Pestizide
Definition
= Sammelbegriff für chemische Schädlingsbekämpfungsmittel
(Pflanzenschutzmittel und Biozide)
Einteilung
Pesitzide
Mindestanforderungen
Hohe und spezifische Aktivität gegen Schaderreger;
geringe Aktivität gegenüber Kulturpflanze;
geringe Toxizität gegen Warmblüter und/oder Nützlinge;
rückstandsloser Abbau;
wirtschaftliche Rentabilität
Insektizide
Einsatz und Funktion
= Einsatz zur Bekämpfung von Insekten und deren Entwicklungsstadien
Schutz von Pflanzen, Tieren oder Menschen, Nahrungmitteln, Vorräten und anderen Materialien
Medizin: Lokale Behandlung von Parasitosen durch Ektoparasiten
Aufnahme
Atemwege = Atemwege
Magen-Darm-Trakt = Fraßgifte
Berührung = Kontaktgifte
i.d.R Nervengifte
Einteilung nach Wirkstärke
Insektizide - Organophosphate und Carbamate
Eigenschaften
Leicht hydrolisierbar und abbiotisch abbaubar
= Keine Kumulation
Teilweise lipophil = gute Resorption
Hohe akute Toxizität = geringe Aufwandsmenge
Hier: Carbamate höchste
Große Variabilität der Verbindungen = geringe Gefahr der Resistenzbildung
Mechanismus
Hemmung der Acetylcholinesterase (AChE)
→ Dauererregung → Ach Wirkung ↑→ Erschöpfung der Ach Konzentration
→ Tod
Organophosphate, irreversibel; Carbamate reversibel)
Insektizide - Organophosphate
Aufnahme und Einsatz
Aufnahme: Berührungs, Fraß und Atemgift gegen Insekte
Systemische Verteilung in der Pflanze
Toxizität
Hohe akute Toxizität gegen Mensch und Tier
Insektizid führte auch zu Kampfstoffen: Tabun und Sarin
Zusammensetzung
= Ester und Amide von Phosphor, Phosphin und Phosphonsäuren
Wirkung nach Aufnahmeform
Inhalativ, peroral → Fulminant
Dermal → Schleichend
Symptome
Vegetatives Nervensystem: Cholinerges Syndrom („alles fließt“)
Muskulatur:
Muskelsteifheit (Nacken, Gesicht)
Muskelschwäche, Lähmungen
Zuckungen
Zentrales Nervensystem:
Ruhelosigkeit, Angst
Schwindel
Tremor
Sprechstörungen
Ataxie
zentrale Krämpfe
Koma
zentrale Atemlähmung
Therapie
Giftentfernung (Aktivkohle)
Atropin (Antagonist am m-Acetylcholinrezeptor )
Cholinesterase-Reaktivatoren (Pralidoxim, Obidoxim)
früher Einsatz, immer nach Atropin
Insektizide - Carbamate
= Salze und Ester der Carbaminsäure
Einsatz
= Eingesetzt als Insektizide, Fungizide und Nematizide
Vergiftungssymptome
wie bei Organophosphaten
Schnellere Rückbildung der Symptome; Weniger Todesfälle
Therapie = Atropin (hohe Dosen); aber keine Oxime (≠ Organophosphaten)
Insektizide - Cyclische Chlorkohlenwasserstoffe
Generelle Eigenschaften
Fettlösliche, minimal wasserlösliche Verbindungen
Hohe Beständigkeit gegen physikalische und chemische Einflüsse
Starke Anreicherung im Fettgewebe
Neurotoxisch auf Warmblütler (auch dem Menschen)
Vergiftungserscheinungen
Vergiftungserscheinungen: Übererregbarkeit und Lähmungen
Aufnahme: enteral, Haut (geringer)
Kontaktwirkung: narkotisch und hautreizend
Einteilung:
Chlorierte Cyclodiene (Aldrin, Dieldrin, Endosulfan) [in D verboten]
Cyclohexane (Lindan)
