Органофосфаты/Карбаматы

lab-leonardo.com предлагает тест-системы для определения содержания органофосфатов и карбаматах в пробах зерна, воды и смывах с пищевых продуктов.

Органофосфаты, или фосфорорганические соединения, сокращенно называемые ФОС (или ФОВ – фосфорорганические вещества) - это органические соединения, имеющие в молекуле одну или несколько фосфатных групп. Карбаматы, или уретаны – органические соединения, производные карбаминовой кислоты (амида угольной кислоты). Эти вещества используют в сельском хозяйстве в качестве инсектицидов, фунгицидов, гербицидов, роденицидов. Также препараты на основе этих веществ применяют в быту для борьбы с насекомыми и грызунами и в ветеринарии.

Широко известны такие фосфорорганические инсектициды как диазинон (препараты "Медветокс", "Муравьин", "Диазол"), карбофос, тербуфос дихлофос, хлорофос. Среди карбаматов распространены карбосульфан ("Маршал", "Advantage"), карбарил ("Севин"), пропоксур ("Байгон"), дикрезил.

Методы синтеза ФОС были открыты в начале XX века, но интерес к этим веществам начали проявлять в 30-х годах в Германии после того, как исследователи Ланге и Крюгер, изучавшие химические свойства органофосфатов отравились ими и описали их действие. Оно напоминало действие физостигмина, или эзерина – алкалоида, содержащегося в Калабарских бобах (физостигме ядовитой). Его токсическое действие представляло интерес для исследователей из многих стран, в первую очередь для военных. Последних всегда интересовал способ уничтожить силы противника, но оставить территорию пригодной для дальнейшего использования. Крайне токсичные при разовом приеме и быстро разлагающиеся в окружающей среде ФОС отвечают этой цели. Потому перед Второй Мировой войной и во время нее во многих странах занимались изучением органофосфатов. В Германии в 1937 году был синтезирован табун, в 1938 – зарин, в 1944 – зоман. Но ни одна из сторон не применила ФОС в боевых целях.

После Второй Мировой войны другие, менее токсичные органофосфаты начали использовать в качестве пестицидов. В 50-х годах фосфорорганические пестициды распространились во всем мире. Тяжелые отравления ими также участились. Органофосфаты и карбаматы представляют опасность не только для людей, но и для сельскохозяйственных животных, особенно для птиц.

Популярность фосфорорганических и карбаматных пестицидов снизилась после того, как в Бхопале произошла утечка метилизоционата, промежуточного вещества при изготовлении карбаматов. Эта авария, произошедшая в 1984 году, до сих пор считается крупнейшей по числу жертв техногенной катастрофой.

Попадая в организмы живых существ, многие из органофосфатов и карбаматов преобразуются в более опасные вещества (претерпевают так называемый летальный синтез). Это свойство можно использовать при разработке пропестицидов – относительно малотоксичных веществ, которые при попадании в живой организм превращаются в более токсичные. Оно же обуславливает и опасность этих веществ.

Карбаматы и ФОС различаются по составу и структуре, но механизм действия на живые организмы этих соединений одинаков: они блокируют работу ацетилхолинэстеразы – фермента, расщепляющего ацетилхолин. Именно этим объясняется нервно-паралитическое действие органофосфатов и карбаматов.

Ацетилхолин присутствует у всех позвоночных животных. Это основной передатчик нервного импульса от нейронов к мышцам. Также это вещество передает сигналы в парасимпатической нервной системе, которая обеспечивает сужение зрачка, уменьшение частоты и силы сердечных сокращений, работу бронхов, усиление перистальтики. Иными словами, от количества ацетилхолина и его своевременного распада зависит правильная работа таких органов, как сердце, легкие, органы желудочно-кишечного тракта. Кроме того, ацетилхолин является нейромедиатором, передающим информацию в центральной нервной системе, причем в малых концентрациях он облегчает, а в больших затрудняет передачу сигнала.

Избыточное накопление ацетилхолина в организме приводит к судорогам и параличу мышц, затруднениям дыхания вплоть до остановки, спазмам кишечника, а также психическим нарушениям и расстройствам сознания.

Большинство ФОС и карбаматов относительно быстро разрушаются во внешней среде, и, следовательно, менее опасны для экологии, чем хлорорганические соединения. Но среди органофосфатов есть такие исключения, как хлорпирифос (действующее вещество препаратов "Дурсбан", "Пиринекс" и других). Он может сохраняться в почве до 120 дней. Большинство органофосфатов и карбаматов, насколько известно, не накапливаются в живых организмах. Однако, согласно некоторым данным, органофосфаты при постоянном употреблении снижают иммунитет. При разовом приеме органофосфаты и карбаматы проявляют очень высокую токсичность. Кроме того, при любом отравлении ФОС, даже бессимптомном, могут возникнуть такие осложнения, как отек легких, поражения печени и почек, бронхопневмония, эпилептоморфные приступы, психоастенический (хроническая усталость) и психоорганический (ослабление памяти, снижение интеллекта, потеря контроля над проявлениями эмоций) синдромы. Изменения активности мозга после отравления ФОС могут сохраняться до года. Карбаматы в этом отношении менее опасны, поскольку они вызывают обратимое снижение активности ацетилхолинэстеразы.

Обычно для анализа органофосфатов и карбаматов используют хроматографические методы, например хроматографию с масс-спектроскопическим детектором. Этот метод позволяет с высокой точностью определить, присутствует ли в пробах искомое вещество и в каких количествах. К его недостаткам относится высокая стоимость оборудования и длительность анализа.

Альтернативный метод определения органофосфатов и карбаматов в пробах – колориметрический. В присутствии веществ, снижающих активность ацетилхолинэстеразы окраска пробы становится менее яркой. Это связано с тем, что ацетилхолин, содержащийся в пробе, не расщепляется и взаимодействует с реагентом, образуя неокрашенное соединение. Предел обнаружения токсичных веществ зависит от их способности снижать активность ацетилхолинэстеразы. Этот метод позволяет определять в пробах сумму веществ – ингибиторов ацетилхолинэстеразы.