Haşereler ve haşere olarak sınıflandırılmış böcekler, tarım ürünlerinin işlenmesi, üretimi, depolanması ve pazarlanmasının besin değerini ve verimliliğini azaltırlar. Pestisitler ise haşere olarak bilinen zararlı organizmaları ortadan kaldırmak, kontrol etmek veya azaltmak için uzun yıllardır kullanılan kimyasallar ve bileşiklerdir. Bu derleme yazımızda pestisitlerin insan sağlığını nasıl etkilediğini, en yaygın kullanılan pestisitlerden biri olan organofosfatlı insektisitlerden biri olan klorpirifosu örnek alarak aktarmaya çalıştık.
Dünyanın En Çok Kullanılan Böcek Öldürücüleri; Organofosfat İnsektisitler
Organofosfatlar, kimyasal özelliklerinden dolayı pestisitler içerisinde insektisit grubunda özel bir öneme sahiptir. Organofosfat insektisitler, dünya çapında toplam insektisit kullanımının %50'sinden fazlasını oluşturmaktadır. Küresel organofosfat pazarının 2018 ile 2023 arasında %5,5'lik bir YBBO'da büyüyeceğini tahmin ediyor. Geniş spektrumlu bir klorlu organofosfat insektisit olan Chlorpyrifos, tarımda üretimi ve üretkenliği artırmak, çeşitli böcekleri kontrol etmek için dünya çapında en yaygın kullanılan organofosfat insektisitlerden biridir. ve ormancılıkta patojenler ve ev zararlılarına karşı koruma.
En Yaygın Kullanılan İnsektisit; Klorpirifos Nedir?
Klorpirifosun termitlere, pirelere, yaprak bitlerine, böceklere, tahtakurularına, hamamböceklerine, kıl kurtlarına, pire böceklerine, mısır delicilerine, solucanlara, kenelere, çekirgelere ve sivrisineklere karşı oldukça etkili olduğu bilinmektedir. Hem gelişmiş hem de gelişmekte olan ülkelerde pamuk, hububat (mısır, soya, buğday) ve sebze tarlalarında, fındık bahçelerinde (elma, üzüm, şeftali ve narenciye), çimen, çayır ve süs bitkilerinde insektisit olarak yaygın olarak kullanılmaktadır. Düşük maliyeti ve yüksek etkinliği nedeniyle ülkemizde yaygın olarak kullanılan klorpirifosun aşırı ve gereksiz kullanımı hedef dışı organizmaların ölümü ve çevre kirliliği başta olmak üzere birçok olumsuz sonucu da beraberinde getirmektedir. Klorpirifos, zararlıları etkili bir şekilde kontrol etmesine ve sonuçta mahsul verimini artırmasına rağmen, insan ve hayvan sağlığını tehlikeye atan sorunlara neden olabilir. Yapılan araştırmalara göre mesleki olarak, besin döngüsünde, kazara veya intihar vakaları ile ilişkili olarak organofosfatların yılda ortalama 200.000 ölüme ve yaklaşık 3 milyon insanın zehirlenmesine neden olduğu bildirilmiştir.
Klorpirifosun Fiziksel Ve Kimyasal Özellikleri
Klorpirifosun moleküler ağırlığı 350,59 g/mol, yoğunluğu 1,398 g/cm3, erime noktası 41,5-42,5ºC ve kaynama noktası 160 C'dir. Klorpirifos etil, Dünya Sağlık Örgütü tarafından orta derecede toksik - ( sınıf II) insektisit olup, LD50 değeri 82 - 270 mg/kg olarak belirlenmiştir. LD50 değeri, toksik maddenin test edilen popülasyonunun yarısını öldürmek için gereken dozdur ve maddenin akut toksisitesini belirtmek için kullanılır. Literatür çalışmalarında belirlenen klorpirifosun erkek Wistar sıçanlarına oral uygulanması için LD50 değeri 135 mg/kg'dır. Ancak bu değer türlere göre değişmektedir. Güncel literatürde bu değer 66 ile 195 mg/kg vücut ağırlığı arasında değişmektedir. Klorpirifos, piyasada Dursban, Lorsban, Equity, Suscon, Empire20 ve Whitmire PT270 gibi çeşitli ticari isimler altında granüller, tozlar ve emülsiyon haline getirilmiş konsantreler şeklinde satılmaktadır. Klorpirifos, merkaptan benzeri (tiol) kokulu, renksiz, beyaz, kristalimsi bir tozdur ve suda çözünürlüğü düşüktür. Ancak mısır yağı, benzen, dimetil sülfoksit, metanol, aseton, ksilen, metilen klorür ve Tween 20'de kolayca çözünür. Klorpirifos etil, nötr ve asidik ortamlarda kararlıdır, ancak pH'ı yüksek olan ortamlarda kararlılığı azalır.