Dichlordiphenyltrichlorethan (DDT)
Lindan
Anwendung früher und heute
= Insektizid - Cyclische Chlorkohlenwasserstoffe, Cyclohexan
Früher: Verwendung u.a. zur Behandlung von Milben, Kopf- und Filzläusen (Pudern, Gels und Salben)
Seit 2015 von der WHO als krebserregend eingestuft
Wirkung als Antagonist am GABA A-Rezeptor
GABA A-Rezeptor = Cl- Kanal der sich nach Bindung von GABA öffnet
inhibitorische Wirkung im zentralen Nervensystem
= Verlust der inhibitorischen WIrkung
Symptome bei Vergiftungen:
Krampfanfälle, Lähmungen;
Schädigungen des peripheren und zentralen Nervensystems bei chronischer Exposition
Antidot
Benzodiazepine wie Diazepam (GABA-Agonist)
= wirkt dämpfend auf das Zentralnervensystem (ZNS)
DDT (Dichlordiphenyltrichlorethan)
Einsatz u. Mindestanforderungen
= Insektizid - Cyclische Chlorkohlenwasserstoffe
Einsatz z.B. bei Malaria (Anopheles Stechmücke)
Gute Wirksamkeit gegen Insekten
Gering toxisch für Säugetiere
Einfaches, günstiges Herstellungsverfahren
Jahrzehntelang das weltweit meistverwendete Insektizid
Wirkmechanismus
Anlagerung an Natriumkanäle (in der Präsynapse)
Hemmung der Inaktivierung der Na+ Kanäle
Konsequenz: Depolarisation unterschwelliger Stimuli
→ Erhöhte Muskelkontraktionen (Tremor)
→ Verlust der Reizweiterleitung durch Erschöpfung der NT
Lähmung und Tod des Insekts
Wirkort: sensorische und motorische Nervenfasern; motorischer Cortex
DDT
Akute neurotoxische Wirkungen
Niedrige Dosis
Zungentaubheit
Parästhesien (Sensibilitätsstörung der Nerven)
Schwindel, Kopfschmerzen
Zuckungen (Gesichtsmuskulatur, Rumpf, Tremor);
Überempfindlichkeit gegenüber externen Reizen (Licht, Geräusche, Berührung)
Hohe Dosis (ab 16 mg/kg KG):
Krämpfe
Spastische Lähmungen
Chronische Toxizität
Tierexperimente: Lebervergrößung und zellnekrosen; Lebertumoren
Potentiell reproduktionstoxisch in hohen Dosen
Bei der Synthese entstehen DDT-Isomere
Kaum insektizide EIgenschaften, aber stattdessen östrogene Effekte aufweisen (endokrine Disruptoren)
WHO/IARC: 2015 Einstufung von DDT als vermutlich karzinogen beim Menschen
Abbau zu DDE
Problem:
Hohe Beständigkeit starke Biomagnifikation
→ Anreicherung in der Nahrungskette
Folge: Verdünnte Eierschalen bei Greifvögeln
Zerbrechen der Eier bei der Brut Rückgang der Vogelbestände
DDT-Verbot ab Anfang der 1970er-Jahre
Stockholmer Konvention (2004): Beschränkung des Einsatzes
Insektizide - Neonicotinoide
Nicotin-Rezeptor-Agonisten
Wirkung ist ähnlich zu Acetylcholin
Aktivierung von N Acetylcholinrezeptoren
Kein Abbau durch Acetylcholinesterase (versch. Struktur)
→ Dauerstimulierung Krämpfe und Tod der Insekten
Struktur des menschlichen N Rezeptors anders dh. greifen nur Insekten an
Spezifität durch höhere Affinität zu Insekten - als zu Wirbeltier Rez.
Toxikologie
Insektizide - Pyrethrum
= Insektenpulver → pulverisierte Blüten verschiedener Pyrethrumarten
Gute Wirksamkeit bei Insekten
Wenig toxisch für den Menschen (1-2 g/kg KG); Allergie?
