Пиретроиды

Пиретроиды — это группа синтетических инсектицидов, структурно производных от природных пиретринов — эфиров хризантемовой кислоты, содержащихся в цветках некоторых видов ромашек (Pyrethrum, прежде всего Tanacetum cinerariifolium и Tanacetum coccineum). По механизму действия относятся к нейротоксинам, нарушающим проведение нервных импульсов у членистоногих. Обладают высокой инсектицидной активностью при низких нормах расхода, широким спектром действия, быстрым начальным эффектом и сравнительно низкой острой токсичностью для теплокровных животных. Активно применяются в сельском хозяйстве, быту, ветеринарии (для борьбы с эктопаразитами), а также при санитарно-гигиенических обработках для уничтожения синантропных насекомых.

История

Открытие природных пиретринов

Инсектицидные свойства соцветий некоторых ромашек были известны издавна: в Персии и на Кавказе их применяли для борьбы с клопами, блохами и вшами. Европейская коммерческая культивация далматской ромашки (Tanacetum cinerariifolium) началась в XIX веке в Далмации (совр. Хорватия). В 1860-х годах порошок из сушёных соцветий стал массово экспортироваться в другие страны мира. В начале XX века, после работ, показавших, что активное начало сосредоточено в эфирном масле цветов, химики приступили к выделению и идентификации активных компонентов.

В 1924 году швейцарский химик Леопольд Ружичка впервые установил структуру пиретрина I. К 1940-м годам было выделено шесть основных природных эфиров: пиретрины I и II, цинерины I и II, жасмолины I и II.

Первые синтезы

Первый синтез аналога природного пиретрина — аллетрина — был осуществлён в 1949 году в США группой Милтона Шехтера и Фредерика Лафоржа. Аллетрин обладал сходной с природными пиретринами инсектицидной активностью, но был значительно более стабильным на свету. Это дало толчок к активному поиску и синтезу новых соединений, которые со временем вытеснили природные пиретрины.

Последующие десятилетия привели к созданию множества синтетических пиретроидов, которые превосходили природные прототипы по фотостабильности (устойчивость к солнечному свету), длительности защитного действия и селективности. К таким соединениям относятся перметрин (1973), циперметрин (1974), дельтаметрин (1978) и фенвалерат (1976).

Классификация

Пиретроиды делятся на несколько поколений и химических типов, что отражает их эволюцию от относительно нестабильных к высокостабильным соединениям.

По поколениям

1. Первое поколение: аналоги природных пиретринов, содержащие в своей молекуле эфирную связь и циклопропановое кольцо. Характеризуются очень низкой фотостабильностью (разрушаются на свету за часы). Примеры: аллетрин, ресметрин, тетраметрин. Применяются преимущественно в закрытых помещениях (домашние аэрозоли, фумигаторы).
2. Второе поколение: циансодержащие производные, в которых введена цианогруппа (-CN). Они более фотостабильны, но всё ещё имеют ограниченную устойчивость к свету. Примеры: циперметрин, дельтаметрин, бифентрин, фенвалерат.
3. Третье поколение: эфирные и кето-пиретроиды, характеризующиеся высокой фотостабильностью (остаются активными на свету в течение нескольких недель). Не содержат эфирной связи или цианогруппы. Примеры: лямбда-цигалотрин, цифлутрин, тефлутрин, этафенвал. Они являются основой полевых инсектицидов.

По химическому строению (наличию эфирной связи)

• Эфирные пиретроиды (Type I): содержат эфирную связь между кислотной и спиртовой частями. Большинство классических пиретроидов (перметрин, циперметрин) относятся к этому типу. Обычно не содержат цианогруппу, хотя есть исключения.
• Неэфирные пиретроиды (Type II): не имеют эфирной связи (часто это кетоны или простые эфиры). Более стабильны и обладают несколько иным спектром действия (например, этафенвал, этофенпрокс (феноксикарб) — хотя последний часто выделяют в отдельную группу).

По токсикологическому синдрому

• T-синдром (Type I): характерен для пиретроидов без α-циано-нитрильной группы. Симптомы токсикоза у насекомых и теплокровных: тремор (дрожь), атаксия, гипервозбудимость, судороги. Представители: аллетрин, перметрин, ресметрин.
• CS-синдром (Type II): характерен для пиретроидов с α-цианогруппой. Симптомы: хореоатетоз (некоординированные движения), саливация (обильное слюноотделение), клонические судороги. Представители: циперметрин, дельтаметрин, фенвалерат.

Устройство и механизм действия

Молекулярная мишень

Пиретроиды связываются с потенциал-зависимыми натриевыми каналами в мембранах нейронов насекомых. Это приводит к их модификации: каналы остаются открытыми дольше обычного или не закрываются вовсе после снятия деполяризации — так называемое «delayed shutdown» (замедленное закрытие). В результате нарушается нормальная циркуляция натрия и калия через мембрану, что вызывает повторную деполяризацию (распространение избыточных потенциалов действия), остановку проведения нервных импульсов и развитие паралича (супер-физиологический нервный блок). Это приводит к гибели насекомого от истощения или асфиксии.

Дополнительные механизмы

Помимо натриевых каналов, пиретроиды могут воздействовать на кальциевые каналы, GABA-рецепторы (у пиретроидов типа II блокируется проводимость хлоридных каналов GABAₐ, что усиливает судорожную активность), а также на АТФ-азы.