Böcek İlacı Klorpirifosun Etki Mekanizması
Klorpirifos, organofosfat pestisit tespiti için standart bir biyobelirteç olarak kabul edilen AChE enzimini inhibe ederek etkisini gösterir. AChE, nöronlardan gelen sinyallerin iskelet kası, düz kas, otonom sinir düğümleri, bezler ve merkezi sinir sistemine uygun şekilde iletilmesinde önemli bir rol oynar ve nörotransmitter asetilkolini kolin ve asetik aside parçalayarak asetilkolin miktarını düzenler. AChE'nin aktif bölgesindeki serin amino aside fosfat bağı ile bağlanan klorpirifos geri dönüşümsüz inhibisyona neden olur.
Yağda çözünen (lipofilik) bir yapıya sahip olan klorpirifos, kan-beyin bariyerini kolayca geçer ve etkisini okson metabolitleri aracılığıyla beyindeki kolinerjik sinapslarda AChE inhibisyonuna neden olarak gösterir.
Klorpirifos gibi birçok organofosfat insektisit, yapılarında fosfora çift bağlı kükürt atomlarına sahiptir. Toksik hale gelmeleri için metabolik aktivasyonla oksonlara dönüştürülmeleri, yani yapılarındaki P=S grubunun P=O grubuna dönüştürülmesi gerekir. Bunun nedeni, yalnızca yapılarında P=O grubu bulunan organofosfor bileşiklerinin AChE'yi baskılayabilmesidir. Klorpirifos yutulduktan sonra, oksidatif kükürt giderme ile okson'a metabolize edilir. Aktif metabolit, klorpirifosun oksijene bağlanmasıyla karaciğerde okson formuna dönüştürülen klorpirifos oksondur.
Klorpirifosun karaciğerin mikrozomal zarlarında bulunan ilgili enzimler tarafından katalize edilir. Klorpirifosun biyoaktivasyonunun çoğu karaciğerde gerçekleşirken, detoksifikasyonu hem karaciğerde hem de plazmada gerçekleşir. TCP, DETP ve dietil fosfat (DEP) gibi klorpirifos metabolitleri, klorpirifos vücutta daha az kalıcı olduğu için kanda veya idrarda biyobelirteç görevi görür. Bu metabolitlerin ölçümü, klorpirifos alımının in vivo değerlendirmesine yardımcı olur.
Böcek öldürücüler, nörotoksisitelerini, hedef organizmanın sinir sistemindeki sodyum, potasyum ve klorür iyonları, belirli enzimler veya sinir terminallerindeki nörotransmiterler ile ilişkili zar taşınmasına müdahale ederek gösterirler. Enzim inhibisyonunun bir sonucu olarak, asetilkolinin otonom ve merkezi sinir sistemlerinde nöromüsküler kavşakta birikmesi, düz kas kasılmasına ve presinaptik, nikotinik ve muskarinik reseptörlerin aşırı uyarılmasıyla bezlerden büyük miktarlarda salgı üretilmesine yol açar. Bu aşırı uyarımı, kolinerjik sendrom veya kolinerjik kriz olarak adlandırılan kolinerjik sinaptik iletimin felci izler.
