Journal of Biomedicine and Biotechnology, 2006; 2006: (más artículos en esta revista)

Screening plaguicidas para Neuropathogenicity

Hindawi Publishing Corporation
John D. Doherty

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Resumen

Los plaguicidas son examinados rutinariamente en los estudios que siguen directrices específicas para su posible neuropathogenicity en animales de laboratorio. Estas pruebas se detectar sustancias químicas que son de por sí fuertes inductores de neuropathogenesis a prueba si la cepa es susceptible en relación con el tiempo de administración y la metodología de evaluación. Organofosforados retraso en la neuropatía inducida (OPIDN) es la única conocida enfermedad neurodegenerativa humana asociados con los plaguicidas y las actuales directrices de estudio con las gallinas son un estándar para predecir el potencial de causar organofosforados OPIDN. Aunque los datos recientes han dado lugar a la sugerencia de que los plaguicidas pueden ser factores de riesgo para el síndrome de parkinsonismo, no existen protocolos específicos para evaluar este síndrome en el estudio de las directrices existentes. Lo ideal sería que otros modelos animales de enfermedades neurodegenerativas humanas deben desarrollarse e incorporarse a las nuevas directrices para asegurar al público que limita la exposición a los plaguicidas no es un factor de riesgo para las enfermedades neurodegenerativas.

INTRODUCCIÓN

A principios del decenio de 1980, se produjo un lamentable situación humana en que los toxicómanos desarrollado el síndrome de parkinsonismo [1] tras la exposición a 1-metil-4-fenil-1 ,2,3,6-tetrahydropyridine (MPTP, véase Figura 1] que es un producto en un intento de sintetizar químicamente heroína. Aunque antes los investigadores buscaron vínculos entre la exposición a manganeso y parkinsonismo [2], el MPTP incidente aumentado considerablemente el interés en correlacionar la exposición ambiental a los contaminantes y las enfermedades neurodegenerativas humanas. La exposición humana a plaguicidas es esencialmente inevitables en la vida moderna, tanto en las naciones desarrolladas y más cada vez más en los países en desarrollo. En todo el mundo y ventas de plaguicidas de uso en ambos años 2000 y 2001 fueron en exceso de cinco millones de libras esterlinas. Sólo en los Estados Unidos había alrededor de 1,2 millones de libras de pesticidas utilizados entre ellos insecticidas, herbicidas, fungicidas, rodenticidas, pero sin incluir la madera, especial biocidas, cloro y / hydrochlorides [3]. La exposición humana a los plaguicidas depende de muchos factores y, a menudo, los trabajadores agrícolas tienen las tasas más altas de la exposición, ya que se aplican los plaguicidas a los cultivos. Rocíe la deriva y la migración de los plaguicidas al agua potable, así como residuos en los alimentos y los residuos resultantes de la casa y el jardín aplicaciones también son muy importantes las fuentes de exposición. Muchos son los insecticidas neurotóxicos de diseño con metas que se están acetilcolinesterasa (organofosforados y carbamatos), el Na + conductancia canal (DDT, piretrinas y piretroides), el receptor de acetilcolina (nicotinics), el receptor GABA (emamectin), Ca + + canales (ryanodina), y algunos agentes como la rotenona que afecta a la función mitocondrial y también puede afectar el sistema nervioso. Si una persona envenenada recupera de la inicial de toxicidad tras una única dosis de inhibidores de anticholinesterase (con la excepción de algunos organofosforados) o agentes que actúan sobre los receptores del transmisor, y cuando el producto químico se metaboliza rápidamente y se excreta, por lo general no es patológica o establecido neurodegenerativas cambio a pesar de que existen muchos informes anecdóticos de sutiles efectos persistentes (véase la referencia [4]]. El trauma de la intoxicación aguda incidente puede tener algunos efectos psicológicos que pueden no ser realmente relacionadas con la neurofarmacología de la agente. Las consecuencias de la exposición crónica a plaguicidas, ya sea que están diseñados para actuar sobre el sistema nervioso como son los insecticidas o herbicidas son diseñadas para ser específicos para las plantas, puede estar causando efectos en los seres humanos a través de sus conocidos o aún por descubrir los efectos en el sistema nervioso . Durante la última década ha habido un creciente cuerpo de la literatura sugiere que los pesticidas como los factores de riesgo, posiblemente, ya sea para iniciar o facilitar la progresión de las enfermedades neurodegenerativas (por ejemplo, véase el cuadro 1]. En teoría los seres humanos pueden tener el inicio de las enfermedades provocadas por la exposición a un plaguicida o un plaguicida en combinación con otros contaminantes ambientales. En algunos casos, es posible que las personas con una predisposición genética para una enfermedad neurodegenerativa pueden tener un mayor riesgo de exposición a los plaguicidas que podrían iniciar la enfermedad. En otros casos en que el caso de iniciar en cualquiera de los dos normales o personas susceptibles genéticamente es causada por un evento espontáneo u otra exposición a sustancias químicas, la progresión después de su iniciación, podrá facilitarse a los distintos grados de exposición a los plaguicidas.