Wirkmechanismus und Aufnahme
Kontakt- und Fraßgift (oft als Fliegen- oder Ameisenbekämpfungsmittel verwendet)
Wirkt als Nervengift → Wirkungsweise identisch mit DDT
Verzögert Schließung des Natrium-Kanals in Nervenzellen
Natürliches Pyrethrum instabil = Zerfällt schnell bei Licht und Luftzufuhr
Wirkstoffe im Insekt durch enzymatische Oxidation schnell entgiftet
Wirkung oft nur reversible Bewegungslosigkeit
Daher: Zusatz von Antioxidantien
z.B: Piperonylbutoxid (Synergist) = ca. 30-fach verstärkt
hemmt im Insektenkörper die Entgiftung durch Cytochrom P450
Insektizide - Synthetische Pyrethroide
Typen
Einige synthetische Pyrethroide sind photostabil
→ Wirtschaftlicher Durchbruch und Einsatz in der Landwirtschaft
Typ-I-Pyrethroide: z.B. Permethrin (ohne Cyano-Gruppe)
Typ-II-Pyrethroide: z.B. Cypermethrin (mit Cyano-Gruppe)
Anwendung
Medizin:
Wirkstoffe in Präparaten gegen Läuse und Krätze
Malaria Bekämpfung (Repellent; Imprägnieren von Moskito- Netzen)
Tiermedizin:
Abwehr von Ektoparasiten bei Haustieren
z.B. Bremsen, Flöhe, Zecken, Milben
Insektenabwehrenden Ohrmarken oder Halsbändern
Toxikologie (Symptome)
Nach oraler Aufnahme:
Innerhalb von 10 - 60 Minuten Übelkeit, Erbrechen oder Durchfall
Bei starker Exposition: Tage anhaltende Bewusstseinsstörungen und Krämpfe
Bleibende Nervenschäden nach akuter Vergiftung möglich
Hautkontakt:
Lokale Parästhesien
Reizung der sensiblen Nervenenden in der Haut
Kribbeln, Brennen oder Jucken
Im Tierversuch
Typ I Pyrethroide: T-Syndrom = Tremor
Typ II Pyrethroide: CS-Syndrom = Choreoathetose, Speichelfluss
Zielstrukturen und Wirkmechanismen der Insektizide
Carbamate, Organophosphate, Cyclische Chlorkohlenwasserstoffe, Neonicotinoide, Pyrethroide
Fungizide
Funktion, Anwendung
Hemmung des Pilzwachstums
Dient dem Pflanzenschutz beim Obst und Weinbau und dem Gebäude-, Holz-, Textilien und Lebensmittelschutz
Verwendung in der Medizin = Antimykotika (!)
Früher vs. Heute
Früher: Metalle (Cu, Zn, Cd, Hg)
heute verboten wegen Toxizität für Mensch und Umwelt
Heute: Substanzen mit geringer akuter Toxizität für den Mensch
aber: häufig auftretende Haut- und Schleimhautreizungen
Wirkstoffgruppen
Wirkstoffgruppen:
Morpholine
Azole
Carboxamide
Anilinopyrimidine
Multisite, Strobilurine (Strobilurin A)
Benzimidazole-Carbamate (Carbendazim), u.a.
Fungizide - Strobilurin A
Naturstoff aus der Pilzgattung Strobilurus
Geringe Toxizität für Menschen und Säugetiere
(in hohen Konzentrationen toxisch für Fische, Krebse und Algen)
Hemmung der Zellatmung in Mitochondrien
Unterbrechung des Elektronentransports am Komplex III
Fungizide - Carbendazim
Weltweit häufige Verwendung als Pflanzenschutzmittel
Breites Wirkungsspektrum
Aufnahme in Pflanzen über Blätter und Wurzeln → Verteilung in der Pflanze
= systemische Fungizide
Vertreter: Carbendazim, Benomyl (Umwandlung in der Pflanze zu Carbendazim)
Bindung an Tubulin
Hemmung der Mikrotubuli-Polymerisation
Hemmung:
Ausbildung der Mitosespindel (Mitosehemmung)
des Stofftransports
und der Proteinbiosynthese (Zelltod)
Rodentizide
= Mittel zur Bekämpfung von Nagetieren (lateinisch: rodentia)
Fraßköder oder Begasung (von Lagerräumen und unterirdischen Nagetiergängen)
