اثر سموم بر بدن

مقاومت بندپايان نسبت به سموم
مقدمه
بندپايان يكي از مهمترين شاخه جانوري هستند كه تا كنون حدود يك ميليون گونه از آنها شناسايي شده است. اكثر بندپايان جزء موجودات مفيد بوده و فقط تعداد محدودي از آنها بعنوان آفات كشاورزي و ناقل بيماري ها شناخته شده‎اند. از مهمترين بيماري هائي كه توسط بندپايان به انسان منتقل مي‎شود مي‎توان از مالاريا, فيلاريازيس, ليشمانيازيس, تريپانوزوميازس, تب زرد, تب دانگ, طاعون, تيفوس و بيماري هاي آربوويروسی نام برد و لذا با توجّه به نقش بندپايان در انتقال بسياري از بيماري هاي نوپديد و بازپديد و اقدامات كنترلي مربوطه، اقدام به نگارش اين گفتار، گرديد.

تاريخچه استفاده از سموم
در طول تاريخ بعضي از بندپايان بعنوان دشمن انسان در جهت كاهش محصولات كشاورزي و ناقل بيماري ها شناخته شده‎اند و انسان از بدو پيدايش و بويژه از آغاز متمدّن شدن، همواره بدنبال روش هاي مقابله با اين دشمنان بوده است. در زمان هاي قديم انسان از مواد طبيعي موجود مانند مواد معدني و گياهي براي مبارزه استفاده مي‎نمود، لازم به ذكر است كه تا قبل از شروع جنگ جهاني دوّم اكثر مواد شيميايي استفاده شده بر عليه آفات از مواد معدني چون آرسنيك و گوگرد بودند, و به طور همزمان، استفاده از گياهاني همچون گل پيرتروم, نيكوتين و روتنون نيز مرسوم بود. دهة ۱۹۴۰ آغازي بود كه در آن «انقلاب حشره‎كش ها» بوقوع پيوست.

در آن زماني سم DDT در سطح وسيعي بعنوان حشره‎كش مورد استفاده قرار گرفت. خاصيت حشره‎كشي اين ماده توسط Paul Muller در سال ۱۹۳۹ كشف شد و بخاطر اين كشف و استفاده از آن در كنترل بسياري از بيماري ها جايزه صلح نوبل در سال ۱۹۴۸ را از آن خود ساخت و متعاقباً سم DDT در سطح وسيعتري توليد و مصرف گرديد و توليد صنعتي ساير سموم نيز ادامه يافت.

با كشف سم DDT و استفاده از آن در از بين بردن حشرات, سازمان جهاني بهداشت اين ماده را بنام (گلولة سحرآميز) , ناميد و ادعا نمود با در دست داشتن آن قادر به ريشه‎كني بسياري از بيماري ها و ازجمله بيماري مالاريا خواهد بود.كه اين موضوع با بروز مقاومت به سموم در حشرات با شكست مواجه شد.
طبقه‎بندي سموم

سموم را بر اساس منشأ و مواد شيميايي موجود مي‎توان به گروه هاي زير طبقه بندي نمود:
۱ ـ سموم كلره (Organochlorine compounds)

اين گروه از سموم در طيف وسيعي بر عليه آفات و حشرات موذي، مورد استفاده قرار گرفته است. از مهمترين سمومي كه در اين گروه قرار دارد مي‎توان به سموم ذيل اشاره نمود : ددت, ديلدرين, BHC, ديكوفول, آلدرين, كلردان, هپتاكلر و اندوسولفان. از مهمترين خصوصيات اين سموم مي‎شود به پايداري طولاني آنها در محيط و طيف وسيع حشره‎كشي آنها اشاره نمود.
۲ ـ سموم فسفره (Organophosphate insecticides)

حشره كش هاي فسفره مصنوعي، مولكول هاي آلي حاوي فسفر مي‎باشند. همزمان با جنگ جهاني دوّم اين گروه از سموم بعنوان گازهاي جنگي توسط آلماني‎ها سنتز شدند و سپس به خاصيت حشره‎كشي آنها پي برده شد. تا كنون بيش از ۱۰۰ تركيب از اين سموم به بازار آمده است و از راه هاي مختلف بر روي حشرات اثر مي‎گذارند.
از مهمترين سموم در اين گروه مي‎توان به مالاتيون, پاراتيون, ديازينون, سيستوكس, متاسيستوكس, تمفوس, كلروپيروفوس متيل , پيريميفوس متيل, فنتيون و فنيتروتيون اشاره نمود. خاصيت ابقايي اين سموم در مقايسه با سموم كلره كمتر مي‎باشد.