El potencial de toxicidad de los plaguicidas se evalúa en animales de laboratorio antes de la inscripción y actualización en el proceso de reregistration en una serie de exigencias o condiciones necesarios estudios que siguen directrices específicas [5]. En parte como consecuencia del descubrimiento de que el MPTP causó una enfermedad neurodegenerativa, así como el interés en la posibilidad de que exista una mayor susceptibilidad relacionados con la atención prenatal y neonatal exposiciones, se ha producido el aumento de las pruebas como parte del registro / reregistration proceso para intentar determinar los posibles efectos de los plaguicidas sobre el sistema nervioso. Como resultado, una serie especial de estudio de neurotoxicidad directrices han sido desarrolladas a principios del decenio de 1990. Estas directrices para las pruebas de neurotoxicidad especial junto con otras estudio más general que también directrices para evaluar los efectos sobre el sistema nervioso se enumeran en el cuadro 2.

Objetivo general del estudio y directrices de evaluación de riesgos

En términos clásicos, el objetivo del estudio es directrices para caracterizar la toxicidad de los plaguicidas e identificar a los más sensibles punto final a las especies más sensibles. Una vez que este parámetro se selecciona de la toxicidad del pesticida base de datos que incluye los estudios siguiendo las directrices en el cuadro 2, nonguideline estudios que se realizan en el registro de la propia iniciativa o como recomendado por la USEPA, así como estudios de la literatura abierta, una evaluación del riesgo se lleva a cabo. Tradicionalmente la evaluación del riesgo se basa en el nivel sin efectos adversos observados (NOAEL) para este parámetro, junto con o estimados disponibles los datos de exposición. El NOAEL es ajustado por los factores de incertidumbre a más de garantizar la seguridad de los productos químicos para los seres humanos. En primer lugar, un factor de 10 X para intraspecies variación basa en el supuesto de que dentro de cada especie que algunos individuos pueden ser 10 veces más sensible que la prueba se emplea grupo. 10 X Otro factor de variación interspecies basa en el supuesto de que los seres humanos pueden ser 10 veces más sensibles que los más sensibles especies animales de laboratorio también se emplea. 10 X Otro factor puede aplicarse si se determina que la base de datos es incompleta o no exista un NOAEL para la variable más sensible. Cuando hay una evidencia de toxicidad para el desarrollo en los fetos o recién nacidos los animales a dosis más bajas que los padres o un adulto de toxicidad, un nuevo FQPA (Calidad de los Alimentos Ley de Protección) 10 X (reducible al 3 X 1 X o según las circunstancias) factor de seguridad se aplica para asegurar la protección de los fetos, recién nacidos y los niños. Cabe señalar que la aplicación de los factores de incertidumbre es el NOAEL y el más bajo efectos adversos observados (LOAEL) es siempre superior al NOAEL. Por lo tanto, un factor de incertidumbre total de 100 se aplica a un NOAEL es en realidad un factor de 300 a partir de una dosis cuando exista un efecto cuando el LOAEL es una dosis tres veces superior al NOAEL. Con el fin de eliminar o compensar algunas de las limitaciones de la NOAEL y LOAEL enfoques, métodos estadísticos han sido desarrollados para determinar un punto de referencia de dosis (DMO) que representa las lagunas en el espaciamiento de dosis o la cuenta de un estudio no muestran un NOAEL [6] . Los factores de incertidumbre como se ha descrito anteriormente (salvo por no haber un NOAEL) se aplican a la DMO.

Una evaluación de riesgos para un producto químico con un NOAEL sobre la base de toxicidad hepática en el LOAEL que tiene pruebas de neuropathogenicity en animales de laboratorio a dosis más altas que en el LOAEL serán de protección contra la neuropathogenesis aunque neuropathogenicity no era la base para la selección de los NOAEL. La protección de la naturaleza, tanto la DMO NOAEL y enfoques para la evaluación del riesgo que asume la mayoría de los otros posibles órganos diana en los seres humanos sólo será afectado a dosis más altas que la variable más sensible en animales de laboratorio. Si los seres humanos son especialmente susceptibles a neuropathogenesis derivados de la exposición a un determinado pesticida, el criterio de valoración basado en estudios con animales puede subestimar el riesgo para los seres humanos. Sin embargo, el mínimo de 100 X factor de incertidumbre más cualquier factores adicionales sólo en casos raros, no se de protección contra este tipo de neuropathogenesis en los seres humanos que tengan la extrema sensibilidad a los químicos. Hasta la fecha, aunque esto puede ser discutible por algunos, no existe una condición conocida neuropatológicos causado o facilitado por los plaguicidas que no deben ser protegidos contra de la actual enfoque para la evaluación del riesgo como se ha señalado anteriormente, siempre que el plaguicida no interacciona con otros contaminantes ambientales, drogas o productos químicos de origen natural para hacer neuropathogenicity. El principio de optar por las soluciones más sensible punto final en la prueba más sensibles las especies animales y utilizando el NOAEL o la DMO y la aplicación de los factores de incertidumbre para reducir la exposición sigue siendo la base para la evaluación del riesgo a pesar de que algunos pueden considerar que este principio obsoleto. La base de datos de toxicidad generados por los estudios está destinada a ser un exhaustivo proceso de selección y no pretende ser una evaluación en profundidad de todos los órganos incluyendo el sistema nervioso menos inclusiones especiales se realizan. Sin embargo, cuando hay razones para creer que la toxicidad de un determinado producto químico está siendo infravalorado por el conjunto normalizado de los estudios de toxicidad requiere, y validado métodos de ensayos adicionales están disponibles, estos estudios adicionales pueden recomendarse para caracterizar mejor la toxicidad.

