ONTENIDO

[Luisa Ferrufino 20081003978]Instructor: Dra. Alba Blanco][Laboratorio: Analisis de Drogas y Medicamentos][Seccin: Miercoles 16:00-18:00]por[Universidad Nacional Autonoma de Honduras][Facultad de Ciencias Quimicas y Farmacia][Departamento de control Quimico]

[Como afectan los pesticidas la actividad de la colinesterasa][Luisa Victoria Ferrufino Carrasco][20081003978]

IntroduccinComo afectan los pesticidas la actividad de la colinesterasaLa denominacin de pesticidas, o su equivalente plaguicidas, incluye una amplia variedad de productos muy diferentes en su composicin y en sus propiedades a pesar de su utilizacin comn.Segn la OMS, un pesticida o plaguicida es cualquier sustancia o mezclas de sustancias, de carcter orgnico o inorgnico, que est destinada a combatir insectos, caros, roedores y otras especies indeseables de plantas y animales que son perjudiciales para el hombre o que interfieren de cualquier otra forma en la produccin, elaboracin, almacenamiento, transporte o comercializacin de alimentos, produccin de alimentos, productos agrcolas, madera y productos de madera o alimentos para animales, tambin aquellos que pueden administrarse a los animales para combatir insectos arcnidos u otras plagas en o sobre sus cuerpos.CLASIFICACIN:Segn la especie a combatirINSECTICIDAS MINERALESMINERALESCompuestos arsenicalesCompuestos fluoradosAzufreDerivados del selenio

ORGANICOS DE SINTESISOrganofosforadosOrganocloradosCarbamatos

A BASE DE ACEITES MINERALESAceites antracnicosAceites de petrleo

DE ORIGEN VEGETALNicotinaPiretrinaRotenona

HERBICIDASMINERALESSales de NH4+, Ca++, Cu++, Fe+++, Mg++, K+, Na+, en forma de sulfatos, nitratos, cloruros, cloratos.

ORGANICOSFitohormonasDerivados de la ureaTriazinas y DiazinasDerivados de los fenil sustituidos y las quinoxalinasDerivados de la oxiquinolenaDerivados de las tiadizinas y tiadiazoles

OTROSParquatDiquatPiclorame

FUNGUICIDASMINERALESSales de cobreCompuestos arsenicalesAceites minerales

ORGANOMETALICOSDerivados rganomercuriales

ORGANICOSCarbamatos y ditiocarbamatosDerivados del bencenoAmicidasBenzonitrilos

RODENTICIDASDerivados cumarnicosWarfarinasSales de talio

Inorgnicos

Los plaguicidas inhibidores de la colinesterasa (organofosforados y carbamatos), se vienen utilizando a gran escala a nivel mundial, reemplazando a los insecticidas organoclorados persistentes. Ya en 1978 la FAO estimaba en 117 millones de kg el consumo mundial de insecticidas inhibidores, siendo 78 millones de kg de organofosforados y 39 millones de kg de carbamatos.La toxicidad aguda de la gran mayora de estos plaguicidas es muy alta y los casos de intoxicaciones humanas son frecuentes. Adems de las intoxicaciones agudas, los organofosforados pueden presentar tambin efectos a largo plazo.En la actualidad, si se consideran conjuntamente los herbicidas, los fungicidas y los insecticidas, la casi totalidad de los casos de intoxicaciones agudas se debe a los insecticidas inhibidores de la colinesterasa. En los pases en desarrollo la situacin es grave y las estadsticas, a pesar de las fallas de subnotificacin, informan la gran frecuencia de casos de intoxicacin. Los escasos informes de los servicios de salud de los diferentes pases permiten establecer que los daos a la salud de la comunidad se presentan con frecuencia y que los casos notificados y registrados son slo una pequea parte del problema.Un estudio efectuado en 1981 en Honduras en poblacin general de una comunidad vecina a una zona arrocera en donde se efectan rociados areos constantes durante todo el ao, encontr que el 9,1% de una muestra de dicha poblacin tena una disminucin del 25% o ms del nivel de colinesterasa.Las determinaciones de colinesterasa tienen valor en el diagnstico de casos sospechosos de envenenamiento con pesticidas organofosforados o carbamatos. En los tejidos se encuentran dos tipos de colinesterasa. La colinesterasa verdadera se encuentra en los eritrocitos y el tejido nervioso, y muestra una especificidad para el sustrato acetilcolina. La seudocolinesterasa se encuentra en el plasma y tiene una mayor afinidad para hidroliza la butilcolina y otros esteres. Los insecticidas organofosforados y de carbamatos inhiben ambas enzimas. La actividad de la enzima plasmtica es inhibida ms rpidamente que la colinesterasa de los glbulos rojos. La actividad de colinesterasa por lo general se determina por mtodos espectromtricos usando acetilcolina como sustrato.

