Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover (TiHo)

Hormonell wirksame Pflanzenschutzmittelwirkstoffe

Prutner, Wiebke

Over the past years multiple pesticide residues were detected in at least one-third of all investigated food samples. In this re­gard it might be questioned if the toxicological hazard to consumer health resulting from multiple residues is sufficiently esti­mated by approaches that are generally based upon a single compound assessment. Special concern is directed at residue com­bi­nations that might produce additive or even synergistic joint actions. To date, no concept has yet been developed for identifying or assessing pesticide residue combinations with interactive joint actions. On the one hand, it is believed that interactions between pesticide residues in food relevant concentrations are of minor importance. On the other hand, the large number of theoretically possible residue combinations makes it extremely diffi­cult to identify interactive mixtures of compounds. Hence, the objective of this study was the elaboration and adoption of an approach that limits the abundance of possibly interactive residue combinations to a number that is toxicologically rele­vant for the purpose of risk assessment and that allows experimental investigations. For this study, data of the occurrence of pesticide residues in fruits and vegetables were provided by the Lower Saxony food survey. Ten active compounds were then identified by applying a multi-tiered, risk-oriented approach including selection cri­te­ria such as: frequency of residue detection; future European authorisation as active compounds in plant protection products; specific toxicity in mammals and pesticide class of the active compounds. The final selection comprised substances proved or suspected of influencing the biosynthesis of sexual steroid hormones. The pesticides were therefore investigated in the H295R-cell line (origin: human adrenocarcinoma) that produces steroids. The steroid hormone estrone was defined as the measuring parameter for the determination of the hormonal activity of the substances and quantified by ELISA. Unspecific cytotoxicity of the active compounds was controlled by applying a LDH-based cytotoxicity test.  Cyprodinil, Pyrimethanil, Iprodion, and Procymidon were shown to be stimulators of the biosynthesis of estrone in H295R-cells with different potencies. Myclobutanil, Tebuconazol, Azoxystrobin, and Kresoxim-methyl inhibit estrone production. Methomyl does not influence the estrone concentration and Captan is cytotoxic in a dose-dependent manner. Sub­sequently Azoxystrobin, Cyprodinil, Myclobutanil, Procymidon, and Pyrimethanil were tested in four binary combi­na­tions in regard to the occurrence of any interactions. The combinations were selected in a risk-oriented way considering con­su­mer exposition and toxicity of the active compounds. When the stimulator Cyprodinil is combined with the stimulator Procymidon or Pyrimethanil, the stimulating joint effect on estrone biosynthesis in H295R-cells is predominantly induced by the more potent substance. But the results also indicate dose-addition depending on the concentrations of the active com­pounds. When the stimulator Cyprodinil is combined with the inhibitor Azoxystrobin the stimulating joint effect decreases to different degrees, depending on the concentration of Azoxystrobin. In combination with the inhibitor Myclobutanil, the sti­mu­lating effect induced by Cyprodinil is – regardless of its concentration – completely antagonised and turned into an inhi­bi­ting joint effect. There is no evidence for the occurrence of synergistic joint actions in any combination. In the framework of this study it was demonstrated that, considering risk-oriented criteria, the abundance of residue combi­na­tions with regard to possibly interacting pesticides can be limited to a number that is toxicologically relevant for the pur­pose of risk assessment. When conducting cell-culture experiments with binary combinations, some results indicate dose-addition and antagonism. These kind of joint actions, however, occur in concentrations that are much higher than the residue concentrations normally detected in food samples. Synergistic interactions have not been observed. In the case of the four tested binary combinations a toxicological risk assessment based upon dose-addition and response-addition is therefore appli­cable.

