De um modo geral, os piretróides são compostos sintéticos derivados das piretrinas, ésteres tóxicos isolados das flores das espécies de Chrysanthemum
cinerariaefoliu e de algumas outras espécies pertencentes à mesma família, que foram
inicialmente desenvolvidos com o objetivo de serem aplicados na agricultura para o controle de pragas, uma vez que apresentavam características inseticidas eficazes e uma baixa toxicidade para o ser humano (Nasuti et al., 2003).
Existem relatos da utilização de piretrinas naturais na China que datam do século I a.C.. Estes compostos, constituintes ativos do piretro, foram então utilizados como inseticidas naturais durante muitos anos, devido à sua eficaz ação sob uma vasta variedade de insetos, associada à baixa toxicidade em mamíferos (Nollet e Rathore, 2010), quando em circunstâncias de uso adequado. Contudo, as piretrinas naturais apresentam grande instabilidade ao ar e à luz solar, diminuído assim a sua eficácia no controle dos insetos que atacam as culturas agrícolas (Palmquist et al., 2012).
A aplicação de piretróides sintéticos na agricultura teve início na década de 70 após a introdução de uma modificação estrutural nas piretrinas, modificando a sua
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estrutura química por forma a obter substâncias com maior potencial inseticida e sobretudo com uma maior estabilidade (Soderlund et al., 2002). Deste modo, a inserção de átomos de azoto, enxofre e de halogéneos na estrutura química das piretrinas permitiu ultrapassar os problemas de estabilidade que as substâncias naturais anteriormente utilizadas apresentavam, mantendo a baixa toxicidade aguda nos mamíferos e uma limitada persistência no solo (Heudorf e Angerer, 2001).
Do ponto de vista químico, os piretróides sintéticos (Figura 4) são constituídos por ésteres dos ácidos crisantêmico ou crisantêmico com substituíntes halogenados, do ácido 2-(4-clorofenil)-3-metilbutírico ou ainda de alguns álcoois, nomeadamente a aletrolona e o álcool 3-fenoxibenzil (Tadeo, 2008). A estereoquímica destes compostos é extremamente importante para a sua eficácia, uma vez que os piretróides possuem diferentes formas isoméricas que lhes confere um distinto potencial tóxico e diferentes intensidades inseticidas, sendo que os isómeros cis são geralmente mais tóxicos que os
trans (Casida et al., 1983; Narahashi, 1996).
O R O X Y H O
Figura 4. Representação da estrutura química de
alguns piretróides (X = Cl, Br, ou -CH3; Y = -CF3,
Cl, Br ou -CH3; R = -CN ou H).
Os piretróides têm sido classificados em dois grupos (tipos I e II), de acordo com a sua resposta biológica, eletrofisiológica e ação no sistema nervoso. Os sintomas demonstrados após a aplicação do inseticida têm sido associados à ausência (tipo I) ou presença (tipo II) de um grupo α-ciano na sua estrutura, o que aumenta a atividade inseticida destes compostos (Casida et al., 1983). Quanto à sua toxicidade, os principais efeitos observados após a exposição via oral são o síndrome de tremor, que é causado pelos piretróides do tipo I que atuam preferencialmente nos nervos periféricos, enquanto os do tipo II atuam no sistema nervoso central originando sintomas como a falta de coordenação motora, convulsões, hiperatividade, careoatetose e aumento da salivação. Relativamente à exposição pela via dérmica, os piretróides podem causar irritação incluindo rubor e edema na pele (Soderlund, 2012). Estudos de toxicidade aguda e subaguda demonstraram a neuro-toxicidade e hipertrofia hepática em mamíferos (Beilschmidt, 1990). Os principais efeitos causados pela exposição crônica e subcrónica
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aos compostos pertencentes à classe dos piretróides sintéticos são alergias, asma bronquítica, irritação das mucosas, hipersensibilidade, supressão do sistema imunitário, danos no sistema nervoso e ainda alterações a nível da reprodução (Beilschmidt, 1990).
Relativamente ao potencial mutagénico e carcinogénico dos piretróides, a literatura científica mostra que estes compostos podem originar mutações e são propensos para o aparecimento de vários tipos de cancro (Beilschmidt, 1990). De acordo com os resultados obtidos por Saito e seus colaboradores (Saito et al., 2000) é ainda possível afirmar que alguns compostos pertencentes à classe dos piretróides apresentam efeitos estrogénicos, originando interferências hormonais no organismo dos mamíferos.
