You are using an outdated browser. For a faster, safer browsing experience, upgrade for free today.

МЕХАНІЗМИ ТОКСИЧНОЇ ДІЇ ПІРЕТРОЇДІВ II ТИПУ НА КЛІТИННУ СИГНАЛІЗАЦІЮ ТА ЇХНІ БІОЛОГІЧНІ НАСЛІДКИ (НА ПРИКЛАДІ ЦИФЛУТРИНУ ТА БЕТА-ЦИФЛУТРИНУ)

МЕХАНІЗМИ ТОКСИЧНОЇ ДІЇ ПІРЕТРОЇДІВ II ТИПУ НА КЛІТИННУ СИГНАЛІЗАЦІЮ ТА ЇХНІ БІОЛОГІЧНІ НАСЛІДКИ (НА ПРИКЛАДІ ЦИФЛУТРИНУ ТА БЕТА-ЦИФЛУТРИНУ)

ISSN 2223-6775
Український журнал з проблем медицини праці. Том 21, № 4, 2025
https://doi.org/10.33573/ujoh2025.04.325

МЕХАНІЗМИ ТОКСИЧНОЇ ДІЇ ПІРЕТРОЇДІВ II ТИПУ НА КЛІТИННУ СИГНАЛІЗАЦІЮ ТА ЇХНІ БІОЛОГІЧНІ НАСЛІДКИ (НА ПРИКЛАДІ ЦИФЛУТРИНУ ТА БЕТА-ЦИФЛУТРИНУ)

Змаженко О. О.1, Макарчук М. Ю.2

1 Державне підприємство «Науковий центр превентивної токсикології, харчової та хімічної безпеки імені академіка Л. І. Медведя Міністерства охорони здоров’я України», м. Київ, Україна

2 Київський національний університет імені Тараса Шевченка, Навчально-науковий центр «Інститут біології та медицини», м. Київ, Україна


Повна стаття (PDF), УКР

Вступ. Цифлутрин і бета-цифлутрин, що є піретроїдами ІІ типу, широко застосовуються в сільському господарстві та побуті. Вони ефективні проти комах, проте мають токсичний вплив і на нецільові організми. В основі механізму їхньої дії лежить вплив на клітинні сигнальні шляхи, що може призводити до порушень у нервовій і репродуктивній системах ссавців, до окиснювального стресу, а також загрожувати здоров’ю людини та довкіллю.

Мета дослідження – аналіз та узагальнення наявної інформації щодо впливу піретроїдів ІІ типу (цифлутрину та бета-цифлутрину) на трансдукцію сигналу в клітинах та оцінка потенційних шкідливих наслідків для життєздатності організмів.

Матеріали та методи дослідження. Проаналізовано новітні джерела інформації, що розкривають молекулярні основи передачі сигналу, а також роль піретроїдів ІІ типу щодо розвитку патологічних процесів у клітинах організмів, а саме: Scopus, Web of Science, PubMed, Google Scholar, Wiley Online Library, Національна бібліотека України імені В. І. Вернадського (НБУВ). Розглянуто дані токсикологічних та експериментальних досліджень, де висвітлено вплив на репродуктивну та нервову системи, а також на окиснювальний стрес.

Результати. Піретроїди ІІ типу блокують потенціалзалежні іонні канали, інгібують хлоридні канали, що призводить до надмірної та тривалої деполяризації. Активуються каскади MAPK, NF-κB, CREB і PI3K/AKT, розвиваються нітрозативний і окиснювальний стреси, спостерігаються порушення клітинної проліферації й експресії генів. Це спричиняє негативний вплив на нервову та репродуктивну системи ссавців, що може передаватися наступним поколінням. На системному рівні широке використання піретроїдів призводить до накопичення їхніх залишків у довкіллі, спричиняючи токсичне ураження нецільових організмів. У світі та безпосередньо в Україні спостерігається зростання обсягів застосування пестицидів і зменшення їхньої належної утилізації, що підсилює ризики для здоров’я людини.

