Azinfos-metilo

El azinfos-metilo (Guthion) (también escrito azinophos-metilo) es un insecticida organofosforado de amplio espectro fabricado por Bayer CropScience , Gowan Co. y Makhteshim Agan . ^{[ 4 ]} Al igual que otros plaguicidas de esta clase, debe sus propiedades insecticidas (y su toxicidad para los humanos) al hecho de ser un inhibidor de la acetilcolinesterasa (el mismo mecanismo es responsable de los efectos tóxicos de las armas químicas de agente nervioso de la serie V ). Está clasificado como una sustancia extremadamente peligrosa en los Estados Unidos, según lo definido en la Sección 302 de la Ley de Planificación de Emergencias y Derecho a la Información de la Comunidad de los Estados Unidos (42 USC 11002), y está sujeto a estrictos requisitos de notificación para 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 plaguicidas organofosforados (OP). ^{[ 6 ]} No está registrado para uso doméstico ni de consumo. Se ha relacionado con problemas de salud de los agricultores que lo aplican, y la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (EPA) consideró la denegación de la renovación del registro, citando "preocupación por los trabajadores agrícolas, los aplicadores de plaguicidas y los ecosistemas acuáticos". ^{[ 4 ]} El uso de AZM se prohibió completamente 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-metil se prohibió 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-metil 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 frecuentemente como ingrediente activo en plaguicidas organofosforados como Guthion, Gusathion (GUS), Gusathion-M, Crysthyron, Cotnion, Cotnion-metil, Metriltrizotion, Carfene, Bay 9027, Bay 17147 y R-1852. Por ello, Guthion se usa a menudo como apodo para el AzM. Los estudios han demostrado que el AzM puro es menos tóxico que el GUS. Esta mayor toxicidad puede explicarse por las interacciones entre los diferentes compuestos de la mezcla. ^{[ 6 ]}

La síntesis (en este caso, del 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 proporción 2:1. Se añade [carbón activado] y el resultado se filtra para su clarificación. El filtrado se enfría mientras se mantiene en movimiento para generar cristales, generalmente a 4  °C, pero si es necesario también se puede enfriar a −10  °C. Luego, los cristales se recogen, se lavan y se secan. Si es suficientemente puro, se utiliza para los pasos siguientes, que tienen lugar entre 0 y 5  °C. Para producir o-nitrobenzonitrilo-14C (compuesto 2), el primer componente o-nitroanilina y ácido clorhídrico (grado reactivo concentrado) se mezclan con hielo y agua. Se añade nitrito de sodio , disuelto en agua, a esta suspensión fina. Después de la formación de una solución amarillo pálido, que indica la finalización de la reacción de diazotización , 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 retira 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, tratado 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-benzotriazin-4(3H)-ona-14C (compuesto 4). En agua se añade nitrito de sodio disuelto a antranilamida y ácido clorhídrico en agua helada. Debido a que se trata de una reacción de diazotización, el producto vuelve a ser de color amarillo pálido. Después de esto, el pH se ajusta a 8,5. Esto provoca el cierre del anillo para formar 1,2,3-benzotriazin-4(3H)-ona-14C. Esto da como resultado una suspensión de sal sódica que se puede tratar con ácido clorhídrico, lo que reduce el pH de 2 a 4. El 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 a dicloruro de etileno y se calienta a 40  °C. Luego se añade cloruro de tionilo y todo el disolvente se calienta aún más a 65 °C. °C. Tras cuatro horas de calentamiento, la solución se enfría a temperatura ambiente. Se añade agua y se neutraliza. Se retira la capa de dicloruro de etileno y se une al resultado de la capa acuosa lavada. El disolvente se filtra y se seca. El último paso es la síntesis propiamente dicha de Azinphos metil. 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 sódica de O,O-dimetil fosforoditioato en agua. Se retira la capa de dicloruro de etileno, se reextrae con dicloruro de etileno y se purifica por filtración. El filtrado puro se seca. Este producto se purifica de nuevo por recristalización a partir de metanol. Lo que queda es azinphos-metil puro en forma de cristales blancos. ^{[ 10 ]}

El azinfos-metil puede ingresar al cuerpo por inhalación, ingestión y contacto dérmico. ^{[ 11 ]} La ingestión de azinfos-metil es responsable de la exposición a bajas dosis en gran parte de la población, debido a su presencia como residuo en alimentos y agua potable. Después de la ingestión, puede absorberse en el tracto digestivo. ^{[ 12 ]} Por contacto con la piel, el AzM también puede ingresar 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 absorbido, el azinfos-metilo puede causar efectos neurotóxicos, como otros insecticidas organofosforados. ^{[ 13 ]} A 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. 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 produce 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 AChE puede afectar su función. Por lo tanto, la exposición a azinfosmetil, si bien 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 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 o simpático 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 fasciculaciones musculares, 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 prevenir los efectos tóxicos, AzM puede ser biotransformado. Aunque AzM (en la figura 2 llamado gutión) puede ser bioactivado por una desulfuración mediada por el citocromo P450 (CYP450) a su triéster de fosfato u oxón (gutoxón), también puede ser detoxificado por el propio CYP (reacción 2 en la figura 2). ^{[ 12 ]} El CYP450 es capaz de catalizar la ruptura oxidativa del enlace PSC en AzM para producir DMTP y MMBA . Las otras vías de detoxificación implican la desalquilación mediada por glutatión (GSH) a través de la ruptura 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 GS-CH3 (reacción 4 en la figura 2). AzM también puede sufrir desarilación catalizada por glutatión que forma DMPDT y mercaptometil benzazimida conjugada con glutatión (reacción 5 en la figura 2). El gutoxón, el compuesto que causa principalmente la toxicidad de AzM, 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 va a través de la escisión del enlace PO-CH3 para formar AzM desmetilado y GS-CH3 (reacción 7 en la figura 2), y a través de la desarilación catalizada por glutatión para producir DMTP y mercaptometil benzazimida conjugada con glutatión (reacción 8 en la figura 2). ^{[ 15 ] [ 16 ] [ 17 ]}