Compuestos organofosforados

Los compuestos organofosforados son bsicamente steres del cido fosfrico (unin de un cido y un alcohol) y una variedad de alcoholes, generalmente liposolubles.Su estructura bsica es:S(O)R1

PR2

X

En donde R1 y R2 pueden ser alquilo, alcoxi, ariloxi, amido u otros y X puede ser un grupo haluro, fenoxi, tiofenoxi, fosfato, carboxilato, etc. En la actualidad hay muchos compuestos organofosforados en uso; los tipos ms importantes son: fosfatos, fsforotioatos, fsforoditioatos, fsforoamidas, fosfonatos y pirofosfatos.Los organofosforados son utilizados principalmente como insecticidas, pero algunos se emplean como herbicidas y como fungicidas.Ingreso al organismoIngresan al organismo por va drmica, respiratoria, digestiva y conjuntiva. Cuando el ingrediente activo se disuelve en solvente orgnico, se facilita la absorcin del producto a travs de la piel. La va drmica es responsable de un alto porcentaje de intoxicaciones.Existen adecuadas tcnicas para determinar la exposicin drmica y respiratoria pero no para la oral.La vida media de los organofosforados y sus productos de biotransformacin es relativamente corta (horas a das). Su biotransformacin se hace mediante enzimas oxidasas, hidrolasas y transferasas, principalmente hepticas.

Eliminacin La eliminacin tiene lugar por la orina y en menor cantidad por heces y aire expirado. Su mxima excrecin se alcanza a los dos das; luego disminuye rpidamente.

Efecto bioqumicoEl primer efecto bioqumico asociado con la toxicidad de los organofosforados es la inhibicin de la acetilcolinesterasa, aspecto que se analizar ms adelante en el presente documento y que constituye la base de una de las ms importantes actividades de control de las intoxicaciones por estos plaguicidas.Independientemente de la gravedad de los efectos anticolinestersicos, luego de un tiempo (3-4 semanas) pueden aparecer signos y sntomas de neurotoxicidad retardada. En el sistema nervioso existe una protena que tiene actividad enzimtica esterica; sta, cuando es fosforilada por el plaguicida, se convierte en 10 que se denomina estearasa neurotxica, responsable de la neuropatia retardada. Los primeros sntomas son sensoriales (sensacin de hormigueo y de quemadura) y luego debilidad y ataxia en miembros inferiores, pudiendo progresar a parlisis y en casos graves comprometer los miembros superiores. La recuperacin es lenta y rara vez completa. Los nios se afectan menos que los adultos.En los humanos se ha observado neuropata retardada con exposicin a mipafox, leptofs, metamidofs, triclorfn y tricornat.Los efectos de mutagenicidad, teratogenicidad y poder cancergeno para el hombre no han sido demostrados. Algunos productos pueden causar dermatosis.

Compuestos carbmicos

El grupo de los carbamatos corresponde en su mayor parte a derivado del cido N-metil carbmico. Los carbamatos se emplean como insecticidas, fungicidas, herbicida o nematicidas.La estructura bsica de los carbamatos:

Del mismo modo que los organofosforados, los carbamatos son fcilmente hidrolizables en soluciones alcalinas.