Un problema inherente con las directrices para estudios de neurotoxicidad es que la rata, perro, ratón, conejo o puede no proporcionar un modelo para determinados tipos de neurotoxicidad que los seres humanos pueden ser especialmente sensibles a. No importa cuánto se haga las pruebas en animales, por ejemplo, la toxicidad no se detectó antes de la exposición para los seres humanos. El caso de anemia aplásica es un ejemplo de que no existe un modelo animal para la predicción de un determinado tipo de toxicidad. Se calcula que una persona en 30-40000 es susceptible a la anemia aplástica causada por el antibiótico cloranfenicol [7]. También puede haber casos inusuales de la susceptibilidad humana a un neuropathogen similares de baja frecuencia y no habría forma de detectar los que están utilizando el actual batería de estudios. A diferencia del modelo de cloranfenicol en que la dosis fue intencional y seguimiento, la exposición a plaguicidas es mucho menor y las cantidades reales, horas y frecuencias de la exposición a plaguicidas no se conocen.

Las directrices (Tabla 2] para el más general de agudos (870.1100 oral, cutánea para 870.1200, 870.1300 y por inhalación), subcrónica (870.3100 para los roedores y 870.3150 para nonrodents-generalmente perros), desarrollo prenatal (870.6300) y reproductiva (870.3800) y toxicidad crónica en ratas y perros (870.4100) y de carcinogenicidad en ratas y ratones (870.4200 o 870.4300) son inespecíficos en su descripción de los métodos recomendados para la evaluación de la histopatología del sistema nervioso. La más obvia sería la neurotoxicidad detectada por la observación del comportamiento de los animales sobre la base de diario jaula del lado de las evaluaciones si el personal técnico está debidamente capacitado para buscar y detectar cambios en el comportamiento. Las únicas instrucciones a las nonacute estudios de preparación para histopatología se aplican a todos los tejidos y no son específicos de tejido nervioso: "los tejidos y los órganos designados para el examen microscópico debe fijarse en 10 por ciento formalina tamponada o un fijador adecuado reconocidos tan pronto como se realiza la autopsia y no menos de 48 horas antes de recortar. "Ningún comentario especial sobre las manchas que se utilizará. Hematoxilina y eosina se utilizan habitualmente.

Estudios especiales para la evaluación de neurotoxicidad en ratas

Los estudios específicos diseñados para la evaluación del potencial neurotoxicidad en ratas incluyen la serie de 870.6200 aguda y subcrónica de cribado en adultos y 870.6300 para el desarrollo de neurotoxicidad (DNT). Este último estudio incluye la exposición a las crías en el útero y durante la lactancia, ya sea a través de la lactancia o la sonda de la exposición directa a los cachorros. Estos estudios incluyen la jaula del lado de las observaciones más evidentes los signos clínicos y funcionales para la observación de batería (FOB) 1 que se evalúen los animales de motor y sensorial efectos. El personal técnico que estas observaciones se supone que es especialmente entrenados para detectar cambios sutiles en los signos clínicos indicativos de neurotoxicidad y en general no tiene conocimiento si el animal fue dosificado con la prueba material o de otro tipo. Para estos estudios, las instrucciones para histopatológico de evaluación del sistema nervioso son más específicas que para los estudios de cribado general. "Los tejidos deben estar preparados para el análisis histológico mediante perfusión in situ y parafina y / o de plástico que encaja procedimientos. Parafina incorporación es aceptable para los tejidos del sistema nervioso central. De plástico que encaja de muestras de tejidos del sistema nervioso central es alentar, cuando sea factible. De plástico que encaja es necesaria para muestras de tejidos de sistema nervioso periférico. Sin perjuicio de juicio profesional y el tipo de neuropatológicos alteraciones observadas, se recomienda que otros métodos como Bodian y Bielchowsly's (sic) de plata métodos, y / o glial fibrilar ácida de la proteína (GFA) inmunohistoquímica ser utilizados en conjunción con las manchas más estándar para determinar la dosis más baja a nivel neuropatológico alteraciones que se observan. "

En el estudio de desarrollo de neurotoxicidad (870.6300), cachorros (11 o 21 días de edad en función de la duración de la lactancia exposición) y adultos (alrededor de 62 días de edad) que se derivan de las presas expuestas a los plaguicidas desde el día 6 de la gestación a través de la lactancia (al menos para día 10, pero muchos laboratorios seguir la dosificación hasta el momento del parto) a través de la lactancia o por sonda directa de dosificación durante el período de lactancia son examinados histológicamente. Además de histopatología, una evaluación abreviada FOB, el aprendizaje y la memoria y la actividad motora y acústico startle todas las respuestas son evaluadas por los cachorros en destete sobre una y otra vez como los jóvenes (alrededor de 60 días) adultos. Histología de cachorros es diferente de los estudios 870.6200 en que el cerebro se fija por inmersión y no in situ. Las directrices para la neurotoxicidad de cribado y los estudios de neurotoxicidad de desarrollo estudio sirva de referencia para obtener instrucciones más detalladas para histopatología y evaluaciones de comportamiento. El laboratorio la realización de este estudio es responsable de seleccionar las técnicas y las manchas que deben utilizarse.

