Paraquat

Paraquat (nombre trivial;), o dicloruro de N,N′-dimetil-4,4′-bipiridinio (nombre sistemático), también conocido como viológeno de metilo, es un compuesto orgánico con la fórmula química [(C₆H₇N)₂]Cl₂. Está clasificado como viológeno, una familia de heterociclos activos redox de estructura similar. Esta sal es uno de los herbicidas más utilizados. Es de acción rápida y no selectiva, matando el tejido vegetal verde al contacto. También es tóxico (letal) para los seres humanos y los animales debido a su actividad redox, que produce aniones superóxido. Se ha relacionado con el desarrollo de la enfermedad de Parkinson y está prohibido en 58 países.

El paraquat puede estar en forma de sal con cloruro u otros aniones; Las cantidades de la sustancia a veces se expresan solo por la masa del catión (catión paraquat, ion paraquat).

El nombre se deriva de las posiciones para de los nitrógenos cuaternarios.

Producción y reacciones redox

La piridina se acopla mediante tratamiento con sodio en amoníaco seguido de oxidación para dar 4,4′-bipiridina. Luego, este producto químico se dimetila con clorometano para dar el producto final en forma de sal dicloruro.

El uso de otros agentes metilantes proporciona bispiridinio con contraiones alternativos. Por ejemplo, la síntesis original de Hugo Weidel utilizó yoduro de metilo para producir el diyoduro.

Uso de herbicidas

Aunque se sintetizó por primera vez en 1882, las propiedades herbicidas del paraquat no fueron reconocidas hasta 1955 en los laboratorios de Imperial Chemical Industries (ICI) en Jealott's Hill, Berkshire, Inglaterra. El paraquat fue fabricado y vendido por primera vez por ICI a principios de 1962 con el nombre comercial Gramoxone y hoy se encuentra entre los herbicidas más utilizados.

El paraquat está clasificado como un herbicida de contacto no selectivo. Las características clave que lo distinguen de otros agentes utilizados en productos fitosanitarios son:

• Mata una amplia gama de hierbas anuales y hierbas de gran tamaño y las puntas de hierbas perennes establecidas.
• Es muy rápido.
• Es rápido de lluvia en minutos de aplicación.
• Está parcialmente inactivado en contacto con el suelo.

Estas propiedades llevaron al uso del paraquat en el desarrollo de la agricultura sin labranza.

La Unión Europea aprobó el uso de paraquat en 2004, pero Suecia, con el apoyo de Dinamarca, Austria y Finlandia, apeló esta decisión. En 2007, el tribunal anuló la directiva que autorizaba el paraquat como sustancia activa fitosanitaria afirmando que la decisión de 2004 era errónea al determinar que no había indicios de neurotoxicidad asociada con el paraquat y que los estudios sobre el vínculo entre el paraquat y el Parkinson Se debería haber considerado la enfermedad. Así, el paraquat está prohibido en la Unión Europea desde 2007.

En los Estados Unidos, el paraquat está disponible principalmente como una solución en diferentes puntos fuertes. Se clasifica como un plaguicida de uso restringido, lo que significa que puede ser utilizado sólo por los aplicadores autorizados. Según una estimación de octubre de 2021, el uso de paraquat en la agricultura estadounidense, tal y como fue mapeado por la Encuesta Geológica de los Estados Unidos, mostró una duplicación de 2013 a 2018, alcanzando los 10.000.000 libras anuales.

Existe una campaña internacional en curso para una prohibición global, pero el barato y popular paraquat continúa sin restricciones en la mayoría de los países en desarrollo. El Comité de Examen de Productos Químicos (CRC) del Convenio de Rotterdam recomendó a la Conferencia de las Partes (COP) formulaciones de dicloruro de paraquat para su inclusión en el Anexo III del Convenio en 2011. Un pequeño grupo de países, incluidos India y Guatemala, y con el apoyo de los fabricantes, desde entonces han bloqueado la inclusión del paraquat como producto químico peligroso a los efectos del Convenio de Rotterdam.