Висновки. Піретроїди ІІ типу (зокрема цифлутрин і бета-цифлутрин) є високоефективними речовинами проти комах, однак вони негативно впливають і на клітинні сигнальні шляхи в нецільових організмах. Необхідні подальші ґрунтовні дослідження механізмів їхньої дії та розробка альтернативних екологічно безпечних пестицидів задля зменшення токсичного навантаження на здоров’я людини та довкілля.

Ключові слова: огляд літератури, піретроїди ІІ типу, цифлутрин, бета-цифлутрин, клітинна сигналізація, репродуктивна токсичність.

Література

  1. Damalas C., Eleftherohorinos I. Pesticide exposure, safety issues, and risk assessment indicators. Int J Environ Res Public Health. 2011. Vol. 8, No. 12. P. 1402–1419. DOI: https://doi.org/10.3390/ijerph8051402.
  2. Neumeister L., Weber C. PAN International List of Highly Hazardous Pesticides (PAN List of HHP); ed. C. Weber. Hamburg : Pestizid Aktions-Netzwerk e.V., 2009. 14 p.
  3. PAN International List of Highly Hazardous Pesticides (PAN List of HHP). Hamburg : Pestizid Aktions-Netzwerk e.V., 2024. 48 p.
  4. Cell signaling. NCI Dictionary of Cancer Terms. URL: https://www.cancer.gov/publications/dictionaries/cancer-terms/def/cell-signaling (дата звернення: 02.05.2025).
  5. Ray D. E., Fry J. R. A reassessment of the neurotoxicity of pyrethroid insecticides. Pharmacol Ther. 2006. Vol. 111, No. 1. P. 174–193. DOI: https://doi.org/10.1016/j.pharmthera.2005.10.003.
  6. Narasimhamurthy R., Andrade D., Mumbrekar K. Modulation of CREB and its associated upstream signaling pathways in pesticide-induced neurotoxicity. Mol Cell Biochem. 2022. Vol. 477. P. 2581–2593. DOI: https://doi.org/10.1007/s11010-022-04472-7.
  7. Comparative in vitro and in vivo protein kinase C activation by selected pesticides and transition metal salts. D. Bagchi, M. Bagchi, L. Tang, S. Stohs. Toxicol Lett. 1997. Vol. 91, No. 1. P. 31–37. DOI: https://doi.org/10.1016/S0378-4274(97)03868-X.
  8. The MEK/ERK/CREB signaling pathway is involved in atrazine-induced hippocampal neurotoxicity in Sprague Dawley rats. J. Li, X. Li, H. Bi, L. Li. Ecotoxicol Environ Saf. 2019. Vol. 170. P. 673–681. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2018.12.038.
  9. Prenatal deltamethrin exposure-induced cognitive impairment in offspring ameliorated by memantine through NMDAR/BDNF signaling. C. Zhang, Q. Xu, X. Xiao et al. Front Neurosci. 2018. Vol. 12. Art. 615. DOI: https://doi.org/10.3389/fnins.2018.00615.
  10. Neurotoxicity of pesticides: a brief review. L. Costa, G. Giordano, M. Guizzetti, A. Vitalone. Front Biosci. 2008. Vol. 13. P. 1240–1249. DOI: https://doi.org/10.2741/2758.
  11. Acetylcholinesterase inhibitors: pharmacology and toxicology. M. Colović, D. Krstić, T. Lazarević-Pašti et al. Curr Neuropharmacol. 2013. Vol. 11, No. 3. P. 315–335. DOI: https://doi.org/10.2174/1570159X11311030006.
  12. Petruk R., Kostyuk V. Ecological safety of pesticide use in Ukraine. Environmental Problems. 2017. Vol. 2, No. 3. P. 115–120.