Ingreso al organismoIngresan a los mamferos a travs de la piel, conjuntiva, va respiratoria y va digestiva. No se acumulan en el organismo; la biotransformacin se realiza a travs de 3 mecanismos bsicos: hidrlisis, oxidacin y conjugacin. La eliminacin se hace principalmente por va urinaria.Los carbamatos son activos inhibidores de la acetilcolinesterasa pero esta inhibicin es transitoria, de algunas horas solamente. No se ha demostrado neurotoxicidad retardada hasta el presente con ningn carbamato.

Mecanismo de accin de los plaguicidas inhibidores de la actividad colinesterasa

Aunque los organofosforados y los carbamatos poseen grupos qumicos diferentes, el mecanismo a travs del cual producen toxicidad es similar y se asocia con la inhibicin de la acetil-colinesterasa (ACh), la enzima responsable de la destruccin y terminacin de la actividad biolgica del neurotransmisor aceltilcolina. Con la acumulacin de la acetilcolina se altera el funcionamiento normal del impulso nervioso. En el caso de algunos organofosforados se inhibe tambin la esterasa neuropatica y esta inhibicin, junto con el incremento del Ca2+ intracelular por alteracin de la enzima calcio-calmodulina-quinasa II, permanecen constituir el mecanismo de produccin de la neuropata retardada.En el cambio de potencial de membrana la acetilcolina acta como mediador del impulso nervioso: es el transmisor qumico del impulso nervioso en las terminales de las fibras nerviosas post ganglionares parasimpticas, unin neuromuscular, fibras preganglionares de simptico y parasimptico y ciertas sinapsis del sistema nervioso central.En el citoplasma de la terminal nerviosa y antes de la membrana sinptica, existen unas vesculas especiales conteniendo cierta cantidad de acetilcolina. El impulso nervioso provoca una descarga de acetilcolina desde estas vesculas al espacio sinptico; luego la acetilcolina se pone en contacto con un receptor colinrgico especfico, que es una molcula proteica con alta afinidad por la acetilcolina ubicada en la membrana postsinptica de la prxima fibra nerviosa. Por accin de la acetilcolina se modifica la conformacin de esta molcula proteica, facilitando la formacin de numerosos espacios en la membrana postsinptica.Los cationes de sodio y potasio penetran a travs de estos espacios produciendo una despolarizacin de la membrana post sinptica, continuando as el impulso nervioso.En la funcin normal del sistema nervioso, la accin de la acetilcolina debe ser muy corta, cerca de 1/500 seg, para 10 cual la enzima acetilcolinesterasa hidroliza rpidamente la acetilcolina en colina y cido actico. La colina puede regresar a la membrana presinptica y ser reutilizada en la sntesis de la acetilcolina.

El grupo de enzimas que producen la hidrlisis de la acetilcolina y de otros steres de la colina se llaman colinesterasas.

Las colinesterasas se dividen en 2 tipos:a) La colinesterasa eritrocitaria o especfica o de tipo "e". Se encuentra localizada exclusivamente en las neuronas, en las sinapsis ganglionares de la estructura neuromuscular del organismo y en los eritrocitos.b) La pseudocolinesterasa o inespecfica, tambin denominada butirilcolinesterasa o de tipo "s".Est presente en poca concentracin en el sistema nervioso central y perifrico, en casi todos los tejidos (principalmente hgado y en el suero). Dicha enzima tambin es inhibida por plaguicidas organofosforados y carnamatos, pero sin manifestacin de sntomas clnicos.Se ha postulado que en la molcula de acetilcolinesterasa existen unos SO sitios activos de los cuales dos son de gran importancia: el aninico con carga negativa y el esterico o cataltico. El primero atrae al nitrgeno cuaternario de la acetilcolina cargado positivamente. El sitio esterico cataliza el proceso hidroltico del sustrato y puede ser acetilado.Los organofosforados compiten con la acetilcolina por la acetilcolinesterasa. El tomo central de fsforo muestra una deficiencia de electrones y esta configuracin electrnica es favorable para la atraccin hacia el sitio esterico de la acetilcolinesterasa que posee un excedente de electrones. El fsforo forma una unin covalente con el grupo nucleoflico de la enzima. En el proceso normal la enzima fosforilada es relativamente estable lo cual impide la regeneracin de la enzima libre y activa a menos que sea administrado un antdoto tipo oxima*. En la carbamilacin la unin es ms lbil.La fosforilacin-inactivacin de la acetilcolinesterasa detiene la hidrlisis de la acetilcolina y produce acumulacin en cantidades excesivas de acetilcolina en las sinapsis ganglionares perifricas, sistema nervioso central y rganos efectores. Los sntomas son, por lo tanto, principalmente de naturaleza colinrgica.Algunos compuestos son capaces de reactivar la enzima fosforilada, por una mayor atraccin nuclefila hacia el centro activo de la enzima que la de los organofosforados. Esto significa que los reactivadores compiten con los organofosforados por el enlace en el centro activo de la enzima y lentamente los remueven. Algunos cidos, hidroximas, oximas y compuestos similares, son reactivadores apropiados de la colinesterasa inhibida, dentro de las 36 horas siguientes a la intoxicacin.La estructura qumica de cada organofosforado tiene importancia en su efecto sobre la enzima, al aumentar o disminuir la competencia con el sustrato, es decir, influye sobre su toxicidad. Cuando la acetilcolinesterasa es inhibida en forma irreversible por un organofosforado, la restauracin de la actividad enzimtica depender exclusivamente de la sntesis de nuevas molculas de enzima.La regeneracin de la enzima carbamilada es relativamente rpida si se compara con la enzima que ha sido inhibida por un plaguicida organofosforado.