Reactividad y modo de acción

El paraquat es un oxidante que interfiere con la transferencia de electrones, un proceso común a toda la vida. La adición de un electrón da el catión radical:

[paraquat]²⁺ + e⁻ ${displaystyle {ce {} {fn}} {fnK}}}} {fnK}}}}}$ [paraquat]^•+

El catión radical también es susceptible a una mayor reducción al neutro [paraquat]⁰:

[paraquat]^•+ + e⁻ ${displaystyle {ce {} {fn}} {fnK}}}} {fnK}}}}}$ [paraquat]⁰

Como herbicida, el paraquat actúa inhibiendo la fotosíntesis. En las plantas expuestas a la luz, acepta electrones del fotosistema I (más específicamente la ferredoxina, a la que se le presentan electrones del PS I) y los transfiere al oxígeno molecular. De esta manera se producen especies reactivas de oxígeno (ROS) destructivas. Al formar estas especies reactivas de oxígeno, la forma oxidada del paraquat se regenera y vuelve a estar disponible para desviar electrones del fotosistema I y reiniciar el ciclo. Esto induce necrosis y, a diferencia de algunos mecanismos de necrosis, no produce roturas de doble cadena.

El paraquat se utiliza a menudo en la ciencia para catalizar la formación de ROS, más específicamente, el radical libre superóxido. El paraquat sufrirá un ciclo redox in vivo, siendo reducido por un donante de electrones como el NADPH, antes de ser oxidado por un receptor de electrones como el dioxígeno para producir superóxido, una de las principales ROS.

Gestión de la resistencia de las malas hierbas

Los problemas con las malezas resistentes a los herbicidas se pueden abordar aplicando herbicidas con diferentes modos de acción, junto con métodos culturales como la rotación de cultivos, en sistemas de manejo integrado de malezas (IWM). El paraquat, con su modo de acción distintivo, es una de las pocas opciones químicas que se pueden usar para prevenir y mitigar los problemas con las malezas que se han vuelto resistentes al herbicida no selectivo glifosato, muy utilizado.

Un ejemplo es el "doble golpe" Sistema utilizado en Australia. Antes de plantar un cultivo, las malezas se rocían primero con glifosato y luego, siete a diez días después, con un herbicida de paraquat. Aunque es dos veces más caro que usar un solo spray de glifosato, el "Double Knock" Los agricultores confían ampliamente en el sistema como estrategia de manejo de la resistencia. Sin embargo, se ha observado resistencia a ambos herbicidas en un viñedo de Australia Occidental, aunque este informe singular no da ninguna indicación de qué régimen se estaba siguiendo, particularmente si los dos herbicidas se estaban usando en un "doble golpe" tándem.

Una simulación por computadora publicada en la revista científica Weed Research mostró que con el uso anual alternado de glifosato y paraquat, se esperaría que solo uno de cada cinco campos tuviera raigrás anual resistente al glifosato ( Lolium rigidum) después de 30 años, en comparación con casi el 90% de los campos fumigados únicamente con glifosato. Un "doble golpe" Se predijo que el régimen de limpieza con paraquat después del uso de glifosato mantendría todos los campos libres de raigrás resistente al glifosato durante al menos 30 años.

Toxicidad

El paraquat es tóxico para los humanos (Categoría II) por vía oral y moderadamente tóxico (Categoría III) a través de la piel. El paraquat puro, cuando se ingiere, es altamente tóxico para los mamíferos, incluidos los humanos, causando inflamación grave y potencialmente provocando daño pulmonar grave (p. ej., fibrosis pulmonar irreversible, también conocida como 'pulmón de paraquat'), síndrome de dificultad respiratoria aguda (SDRA) y la muerte. La tasa de mortalidad se estima entre el 60-90%.