Control positivo, como estudios con trimetil estaño o de acrilamida para neurohistopathology así como controles positivos, como las anfetaminas y el haloperidol para la actividad motora y la escopolamina para el aprendizaje y la memoria se recomienda actualmente para asegurar la susceptibilidad de la cepa y la competencia del personal de laboratorio la realización de la estudio. El argumento para considerar también nonchemical agentes para evaluar la aptitud de un laboratorio en el uso de una prueba (por ejemplo, la memoria) se ha hecho [8].

Estos estudios de cribado debe detectar alteraciones del sistema nervioso que ocurren dentro de los marcos de tiempo limitado de pruebas con respecto a la edad de la rata cuando la prueba a condición de que el relativamente puro cepas de ratas utilizadas son susceptibles a cualquier neurotoxicidad que podría ser inducido por la sustancia química . Por esta razón hay limitaciones en cuanto a su valor predictivo para las principales enfermedades neurodegenerativas que están asociadas con los seres humanos de edad avanzada, como el Parkinson y el Alzheimer. En particular, sólo los adultos jóvenes son evaluados en los estudios de cribado 870.6200 y la exposición a las ratas está en el útero y hasta las tres primeras semanas de vida en la serie 870.6300 estudio de desarrollo de neurotoxicidad. Las ratas no se mantienen en el estudio para determinar si la exposición en el útero predispuestos a neuropatológicos desarrollo de las condiciones en las etapas posteriores de la vida o si un reto de la prueba química sería peor si las ratas no fueron expuestos en el útero.

Otros tres estudios (870.6500, prevista conducta operante, 870.6850, la función nerviosa periférica, y 870.6855, neurofisiología: potenciales evocados sensoriales) rara vez se llevó a cabo, pero también puede utilizarse para caracterizar mejor las indicaciones de neurotoxicidad sugerido, ya sea en el general o los especiales de estudios de neurotoxicidad o directriz basado en los plaguicidas de la estructura y las relaciones de actividad previsto.

No existen directrices para los estudios con monos que pueden tener un nivel similar de susceptibilidad a neurotóxicos que pueden producir o facilitar humanos neuropathogenesis. Las razones para esto son que los estudios con monos son caros y sólo un número limitado de animales pueden ser utilizados.

NONGUIDELINE ESTUDIOS

Estudios de literatura al aire libre o estudios realizados por la industria de los plaguicidas que o bien no tienen protocolos de conformidad con las directrices o que se llevan a cabo para hacer frente a una pregunta concreta se encuentran agrupados nonguideline estudios. Nonguideline tales estudios pueden proporcionar criterios de valoración para la evaluación del riesgo cuando la revisión paritaria determina que sean de mérito científico. Sin embargo, es difícil pedir que las empresas realizar estudios especiales nonguideline sin justificación suficiente que el estudio se valida para hacer los datos útiles para la evaluación del riesgo.

Un problema recurrente con nonguideline estudios es que a menudo utilizan las rutas de administración de pruebas químicas que no están relacionadas con las hipótesis de exposición humana. Intraperitoneal, intravenosa, intramuscular y métodos de administración puede ser muy útil para tratar de determinar el modo de acción de un producto químico. Estos datos son importantes en la comprensión de la posible base molecular para la neuropathogenesis. Sin embargo, la extrapolación de los datos de estas vías de administración a la exposición humana de la dieta, cutánea o por inhalación o rutas es problemática.

El uso de nonguideline estudios con propósito de dosificación de humanos voluntarios para ayudar en la evaluación de riesgos de los plaguicidas se hace en un caso por caso después de tanto científicos como de revisión ética. Estos estudios con voluntarios humanos de vez en cuando se lleva a cabo con los plaguicidas que pueden causar efectos transitorios, como la inhibición de la colinesterasa, pero ciertamente no para ver si una condición neurodegenerativa resultados. Los estudios epidemiológicos que intentan correlacionar la incidencia de ciertos tipos de enfermedades con la exposición a plaguicidas a los seres humanos procedentes de encuestas de los temas personales de la historia se analice la posibilidad de que la exposición a los plaguicidas pueden estar relacionados con el inicio y la progresión de neuropathogenesis. Estos estudios, sin embargo, sólo puede sugerir una posible relación, porque los temas son también simultáneamente expuesto a muchos otros productos químicos y no hay forma real de determinar la medida en que los sujetos fueron expuestos a los plaguicidas químicos sospechoso o si la exposición se produjo durante la momentos críticos para afectar la aparición o progresión de la condición neuropatológico.

Estudio de directrices para evaluar los organofosforados inducida por retraso en la neuropatía