Относительная избирательность

Селективность пиретроидов в отношении членистоногих и относительная безопасность для млекопитающих объясняется несколькими факторами:

• Метаболизм: у теплокровных животных (особенно млекопитающих) пиретроиды быстро расщепляются эстеразами (гидролиз) и оксидазами с образованием нетоксичных метаболитов. У насекомых скорость детоксикации значительно ниже.
• Температурная чувствительность: отрицательный температурный коэффициент — активность пиретроидов у насекомых может возрастать с понижением температуры, тогда как у теплокровных она снижается.
• Различия в структуре рецепторов: структура натриевых каналов у насекомых и млекопитающих различается, что делает их разной чувствительности.

Применение

Сельское хозяйство

Широко используются для защиты зерновых, овощных, плодовых культур, сахарной свёклы, картофеля, хлопчатника, виноградников и др. Применяются против широкого круга чешуекрылых (гусеницы, белянки), жуков (колорадский жук, долгоносики), тлей, трипсов, клещей, мух и других вредителей. Формы выпуска: концентраты эмульсий (КЭ), гранулы (Г), дусты, аэрозоли.

Бытовое применение

Входят в состав репеллентов, аэрозолей от летающих и ползающих насекомых, шампуней и спреев для борьбы с педикулёзом (вши), жидкостей для электрофумигаторов. Обладают «нокдаун-эффектом» — быстрым параличом насекомого в течение минут.

Ветеринария

Инсектицидные препараты (спреи, капли на холку, ошейники) на основе перметрина, фипронила (фипронил также по структуре относится к фенилпиразолам, но часто используется в комбинациях с пиретроидами) для борьбы с блохами, клещами, вшами и власоедами у собак и кошек. Для домашнего скота — обработки от мух, слепней, чесоточных клещей.

Санитарное и коммунальное применение

Дезинсекционные обработки помещений (склады, больницы, общежития, пищеблоки) для уничтожения синантропных насекомых: тараканов, муравьёв, комаров, мокриц.

Экологические аспекты и безопасность

Токсичность для нецелевых организмов

Пиретроиды чрезвычайно токсичны для водных беспозвоночных (ракообразные, дафнии, нимфы подёнок) и рыб (LC₅₀ для некоторых видов может составлять менее 0,1 мкг/л). Они очень быстро адсорбируются донными отложениями, где могут оставаться долгое время. Для теплокровных (млекопитающие, птицы) острая токсичность умеренная, но повторное хроническое воздействие (кумуляция) может приводить к гормональным нарушениям (эндокринное действие), нейротоксическим эффектам (головная боль, головокружение, нарушение координации) и развитию резистентности.

Устойчивость и судьба в окружающей среде

Современные фотостабильные пиретроиды (лямбда-цигалотрин, цифлутрин) могут сохраняться на растениях и почве от 2 до 6 недель. На свету и при участии микроорганизмов они разрушаются, но скорость разложения зависит от температуры, влажности и присутствия органики. Основные пути распада: гидролиз эфирной связи, окисление, декарбоксилирование.

Воздействие на человека

Острая интоксикация у человека возможна при нарушении регламентов использования (проглатывание, вдыхание паров, попадание на кожу). Симптомы: парестезия (онемение, мурашки) кожи лица и рук, головная боль, тошнота, слюнотечение, тремор. При тяжёлых случаях — судороги. Лечение: симптоматическое, специфического антидота не существует.

Резистентность

При бесконтрольном и частом применении у многих видов насекомых (тараканы, комары, колорадский жук, тли) развивается устойчивость. Механизмы резистентности включают:

• Повышение активности эстераз и монооксигеназ (P450), расщепляющих препарат.
• Мутации в структуре натриевого канала (knockdown resistance — kdr-механизм), снижающие чувствительность канала к пиретроидам.
• Изменение поведения (например, избегание обработанных участков).

Для преодоления резистентности в схемы защиты включают ротацию классов инсектицидов, применение синергистов (пиперонилбутоксид, который блокирует эстеразы) и использование высоких доз при минимальном количестве обработок.

Интересные факты

• Природные пиретрины чрезвычайно лабильны (разлагаются на свету за несколько часов), поэтому их заменяют синтетическими аналогами — пиретроидами.
• Аллетрин (первый синтетический пиретроид) был разработан для замены природного пиретрума в аэрозолях и электрофумигаторах, так как не разлагается под действием нагрева.
• Дельтаметрин считается одним из самых сильных пиретроидов: его LD₅₀ для крыс при пероральном введении составляет 500–1000 мг/кг, а для некоторых насекомых — менее 0,01 мг/кг.
• Несмотря на токсичность для водных организмов, пиретроиды одобрены для использования в быту в виде низкоконцентрированных аэрозолей благодаря короткому периоду полураспада на воздухе.

Источники

1. Casida, J. E., & Quistad, G. B. (1998). Golden Age of Insecticides: Past, Present, Future. Annual Review of Entomology, 43, 1–16.
2. Elliott, M. (1977). Synthetic pyrethroids. Synthetic Pyrethroids, 1–43.
3. Tomlin, C. D. S. (Ed.). (2009). The Pesticide Manual (15th ed.). British Crop Production Council.
4. World Health Organization. (2005). Pyrethroids: Environmental Health Criteria 98. Geneva.
5. Федеральная служба по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека. (2020). Методические указания по гигиенической оценке пестицидов в объектах окружающей среды. Москва.