El paraquat también es tóxico cuando se inhala y se encuentra en la Categoría de Toxicidad I (el más alto de cuatro niveles) para efectos agudos por inhalación. Para usos agrícolas, la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (EPA) determinó que las partículas utilizadas en las prácticas agrícolas (400 a 800 μm) no se encuentran en el rango respirable. El paraquat también causa irritación moderada a severa de los ojos y la piel. El paraquat diluido utilizado para fumigar es menos tóxico; por lo tanto, el mayor riesgo de intoxicación accidental se produce durante la mezcla y carga de paraquat para su uso.

El tratamiento estándar para la intoxicación por paraquat es eliminar primero la mayor cantidad posible mediante un bombeo del estómago. La tierra de batán o el carbón activado también pueden mejorar los resultados según el momento. También se puede sugerir hemodiálisis, hemofiltración, hemoperfusión o terapia antioxidante. La terapia inmunosupresora para reducir la inflamación es un enfoque sugerido por algunos; sin embargo, sólo evidencia de certeza baja respalda el uso de medicamentos como los glucocorticoides con ciclofosfamida, además de la atención estándar, para reducir la mortalidad. También se desconoce si agregar glucocorticoides con ciclofosfamida a la atención estándar tiene efectos secundarios no deseados, como aumentar el riesgo de infección. No se debe administrar oxígeno a menos que los niveles de SpO2 estén por debajo del 92%, ya que las altas concentraciones de oxígeno intensifican los efectos tóxicos. La muerte puede ocurrir hasta 30 días después de la ingestión.

La lesión pulmonar es una característica principal del envenenamiento. La insuficiencia hepática, cardíaca, pulmonar y renal puede ocurrir en un plazo de varios días a semanas, lo que puede provocar la muerte hasta 30 días después de la ingestión. Es poco probable que quienes sufren grandes exposiciones sobrevivan. La exposición crónica puede provocar daño pulmonar, insuficiencia renal, insuficiencia cardíaca y estenosis esofágicas. Aún se desconoce el mecanismo subyacente al daño tóxico del paraquat en los humanos. Se cree que la inflamación grave es causada por la generación de especies de oxígeno y nitritos altamente reactivas que provocan estrés oxidativo. El estrés oxidativo puede provocar toxicidad mitocondrial y la inducción de apoptosis y peroxidación lipídica que pueden ser responsables del daño orgánico. se sabe que las células epiteliales alveolares del pulmón concentran selectivamente paraquat. Se ha informado que una pequeña dosis, incluso si se extrae del estómago o se escupe, aún puede causar la muerte debido al tejido fibroso que se desarrolla en los pulmones, lo que lleva a la asfixia.

Las muertes accidentales y los suicidios por ingestión de paraquat son relativamente comunes. Por ejemplo, cada año se producen más de 5.000 muertes en China por intoxicación por paraquat. Las exposiciones prolongadas al paraquat probablemente causarían daños pulmonares y oculares, pero la EPA no encontró daños reproductivos o de fertilidad en su revisión.

"Bote de paraquat"

Durante la década de 1970, un programa polémico patrocinado por el gobierno de Estados Unidos roció paraquat sobre campos de cannabis en México. Tras los esfuerzos mexicanos por erradicar la marihuana y los campos de amapola en 1975, el gobierno de los Estados Unidos ayudó enviando helicópteros y otra asistencia tecnológica. Los helicópteros se utilizaron para rociar el paraquat de herbicidas y 2,4-D en los campos; la marihuana contaminada con estas sustancias comenzó a aparecer en los mercados estadounidenses, dando lugar a un debate sobre el programa.

No se sabe si se produjo alguna lesión debido a la inhalación de marihuana contaminada con paraquat. Un estudio de 1995 encontró que "nunca se ha atribuido a la contaminación con paraquat ninguna lesión pulmonar o de otro tipo en consumidores de cannabis". También un manual de la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos afirma: "... los efectos tóxicos causados por este mecanismo han sido muy raros o inexistentes. La mayor parte del paraquat que contamina el cannabis se piroliza al fumarlo a dipiridilo, que es un producto de la combustión del propio material de la hoja (incluido el cannabis) y presenta poco riesgo tóxico."