*Oxima: antdoto bioqumico de las sustancias inhibidoras de la colinesterasa.Anlisis de variables y situaciones especialesDado que un sistema de vigilancia relacionado con los plaguicidas inhibidores de la colinesterasa va a tener como uno de los criterios fundamentales para decidir el diagnstico, el anlisis recuente de los niveles de colinesterasa en las poblaciones expuestas, ha parecido altamente conveniente precisar algunas situaciones especiales que modifican igualmente los niveles de dicha enzima. Este conocimiento contribuir a una ms correcta evaluacin e interpretacin de los resultados de laboratorio.Las variaciones de la enzima relacionadas con la edad han sido estudiadas en profundidad tanto en humanos como en animales; hasta el presente no se han encontrado cambios significativos en la colinesterasa eritrocitaria y los estudios que determinan pequeas diferencias en la fraccin plasmtica no son concluyentes.

Edad, sexo, razaEn estudios de toxicidad aguda en animales, se ha visto que las hembras son ms susceptibles que los machos a las sustancias qumicas pero las diferencias son pequeas y dependientes de la especie.La actividad enzimtica de las clulas rojas es igual para ambos sexos; en cambio la colinesterasa plasmtica de mujeres jvenes equivale a un 64-74% de la del hombre; esta diferencia desaparece y an se llega a invertir con el avance de la edad. Se ha informado de niveles ms bajos de la pseudocolinesterasa en personas negras que en blancas del mismo sexo.Estado nutricionalUna dieta bien equilibrada contribuye a proteger en una u otra forma al organismo contra los efectos de los productos qumicos. La malnutricin puede aumentar la vulnerabilidad a diversos agentes contaminantes ambientales (44). Ciertas carencias dietticas en aminocidos, vitaminas o minerales pueden influir sobre el efecto txico de un agente qumico.Estas deficiencias pueden alterar el proceso de bio-transformacin de las sustancias txicas mediante la inhibicin de enzimas microsmicas*. Deficiencias cualitativas y cuantitativas de protenas en la dieta producen una disminucin de las enzimas microsmicas, con efectos opuestos sobre las sustancias, las que al ser biotransformadas producen sustancias ms txicas.Se ha demostrado que la toxicidad oral de varios plaguicidas es mayor en animales mantenidos con dietas deficientes en protenas. El paratin, por ejemplo, resulta 8 veces ms txico con dieta de 3,5% de casena que con la normal de 26% (48,49). Igualmente se ha visto que dietas ricas en protenas y grasas protegen contra la accin de este plaguicida: que la actividad colinestersica es mayor en hgado y suero en dietas con mayor cantidad de casena.ntimamente ligados a los aspectos nutricionales, estn los factores socioeconmicos, que tienen una profunda influencia en las intoxicaciones con plaguicidas. Un alto porcentaje de la poblacin de Amrica Latina y el Caribe vive en la pobreza, situacin en la que se asocian el infraconsumo, la desnutricin, el alcoholismo, las precarias condiciones de vida, los bajos niveles educacionales, las malas condiciones sanitarias, el hacinamiento, la inestabilidad laboral y la poca participacin en los mecanismos de integracin social.EmbarazoSe ha demostrado que durante el perodo de la gestacin normalmente se altera la actividad colinestersica plasmtica en la siguiente forma: cada brusca en el primer trimestre con recuperacin leve en el tercer trimestre y niveles ms bajos del segundo al sptimo da postparto. En el perodo menstrual se encuentra igualmente una disminucin de la actividad enzimtica.EnfermedadesAlgunas enfermedades que afectan el funcionamiento heptico alteran la actividad colinestersica plasmtica; tal es el caso de neoplasias, infecciones agudas, algunos tipos de anemias, enfermedades del parnquima heptico y la desnutricin, todas las cuales disminuyen los niveles de la enzima. En cambio, se presentan niveles altos en la diabetes, hipertensin, nefrosis, artritis, tirotoxicosis y psoriaris. Se ha comprobado en animales, que al existir una moderada restriccin de agua y alimentos, aumentan in vivo los efectos txicos del paratin y el paraoxn.