Os piretróides são considerados agentes de contato que atuam com rapidez sobre o sistema nervoso periférico ou central do inseto, causando imediatamente a sua paralisia seguida de morte,efeito de choque designado de “knock down” (Kavvalakis e Tsatsakis, 2012). Habitualmente, as formulações com piretróides, para além da substância ativa, possuem ainda um agente sinérgico (butóxido de piperonilo) que inibe as enzimas que os insetos possuem para metabolizar os piretróides (Casida et al., 1983).
Relativamente ao modo de ação, os compostos pertencentes à classe dos piretróides sintéticos podem interagir com os canais iónicos de sódio, de potássio, de cloro e de cálcio, afetar o correto funcionamento do complexo neurotransmissor do GABA, podendo ainda originar a modulação da transmissão colinérgica nicotínica, o que aumenta a libertação de noradrenalina e serotonina. Contudo, as propriedades inseticidas destes compostos derivam fundamentalmente da sua capacidade para alterar a função dos canais de sódio (Casida et al., 1983; Tatebayashi et al., 1994; Soderlund et
al., 2002; Ray e Fry, 2006).
Em termos gerais, as células nervosas quando se encontram no estado normal de funcionamento têm uma determinada diferença de potencial. Todavia, quando a quantidade de iões que passa através dos canais de sódio é alterada gera uma despolarização da membrana nervosa, provocando a libertação de neurotransmissores, que por sua vez intervêm na comunicação entre as células. Como consequência, as mensagens elétricas enviadas entre os neurónios permitem ao organismo gerar uma determinada resposta a esse estímulo (por exemplo um determinado movimento).
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Normalmente os canais de sódio encontram-se fechados, o que origina uma diferença de potencial na membrana neural. Quando esta fica despolarizada, uma fração dos canais de sódio abrem gerando um gradiente de corrente de sódio, processo que se designa por ativação dos canais de sódio e que depende do potencial da membrana (Vais et al., 2001). Dessa forma, do ponto de vista bioquímico, os piretróides alteram a cinética dos canais de sódio através da diminuição da taxa de inativação, isto é, prolongando o tempo em que o respetivo canal se encontra aberto, e consequentemente aumentando o período de permeabilidade para o sódio na membrana retardando, inevitavelmente, a saída de potássio da célula. O resultado final é uma diminuição do potencial de ação e a geração de impulsos nervosos repetitivos, seguindo-se pela morte do organismo alvo (Narahashi, 1996; Narahashi et al., 2007; Vais et al., 2001).
Considera-se que a exposição humana aos piretróides ocorra principalmente através do contacto direto dos operadores que se encontram envolvidos no processo de aplicação destes compostos e através da contaminação dos alimentos com os seus resíduos (Heudorf e Angerer, 2001), os quais são rapidamente absorvidos pelo trato gastrointestinal após a sua administração oral (Soderlund et al., 2002). Apesar das vantagens que apresentam, relativamente a outros inseticidas, devem ser tomados os mesmos cuidados, no que diz respeito à sua utilização, já que podem exercer graves efeitos neuro e cardiotóxicos (Cerda et al., 2002).
1.6.5.2.1.Deltametrina
Das diversas substâncias ativas pertencentes à classe dos piretróides, é de destacar a deltametrina (Figura 5), devido à sua extensiva aplicação nos olivais portugueses, sendo, por isso, abordada com mais detalhe neste trabalho. Trata-se de um piretróide do tipo II, pertencente à quarta geração, que foi sintetizado pela primeira vez em 1974, através da inserção de um grupo substituínte α-ciano no grupo álcool 3- fenoxibenzilo, o que lhe confere um maior poder inseticida, maior estabilidade ao ar, à luz e à humidade, contudo é instável em meio alcalino (WHO, 1990).
26 O CN O O Br Br
Figura 5. Estrutura química da deltametrina.