In den letzten Jahren war mindestens ein Drittel der auf Pflanzen­schutz­mittel­rück­stände unter­such­ten Lebensmittelproben mit Mehrfachrückständen be­las­tet. In diesem Zusammenhang stellt sich die Frage, ob Mehrfachrückstände durch die in der Regel angewandte Einzel­stoff­be­wertung ausreichend auf das Gesamt­risiko für die Verbrauchergesundheit eingeschätzt wer­den können. Die Sorge richtet sich hierbei insbesondere auf Rückstandskombinationen mit mög­licherweise additiven oder so­gar synergistischen Gesamtwirkungen. Bis zum jetzigen Zeitpunkt wurden noch keine Konzepte entwickelt, auf deren Grundlage wechsel­wirkende Rück­stands­kom­bi­­nationen von Pflanzen­schutz­mittelwirkstoffen identifiziert oder bewertet werden könnten. Dies liegt einer­seits an der Ein­schätzung, dass Wechsel­wir­kungen zwischen Pflanzen­schutz­mittelrückständen in lebensmittelrelevanten Konzentrationen von unter­geordneter Relevanz sind. Andererseits wird die Identifizierung von inter­agierenden Wirk­stoffgemischen durch die Vielzahl an theoretisch denk­ba­ren Rückstandskombinationen er­heblich erschwert. Ziel dieser Arbeit war es daher, eine Vor­ge­hens­weise zu erarbeiten und anzu­wenden, anhand derer die Fülle an möglicherweise wechselwirkenden Rück­stands­kombi­na­tionen auf eine für die Risikobewertung toxikologisch relevante sowie für die ex­peri­men­telle Untersuchung praktikable An­zahl eingeschränkt werden kann. Für die vorliegende Studie standen Daten der niedersächsischen Lebens­mittel­überwachung über das Vorkommen von Pflan­zen­schutz­mittel­rück­stän­den in Obst- und Gemüseproben zur Ver­fügung. Auf dieser Grundlage wur­den basierend auf einer mehrstufigen, risikoorientierten Vor­gehensweise zehn Pflanzen­schutzmittelwirkstoffe identifiziert, wobei u. a. folgende Aus­wahl­kri­te­rien angewandt wurden: die Häufigkeit der Rückstandsnachweise; die zu­künf­tige, EU-weite Zulässigkeit der Wirk­stoffe in einem Pflanzen­schutz­mittel; die spezifische Toxizität der Wirkstoffe im Säugerorganismus sowie die Pestizid­klasse der Wirkstoffe. Die End­aus­wahl umfasste schließlich Sub­stan­zen, von denen bekannt war oder von denen vermutet wur­de, dass sie auf die Biosynthese von steroidalen Sexualhormonen Einfluss nehmen können. Die Pflanzen­schutz­mittel­wirk­stoffe wurden daher in der H295R-Zelllinie (Ur­sprung: humanes Neben­nierenkarzinom) untersucht, da diese Zellen Steroide bil­den. Für die Bestimmung der hormo­nellen Wirkung der Substanzen wurde das Steroidhormon Estron als Messparameter fest­gelegt und mithilfe eines ELISAs quantifiziert. Das unspezifische zytotoxische Potenzial der Wirk­stoffe wurde durch einen LDH-basierten Zytotoxizitätstest kontrolliert. Bei den Untersuchungen der Einzelstoffe zeigte sich, dass Cyprodinil, Pyri­methanil, Iprodion und Procymidon in unter­schied­­lich starkem Ausmaß sti­mu­latorisch auf die Estronbiosynthese der H295R-Zellen wirken. Myclo­bu­ta­nil, Tebuconazol, Azoxystrobin und Kresoxim-methyl inhibieren die Bildung von Estron. Methomyl löst keine Veränderungen des Estron­ge­hal­tes aus, Captan hingegen wirkt dosisabhängig zytotoxisch. Anschließend wurden Azoxystrobin, Cyprodinil, Myclobutanil, Procymidon und Pyrimethanil hinsichtlich des Auftretens von Wechselwirkungen in vier bi­nären Kombinationen getestet. Die Auswahl der Kombinationen erfolgte risiko­orientiert unter Berücksichtigung der Expo­si­tion des Verbrauchers und der Toxizität der Wirkstoffe. Bei Kombination des Stimulators Cypro­­dinil mit dem Stimulator Procymidon oder Pyrimethanil ist überwiegend der potentere Wirk­stoff maßgebend für den stimulatorischen Gesamteffekt auf die Estron­bio­synthese der H295R-Zellen. In Abhängigkeit der Wirk­stoff­kon­zen­tra­tio­nen werden aber auch Hinweise auf eine Dosis-Additivität beobachtet. Bei Kombi­nation des Stimulators Cyprodinil mit dem In­hi­bi­tor Azoxystrobin wird der stimulatorische Gesamteffekt in Abhängigkeit der Azoxystrobin-Kon­zentration unterschiedlich stark abgeschwächt. Handelt es sich bei dem In­hi­bitor um Myclobutanil, wird der stimulatorische Effekt von Cyprodinil un­ge­achtet von dessen Kon­zen­tra­tion vollständig antagonisiert und ein inhi­bi­to­rischer Gesamteffekt hervorgerufen. An­zei­chen für synergistische Wechsel­wir­kungen wurden bei keiner Kombination festgestellt. Im Rahmen dieser Arbeit konnte somit gezeigt werden, dass es unter Be­rück­sich­tigung risiko­orien­tierter Kriterien möglich ist, in Bezug auf mög­licher­weise interagierende Pflanzen­schutz­mittelwirkstoffe die Vielzahl der Rück­stands­kombinationen auf eine für die Risiko­be­wer­tung toxikologisch rele­van­te Anzahl einzuschränken. Bei der zellexperimentellen Unter­su­chung binärer Wirk­stoffkombinationen wurden zum Teil sowohl additive als auch anta­gonis­tische Gesamtwirkungen gemessen. Diese treten jedoch in Kon­zen­tra­tio­nen auf, die (deutlich) über den Rückstandsgehalten liegen, die in Lebens­mittel­proben in der Regel nachgewiesen wer­den. Synergistische Wechsel­wir­kungen wurden nicht festgestellt. Im Fall der vier unter­such­ten binären Kombi­nationen ist damit eine toxikologische Risikobewertung auf der Grund­lage von Dosis- und Effekt-Additivität möglich.

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Prutner, Wiebke: Hormonell wirksame Pflanzenschutzmittelwirkstoffe. Hannover 2010. Tierärztliche Hochschule.

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