Organofosfat insektisitler, tüm organizmalarda hemen hemen aynı olan toksisite mekanizmalarına sahip organları hedef alır. Bununla birlikte, ortaya çıkan toksik etkinin şiddeti büyük ölçüde doza bağımlıdır. AChE enziminin tekrar aktif olabilmesi için vücutta rejenere olması veya oksim benzeri maddeler tarafından reaktive edilmesi gerekir. Bir maddenin kan-beyin bariyerini geçme derecesi, lipid çözünürlüğüne, serum proteinlerine bağlanma afinitesine, yüküne ve molekül ağırlığına bağlıdır. Madde ne kadar lipofilikse, kan-beyin bariyerini o kadar hızlı geçer. Bunun nedeni, klorpirifos gibi nörotoksik etkileri olduğu bilinen lipofilik maddelerin endotel hücrelerinin lipit zarlarında hızla çözünmesi ve basit difüzyonla beyne girmesidir.
Hayvan modellerinde mısır yağında çözündürülerek uygulanan klorpirifosun absorpsiyon düzeylerinin %80'e çıktığı bildirilmiştir. Organofosfat bileşikleri vücuda girdikten sonra hızla dağılır ve başta yağ dokusu olmak üzere karaciğer ve böbrek dokularında birikir. Klorpirifosun oral yoldan verildiği sıçanların yağ dokularında diğer dokulara göre daha fazla klorpirifos birikimi gözlenmiştir. Vücut ağırlığı başına 50 mg klorpirifosun oral olarak uygulanmasından sonraki 3 saat içinde yapılan ölçümler, klorpirifos metabolitleri DEP, DETP ve TCP'nin kan seviyelerinin en yüksek olduğunu göstermiştir.
Kısırlık sorunu olan 322 erkekten alınan idrar örneklerinin kullanıldığı başka bir çalışmada, idrar estradiol seviyeleri ile TCP'deki artışlar arasında doza bağımlı bir ilişki bulundu. Klorpirifosun ana metaboliti, idrarla atılan ve idrar klorpirifos metabolit düzeylerini artırabilen TCP'dir. Sıçanlarda tek geçişli bağırsak perfüzyon yöntemi kullanılarak klorpirifosun asimilasyonunun araştırıldığı çalışmada, klorpirifos emiliminin ince bağırsak boyunca gerçekleştiği ve verilen klorpirifosun yaklaşık %99'unun emildiği saptanmıştır. Klorpirifos esas olarak karaciğer ve böbreklerde birikir ve oral emilimden sonra klorpirifos çoğu memelide esas olarak idrarla atılır.
Pestisitlere Nasıl Maruz Kalıyoruz?
Klorpirifos özelinde değerlendirecek olursak pestisit kalıntıları, omurgalılardan omurgasızlara kadar hemen hemen tüm canlı organizmalarda tespit edilebilen geniş spektrumlu etkilere sahiptir. İnsanlar ve hayvanlar klorpirifosa çevresel, oral, dermal ve inhalasyon dahil olmak üzere çeşitli şekillerde maruz kalabilirler. Klorpirifosun bulaşma yolu ve/veya yutulan dozu, etkinliği ve vücuttaki alımı için kritik öneme sahiptir.
Pestisitler genellikle püskürtülerek uygulandığında, bir kısmı yapraklara, bitki yüzeyine ve toprağa bulaşarak toprak yapısının bozulmasına neden olur ve orada yaşayan canlı organizmaları etkiler.
Gerisi dağılma ve buharlaşma yoluyla kaybolur. 20-25 °C'de suda çözünürlüğü 0,7 ila 2,0 mg/L olan pestisitler, yağış ve sızıntı hendekleriyle nehirlere ve yer altı sularına karışabilir. Bu karışım sonunda su ortamına girerek sadece deniz yaşamının zehirlenmesine ve ölümüne neden olmakla kalmaz, aynı zamanda içme suyu kaynaklarını da kirletirler. Kuşlar, arılar, balıklar, çeşitli mikroorganizmalar ve omurgasızlar gibi hedef olmayan organizmalar üreme dengesini bozabilir ve hatta ölebilir. Pestisitler doğrudan toprağa uygulandıktan sonra topraktan buharlaşma veya rüzgarla atmosfere, daha sonra su yoluyla toprağa girerler. Hava yoluyla uzun mesafelere taşınabilirler ve atmosfere giren pestisitler yağmur, sis veya kar şeklinde yeryüzüne geri dönebilir. Bu hidrolojik döngü sürekli olarak devam eder.