Existen dos mecanismos principales de tratamiento para la intoxicación por AzM. Una posibilidad es tratar al paciente antes de la exposición a AzM y la otra es tratarlo después de la intoxicación. Los antagonistas competitivos de la AChE pueden utilizarse como pretratamiento. Pueden reducir la mortalidad causada por la exposición a AzM. ^{[ 18 ]} Los inhibidores organofosforados de la AChE pueden unirse temporalmente al sitio catalítico de la enzima. Debido a esta unión, AzM ya no puede fosforilar la enzima y la inhibición de la enzima es más corta. ^{[ 18 ]} El mecanismo de tratamiento posterior a la exposición consiste en bloquear la activación del receptor muscarínico. Se utilizan anticonvulsivos para controlar las convulsiones y oximas para reactivar la AChE inhibida. ^{[ 18 ]} Las oximas eliminan el grupo fosforilo unido al sitio activo de la AChE al unirse a él. ^{[ 19 ]} Existen algunas oximas que son las más eficaces en la intoxicación por AzM, a saber, la oxima K-27 y la fisostigmina. ^{[ 18 ]} Estos dos tratamientos también se utilizan juntos; algunos pacientes son tratados específicamente con atropina (un antagonista competitivo de la AChE) y oximas reactivantes. Cuando los pacientes son resistentes a la atropina, 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 sinérgicamente con atropina es más seguro que el uso de altas concentraciones de antropina , que pueden ser tóxicas. Otra posibilidad es utilizar la tecnología de biorreactor de membrana . Cuando se utiliza esta tecnología, no es necesario agregar 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 la AChE. Otras enzimas esterasas como la CaE y la BChE también son inhibidas por AzM. En general, la exposición a AzM se detecta mejor mediante la inhibición de la AChE que mediante la inhibición de la CaE. En anfibios y también en el pez 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 (AP) no tóxicos, con la ayuda del CYP450 y el glutatión. Estos AP son: dimetilfosfato (DM), dimetiltiofosfato (DMTP) y dimetilditiofosfato (DMDTP). Estos tres metabolitos pueden excretarse en la orina y pueden utilizarse como biomarcadores fiables de exposición a AzM. Sin embargo, estos metabolitos no son específicos de AzM, ya que otros plaguicidas organofosforados también podrían metabolizarse en los tres alquilfosfatos. La cantidad de acetilcolinesterasa eritrocitaria (RBE-AChE) en la sangre también puede utilizarse como biomarcador del efecto de la azamida (AzM). Según Zavon (1965), la RBC-AChE es el mejor indicador de la actividad de la AChE en la sinapsis nerviosa, ya que guarda una estrecha relación con el nivel de AChE en el sistema nervioso central (SNC) y periférico (SNP). Una disminución de la RBC-AChE se correlacionará con los efectos debidos a una rápida disminución de las enzimas AChE presentes en otros tejidos, dado que ambas enzimas pueden ser inhibidas por la azamida. ^{[ 13 ]}

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 compuestos químicos. En ambientes naturales ricos en agua, los microorganismos y la luz solar hacen que AzM se degrade más rápidamente; su vida media es muy variable dependiendo de las condiciones, desde varios días hasta varios meses. En condiciones normales, la biodegradación y la evaporación son las principales vías de desaparición; tras la evaporación, AzM se expone más a la luz ultravioleta, lo que provoca su 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 con 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, incluso cuando las actividades de la colinesterasa no son 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 del pez. ^{[ 6 ]} Los efectos en los anfibios son “tamaño reducido, curvatura de la notocorda , pigmentación anormal, intestino y branquias defectuosos, natación en círculos, acortamiento del cuerpo y crecimiento deficiente”. ^{[ 6 ]} En los erizos de mar , específicamente en 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 la ChE cerebral es letal en ratones. ^{[ 24 ]} También en lombrices de tierra y ratas, AzM disminuye la actividad de AChE. ^{[ 25 ] [ 26 ]}

Para evitar extenderlo demasiado, puede consultar los siguientes estudios en animales y sus referencias:

• Pez cebra ^{[ 27 ]}
• Anfípodo Hyalella curvispina , la lombriz de tierra Eisenia Andrei ^{[ 28 ]}
• Tilapia Oreochromis mossambicus ^{[ 29 ]}
• Rana Pseudacris regilla y salamandra Ambystoma gracile ^{[ 30 ]}
• Sapo Rhinella arenarum ^{[ 31 ]}
• Trucha arcoíris Oncorhynchus mykiss ^{[ 32 ]}
• Comparación entre el sapo Rhinella arenarum y la trucha arcoíris Oncorhynchus mykiss ^{[ 33 ]}
• Comparación entre los peces Mysidopsis bahia y Cyprinodon variegatus ^{[ 34 ]}

• Azinfos-etil
• Trastorno de colapso de colonias

• Compendio de nombres comunes de plaguicidas
• Página de la EPA sobre el azinfos-metilo
• CDC - Guía de bolsillo del NIOSH sobre riesgos químicos - Azinfos-metil
• Extoxnet - Azinfos-metilo