۳ ـ كاربامات‎ها (Carbamates)
اين گروه از سموم از نظر مكانيسم عمل بر روي حشرات شبيه سموم فسفره هستند. از مهمترين سمومي كه در اين گروه قرار دارند مي‎توان كارباريل, پروپوكسور, فورادان آلديكارپ را نام برد.

۴ ـ سموم پايروتروئيد (Pyrethroid insecticides)
اين گروه از سموم نسل جديدي از حشره‎كش ها را بوجود آورده است. منشاء اين گروه از سموم از گل پيرتر بوده است كه مبدأ آن ايران مي‎باشد. از نظر ساختمان شيميايي, استر يك اسيد و الكل مي‎باشند. در دهة ۱۹۵۰ اين گروه بصورت مصنوعي سنتز شدند. اوّلين گروه از اين سموم كه به بازار عرضه شدند در مقابل نور سريعاً تجزيه مي‎شدند. متعاقباً بر روي فرمول شيميايي آنها كارهاي فراواني انجام پذيرفت و سمومي به بازار عرضه گرديد كه خاصيت ابقائي بيشتري در طبيعت داشتند. هم اكنون بيشترين استفاده را در كنترل حشرات خانگي و

آفات كشاورزي به خود اختصاص داده‎اند. مهمترين پايروتروئيدها عبارتند از : آلترين, بيوآلترين, رزمترين, بيورزمترين, پرمترين, سايفلوترين, دلتامترين, سايپرمترين, لمبداسيهالوترين و فنترين. هم‎اكنون سموم فوق را در كنترل ناقلين مالاريا به صورت هاي سمپاشي ابقايي داخل منازل, سمپاشي فضايي و استفاده از پشه‎بندهاي آغشته به سموم، به كار مي‎برند.
۵ ـ ساير سموم جديد

علاوه بر چهار گروه اصلي كه قبلاً توضيح داده شد, هم اكنون انواع و اقسام سموم از گروه هاي مختلف به بازار عرضه شده است كه مكانيسم عمل آنها ممكن است با گروه هاي قبلي متفاوت باشد. ازجمله مي‎توان به Biopesticides اشاره نمود كه از سم حاصل از باكتري Bacillus thuringiensis بر عليه آفات استفاده مي‎شود. گروه ديگري بنام هاي تنظيم كننده رشد حشرات (ICR’s) به بازار عرضه شده است كه مكانيسم عمل آنها بر روي حشرات همانند هورمون هاي جلداندازي و جواني حشرات است. از مهمترين نمونه‎هاي اين گوه مي‎توان به متوپرن و ديفلوبنزورون اشاره نمود. تركيبات جلب كننده حشرات, تركيبات دوركننده حشرات, عقيم كننده‎هاي شيميايي و فرمون‎هاي حشرات نيز جهت كنترل به بازار عرضه شده‎اند كه تا كنون مقدمات انجام طرح هاي تحقيقاتي خود را پشت سر مي‎گذارند.

مكانيسم عمل سموم بر روي حشرات (Mode of action of insecticides)
اكثر سموم، كه در چهار گروه اصلي توضيح داده شد بر روي سلول و سيستم عصبي اثر مي‎گذارند. (Cytotoxic and neurotoxic)، بطور كلي مي‎توان گفت كه سموم كلره و پايروتروئيد از گروه Axonic هستند و بر روي كانال هاي يوني سيستم عصبي (K+ و Na+) اثر سوء داشته و باعث اختلالات در ورود و خروج اين يون ها به داخل و خارج سيستم عصبي مي‎شوند, سموم فسفره و كاربامات از گروهSynaptic بوده و بر روي آنزيم استيل كولين استراز، اثر مي‎گذارند. لازم به توضيح است كه براساس اطلاعات جديد، اين قاعده كلي نبوده و ممكن است مكانيسم هاي اثر جديدی نيز روي حشرات اعمال گردد.