  13. Ткачук Т. Вивчення історії синтезу та хімічної будови піретринів і синтетичних піретроїдів у тесті на індукцію мікроядер in vivo. Український журнал сучасних проблем токсикології. 2018. № 4 (84). С. 42–58. DOI: https://doi.org/10.33273/2663-4570-2018-84-4-42-58.
  14. Балан Г. М., Харченко О. А., Бубало Н. М. Причини, структура та клінічні синдроми гострих отруєнь пестицидами у працівників сільського господарства. Український журнал сучасних проблем токсикології. 2013. № 4 (63). С. 22–29.
  15. The problem of acute pesticide poisonings of agricultural workers in Ukraine. M. Prodanchuk, G. Balan, N. Bubalo et al. Wiad Lek. 2019. Vol. 72, No. 5. P. 1083–1086. DOI: https://doi.org/10.36740/wlek201905225.
  16. A review on the fatal impact of pesticide toxicity on environment and human health. I. Ansari, M. M. El-Kady, C. Arora et al. Global Climate Change. Elsevier. 2021. P. 361–391. DOI: https://doi.org/10.1016/B978-0-12-822928-6.00017-4.
  17. The case for pyrethroids, then and now. King Quenson Group. URL: https://www.kingquenson.com/Industry_News/Pyrethroids.html (дата звернення: 01.11.2025).
  18. Ujihara K. The history of extensive structural modifications of pyrethroids. J Pestic Sci. 2019. Vol. 44, No. 4. P. 215–224. DOI: https://doi.org/10.1584/jpestics.D19-102.
  19. Metcalf R. Insect control. Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. Wiley-VCH. 2000. DOI: https://doi.org/10.1002/14356007.a14_263.
  20. Prenatal exposure to DDT and pyrethroids for malaria control and child neurodevelopment. B. Eskenazi, S. An, S. A. Rauch et al. Environ Health Perspect. 2018. Vol. 126, No. 4. Art. 047004. DOI: https://doi.org/10.1289/EHP2129.
  21. Aznar-Alemany Ò., Eljarrat E. Introduction to pyrethroid insecticides. Pyrethroid Insecticides. Springer. 2020. DOI: https://doi.org/10.1007/698_2019_435.
  22. Cycoń M., Piotrowska-Seget Z. Pyrethroid-degrading microorganisms and bioremediation potential. Front Microbiol. 2016. Vol. 7. Art. 1463. DOI: https://doi.org/10.3389/fmicb.2016.01463.
  23. Méjanelle L., Jara B., Dachs J. Fate of pyrethroids in freshwater and marine environments. Pyrethroid Insecticides. Springer. 2020. DOI: https://doi.org/10.1007/698_2019_433.
  24. Role of G3BP1 gene in testicular dysfunction caused by cyfluthrin. X. Y. Li et al. Toxics. 2023. Vol. 11, No. 5. Art. 451. DOI: https://doi.org/10.3390/toxics11050451.
  25. Assessment of reproductive toxicity of cyfluthrin and Pestban. H. E. Mostafa, E. A. A. El-Din, E. M. Kamel, S. A. Fareed. Eur J Anat. 2023. P. 669–685. DOI: https://doi.org/10.52083/MMCK6104.
  26. Parlak G., Çolakoğlu N. Protective effects of benfotiamine on cyfluthrin-induced testicular damage. Naunyn Schmiedebergs Arch Pharmacol. 2023. Vol. 397, No. 7. P. 4663–4675. DOI: https://doi.org/10.1007/s00210-023-02896-6.
  27. Laboratory degradation rates of 11 pyrethroids under aerobic and anaerobic conditions. B. N. Meyer, C. Lam, S. Moore, R. L. Jones. J Agric Food Chem. 2013. Vol. 61, No. 20. P. 4702–4708. DOI: https://doi.org/10.1021/jf400382u.