La única establecida la neuropatía en los seres humanos asociados con los plaguicidas organofosforados es inducida por retraso en la neuropatía (OPIDN) causada por determinadas pero no todos los insecticidas organofosforados y algunos otros no organofosforados utilizados como insecticidas. Una reciente revisión sobre OPIDN proporciona información más detallada sobre la historia y el desarrollo de este modelo [9]. Documentación OPIDN que afecta a los seres humanos se remonta a la primera parte del siglo pasado, cuando un importante incidente se produjo durante la prohibición años en los EE.UU. como resultado de un consumo de jengibre de Jamaica bebida alcohólica que más tarde se demostró que estaba contaminado con tolyl ésteres fosfato. Se estima que unas 20000 personas fueron afectadas en diversos grados con un síndrome que se llamaba Ginger Jake Jake parálisis o la pierna. La clásica obra de M. Smith y RD Lillie [10] de los EE.UU. Servicio de Salud Pública en la década de 1920 y 30 años demostró que el fosfato de contaminantes fueron responsables de la condición y puede reproducir la enfermedad en los conejos, perros, monos y terneros. En la exposición humana a Jake jengibre, la condición fue descrita como "la flacidez inicial, que se caracteriza por debilidad muscular en los brazos y las piernas dando lugar a una torpe, revolver andar, fue sustituida por la espasticidad, hypertonicity, hiperreflexia, clonus, y reflejos anormales, indicativa de los daños a las vías piramidal y permanente superior síndrome de neurona motora. En muchos pacientes, la recuperación se limita a los brazos y las manos y los daños a las extremidades inferiores (pies caída espasticidad y reflejos hiperactivos) es permanente, lo que sugiere que el daño a la médula espinal "[4]. Validación de que los insecticidas organofosforados causan OPIDN en los seres humanos proviene en parte de un incidente relativo a los trabajadores la fabricación de insecticidas mipafox a raíz de un accidente [11]. Los animales domésticos son también susceptibles a OPIDN según lo indicado por el envenenamiento de búfalos de agua en Egipto [12] por el insecticida leptophos. Un examen de la posible asociación entre leptophos con OPIDN en los seres humanos [13] se describen los problemas para distinguir entre leptophos y otros contaminantes como la causa de OPIDN.

Considerable investigación sobre la estructura de insecticidas organofosforados que pueden causar esta neuropatía se ha hecho [9]. De los tolyl fosfato contaminantes en el producto de jengibre, posteriormente se determinó que sólo uno, el isómero orto-, fue el responsable de la toxicidad, lo que indica la química altamente específico carácter estructural de la inducción de este síndrome. Figura 1 presenta algunos de los productos químicos estructuras de organofosforados que se sabe que causan OPIDN. La investigación sobre enfoques bioquímicos ha llevado al descubrimiento de que la inhibición de la "neuropatía objetivo esterasa" (NTE) de los organofosforados que causa el retraso del tipo de neuropatía ha servido de base para la detección de nuevos candidatos organofosforados para el desarrollo como insecticidas [14]. Los productos químicos que muestran mayores niveles de inhibición de la NTE se informó de que una buena correlación con el desarrollo de OPIDN.

La gallina estaba decidida a ser una parte relativamente muy especies sensibles, pero el laboratorio en ratas y ratones no son apreciablemente sensibles a la OPIDN. La gallina proporciona un modelo para evaluar el potencial para que los organofosforados para causar neurotoxicidad y se utiliza en los agudos y estudio con dosis repetidas directrices (870.6100). Es necesario utilizar doméstica adulta gallinas 8-14 meses de edad ya que el pollo tiene una menor sensibilidad [15]. En el estudio aguda, una dosis letal cerca se administra normalmente por sonda y la gallina puede estar protegida por la atropina de los efectos inhibidores de la acetilcolinesterasa por organofosforados. A raíz de la dosificación, las gallinas se observan para su andar características incluyendo la capacidad de caminar hasta una inclinación y después de 21 días son sacrificados y examinados histológicamente. El estudio con dosis repetidas se realiza cuando hay una prueba de OPIDN aguda en el estudio o cuando hay una prueba de inhibición de la NTE. El objetivo de repetir la dosis de estudio es determinar el NOAEL y LOAEL para OPIDN e incluye el control, bajo, medio y alto (máximo 1 g / kg) dosis. Las directrices proporcionan los siguientes datos para el examen histopatológico del sistema nervioso. "Los tejidos deben ser fijados por todo el cuerpo de perfusión, con un fijador adecuado para la integración de los medios de comunicación. Secciones debería incluir médula oblongata, la médula espinal y los nervios periféricos. La médula espinal secciones deben ser tomadas de la cervical rostral, el midthoracic, y las regiones lumbosacra. Secciones de las regiones proximales de las dos de los nervios tibial y sus sucursales deben adoptarse. Las secciones deben ser marcadas con las de la mielina y axón específicos de manchas. "Las directrices recomiendan que TOCP (tri-orto-cresil fosfato, Figura 1] se utiliza como control positivo para asegurar la susceptibilidad de las gallinas. No todas las gallinas son igualmente susceptibles a OPIDN [16].

No hay nuevas insecticidas organofosforados se han introducido en los últimos años y cualquiera de los insecticidas organofosforados que se demostró que causa OPIDN se han eliminado o sus usos se han visto muy restringidas. Nueva organofosforados, sin embargo, puede en el futuro se necesitarán para el control de determinadas plagas que se vuelven resistentes a los plaguicidas actualmente registrados. OPIDN no se considera relacionada con otra conocida enfermedad neurodegenerativa humana. Sin embargo, la OPIDN modelo puede ser muy útil en el estudio de la progresiva degeneración del sistema nervioso tras el inicio de la degeneración del nervio que pueden aplicarse a las enfermedades neurodegenerativas humanas, si los mecanismos subyacentes de OPIDN puede ser dilucidado y en comparación con las enfermedades humanas.