مفهوم مقاومت به سموم در حشرات
قدمت حشرات به ۳۵۰ ميليون سال بر مي‎گردد. در طول اين قرون متمادي حشرات با طبيعت بصورت Coevolution زندگي مي‎كردند. از زماني كه انسان در صدد مقابله با حشرات برآمد از اسلحه‎اي بنام سموم استفاده نمود. تا كنون بيش از هزاران تركيب شيميايي، توليد و بر عليه حشرات بكار برده شده است. بديهي است حشرات نيز براي مقابله با اين فشار طبيعي كه بوسيله انسان هدايت شده است مكانيسم هايي را براي بقاء خود و نسل‎هاي آينده خود بكار برده اند. انتخاب طبيعي بصورت بطئي در طول تاريخ بين حشرات و محيط اتفاق مي‎افتد. با كشف سموم و استفاده از آن در كنترل حشرات در حقيقت روند انتخاب طبيعي (Natural selection) توسط انسان با شتاب فوق العاده‎اي به پيش رفته است. تعريف مقاومت از نظر سازمان جهاني بهداشت بدين صورت است:

«توانايي بقاء يك حشره به غلظتي از سم كه قبلاً توسط آن غلظت كاملاً از بين مي‎رفت». اين توانايي بقا بصورت ارثي به نتايج بعدي انتقال مي‎يابد. تاكنون گزارش هاي متعددي از مقاومت به سموم در انواع و اقسام حشرات ارائه شده است.

مشكلات مقاومت به سموم در حشرات
۱ ـ مقاومت به سموم در حشرات باعث بقاي حشره در طبيعت و در نهايت ادامه خسارت اقتصادي و بهداشتي خواهد بود
۲ ـ مقاومت در حشرات باعث افزايش غلظت سم براي كنترل بهتر حشرات شده در نتيجه از نظر اقتصادي، بار مالي بيشتري براي انسان داشته و آلودگي محيط زيست را نيز افزايش مي‎دهد
۳ ـ استفاده بيشتر از سموم باعث آلودگي محيط زيست شده و موجودات غيرهدف مثل حشرات مفيد و موجوداتي كه در سير تكاملي جانوران و طبيعت نقش اساسي دارند را از بين مي‎برد

۴ ـ سموم استفاده شده، وارد چرخه تغذيه انسان و حيوانات شده و ناهنجاري هاي متفاوتي را باعث مي‎گردد.
۵ ـ مقاومت به سموم، انسان را وادار به سرمايه‎گذاري در جهت كشف سموم جديد مي‎نمايد كه اين مسئله كاملاً مقرون به صرفه نمي‎باشد
۶ ـ مقاومت به سموم در حشرات باعث بازپديدي بيماري هاي مختلفي كه توسط حشرات به انسان منتقل مي‎شوند گرديده است. بطور مثال بازپديدي و تداوم مالاريا يكي از نمونه‎هاي بارز مقاومت پشه آنوفل به سموم است.

مكانيسم هاي مقاومت به سموم در حشرات
استفاده مداوم از سموم بر عليه حشرات در طي سال هاي متمادي باعث انتخاب طبيعي و مقاومت به حشرات به سموم شده است. انسان با انواع و اقسام سموم به جنگ با حشرات پرداخته است و حشرات براي مقابله و فرار از اين هجوم انسان سپرهائي را در جهت بقاء بكار برده اند كه در جاي خود قابل بحث خواهد بود. بطور كلي مكانيسم هاي مقاومت به سموم بطور اختصار به شرح ذيل مي‎باشند:

۱ ـ كاهش نفوذ سم (Reduced penetration)
در اين نوع مقاومت, تغييراتي در جلد حشره بوجود مي‎آيد كه از نفوذ سم بداخل بدن آن ممانعت مي‎نمايد. ممانعت از ورود سريع سم به داخل بدن حشره فرصت كافي براي ساير مكانيسم هاي مقاومت را فراهم مي‎آورد. مثالهاي متعددي از اين نوع مقاومت و همچنين ژن هاي مسئول، در مگس خانگي گزارش شده است.
۲ ـ مقاومت از طريق شكست سم توسط آنزيم هاي حشره (Metabolic resistance)

در اين نوع مقاومت , آنزيم هاي موجود در بدن حشره و يا آنزيم هائي كه در اثر تماس با سم در بدن موجود افزايش يافته و تغيير كمّي و كيفي مي‎يابند باعث شكسته شدن سم شده و اثرات آنها را خنثي مي‎نمايند. سه گروه از آنزيم ها در مقاومت به انواع و اقسام سموم دخيلند كه به اجمال مي‎توان به آنزيم هاي ذيل اشاره نمود: Glutathione S-transferases Mixed, function oxidases و Esterases. اين گروه از آنزيم ها در فعل و انفعالات مهم شيميايي كه باعث شكسته شدن سموم مي‎شوند مشاركت دارند.
۳ ـ تغيير در سيستم هدف در حشرات (Target site insensitivity)

همانگونه كه قبلاً اشاره شد مكانيسم عمل سموم بر روي حشرات اكثراً بر روي سيستم عصبي است. در اين نوع مقاومت كه از بدترين مكانيسم هاي مقاومت در حشرات مي‎باشد, حشره با تغيير در ساختمان اهداف سموم كه اكثراً كانال هاي يوني هستند باعث عدم اثربخشي سموم مي‎باشد. بطور مثال حشره با تغيير در تعداد كانال هاي يوني سديم و پتاسيم و كاهش آنها باعث مقاومت مي‎گردد. علاوه بر اين تغييرات شيميايي در واحدهاي ساختماني و مولكولي حشرات باعث كاهش affinity سم در محل هدف شده و مقاومت را باعث مي‎شود. مقاومت به سموم فسفره باعث تغيير ساختماني در آنزيم استيل كولين استراز شده و لذا سم به آنزيم نچسبيده و در نهايت باعث عدم انتقال پيام‎هاي عصبي نخواهد شد.
۴ ـ تغييرات رفتاری (Behavior change)

تحريك پذيري خيلي از سموم باعث شده است كه حشره از تماس با سم دوري نمايد و يا به مكانهائي كه سمپاشي شده است وارد نشود. اين نوع مكانيسم مقاومت در حقيقت حاصل تغييرات فيزيولوژيكي در بدن است. تغييرات رفتاري در حشرات باعث عدم تأثيرپذيري سم بر روي حشره شده و باعث شكست كنترل بيماري‎هاي منتقله توسط حشرات در دنيا شده است.

۵ ـ دفع سم (excretion)
دفع سم يكي از مكانيسم هاي مقاومت به سموم در حشرات است. بدين معني كه سم بدون جذب شدن از طريق مقعد حشره دفع مي‎شود.
فاكتورهائي كه در مقاومت به سموم نقش دارند

مقاومت حشرات به سموم در طبيعت يك مسئلة چندبعدي است و بستگي به اثرات متقابل فاكتورهاي مختلف دارد . اين فاكتورها عبارتند از:
۱ ـ فاكتورهاي ژنتيكي
مانند جهش , فراواني ژنهاي غالب مقاومت
۲ ـ فاكتورهاي توليد مثلي
مانند تعداد نسل در سال, اندازه جمعيت حشرات, تعداد جفت‎گيري, بكرزائي و غيره
۳ ـ فاكتورهاي رفتاري اكولوژيكي

مانند مهاجرت حشرات, فرار از حشره‎كش, اثر مواد طبيعي و آنزيمهاي شكنندة سم, عادات درون خواري و برون‎خواري
۴ ـ فاكتورهاي سم‎پاشي
مثل سابقه استفاده از سموم, قسمتي از جمعيت كه تحت تأثير سم قرار مي‎گيرند, غلظت حشره‎كش استفاده شده, خاصيت ابقائي سم, راه تماس, مرحله‎اي از رشد حشره كه در تماس با سم قرار مي‎گيرد. اثرات متقابل سموم با عوامل كنترل كننده محيطي, استفاده از مخلوط دو سم, الگوي سمپاشي, رهاسازي حشرات نر عقيم.
راههاي مقابله با مقاومت در حشرات