  28. Державний реєстр пестицидів і агрохімікатів, дозволених до використання в Україні 2024. URL: https://mepr.gov.ua/upravlinnya-vidhodamy/derzhavnyj-reyestr-pestytsydiv-i-agrohimikativ-dozvolenyh-do-vykorystannya-v-ukrayini/ (дата звернення: 01.10.2025).
  29. FAO. Statistical Pocketbook 2015: World Food and Agriculture. Rome, 2024. 140 p.
  30. Effects of pesticides on bee populations and honey safety in Ukraine. Y. Omelchun, L. Shevchenko, M. Voynalovich et al. Potravinarstvo. 2023. Vol. 17. P. 801–815. DOI: https://doi.org/10.5219/1914.
  31. Toxicity of insecticides on early development of common carp. S. Yermolenko, P. Korzhenevska, O. Marenkov, V. Gasso. Theor Appl Vet Med. 2022. Vol. 10, No. 2. P. 29–33. DOI: https://doi.org/10.32819/2022.10010.
  32. Influence of insecticides on amphibians. V. Gasso, S. Yermolenko, V. Petrushevskyi et al. Ecol Noospherology. 2022. Vol. 33, No. 2. P. 80–85. DOI: https://doi.org/10.15421/032213.
  33. Molecular Biology of the Cell. 4th ed. B. Alberts, A. Johnson, J. Lewis, M. Raff. New York : Garland Science, 2002.
  34. Mitra A., Sarkar M., Chatterjee C. Modulation of immune response by organophosphate pesticides. Proc Zool Soc. 2017. Vol. 72, No. 6. P. 13–24. DOI: https://doi.org/10.1007/s12595-017-0256-5.
  35. Immunotoxicity of pyrethroid metabolites in an in vitro model. Y. Zhang, M. Zhao, M. Jin et al. Environ Toxicol Chem. 2010. Vol. 29, No. 11. P. 2505–2510. DOI: https://doi.org/10.1002/etc.298.
  36. Pyrethroid insecticides influence the signal transduction in T helper lymphocytes. F. Diel, B. Horr, H. Borck, T. Irman-Florjanc. Inflamm Res. 2003. Vol. 52, No. 4. P. 154–163. DOI: https://doi.org/10.1007/s000110300066.
  37. Oxidative stress in pesticide-induced toxicity. R. Sule, L. Condon, A. Gomes. Oxid Med Cell Longev. 2022. Art. 5563759. DOI: https://doi.org/10.1155/2022/5563759.
  38. Are antioxidants helpful? V. Hajhashemi, G. Vaseghi, M. Pourfarzam, A. Abdollahi. Res Pharm Sci. 2010. Vol. 5, No. 1. P. 1–8.
  39. Nitrosative stress and thiol homeostasis in Alzheimer's disease. V. Calabrese et al. Antioxid Redox Signal. 2006. Vol. 8, No. 11–12. P. 1975–1986. DOI: https://doi.org/10.1089/ars.2006.8.1975.
  40. Defining ROS in biology and medicine. R. Li, Z. Jia, M. A. Trush. Reactive Oxygen Species. 2016. Vol. 1, No. 1. P. 9–21. DOI: https://doi.org/10.20455/ros.2016.803.
  41. Mechanisms of pyrethroid neurotoxicity. D. M. Soderlund et al. Toxicology. 2002. Vol. 171, No. 1. P. 3–59. DOI: https://doi.org/10.1016/S0300-483X(01)00569-8.
  42. Toxicity of beta-cyfluthrin in birds. L. M. Addy-Orduna, M. E. Zaccagnini, S. B. Canavelli, P. Mineau. J Toxicol. 2011. Art. 803451. DOI: https://doi.org/10.1155/2011/803451.
  43. Similar action of pyrethroids and DDT on sodium channels. H. P. Vijverberg, J. M. Van der Zalm, J. Van der Bercken. Nature. 1982. Vol. 295, No. 5850. P. 601–603. DOI: https://doi.org/10.1038/295601a0.
  44. Role of voltage-gated chloride channels in type II pyrethroid poisoning. P. J. Forshaw, T. Lister, D. E. Ray. Toxicol Appl Pharmacol. 2000. Vol. 163, No. 1. P. 1–8. DOI: https://doi.org/10.1006/taap.1999.8848.