Plaguicidas y el síndrome de parkinsonismo

La enfermedad de Parkinson (PD) está considerado como el segundo más comunes los trastornos neurodegenerativos en los seres humanos y afecta a aproximadamente el 2% de la población de más de la edad de 60 años. Clínicamente, PD es un trastorno de la función motora se caracteriza por temblor, la lentitud y la disminución de movimiento (bradykinesia), rigidez muscular, el equilibrio pobres, y los problemas de andar en [17]. Patológicamente, PD pacientes muestran pérdida de neuronas dopaminérgicas en la substantia nigra pars compacta y con frecuencia tienen cuerpos de Lewy, eosinofílica las inclusiones intracelulares de amiloide compuesto de fibras y como α-sinucleína [18]. PD puede tener una base genética para la susceptibilidad de una forma de aparición temprana, pero la aparición de las más prevalentes de inicio tardío forma no tiene una base genética [19]. Esta última forma puede ser el resultado de una multitud de diferentes factores, entre ellos los insultos de xenobióticos y de un individuo inherentes a la sensibilidad o las diferencias en la farmacocinética y metabolismo de los xenobióticos. Desde el descubrimiento de que el MPTP [1] podría causar el síndrome de PD como, el interés por el herbicida paraquat, que tiene algunos semejanza estructural a MPTP (Figura 1) dio lugar a la posibilidad de que este herbicida podría ser un factor de riesgo en el síndrome de PD [20 -- 25]. Factores tales como la exposición de la vida en las zonas rurales, la agricultura, el agua potable de pozos y la exposición a productos químicos agrícolas se han investigado y reivindicado como un apoyo a una asociación entre el paraquat y el aumento de la DP. El interés en el maneb herbicida como posible factor de riesgo para la PD desarrollado a causa de sus efectos sobre la informó de la dopamina que se ha demostrado para mejorar los efectos del metabolito activo de MPTP o MPP + [26, 27]. Rotenona, un pesticida que es un inhibidor del complejo I mitocondrial función, también ha sido implicado por estar relacionados con PD basado en parte en el trabajo que asocia el modo de acción del MPTP o su principal metabolito MPP + con un efecto sobre el complejo I mitocondrial función [28 -- 30].

Insecticidas organoclorados, así como tricyclohexyl y trifenil estaño inhiben en diversos ATPases nervio membranas uno de los cuales la enzima especies que también muestra una campana en forma de la curva de activación y, a continuación, la inhibición de la actividad de Mn + + y se sugirió anteriormente [31] que la inhibición de ATPases podría estar relacionado con un factor medioambiental en la enfermedad de Parkinson etiología. DDT y dieldrin persisten en el cuerpo y una vez ingeridos pueden permanecer allí indefinidamente. Movilización de DDT o dieldrín de depósitos de grasa en el cuerpo a edades áreas críticas relacionadas con PD podría ser un factor en su desarrollo o progresión. Una asociación entre la presencia y la dieldrina PD síndrome [32] se informó sobre la base de un pequeño número de pacientes examinados. Heptacloro También se ha demostrado que la dopamina afectan a la función [33] en animales de laboratorio.

La asociación entre PD y pesticidas es una cuestión controvertida y la USEPA no cuenta en la actualidad consideran que los plaguicidas son factores de riesgo en esta enfermedad. Un reciente examen de esta cuestión, apoyada en parte por la industria, pero publicado en una revista revisadas por pares, los autores llevaron a concluir "que los animales y los datos epidemiológicos examinado no proporcionan pruebas suficientes en apoyo de una asociación causal entre la exposición a plaguicidas y PD" [ 34].

Si un plaguicida estaba causando o que afecten a un síndrome de PD como sensibles en animales de laboratorio, los signos de temblor, la lentitud y la disminución de movimientos, rigidez muscular, problemas en el andar se espera que sean detectados en el proceso de selección si todos los estudios adecuados se pidió y llevado a cabo. Los estudios disponibles para el paraquat, maneb, o rotenona no muestran indicios evidentes de estos signos, al menos, no en su LOAELs en las cepas probadas. Los efectos histopatológicos probablemente no sería tan evidente dentro de los limitados evaluación de histopatología en el estudio actual directrices desde la substantia nigra es una empresa relativamente pequeña sección del cerebro y que requieren especial de evaluación para determinar si había prueba química inducido cambios en la dopamina dependientes las células dentro de ella. La exposición crónica de paraquat se basa actualmente en "crónica neumonitis" en perros con 100 convencionales veces factor de incertidumbre. Maneb se rige actualmente por la exposición crónica sobre la base de sus efectos sobre la tiroides en ratas a las LOAEL 1000 más un factor de incertidumbre veces incluyendo un extra 10 X debido a una incompleta base de datos. Criterios de valoración para la rotenona la actualidad se están reevaluado y los informes de su asociación con el síndrome de PD está considerando la posibilidad de futuras pruebas, pero el actual LOAEL no se basa en indicaciones de neuropathogenesis.