Çiçekçiler, tarım işçileri, böcek ilaçlama teknisyenleri ve pestisit uygulayıcıları, mesleki veya iş başında sıklıkla klorpirifosa maruz kalmaktadır. Klorpirifos'a az miktarda maruz kalma ise mesleki olmayan maruz kalmaların ana kaynağıdır. Maruz kalma süresi ve pestisit konsantrasyonunun yanı sıra kişisel koruyucu ekipmanın kullanılmamasının da maruziyet sonuçlarını etkilediği sonucuna vardı. Diyet maruziyeti, klorpirifos uygulamasından sonra, gıda üzerinde bozunmamış formda veya TCP gibi kalıntılar şeklinde ortaya çıkar. Bu nedenle, insanlar ve hayvanlar, bütün gıdalarda veya çeşitli işlenmiş gıdalarda eser miktarda klorpirifosa kaçınılmaz olarak maruz kalabilir.
Mesleki maruziyet dışında, klorpirifos maruziyetinin en önemli nedeni besinler içinde vücuda alımıdır. Bu da ekinlerin ve hayvanların beslenmesiyle olur. Klorpirifosa maruz kalan kişilerin idrarındaki TCP'deki %50'lik artış, temel gıdalarda klorpirifos bulunmasıyla açıklanabilir. Deri yoluyla maruz kalma olasılığı ve etkinliği, oral veya inhalasyon yoluyla maruz kalmaya göre daha düşüktür.
Bu sonuç, klorpirifosun keratinize cilt tabakaları nedeniyle cilt tarafından iyi emilmediğini, ancak ağızdan alındığında hızla asimile edildiğini açıklayan önemli bir bulgudur.
Klorpirifosun %100 oral olarak emildiği ve metabolitlerinin %1'inin deri yoluyla emildiği bildirilmiştir. Kimyasal toksisite için önemli bir yol olan dermal maruziyetin etkisi, cilt bölgesine ve maruz kalma süresine bağlıdır. Klorpirifosun dermal eliminasyon fazının oral eliminasyon fazına kıyasla yaklaşık 2 kat yarılanma ömrüne sahip olmasının nedenleri olarak olası lipofiliklik ve zaman fazları gösterilmektedir.
Soluma maruziyetinin belirtileri, oral ve dermal alımdan daha hızlı ortaya çıkar. Klorpirifosun ev ortamında kullanımı birçok ülkede yasak olduğundan, solunum yoluyla maruz kalma çoğunlukla tarımsal (mesleki) ve/veya kırsal meskenlerde bulaşma sonucu kullanımdan kaynaklanmaktadır.
Bu nedenle, mevcut araştırmaların çoğu yalnızca tarım işçileri ve pestisit kullanıcılarına atıfta bulunmakta ve mesleki maruziyete odaklanmaktadır.
Gıda ile alınan ürünler çok az miktarda olsa bile bir veya birden fazla pestisit kalıntısı içerebilir ve bu pestisitlerin kalıntılarının oluşturduğu toksisite ciddi sağlık sorunlarına yol açar. Birçok gelişmiş ülke, pestisit kalıntılarını tespit etmek ve belirlemek için gıda analizleri yapmayı gerekli görmektedir. Kalıntı seviyeleri, kabul edilebilir günlük alım (ADI) olarak ifade edilen toksisite kriterleri veya maksimum kalıntı limitleri (MRL'ler) adı verilen ticari standartlarla karşılaştırılarak değerlendirilir. ADI bir toksisite ölçüsü iken, MRL dünya çapında kaliteli ve sağlıklı gıda ticaretini kontrol etmek için ulusal ve uluslararası kuruluşlar tarafından belirlenen bir standarttır. Birçok gelişmiş ülkede olduğu gibi ülkemizde de tarım ürünlerinde izin verilen maksimum pestisit miktarları ilaç ve ürünler bazında Gıda, Tarım ve Hayvancılık Bakanlığı tarafından belirlenmektedir.