*Enzimas microsmicas: molculas proteicas producidas a nivel del retculo endoplsmico, componente normal del citoplasma.Los resultados sugieren que las personas que viven en reas geogrficas donde son prevalentes las deficiencias nutricionales y la carencia de lquidos, son ms sensibles a los efectos de los plaguicidas anticolinestersicos; igualmente acontece en personas deshidratadas por episodios diarreicos.Por ltimo es importante recordar que la miastenia gravis y el glaucoma son tratados con inhibidores de la colinesterasa.Tensin (stress)Aunque el bioritmo y la tensin son fenmenos bien conocidos, en el hombre no existe suficiente informacin para asegurar que ellos se modifiquen por la exposicin a plaguicidas. Es posible que el ms sutil efecto txico altere el desempeo de personas expuestas. Por ejemplo, la influencia de un organofosforado en el piloto de una aeronave ocupado en la aplicacin sobre el sembrado afecta la precisin del piloto con efectos perjudiciales subsiguientes.

GenticaUn escaso nmero de personas tiene una especial susceptibilidad a ciertos inhibidores de la estearasa del tipo del amonio cuaternario, y a la vez presenta tambin una reduccin en la actividad colinestersica plasmtica.Investigaciones genticas efectuadas sobre la base de este antecedente han permitido establecer que un 3% de los caucsicos y menos del 1% de los negros, presentan normalmente niveles bajos de actividad colinestersica plasmtica.Acetilcolinesterasa y edad de eritrocitosEn algunos estudios se ha visto que la actividad de la acetilcolinesterasa disminuye en las clulas eritrocitarias de mayor edad. En los nios la mxima actividad se presenta en el perodo correspondiente al 10% inicial de la vida eritrocitaria y disminuye en el 70% final; en cambio en los adultos el incremento se da en el primer 25% de la vida del eritrocito y el descenso en el 50% final.

Exposicin a otras sustancias qumicasLa exposicin a compuestos orgnicos de mercurio, a disulfuro de carbono (fumigante), a las sales de benzalconio, entre otros productos qumicos,deprime la actividad de las pseudocolinesterasas. Se ha visto igualmente que los isocianatos inhiben la acetilcolinesterasa eritrocitaria presentndose este fenmeno con mayor intensidad con los isocianatos alifticos que con los aromticos. En la exposiclon a organoclorados se han encontrado niveles altos de la enzima.