Históricamente, la rata tiene sus limitaciones como un modelo in vivo para el PD y los intentos de estudiar los efectos de una u otra Mn + + o MPTP a esta especie como resultado, pero con algunos datos limitados. Un examen detallado del desarrollo de modelos animales para PD y otras enfermedades neurodegenerativas está fuera del alcance de esta revisión y no existen modelos adecuados para su incorporación en las directrices. Los comentarios de neurotoxicant inducida por los modelos de DP en la rata han sido publicados recientemente en 2004 [44] y 2005 [45] y proporcionar las discusiones de los muchos problemas asociados con el intento de desarrollar un modelo animal. Una revisión del desarrollo de modelos animales en ratones se ha presentado también [46] y las limitaciones de esta especie, incluyendo la ingeniería genética se examinan las cepas [47]. Factors such as the low susceptibility of rodents to PD like syndrome or a narrow or limited vulnerable age or the differences in metabolism and access to the critical sites by the critical form of the toxic agents as well as the cumulative effects and the influence of combinations of chemicals all contribute to problems in developing animal models for predicting a chemical's potential to be a risk factor for PD.

One important consideration in the development of animal models for PD concerns the question: what is the goal of the model? For example, some models are developed to further understand the neurochemical events associated with the initiation and progression of the disease in order to develop therapy. Other models may have the goal of establishing a basis for risk assessment. One of the criticisms of some of the developing models that they do not mimic the disease in humans closely enough is not necessarily detrimental to the goal of providing data for risk assessment. This is because if the model shows an effect suggestive at all of neuropathogenesis it would be important in the hazard characterization of the chemical. Thus, genetically manipulated mice that spontaneously develop PD like syndrome whether it mimics the human condition exactly or not would be an important addition to the guidelines. The suspect chemicals could be tested in these strains to see if the spontaneous rates of the syndrome are increased, occur at an earlier onset time, or are worse in the presence of the pesticides.

In vitro data using rat or other animal tissue preparations can be very useful for providing data on mechanisms but not always generalize to the in vivo situation. One such example is the effect of paraquat which was suspected as causing PD like syndrome based on its structural similarity to MPTP/MPP+ that does not have the same affinity for the dopamine transporter or cause inhibition of mitochondrial complex I in in vitro studies indicating that paraquat has as effect on dopamine neurons that is unique from rotenone and MPTP [ 48 ]. It is still possible that an NTE like model such as for predicting OPIDN could be developed based on in vitro studies. Limitations associated with in vitro models based on animal tissue include that in real life, exposure is not just to the single chemical but to complex mixtures, in vitro studies do not reflect the cumulative effects of the pesticide or the temporal aspects of the initiation or progression of the disease.

Another animal model for induction of PD involves mice and their early exposure and later challenge based on work with paraquat and maneb [ 49 ]. The mice exposed as fetuses during pregnancy were reported to be more susceptible to indications of PD when challenged later in life by these pesticides. This implied that an initial injury predisposed the animals to susceptibility in later stages of life. This model is based on the “Barker hypothesis” or its expanded form for Parkinsonism where it is postulated [ 50 ] that early exposure to chemicals destroys certain critical cells in the substantia nigra to levels below those needed to sustain function associated with advancing age. In these studies, combinations of paraquat and maneb were used assessing the mutual influence of each. The role of early life environmental risk factors in PD has been independently reviewed [ 51 ].

As indicated above, a problem with attempting to assess for the effects of pesticides as risk factors of neuropathogenesis by the study guidelines is that some of the literature reports associating pesticides with PD imply that combinations of pesticides or other agents rather than the individual pesticides are the risk factors. Extensive justification would be needed before studies with combinations of xenobiotics could be requested to provide data for risk assessment. Establishing what combinations of chemicals should be tested, how long the tests should run for and what relative doses of each chemical to be tested would be a task in itself and interpreting the data with regard to which chemical is really the contributing factor would be problematic.

OTHER NEUROLOGICAL DISORDERS

Table 1 lists Alzheimer's disease (the most common neurodegenerative disease), amyotrophic lateral sclerosis, autism and psychiatric disorders as possibly being related to pesticide exposure. Tests for learning and memory through the life cycle including the later months near study termination in chronic or cancer studies might be considered for incorporation into the guidelines to attempt to assess for at least some aspects of Alzheimer's disease. Alzheimer's disease may have both genetic and environmental factors [ 52 ] and animal models of Alzheimer's disease are being developed [ 53 ] but their usefulness for evaluating risk associated with pesticide exposure has not been established. Many factors may influence the progression of Alzheimer's disease and a very recent report indicates that persons with higher levels of education have faster rates of cognitive decline [ 54 ]. Animal models of autism are being developed [ 55 ] and the endpoints of (i) lower sensitivity to pain and higher sensitivity to nonpainful stimuli, (ii) diminished acoustic prepulse inhibition, (iii) locomotor and repetitive/stereotypic-like hyperactivity combined with lower exploratory activity, and (iv) decreased number of social behaviors and increased latency to social behaviors are considered possible indicators of a drugs association with autism based on studies with valproic acid. The developmental neurotoxicity study (DNT, 870.6300) can assess for some of these parameters but there are no inclusions in the current guidelines for DNT studies for assessing social behaviors. If a pesticide caused neurological or muscular degeneration, it could possibly aggravate amyotrophic lateral sclerosis but would be regulated based on its NOAEL to be protective. Although neuropsychiatric disorders may not be strictly within the description of neurodegenerative disease, there has been a continuous debate over the possibility that organophosphate poisoning causes neuropsychiatric sequella [ 40 ]. A review of this topic is beyond the scope of this manuscript. Nonguideline studies with monkeys [ 41 ] with sarin have been reported to produce long-lasting EEG changes that are claimed to confirm an earlier observation of changes in the human EEG patterns [ 42 ] following organophosphate exposure. The persons exposed to sarin (a potent cholinesterase inhibitor) gas in the Tokyo subway incident in the mid 1990s have been assessed periodically and reports indicate possible neurological effects either related to the gas itself of post traumatic stress disorder [ 5658 ].