  45. 5-HT loss in rat brain by type II pyrethroid insecticides. M. R. Martinez-Larranaga, A. Anadon, M. A. Martinez et al. Toxicol Ind Health. 2003. Vol. 19, No. 7–10. P. 147–155. DOI: https://doi.org/10.1191/0748233703th184oa.
  46. Toxicologic evidence of developmental neurotoxicity. B. Martinez Lopez-Torres, J. Rodriguez, M. Martinez et al. Food Chem Toxicol. 2020. Vol. 137. Art. 111173. DOI: https://doi.org/10.1016/j.fct.2020.111173.
  47. Змаженко О. О., Колянчук Я. В. Вплив бета-цифлутрину на репродуктивну функцію самиць Wistar Hannover. Український журнал сучасних проблем токсикології. 2024. № 2 (97). С. 42–53. DOI: https://doi.org/10.33273/2663-4570-2024-97-2-42-53.
  48. Zmazhenko O., Makarchuk M. Reproductive effects of type II pyrethroids on female Wistar Hannover rats (Based on two samples of beta-cyfluthrin). Психофізіологічні та вісцеральні функції в нормі і патології: тези ІХ Міжнар. наук. конф. (Київ, 21–24 жовт. 2025). Київ, 2025. С. 60. URL: https://biomed.knu.ua/institute-activity/scientific/conferences/psykhofiziolohichni-ta-vistseralni-funktsii-v-normi-i-patolohii.html (дата звернення: 04.11.2025).
  49. Змаженко О. Піретроїди ІІ типу та їхній вплив на репродуктивну функцію ссавців (на прикладі бета-цифлутрину). Актуальні питання протирадіаційного захисту та оцінки радіаційного впливу на здоров’я людини та середовище її життєдіяльності через призму сучасних ХБРЯ загроз: матеріали наук.-практ. конф. (Київ, 30–31 жовт. 2024). Український журнал військової медицини. 2024. Т. 5, № 3 (Додаток 2). С. 66–67. URL: https://ujmm.org.ua/index.php/journal/issue/view/40/104 (дата звернення: 04.11.2025).
  50. Effects and mechanisms of pyrethroids on male reproductive system. Q. Wang, J. Shen, R. Zhang et al. Toxicology. 2020. Vol. 438. Art. 152460. DOI: https://doi.org/10.1016/j.tox.2020.152460.
  51. The relationship of 3-PBA pyrethroids metabolite and male reproductive hormones. Y. Han et al. Chemosphere. 2008. Vol. 72, No. 5. P. 785–790. DOI: https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2008.03.058.
  52. Meeker J. D., Barr D. B., Hauser R. Pyrethroid insecticide metabolites are associated with serum hormone levels in adult men. Reprod Toxicol. 2009. Vol. 27, No. 2. P. 155–160. DOI: https://doi.org/10.1016/j.reprotox.2008.12.012.
  53. Beta-cyfluthrin impairs implantation process by inducing mitochondrial defects. J. Park, G. An, H. Lee et al. Sci Total Environ. 2024. Vol. 934. Art. 173097. DOI: https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2024.173097.
  54. Beta-cyfluthrin induced neurobehavioral impairments. F. Syed, L. P. Chandravanshi, V. K. Khanna, I. Soni. Chem Biol Interact. 2016. Vol. 243. P. 19–28. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cbi.2015.11.015.
  55. Effects of early life permethrin exposure on spatial working memory. C. Nasuti, M. Carloni, D. Fedeli et al. Toxicology. 2013. Vol. 303. P. 162–168. DOI: https://doi.org/10.1016/j.tox.2012.09.016.