En un estudio realizado por Imperial Chemical Industries, las ratas que inhalaron paraquat mostraron el desarrollo de metaplasia escamosa en sus tractos respiratorios después de un par de semanas. Este estudio fue incluido en un informe entregado al Departamento de Estado por la Corporación Mitre. El Servicio de Salud Pública de EE. UU. declaró que "este estudio no debe utilizarse para calcular la dosis segura de inhalación de paraquat en humanos".

Uso en suicidio y asesinato

Una gran mayoría (93 por ciento) de las muertes por envenenamiento con paraquat son suicidios, que ocurren principalmente en países en desarrollo. Por ejemplo, en Samoa entre 1979 y 2001, el 70 por ciento de los suicidios se produjeron por intoxicación por paraquat. Trinidad y Tobago es particularmente conocida por su incidencia de suicidios relacionados con el uso de Gramoxone (nombre comercial del paraquat). En el sur de Trinidad, particularmente en Penal, Debe, entre 1996 y 1997, el 76 por ciento de los suicidios fueron por paraquat, el 96 por ciento de los cuales involucraron el consumo excesivo de alcohol como el ron. La celebridad de la moda Isabella Blow se suicidó usando paraquat en 2007. El paraquat se usa ampliamente como agente suicida en los países del tercer mundo porque está ampliamente disponible a bajo costo. Además, la dosis tóxica es baja (10 ml o 2 cucharaditas son suficientes para matar). Existen campañas para controlar o incluso prohibir el paraquat, y hay medidas para restringir su disponibilidad exigiendo educación a los usuarios y el cierre de las tiendas de paraquat. Cuando una ley surcoreana de 2011 prohibió completamente el paraquat en el país, las muertes por pesticidas se desplomaron un 46%, lo que contribuyó a la disminución de la tasa general de suicidio.

Los asesinatos indiscriminados de paraquat, ocurridos en Japón en 1985, se llevaron a cabo utilizando paraquat como veneno. Paraquat fue utilizado en el Reino Unido en 1981 por una mujer que envenenó a su esposo. El asesino en serie estadounidense Steven David Catlin mató a dos de sus esposas y a su madre adoptiva con paraquat entre 1976 y 1984.

enfermedad de Parkinson

Según la OMS (2022), algunas de las medidas para prevenir la enfermedad de Parkinson incluyen “la prohibición de pesticidas (por ejemplo: paraquat y clorpirifos) y sustancias químicas (por ejemplo: tricloroetileno) que se han relacionado con la PD y desarrollan alternativas más seguras según la orientación de la OMS” y “acelerar la acción para reducir los niveles y la exposición a la contaminación atmosférica, un factor de riesgo importante para la PD”. Un estudio de 2011 mostró un vínculo entre el uso del paraquat y la enfermedad de Parkinson en los trabajadores agrícolas. Un coautor del documento dijo que el paraquat aumenta la producción de ciertos derivados de oxígeno que pueden dañar las estructuras celulares, y que las personas que utilizaron paraquat, u otros plaguicidas con un mecanismo de acción similar, eran más propensos a desarrollar Parkinson. Un metaanálisis 2013 publicado en Neurología encontró que "la exposición al paraquat... estaba asociada con un aumento de 2 veces en riesgo" de la enfermedad de Parkinson. However, a review of reviews concluded in 2021 that the available evidence does not support a causal conclusion. En 2022 y 2023, dos opiniones de la India “ demostraron de manera decisiva que el paraquat es un estímulo sustancial del estrés oxidativo,... y se asocia con la enfermedad de Parkinson (PD)”; y afirmaron que “Desde los estudios podemos considerar que PQ y MB con sus efectos combinados tiene una enorme contribución hacia la neurodegeneración en PD. ”