Vertreter und Mechanismus
Zinkphosphid: Fraßgift
bildet bei Kontakt mit Magensäure giftiges Phosphin (Phosphorwasserstoff);
Kontakt mit Luftfeuchtigkeit erzeugt bereits giftige Gase
Fluoressigsäurederivate: Hemmung des Krebszyklus-Enzyms Aconitase
Vertreter: Natriumfluoracetat, Fluoracetamid
Antikoagulantien: chemische Blutgerinnungshemmer
am häufigsten verwendete Rodentizide (z.B. Warfarin)
Rodentizide - Antikoagulantien
Derivate des 4-Hydroxycumarins (Macumar)
Einteilung in 2 Generationen:
Rodentizide der 1. Generation: Warfarin, Chlorphacinon und Coumatetralyl
Rodentizide der 2. Generation: Bromadiolon, Difenacoum, Brodifacoum, Flocoumafen, Difethialon
Länger wirksam
Anwendung von Rodentiziden mit Wirkstoffen der 2. Generation wird im Wesentlichen auf berufsmäßige Anwender mit Sachkunde oder Schädlingsbekämpfer beschränkt
Warfarin: Wirkmechanismus
Warfarin = Vitamin K-Antagonist
Hemmung der Neusynthese von Vitamin K- abhängigen Gerinnungsfaktoren in der Leber
Halbwertszeit von Gerinnungsfaktoren etwa 6 bis 60 Stunden
Pool an aktivierten Gerinnungsfaktoren ist irgendwann aufgebraucht
Auftreten von inneren Blutungen nach 1 bis 3 Tagen
Warfarin: Symptome (Toxikologie)
Schleimhaut-Blutungen (Atemwege, Magen-Darm-Trakt, Urogenitaltrakt)
Blutungen in Gelenken und im Gehirn
Abklingen der Symptome nach 4 bis 5 Tagen
Bei langwirksamen Wirkstoffen (Brodifacoum) → Andauern der Blutungen über mehrere Wochen und Monaten
Weisen als Fraßköder eine relativ geringe akute Toxizität für den Menschen auf
Warfarin: Therapie
Giftentfernung durch Aktivkohle (innerhalb von 3 Stunden);
Gabe von Vitamin K (Antidot) und Substitution von Vitamin K-abhängigen Gerinnungsfaktoren
Herbizide
Unkrautbekämpfungsmittel
Substanzen mit phytotoxischen Eigenschaften zum Abtöten von störenden Pflanzen
Einsatz vor allem in der Landwirtschaft
Aufbringung auf die Felder in wässrigen Suspensionen („Spritzen“)
im Verlauf der Zeit
Herbizide - Agent Orange
Bipyridin-Herbizide: Paraquat und Diquat
Wirkmechanismen
Herbizide - Paraquat
Vergiftung beim Menschen
hohe akute Toxizität: Unfälle, Suizide
letale Dosis: 60-70 mg/kg KG
Aufnahme über die Haut = schmerzfreie Blasen (nach Stunden Latenzzeit); Verätzung am Auge
Orale Aufnahme: 3 Phasen
nach Stunden: Gastritis mit Ulcusbildung und Enteritis (spontanes Erbrechen)
Leber- und Nierenschäden
~ 10 d: Bronchiolitis obliterans: Bronchiolen und Alveolen werden zunehmend von fibrösem Gewebe blockiert; kann zum Tod führen
Kein spezifisches Antidot vorhanden = Therapie: Giftentfernung mit Aktivkohle und Magenspülung
Herbizide - Glyphosat
Anwendung und Aufbau
Chemische Verbindung aus der Gruppe der Phosphonate
Breitbandherbizid
Einsatz vor der Aussaat
Unselektive Wirkung gegen Pflanzen (ab 1990 Zulassung für gentechnisch veränderte Pflanzen mit Glyphosatresistenz)
Weltweit (mengenmäßig) bedeutsamster Herbizidinhaltsstoff
Toxizität gegenüber Mensch und Tier
Geringere Lebensdauer und Toxizität gegenüber Tieren im Vergleich zu anderen Herbiziden
Seit Jahren andauernde Diskussion über die Gesundheitsgefahren durch Glyphosat
2021: Verbot des Einsatzes von Glyphosat in D ab 2024
Blockade der 5-Enolpyruvylshikimat-3-phosphat-Synthase (EPSPS), die in Mensch und Tier nicht vorkommt