Klorpirifos kalıntıları, kan veya idrardaki TCP, DETP veya DEP seviyeleri ölçülerek belirlenebilir. Klorpirifosun ana reaktif metaboliti olan klorpirifos okson, organizmalar için nispeten daha toksiktir. Chlorpyrifos'un toprak stabilitesi birkaç günden 4 yıla kadar değişir ve toprağın doğasına ve çevresel faktörlere bağlıdır. Klorpirifosun bozunmaya karşı kararlılığı su ekosisteminde topraktan daha yüksek olduğundan, klorpirifosun su ortamında kalıcılığı da yüksektir.
Klorpirifos Zehirlenmesi Ve Teşhisi
Klorpirifos gibi pestisit organofosfatların toksisitesindeki semptomların oranı ve etkileri, organofosfat maruziyetine ve dolayısıyla kimyasal yapısına bağlıdır. Ayrıca zehirlenme, organofosfat maruziyetinin süresi, maruziyete bağlı olarak geçirdiği metabolik yol ve bozunma mekanizmaları gibi birçok faktöre bağlıdır. İlk klinik belirtiler genellikle organofosfat bileşiğine maruz kaldıktan 30 dakika ila 3 saat sonra ortaya çıkar. Organofosfat bileşiklerinin yüksek oranda oral alımı ile semptomlar 5 dakika kadar erken ortaya çıkar ve ölüm 15 dakika kadar erken bir sürede ortaya çıkabilir.
Deri yoluyla organofosfat bileşiğine düşük düzeyde maruz kalma ölümcül değildir, ancak basit semptomlara neden olabilir. Organofosfat insektisitler lipofiliktir yani kolayca kan-beyin bariyerini geçer. Klorpirifos gibi organofosfat bileşiklerinin adipoz dokuda birikmesi ve ardından tekrar sirkülasyona uğraması, toksisite semptomlarının gecikmesine, sistemik etkilerin uzamasına ve hatta iyileşmeden sonra klinik bulguların tekrarlamasına neden olabilir. Bu nedenle, klorpirifostan farklı olarak, yağda çözünen organofosfat bileşikleri ilk semptomlarını yaklaşık 12 saat içinde gösterirken, klorpirifos gibi yağda çözünen bileşikler bu süre zarfında hiçbir etki göstermeyebilir.
Klorpirifos zehirlenmesinde çok önemli olan klinik bulgular nükleotinik, muskarinik ve merkezi sinir sistemi bulguları olmak üzere 3 farklı kategoriye ayrılır. Tanıda klinik bulgulara ek olarak öykü, zehirlenmeye bağlı kolinerjik semptomların varlığı, nefeste ve kusmukta hidrokarbon veya sarımsak kokusu saptanması en önemli kriterlerdir. Zehirlenme tespit edildikten sonra kişinin maruz kaldığı ilacın tespit edilmesi ve ilaç kutusu ya da şişesinin temin edilmesi panzehirin elde edilmesinde ve tedavi sürecinin hızlandırılmasında büyük kolaylık sağlar. Bununla birlikte, bu kriterler her zaman çok güvenilir değildir çünkü tüm insektisitler ve kolinesteraz inhibitörleri organofosfat değildir. Bu nedenle laboratuvar ölçümleri ve klinik bulgular her zaman gereklidir.
Dokularda organofosfat ve metabolitlerinin ölçümü için gerekli ölçümleri yapan laboratuvar sayısının azlığı, ölçüm yapılabilse bile geç sonuç alınması ve birçok organofosfat bileşiğinin toksik referans aralığının bilinmemesi gibi sakıncaları vardır. Diğer bir alternatif test yöntemi ise dokulardaki AChE enzim düzeylerinin ölçülmesidir. Bu biyopsi gerektiren cerrahi bir yöntem olduğu için oldukça zahmetlidir. Ölçüm sonucunun değerlendirilebilmesi için kişinin bazal AChE seviyesinin bilinmesi gerekir ve bu mümkün değildir. Orta veya şiddetli zehirlenme bulguları olan hastalarda AChE düzeylerinin değerlendirilmesinde bir ölçüt olarak laboratuvar referans aralığı kullanıldığında AChE aktivite sonuçlarının normal sınırlar içinde olduğunu ancak hastaların başlangıç durumuna göre değerlendirildiğinde bu aktivitelerin yarı yarıya azaldığını göstermişlerdir. . Serum ve eritrosit AChE ölçümleri pratikte en sık kullanılan yöntemlerdir. Eritrosit AChE iskelet kası ve sinir dokusunda da bulunduğundan, ölçüm sonucu aynı zamanda periferik doku, beyin ve kastaki AChE enzim aktivitesini de yansıtır. Eritrositlerde AChE ölçümü organofosfat zehirlenmesini saptamak için daha spesifik olmasına rağmen, ölçümü kolay ve erişilebilir olduğu için serumda AChE ölçümü tercih edilir. Serum AChE aktivitesi popülasyonda bireysel olarak değiştiğinden, tedaviye yanıtı değerlendirmek için bir referans aralığından ziyade azalmış veya artmış serum AChE aktivitesini belirlemenin daha doğru olduğu kabul edilir.