En el Reino Unido, en 2007 se prohibió el uso del paraquat, pero todavía se permite la fabricación y exportación del herbicida. En abril de 2022, la BBC informó que algunos agricultores del Reino Unido habían pedido la prohibición de la producción de paraquat en el Reino Unido, y declaró que "no hay consenso científico y muchos estudios contradictorios sobre cualquier posible asociación entre Paraquat y Parkinson"; en los Estados Unidos se está llevando a cabo una demanda de acción de clase contra Syngenta; la empresa rechaza las reclamaciones pero ha pagado £187.5 millones en un fondo de liquidación. A partir de noviembre de 2023, más de 4000 casos contra Syngenta (fabricante de Gramoxone) y Chevron (ex distribuidor) están pendientes en el litigio multidistritos Paraquat en los Estados Unidos. El primer juicio comenzará en 2024. En 2023, un colaborador de The Guardian alegó que los documentos internos del caso “show Syngenta y Chevron management han sabido sobre posibles riesgos asociados con el paraquat durante décadas... Syngenta, con un memo interno en 1985 notando que dependían de él [paraquat] como un "producto mayor" y "harían lo que sea posible para defenderlo". y "Hablan de desarrollar estudios científicos que puedan usar... Hablan de influenciar estrategias con reguladores". Por el contrario, Syngenta “afirma que está siendo apuntada por lo que llama una "máquina de la masa de los abogados de los demandantes. ”

Según el NIEHS: La exposición a pesticidas se ha asociado sistemáticamente con la aparición de la enfermedad de Parkinson.

• Un estudio de 17 años, financiado por NIEHS de los vínculos entre la enfermedad, el medio ambiente y los genes de Parkinson muestra que algunos pesticidas, incluyendo paraquat, maneb, ziram, benomyl, y varios plaguicidas organofosfatos, incluyendo diazinon y clorpirifos, contribuyen a la aparición y progresión de la enfermedad de Parkinson.
• Las personas con enfermedad de Parkinson que están expuestas a un alto nivel de 10 ingredientes activos diferentes en pesticidas agrícolas pueden ver que sus síntomas de motor y no motor progresan más rápido en comparación con los que no lo son, un estudio de 2022 encontrado.
• Otras investigaciones del NIEHS encontraron que las personas que empleaban en el trabajo dos plaguicidas, rotenona o paraquat, desarrollaron la enfermedad de Parkinson 2,5 veces más que los no usuarios.
• Además, las personas expuestas a pesticidas en el hogar o jardín pueden enfrentar una mayor posibilidad de desarrollar la enfermedad de Parkinson.
• Los plaguicidas pueden interrumpir directa o indirectamente las vías biológicas que normalmente protegen las neuronas dopaminérgicas, las células cerebrales selectivamente atacadas por la enfermedad.
• Algunos pesticidas, como la rotenona, pueden bloquear directamente la función de la mitocondria, las estructuras que crean energía para ejecutar la célula. Los investigadores del NIEHS mostraron en ratones que alterar la mitocondria a través de la exposición a la rotenona temprano en el desarrollo cambió el epigenoma – las etiquetas químicas que activan y apagan los genes – de maneras que persistían a lo largo de la vida.
• Otros plaguicidas, como el paraquat, se han encontrado para aumentar la producción de radicales libres que pueden dañar las células.

Algunas personas son más vulnerables a los efectos nocivos de los pesticidas debido a su edad o composición genética.

• Muchos estudios identificaron variaciones genéticas que proporcionan información sobre por qué ciertas personas parecen estar en mayor riesgo de desarrollar Parkinson.
• Utilizando datos del estudio de salud agrícola conducido por NIEHS, los investigadores encontraron que el riesgo de Parkinson de uso paraquat era particularmente alto en personas con una variante particular de un gen conocido como GSTT1.
• Del mismo modo, otras investigaciones han indicado que las personas con niveles inferiores del gen PON1, que es importante para el metabolismo de los plaguicidas organofosfatos, mostraron una evolución más rápida de la enfermedad.

La investigación adicional sobre los vínculos entre exposiciones prevenibles y la enfermedad de Parkinson, así como las terapias preventivas, podría ayudar a reducir la incidencia de la enfermedad. Por ejemplo, el uso de guantes protectores y otras prácticas de higiene redujo el riesgo de enfermedad de Parkinson entre los agricultores que usan paraquat, permetrina y trifluralina.