A deltametrina é um composto que apresenta um elevado carácter lipofílico, é praticamente insolúvel em água e bastante solúvel na maior parte dos solventes orgânicos, as suas moléculas são estáveis em solução aquosa a pH ácido e neutro, porém são suscetíveis de sofrer hidrólise a valores de pH básicos. Após a sua aplicação, a degradação das moléculas de deltametrina depende fundamentalmente da intensidade da radiação solar, sendo que o tempo de meia-vida deste composto é de aproximadamente 48 dias. Quanto à sua estabilidade e mobilidade é um composto relativamente estável e praticamente imóvel no solo (WHO, 2014). As principais características químicas, físicas e toxicológicas da deltametrina estão resumidas na tabela 3.
A deltametrina encontra-se disponível comercialmente sob a forma de emulsão ou suspensão concentrada, de pó seco, líquida diretamente aplicável ou ainda na forma de emulsão de óleo em água. Em termos de aplicação, pode ser usada individualmente ou em uso concomitante com outros pesticidas, com os quais não possua incompatibilidades. Geralmente, a substância ativa deltametrina encontra-se no mercado com os seguintes nomes comerciais: Decis; Deltaplan; K-obiol DP2; Jackpot; Deca; Delstar; Petra; Delta; entre muitos outros (DGAV, 2014b).
Tal como a maioria das substâncias ativas pertencentes à classe dos piretróides, a deltametrina atua por contato e ingestão. Bioquimicamente, estes compostos interagem essencialmente nos canais de sódio da membrana dos axônios dos insetos, provocando uma maior despolarização da membrana nervosa, o que origina a diminuição da amplitude do potencial de ação, originando repetitivas descargas sinápticas, e, por último, a morte do inseto (Casida, 1983). Assim, uma vez que este mecanismo é semelhante para todos os vertebrados, é possível depreender que os pesticidas com este modo de ação possam implicar sérios riscos para os seres humanos.
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Tabela 3. Características químicas, físicas e toxicológicas da deltametrina (WHO,
2014).
Nome IUPAC (S)-a-cyano-3-phenoxybenzyl (1R,3R)-3-(2,2-dibromovinyl)- 2,2-dimethylcyclopropanecarboxylate
Formula Molecular C22H19Br2NO3
CAS RN 52918-63-5 Massa molecular 505,24 gmol-1 Massa específica 0,5 gcm-3 (20 ºC)
Ponto de fusão 98-101 ºC Ponto de ebulição Superior a 300 ºC Solubilidade em água < 0,2 mgmL-1 (20 ºC)
Estabilidade Estável
Símbolos de Perigo T: Tóxico; N: Perigo para o meio ambiente.
Códigos de Risco
Tóxico por inalação e por ingestão; Muito tóxico para os organismos aquáticos; Pode causar efeitos negativos a longo
prazo no ambiente aquático.
Descrição de segurança Manter fora do alcance das crianças; Usar vestuário de proteção adequado; Usar luvas adequadas. Toxicidade aguda Moderadamente tóxico (classe II) Intervalo de segurança 7 dias para o olival
Estado físico Sólido Odor Inodoro
Cor Incolor
O Comité de Especialistas sobre Resíduos de Pesticidas (JMPR) órgão integrante da FAO/ OMS define uma dose diária admissível (DDA) para a deltametrina de 0,01 mgkg-1 de peso corporal e uma dose aguda de referência de 0,05 mgkg-1 de peso corporal (WHO, 2014).
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1.6.5.3.Triazinas
As triazinas foram desenvolvidas no início da década de 50 pela empresa Geigy Química de origem Suíça, tendo sido desde então utilizadas como herbicidas seletivos no controlo de pré- e pós-emergência de plantas espontâneas em diversas culturas (Pacáková e Jiskra, 1996). Em termos gerais, estas substâncias são tóxicas, persistentes no meio ambiente e potencialmente carcinogénicas para o homem (Nimmo e MCEwen, 1994). Os herbicidas pertencentes a este grupo compreendem cerca de 30 % de toda a produção mundial de pesticidas (Cabral et al., 2003).
Do ponto de vista químico, as triazinas constituem-se por um anel heterocíclico aromático de seis membros, no qual os átomos de carbono e azoto encontram-se simetricamente localizados, podendo conter diferentes substituíntes nas posições 1-, 3- e 5- (Pacáková e Jiskra, 1996). Estruturalmente, as triazinas mais importantes são as s- triazinas, também denominadas de triazinas simétricas (Pinto e Jardim, 2000). Na figura 6 encontra-se representada a estrutura molecular geral de uma s-triazina.
