции. PBO был включен в этот список из-за широкого спектра его применения (1500 продуктов, зарегистрированных в EPA США), а также из-за того, что люди могут подвергаться воздействию низких уровней PBO с пищей, с обработанных поверхностей в домах (например, ковров) и в определенных профессиях (например, дезинсекторы). Нет никаких доказательств того, что PBO нарушает нормальное функционирование эндокринной системы, включая недавно полученные данные для оценки возможного взаимодействия PBO с эндокринной системой. Рабочая группа II по пиперонилбутоксиду, объединяющая компании, производящие или продающие продукты, содержащие PBO, провела все 11 скрининговых тестов первого уровня EDSP и предоставила всю необходимую документацию и отчеты об исследованиях. EPA США планирует использовать подход, основанный на совокупности доказательств (WoE), для оценки результатов скрининга первого уровня EDSP. Хотя агентство опубликовало рекомендации по WoE, фактические оценки WoE еще не были проведены и предоставлены заявителям. PBTFII провела анализ WoE для PBO, соответствующий рекомендациям EPA. Анализ WoE для PBO рассматривает каждый тест первого уровня EDSP, проведенный для PBO, обсуждает цель теста, обобщает дизайн и результаты исследования и представляет общий вывод для каждого теста. Затем все 11 отдельных тестов рассматриваются вместе для получения общего вывода о результатах всей батареи тестов первого уровня. Для некоторых тестов в рамках оценки также учитывается другая научно обоснованная информация. Цель анализа WoE – определить, обладает ли PBO потенциалом взаимодействовать с эндокринной системой, как это определяется тестами первого уровня EDSP, всей батареей первого уровня и OSRI. Если будет установлено, что химическое вещество обладает таким потенциалом, потребуется проведение тестов второго уровня EDSP. EPA планирует опубликовать свою оценку WoE в конце 2014 года или в начале 2015 года.
Исследования токсичности для развития
Было обнаружено, что PBO ингибирует сигнальный путь Hedgehog — критический регулятор развития мозга и лица у всех позвоночных — посредством антагонизма белка Smoothened (SMO). Установлено, что PBO способен вызывать дозозависимые пороки развития мозга и лица у мышей, подвергшихся воздействию в период раннего развития, включая редкий врожденный порок развития — голопрозенцефалию, встречающийся у человека. Даже дозы PBO, не вызывающие явных лицевых аномалий, связанных с голопрозенцефалией, оказались способными вызывать тонкие нейроанатомические дефекты, когнитивные или поведенческие последствия которых остаются неизвестными. Эпидемиологическое исследование выявило корреляцию между воздействием PBO и дозозависимым снижением нейрокогнитивного развития у детей в возрасте 3 лет.
Воздействие животных
PBO умеренно или сильно токсичен для водных беспозвоночных, таких как дафнии и креветки. При более низких, длительных воздействиях наблюдалось снижение репродуктивной способности дафний. PBO высокотоксичен для амфибий на стадии головастика.
Оценка воздействия
Учитывая широкое непищевое использование ПБО, производители ПБО и компании, продвигающие продукты, содержащие ПБО, создали в 1996 году Рабочую группу по изучению непищевого воздействия (РГНПВ) для разработки долгосрочной исследовательской программы с целью более полного понимания явления воздействия инсектицидов на человека в бытовых условиях. Большинство исследований проводились с использованием формуляций пиретринов/ПБО и синтетических пиретроидов/ПБО и были сосредоточены на применении в помещениях распылителей-туманообразователей и аэрозольных продуктов. Ковровые и виниловые напольные покрытия были выбраны из-за их различных физических и химических свойств, а также потому, что они составляют значительную долю напольных покрытий, используемых в домах Северной Америки. Хотя основное внимание РГНПВ уделялось распылителям-туманообразователям с полным распылением, также было проведено исследование для определения рассеивания (концентрации в воздухе) и осаждения (на напольных покрытиях) пиретринов/ПБО, возникающих при использовании ручного аэрозольного баллончика. Также измерялось возможное прямое воздействие на пользователя. Производился отбор проб воздуха в дыхательной зоне оператора и анализ остатков на хлопчатобумажных перчатках. Эти данные были представлены в Агентство по охране окружающей среды США и стали ключевыми для комплексной оценки риска, связанного с ПБО.
Оценка риска
В своем решении о перерегистрации EPA США пришло к выводу об отсутствии вызывающих опасения рисков для населения при смешивании, загрузке, обращении или применении продуктов, содержащих PBO.