Toxizität von Metallen
Unterschiedliche, häufig organspezifische Wirkungen
Lokale pathophysiologische Wirkungen (z.B. Haut)
Mögliche Ablagerung in Geweben und Freisetzung aus Depots des Körpers (z.B. Blei aus Knochen)
Verdrängung essentieller Metalle aus Proteinbindungen
Kanzerogenitätsfaktoren von Metallen
Bindung an funktionelle Gruppen von Proteinen
Inaktivierung von DNA-Reparaturmechanismen
(-OH, -SH, -NH2, -COOH)
Bindung an Nukleinsäuren → Mutationen und DNA-Strangbrüche
möglich → oft abhängig von der Oxidationsstufe
Interferenz mit zellulären Signalkaskaden → gesteigerte Zellproliferation
Blei
Vorkommen/ Verwendung
Aufnahme, Verteilung und Elimination
= Toxikokinetik
Hauptangriffsorte
Hämatopoetisches (blutbildendes) System
Magen-Darm-Trakt
ZNS und peripheres NS
Niere
Haut- und Schleimhäute
Akute Vergiftung und Mechanismus
Bindung an Erythrozyten, Verteilung im Gewebe, Ablagerung in Knochen + Zähnen
Symptome: ZNS, Knochenmark, Nierenschäden, Bleikoliken
Sehr selten nur bei hohen Dosen
Übelkeit, Erbrechen, Koliken, Obstipation
Schädigung der Leber und Nieren
Akute Bleiencephalopathie (bei Kindern)
Chronische Vergiftung
Quecksilber
Vorkommen und Vergiftungsquellen
Anreicherung in der Nahrungskette
Akute Vergiftung
Cadmium
Resorption, Verteilung, Exkretion
Cadium
Arsen
Vorkommen, Metabolismus, Toxizität, Therapie
Aluminium
Vorkommen, Metabolismus, Toxizität
Chrom
Gadolinium
Therapie von Metallvergiftungen
Aufrechterhaltung von Vitalfunktionen:
Kreislauf, Atmung, Plasma- Elektrolyte, Nierenfunktion
Verhütung weiterer Resorption:
Magenspülung, Erbrechen (nicht bei Verätzung), Diarrhoe, Carbo medicinalis
Beschleunigung der Ausscheidung:
Dialyse, Forcierte Diurese, Chelat-bildende Stoffe
Therapie mit Chelatbildnern
Dimercaptopropansulfonsäure
Indikation
Wichtigstes Antidot bei Metallvergiftungen
Blei, Arsen, Kupfer, Antimon, Chrom, Kobalt ...
Vergiftungen mit met., anorgan. und org. Hg-Verbindungen
Applizierbar p.o. oder i.v.
Natriumcalciumedetat (Na2-Ca-Edetat)
Kinetik, Indikation
Pharmakokinetik: HWZ 1h (i.v.);
nur langsamer Abbau von intrazellulären Metalldepots;
Metallchelate gut nierengängig;
auch Biometalle werden abgeführt(!)
Indikationen: Pb, Cd, Hypercalcämie
Cave: Komplexstabilität pH-abhängigpartielle Dissoziation von Metallen in Nierentubuli (saurer Harn) Nierenschädigungen durch Pb, Fe, As und Hg Kontrolle der Nierenfunktion notwendig
D-Penicillamin
Nicht-natürliche Aminosäure
Oral verabreicht
Metall-Chelate gut harngängig
Indikation: 1. Wahl bei Cu-Vergiftungen
[insbesondere Dauertherapie bei Morbus Wilson (Kupferspeicherkrankheit)]
Deferoxamin
Einsatz bei der pharmakologischen Therapie einer Eisenvergiftung
Natürlicher roter Farbstoff aus der Bakterienart Streptomyces
Perorale oder parenterale Applikation
UAW: Erythem, Fieber, Myalgie, Juckreiz, lokale Ödeme, Durchfall, Anaphylaxie
Langzeittherapie mit Deferoxamin: Untersuchung auf Innenohrschwerhörigkeit, Linsentrübung und Nierenschäden
Therapie, Antidot
Ca-Na-EDTA
Komplebildung, gute Löslichkeit zur Ausscheidung
Quicksilber
Dimercaptopropan
Sulfonsäure
D Penicilinam
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