N N
N R1
R3 R2
Figura 6. Representação da estrutura química geral de uma s-
triazina (R1 = Cl, -OCH3 ou -SCH3; R2 e R3 = -NH2).
As propriedades e os nomes comerciais dos compostos pertencentes à família das s‐triazinas dependem basicamente dos substituíntes da posição R1. De acordo com os diferentes substituíntes, existem 3 grupos de s-triazinas, nomeadamente, as clorotriazinas, nas quais o substituínte é um átomo de cloro (Cl) e cujo nome comercial dos compostos químicos daí resultantes termina em -azina, as metoxitriazinas cujo substituínte é um grupo metoxi (-OCH3), tendo o nome dos respetivos compostos
químicos a terminologia –tona e ainda as metiltiotriazinas, sendo que neste caso o substituínte é um grupo metiltio (-SCH3) e o nome dos compostos pertencentes a este
grupo possui a terminologia –trina. Por sua vez, as posições 3 e 5 são normalmente ocupadas por grupos amina (Pinto e Jardim, 2000).
Os compostos pertencentes à classe das s-triazinas são bastante estáveis, pelo que apresentam uma elevada persistência no meio ambiente e uma grande capacidade de
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bioacumulação nos tecidos gordos dos organismos vivos. Por outro lado, a sua absorção no solo é relativamente baixa, sendo assim facilmente arrastados para os diferentes compartimentos aquáticos e, consequentemente, para toda a cadeia alimentar (Balduini
et al., 2003).
Os processos de degradação das triazinas, tanto no solo como nos diferentes sistemas aquáticos, podem ser originados por ação física (fotólise), química (hidrólise e oxidação) e biológica (microrganismos). O mecanismo de degradação destes compostos é estritamente dependente do seu comportamento no solo, ou seja, a decomposição das moléculas de triazina é influenciada pela quantidade de matéria orgânica existente no solo, visto que esta favorece a adsorção e o desenvolvimento de microrganismos que aceleram a sua decomposição (Pacáková e Jiskra, 1996).
A ação dos compostos pertencentes a esta classe é caraterizada pelo bloqueio do início da via fotossintética, uma vez que as triazinas estão inseridas no grupo C1 (inibidores do fotossistema II), atuando na membrana do cloroplasto na qual ocorre a fase luminosa da fotossíntese, mais especificamente, no transporte de eletrões. Deste modo, as plantas sujeitas a aplicações destas substâncias apresentam clorose foliar, verificando-se a inibição do seu crescimento. Contudo, devido ao facto das plantas superiores metabolizarem as triazinas com uma velocidade mais elevada do que as plantas infestantes, faz com que sejam menos sensíveis à sua toxicidade (Baird, 1998).
A maioria dos pesticidas pertencentes à família das s-triazinas apresenta uma baixa toxicidade aguda. No entanto, a exposição a curto prazo a concentrações elevadas pode causar insuficiência cardíaca, pulmonar e renal, juntamente com baixos valores de pressão arterial, espasmos musculares, danos da glândula adrenal, perda de apetite e consequentemente perda de peso. Os efeitos a longo prazo variam entre a perda de peso, degeneração muscular, problemas cardiovasculares, podendo ainda, em casos mais graves, originar cancro (Steffensen, 2004). Os resultados dos estudos científicos que investigam a associação desses compostos com o desenvolvimento de cancro, tanto em animais como nos seres humanos ainda são alvo de alguma controvérsia, no entanto, alguns artigos de revisão sugerem que as triazinas podem ser potenciais causadores de cancro (Baranowska et al., 2006; Clapp et al., 2007; Mladinic et al., 2012). Há ainda estudos que consideram que alguns compostos pertencentes à classe das triazinas são responsáveis pela disfunção do sistema reprodutor, provocam danos no sistema nervoso
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central (Safe, 2004) e são suspeitos de causar modificações nas funções hormonais (Cai
et al., 2004; Baranowska et al., 2006).