TemperaturaLa relacin entre la temperatura y la humedad ambientales y ~os efectos txicos de estos plaguicidas no es lineal. Para el hombre existe un mayor riesgo en los climas clidos, no como consecuencia de un incremento de la toxicidad intrnseca del producto sino por los impedimentos para utilizar adecuadamen te elementos de proteccin personal y por la prdida de lquidos.En animales de experimentacin, las dosis subletales de compuestos organofosforados causan hipotermia de origen central. A mayor inhibicin de la actividad colinestersica mayor cada de la temperatura corporal. La muerte no se debe a la hipotermia en s; el mecanismo exacto de aumento de la toxicidad a temperaturas bajas no se conoce todava. Las oximas reactivadoras pasan la barrera hematoenceflica y reducen la hipotermia.Dosis de paratin que son subletales a temperatura ambiente fueron letales a temperaturas ms bajas.Variacin estacionalLos resultados de los estudios en este aspecto han sido contradictorios; se han encontrado niveles ms altos de pseudocolinesterasa humana en verano que en invierno; otra investigacin en cambio mostr mayores valores de la colinesterasa plasmtica en las mujeres en invierno que en verano.A modo de conclusin, tal como hemos visto, algunas situaciones y enfermedades pueden alterar la actividad de la enzima, pero hasta tanto no se establezca un diagnstico clnico preciso o est debidamente comprobada la situacin que produce la alteracin, cualquier disminucin de la actividad colinestersica en personas expuestas a plaguicidas que inhiban esta enzima debe interpretarse como ocasionada por ellos.

Indicadores biolgicos de exposicin

Las evaluaciones de los efectos de los plaguicidas inhibidores de la colinesterasa se han limitado a los anlisis de sangre y de orina. Exmenes electromiogrficos y electroencefalogrficos tienen muy limitado valor para detectar signos tempranos de intoxicacin por organofosforados.

La medicin de productos de biotransformacin de los plaguicidas en orina tiene limitaciones, pues su anlisis aislado no evala la magnitud de la exposicin. El ideal es efectuarla junto con el anlisis de colinesterasa.La determinacin de los plaguicidas organofosforados en sangre es difcil, pues rpidamente se hidrolizan.La determinacin de la estearasa neurotxica en linfocitos puede ser en el futuro una herramienta til para los estudios de neurotoxicidad retardada en poblaciones.Elementos de los plaguicidas inhibidores de la colinesterasa condicionantes de un sistema de vigilancia epidemiolgica Como se ha expuesto recientemente, el principal efecto txico producido por los plaguicidas organofosforados y por los carbamatos a nivel bioqumico es la inhibicin de la acetilcolinesterasa. La medicin de los niveles de acetilcolinesterasa en un grupo de individuos, es el mejor indicador disponible del nivel de exposicin y del grado de absorcin de p1aguicidas organofosforados y carbmicos; su aplicacin se considera fundamental en cualquier programa de vigilancia que se proponga sobre estos plaguicidas.Por todos los elementos ya antes sealados y porque los estudios epidemiolgicos para este tipo de plaguicidas se ven facilitados con la posibilidad de emplear ndices biolgicos de exposicin, en este Manual se expondrn las bases y los principales componentes de un Sistema de Vigilancia Epidemiolgica para la poblacin directa e indirectamente expuesta a los inhibidores de la colinesterasa (organofosforados y carbamatos).Sin olvidar en ningn momento los efectos a largo plazo, que no abordaremos en esta ocasin, las bases y componentes de un Sistema de Vigilancia estarn principalmente enfocados a los efectos a corto plazo, utilizando para el monitoreo biolgico el anlisis de la actividad colinestersica y para el monitoreo ambiental la identificacin y el control de los factores causales.

AnexosNombres comunes y nombres comerciales de los plaguicidas organofosforados ms comunes:

Nombres comunes y nombres comerciales de los plaguicidas Carbamatos ms comunes:

A continuacin se presentan los signos y sntomas ms frecuentes segn receptores ms afectados:

Bibliografa

Inhibidores del Acetilcolinesterasa: Caso de estudio de mezclas de contaminantes con similar efecto biolgico. En: Agua bebida y Salud. Vol. 9 Seleccin de tejidos. Academia Nacional. Washington D.C., 1989 pg. 203-205 Crdoba D., Cadavid S. y Ramos J.I. Inhibidores de la colinesterasa. En: Crdoba D. Toxicologa. 2. ed. Ediciones Corporacin de Estudios Medicas Medelln, 1991. pg. 51 Fogel E. Patologa toxicolgica. pg. 184-185, 1995