OVERALL ASSESSMENT OF NEUROTOXICITY STUDY GUIDELINES FOR CHARACTERIZING RISK FOR NEUROPATHOGENICITY

Strength of the neurotoxicity study guidelines . The neurotoxicity study guidelines provide a screening procedure that should detect pesticides that are strong inducers of neuropathogenesis in the animal strains and species tested relative to the time of administration and ages of the tested animals. The guidelines are adaptable and as more and better techniques and models (such as genetically manipulated strains) are developed these models can be incorporated into the guidelines. Humans would have to be inherently especially more sensitive to a neuropathological response to a pesticide or there would have to be other contributing factors from the real world if they were to develop neuropathological conditions as a result of the low level of exposure that is set by the selection of the most sensitive endpoint in the most sensitive species as determined by the battery of required studies and other available data and the application of uncertainty factors to drive down exposure.

Weaknesses or limitations of the study guidelines. Several inherent weaknesses in the study guidelines can be identified. Most of these reflect a disparity between the stringent conditions of laboratory testing and real world exposure. These include the following.

(i) Pesticides are tested individually. Thus, the interaction and cumulative effects of the individual pesticide with the many other pesticides, xenobiotics, drugs, and natural foodstuffs are not assessed.

(ii) Relatively pure strains of standardized laboratory animals are tested meaning that a neuropathological condition will be detected only if that particular strain is sensitive to the chemical. The human population is very diverse with varying degrees of sensitivity to a given chemical. The standardized strains do not have a predisposition to develop neuropathogenesis such that it cannot be assessed if there is a potential for the pesticide to accelerate the progression of a neuropathological condition once started.

(iii) Healthy young animals on diets optimized for their health would be the least susceptible to a toxic insult are used for testing. There is a wide variation in diet and disparity in ages and in the level of health that makes humans possibly more susceptible.

(iv) Temporal conditions are not fully evaluated such as early in utero and fetal exposure affecting the animal to be more sensitive to an insult by the chemical in the later phases of its life.

(v) Neuropathogenesis may result from the destruction of only a very small structure of the brain (ie, the pars compacta of the substantia nigra) and such changes in structure may be missed in routine histopathological assessment of the brain. This is an important concept since the laboratory animal may have a higher tolerance to destruction of the brain area than the human and the animal may not show clinical signs until there is a major destruction but the human may show clinical signs after only minimal or moderate destruction .

(vi) Laboratory animals are not the same as humans. Detection of neuropathogenesis in animals does not mean that the human will develop the same lesion. Conversely, failure of animals to develop a neuropathological condition does not mean that the human will.

All of the factors above for weaknesses or limitations apply in to the study guidelines in general such as for assessing for cancer and developmental toxicity and these limitations are well recognized. In essence, studies conducted following the guidelines, as imperfect as they may be, plus other available data are what risk assessments are based on. Epidemiological data come later.

SUMMARY

Pesticides are individually tested in a series of studies with established guidelines with laboratory animals to determine if they have the potential for neuropathogenicity. Thus, the neuropathological effects of chemicals that are strong inducers of neuropathogenesis in the species of animals tested and if tested at the critical susceptible times will be detected in the battery of studies required for registration and reregistration. Additional testing in animals can be conducted based on suggestions of neuropathogenesis from existing studies or based on structure activity relationships to further characterize a neuropathological condition possibly associated with the pesticide. Currently, the endpoints determined by the completed battery of required and other studies and the use of uncertainty factors in risk assessment are designed to provide a reasonable protection against possible neuropathogenesis of pesticides to humans. If humans are uniquely susceptible or the timing for test chemical administration in the animal studies is not appropriate, or if the pesticide must interact with other chemicals, potential effects in humans could be missed but the inclusion of the uncertainty factors is designed to protect against such possibilities by driving down exposure. The discovery that humans are susceptible to OPIDN resulted from accidental exposure to an organophosphate led to the development of the hen model for OPIDN testing which is the only model for neuropathy that is purposefully assessed for in routine screening studies. Had this accident not happened, there might be an occasional incident of persons developing the OPIDN syndrome today without knowing its cause. The OPIDN model is unlike the major human neurodegenerative diseases since OPIDN starts soon after exposure while Parkinson's and Alzheimer's may require long intervals between exposures and onset or they may require a natural onset before pesticides can facilitate their progression. Therefore, the possibility that pesticide exposures can be risk factors for neurodegenerative diseases needs to be considered in epidemiological models, whether alone or in combination with other factors. Development of animal models to more completely assess for possible relationships between pesticide exposure and neurodegeneration in humans need to be developed and validated to render data useful for risk assessment. Animal models with strains genetically engineered to be susceptible to known human neurodegenerative diseases may eventually be developed and validated and be important additions to the guidelines for neurotoxicity assessment.

This manuscript reflects the perspective of the author and does not imply policy of the US Environmental Protection Agency. The author greatly appreciates the editorial comments and stimulating discussion provided by Dr Louis Scarano.