A família das s-triazinas compreende uma série de substâncias ativas que apresentam um elevado espectro de ação herbicida, sendo de destacar a atrazina, a simazina, a propazina e ainda a terbutilazina, entre outras (Sahid e Teoh, 1994). A substância ativa atrazina tem sido um dos principais herbicidas mais utilizados em todo o mundo. Os potenciais efeitos negativos que advém da utilização da atrazina, quer a nível ambiental quer para a saúde humana, têm fomentado a sua substituição por outros herbicidas, nomeadamente pela terbutilazina, a qual tem vindo a ser gradualmente mais usada em diversos países da Europa (Caracciolo et al., 2005).
1.6.5.3.1.Terbutilazina
Dado o objetivo do presente estudo, a terbutilazina (tbz) será alvo de destaque, por ser um dos principais herbicidas aplicados no olival, como forma de controlar as plantas infestantes que competem diretamente com a cultura do olival, relativamente aos nutrientes e à água disponíveis no solo.
A terbutilazina (Figura 7) é uma substância ativa pertencente à família das s- triazinas e ao grupo das clorotriazinas, que possui um modo de ação não seletivo (Sanlaville et al., 1996). De acordo com a via de penetração é classificado como um pesticida residual e sistémico, que é absorvido sobretudo pelas raízes das plantas, sendo posteriormente armazenado nos seus tecidos, durante um período de tempo mais ou menos perlongado, onde exercem a sua ação fitotóxica, a qual consiste essencialmente na inibição da taxa fotossintética (WHO, 1998).Na tabela 4 apresentam-se as principais características químicas, físicas e toxicológicas deste pesticida.
N N
N
CH3CH2NH NHC(CH3)3
Cl
Figura 7. Representação da estrutura química da
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Tabela 4. Características químicas, físicas e toxicológicas da terbutilazina (WHO,
1998).
Nome IUPAC N2-tert-butyl-6-chloro-N4-ethyl-1,3,5-triazine-2,4-diamine Formula Molecular C9H16Cl5
CAS RN 5915-41-3 Massa molecular 229,7 gmol-1 Massa específica 1,188 gcm-3 (20 °C)
Ponto de fusão 177-179 °C Ponto de ebulição 373,1 °C a 760 mmHg Solubilidade em água 8,5 mgL-1 (20 ºC)
Estabilidade Estável
Símbolos de Perigo Xn: Nocivo; N: Perigoso para o Ambiente. Códigos de Risco Tóxico por ingestão; Muito tóxico para os organismos
aquáticos.
Descrição de segurança Manter fora do alcance das crianças; Usar vestuário de proteção adequado; Usar luvas adequadas. Toxicidade aguda Pouco Tóxico (Classe III)
Intervalo de segurança Não indicado devido à época de aplicação Estado físico Sólido
Odor Inodoro
Cor Branco ligeiramente amarelado
Atualmente a terbutilazina é utilizada em diversos produtos fitofarmacêuticos como por exemplo no Arpix TER, Aspect, Folar 525 FW e Glitz, Primextra Gold Star. Relativamente aos tipos de formulações, podem encontrar-se disponíveis comercialmente na forma de suspensão concentrada, suspo-emulsão, dispersão em óleo ou ainda na forma de suspensão concentrada em óleo (DGAV, 2014a).
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No que diz respeito ao mecanismo de degradação da terbutilazina no solo, é possível afirmar que este fenómeno ocorre sob uma vasta variedade de condições ambientais, sendo que a velocidade de decomposição deste composto é fortemente influenciada por diversos fatores, tais como: a temperatura, o teor de humidade, a atividade microbiana, assim como o pH do solo. Por sua vez, a degradação da tbz em água depende essencialmente da presença de sedimentos e da atividade biológica que existe no respetivo sistema aquático. As moléculas de tbz apresentam, em média, um tempo de meia-vida de 3 meses quando expostas à radiação solar (Green, 1991, citado por WHO, 1998). Adicionalmente, a frequente ocorrência de contaminações tanto em águas superficiais como subterrâneas, juntamente com as suas intrínsecas propriedades toxicológicas, podem representar sérios riscos para a saúde humana (EFSA, 2011; Mladinic et al., 2012).
A Organização Mundial da Saúde define uma dose diária admissível para a terbutilazina de 2,2 µgkg-1 de peso corporal (WHO,1998).