به منظور استفاه بهينه از سموم و براي مقابله با مقاومت، لازم است كه قبل از بروز مقاومت به سموم راهكارهاي مناسبي در جهت مقابله با اين مسئله ارائه گردد. سازمان جهاني بهداشت اقدامات ذيل را بدين منظور پيشنهاد نموده است:

۱ ـ تغيير دادن غلظت حشره كش و دفعات سمپاشي
۲ ـ استفاده از سموم در مواقع ضروري و بصورت منطقه‎اي
۳ ـ استفاده از سموم در جائي كه اپيدمي حاصل مي‎شود

۴ ـ استفاده از سموم با خاصيت ابقائي كمتر
۵ ـ استفاده از سموم براي كنترل بخشي از سيكل زندگي حشره مثل لارو و يا حشره كامل
۶ ـ استفاده از مخلوط دو سم

۷ ـ جايگزيني سموم
۸ ـ استفاده از سموم بصورت rotation
9 ـ استفاده از فرمولاسيون هاي مناسب سموم

۱۰ ـ استفاده از سينرژيست‎ها
۱۱ ـ عدم استفاده از سموم کندرها
۱۲ ـ كشف سم جديد با مكانيسم عمل متفاوت
۱۳ ـ استفاده از روش هاي كنترل غيرشيميايي

نحوه اثر سموم پیروتروئیدها
همانند سم د.د.ت و بسیاری از سموم حشره کش سموم پیرو تروئید طبیعی و مصنوعی بر روی سیستم عصبی عمل می کنند .مکانیزم عمده این سموم ، قطع نفوذ پذیری غشائ سلولهای عصبی نسبت به اتم سدیم می باشد .محل اثر آن مشخص نمی باشد.اما احتمالا محل اثر سموم پیروتیرئید و د. د.ت بر روی مغز ، طناب نخاعی ، و سیستم اعصاب جانبی می باشد.دو گروه دیگر از حشره کش ها شامل کارباماتها و ارگانوفسفره ها اگر چه که جزء سموم اعصاب هستند اما روی سیستم اعصاب جانبی بی تاثیر می باشند. اکثر حشره سناسان معتقدند که این سموم دارای قابلیت کنترلی موثر و توسعه پذیر بر روی حشرات هستند. گر چه که چندین گونه حشره مهم ، به این ترکیبات شیمیائی مقاومت پیدا کرده اند . از نمونه آنها (tobacco budworm (Heliothis virescens) ) می باشد.

چگونگی مسمومیت زائی سموم پیروتروئید ها
درجه سمیت پیرتروئید ها براساس ایزومرهای آنها است به نحوی که هر ایزومر درجه سمیت خود را دارد. بسیاری از پیرتروئید ها دارای دو ایزومرسیس و ترانس هستند. برخی از آنها تا حدود هشت ایزومر با خواص مختلف دارند. در شکل زیر مولکول پرمترین permethrin را مشاهده می کنید. این سم دارای دو ایزومر سیس و ترانس است.درجه سمیت این ترکیب بسته به نسبت ایزومرهای آن می باشد.مثلا LD50 خوراکی پرمترین در موش صحرائی از ۲۲۴ تا ۶۰۰۰ میلیگرم بازاء کیلوگرم وزن بدن بر اساس افزایش ایزومر ترانس ، از ۲۰ تا ۸۰ درصد افزوده می گردد.

cis-permethrin tran

s-permithrin

بیشترفرمولهای تجارتی این سموم دارای نسبت ثابتی از ایزومرهای این ترکیبات هستند.فرمولهای ساخته شده از تک ایزومر بعنوان مثال deltamethrin احتمالا دارای سمیت خیلی بیشتری ازاین سم با جهار یا هشت ایزومر در ساختمان خود می باشد.

Acute Toxicity of Mixtures of Two Isomers of Permethrin