Klinik olarak önemli olan, azalan AChE aktivitesinin yönündeki değişikliklerdir. Maruz kalan maddenin antikolinesteraz özelliğine sahip olduğunu kanıtlar ve inhibisyon derecesi hakkında bilgi verir. AChE aktivitesinin değerinin hafif zehirlenmelerde %20-50, orta zehirlenmelerde %10-20, ağır zehirlenmelerde %10'un altına düşmesi tanı için önemlidir. AChE referans değerleri laboratuvarlar arasında farklılık gösteriyorsa yanlış negatif sonuçlar oluşabilir. Organofosfat zehirlenmesinden şüphelenilen hastalarda rutin kan testlerine ek olarak elektromiyografi ve elektrokardiyografi ölçümleri ve akciğer grafisi çekilmelidir. Erken elektromiyografide kaydedilen tekrarlayan potansiyeller ve fasikülasyonlar tanıyı destekler. Pulmoner ödem ekarte edilmeli ve elektrokardiyografi sonucu dikkatle değerlendirilmelidir.
Pestisitleri İnsan Sağlığı İçin Nasıl Daha Güvenli Hale Getirebiliriz?
Pestisitler ile insan sağlığı arasındaki ilişkiyi açıklamak için kullandığımız organofosfat olan klorpirifos, gıda, ev ve işyerlerinde haşereleri öldürmek için dünyada en yaygın kullanılan pestisitlerden biridir. Klorpirifos kullanımı 1960'larda zirve yaptı ve 1974 ile 2005 yılları arasında yaklaşık 278 klorpirifos zehirlenmesi vakası kaydedildi. Genotoksisite, immünotoksisite, sitotoksisite, oksidatif stres, nörotoksisite ve mutajenite gibi toksik etkileri göz önüne alındığında, klorpirifos bazı ülkelerde yasaklandı. EPA, 2011'de kapsamlı bir insan sağlığı risk değerlendirmesi yaptı, 2014 ve 2016'da revize etti ve nihayet 2018'de ABD'de klorpirifos kullanımını yasaklayan bir mahkeme kararı yayınladı.
Uzun ömürlülüğü ve etkinliği nedeniyle gelişmekte olan ülkelerde halen yaygın olarak kalıntı olarak kullanılan bu insektisit, gıda ve sağlık güvenliği açısından yeniden değerlendirilmeli ve düzenlenmelidir. Artan dünya nüfusu ve ekilebilir alanların azalması nedeniyle, pestisit kullanmadan tarım ekonomisini sürdürmek ve nüfusu yeterince beslemek giderek imkansız hale geliyor.
Bir yandan nüfus artışı ve ihtiyaçları karşılama çabası diğer yandan teknolojik ve endüstriyel gelişmeler hava, toprak ve su kirliliğinin artmasına neden olmaktadır. Gıdalardaki klorpirifos konsantrasyonunu azaltmak için etkili yöntemler geliştirmek çok önemlidir. Bu amaçla gıdalardaki kalıntı miktarını kısa sürede tespit edebilen sensörlerin geliştirilmesi ve kullanılması aciliyet arz etmektedir. Pestisitlere bağlı sağlık sorunlarının üstesinden gelmek ve toksisiteyi önlemek için yapılan çalışmalar başta insan sağlığı olmak üzere birçok canlı için önemlidir. Bunun için kullanılan her tür pestisit için uygun kantitatif testler ve insanlarda prospektif çalışmalar ile çok daha araştırma çalışması gerekmektedir.