Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор литературы 13
1.1. Биология иксодовых клещей - переносчиков возбудителей инфекций, их медицинское значение и способы защиты людей от их нападения 13
1.1.1. Избранные вопросы биологии иксодовых клещей 13
1.1.2. Медицинское значение иксодовых клещей 28
1.1.3. Способы защиты людей от нападения иксодовых клещей 39
1.2. Химические средства защиты людей от иксодовых клещей 42
1.2.1. Требования, предъявляемые к химически средствам защиты людей от членистоногих, и методы изучения их эффективности по отношению к клещам 42
1.2.2. Репелленты, механизмы их действия и репеллентные средства для индивидуальной защиты людей от нападения клещей 52
1.2.3. Акарициды, механизмы их действия и акарицидные средства для индивидуальной защиты людей от нападения клещей 61
Глава 2. Материалы и методы 73
2.1. Объекты исследований и объём экспериментов 73
2.2. Методы исследований 78
2.2.1. Методы изучения репеллентной активности химических соединений и целевой эффективности репеллентных средств 78
2.2.2. Методы изучения акарициднои активности химических соединений и целевой эффективности акарицидных и акарицидно-репеллентных средств 88
2.3. Исследуемые химические соединения и обоснование их выбора 95
2.3.1. Изучение известных и новых репеллентных соединений 95
2.3.2. Изучение известных и новых акарицидных соединений 98
Глава 3. Поиск новых акарорепеллентов и разработка репеллентных средств 103
3.1. Поиск высокоэффективных акарорепеллентов 103
3.1.1. Скрининг новых соединений по акарорепеллентной активности.. 107
3.1.2. Акарорепеллент акреп 109
3.1.3. Определение акарорепеллентной активности эфирных масел 114
3.1.4. Сравнение активности акарорепеллентов 115
3.2. Разработка акарорепеллентных средств для защиты людей от иксодовых клещей 119
3.2.1. Общая стратегия разработки акарорепеллентных средств 119
3.2.2. Новые акарорепеллентные средства 121
3.2.3. Сравнение эффективности акарорепеллентных средств импортного и отечественного производства 135
Глава 4. Действие на иксодовых клещей акарицидов и разработка акарицидных средств 139
4.1. Сравнение действия на клещей акарицидов 139
4.1.1. Оценка действия на клещей акарицидов из разных классов 140
4.1.2. Оценка действия известных пиретроидов на таёжных клещей 152
4.1.3. Изучение акарицидной активности впервые синтезированных соединений пиретроидной структуры 167
4.1.4. Связь акарицидной активности со структурой химических соединений 171
4.2. Разработка акарицидных и акарицидно-репеллентных средств 179
4.2.1. Общая стратегия создания акарицидных и акарицидно-репеллентных средств 179
4.2.2. Новые акарицидные и акарицидно-репеллентные средства 187
Глава 5. Система неспецифической профилактики клещевых инфекций и пути совершенствования химических средств индивидуальной защиты людей от нападения иксодовых клещей 212
5.1. Обоснование современной системы неспецифической профилактики клещевых инфекций 212
5.1.1. Традиционная система мероприятий по неспецифической профилактике клещевых инфекций 212
5.1.2. Современная системы мероприятий по неспецифической профилактике клещевых инфекций 217
5.2. Направления и способы совершенствования химических средств защиты людей от нападения иксодовых клещей 224
5.2.1. Направления и способы совершенствования репеллентных средств защиты людей от нападения клещей 224
5.2.2. Направления и способы совершенствования акарицидных средств защиты людей от нападения клещей 227
Заключение 230
Выводы 232
Список литературы 235
- Требования, предъявляемые к химически средствам защиты людей от членистоногих, и методы изучения их эффективности по отношению к клещам
- Методы изучения репеллентной активности химических соединений и целевой эффективности репеллентных средств
- Разработка акарорепеллентных средств для защиты людей от иксодовых клещей
- Изучение акарицидной активности впервые синтезированных соединений пиретроидной структуры
Введение к работе
Актуальность проблемы. Профилактика природноочаговых инфекций вирусной, риккетсиозной, бактериальной и протозойной этиологии, возбудителей которых передают иксодовые клещи (семейство Ixodidae), является в настоящее время актуальной проблемой для здравоохранения всего мира (Walker, 1998; Онищенко, 2006).
Для Российской Федерации наибольшее эпидемиологическое значение имеют клещевой энцефалит (КЭ), иксодовые клещевые боррелиозы (ИКБ) и крымская геморрагическая лихорадка (КГЛ). Нозоареалы этих инфекций занимают большую часть территории нашей страны, простираясь от дальневосточных регионов до западных границ, и совпадая с ареалами клещей - основных переносчиков возбудителей. Ситуация по этим заболеваниям в стране остаётся сложной. Начиная с 1989 г., отмечается стойкая тенденция к росту заболеваемости КЭ. Ведущим путём передачи возбудителей является присасывание инфицированного клеща к человеку. Для России наибольшее эпидемиологическое значение имеют клещи рода Ixodes: таёжный {Ixodes persulcatus Schulze, 1930) и лесной {Ixodes ricinus Linnaeus, 1758) клещи, которые одновременно могут содержать несколько видов возбудителей, т. е. имеется высокая вероятность того, что в результате присасывания клеща произойдёт микстинфицирование возбудителями КЭ, ИКБ, клещевого риккетсиоза, эрлихиозов или бабезиоза (Корен-берг, 2001; Алексеев, 2004). Велико значение клещей рода Нуаіотта, в частности, Hyalomma marginatum Koch, 1844, являющихся основными переносчиками вируса КГЛ на территории России. В переносе возбудителей ряда других инфекций (омская геморрагическая лихорадка, клещевой риккетсиоз, марсельская лихорадка, пятнистая лихорадка скалистых гор и т.д.) существенное эпидемиологическое значение имеют клещи родов Dermacentor, Rhipicephalus, Haemaphysalis.
За последние 20 лет эпидемиологическая ситуация по «клещевым» инфекциям изменилась, что выразилось, в частности, в расширении ареалов переносчиков, увеличении их численности, а также в преобразовании структуры заболе-
5 ваемости и групп риска заражения (Злобин, 2006). Современная профилактика КЭ является специфической (вакцинация) и неспецифической, а профилактика остальных «клещевых» инфекций базируется в основном на неспецифической профилактике, поскольку вакцины против этих инфекций отсутствуют.
Задачей неспецифической профилактики является предотвращение присасывания клещей к людям. Эта задача решается двумя путями: первый — уничтожение клещей в природных очагах инфекций; второй — индивидуальная защита людей от нападения (присасывания) клещей. В начале XXI века первый путь утратил свои лидирующие позиции, поскольку по экологическим причинам фактически запрещено для обработки территорий использовать высокоперси-стентные акарициды, обеспечивающие уничтожение клещей на длительный период. Основным направлением в неспецифической профилактике, по нашему мнению, должен в современной ситуации стать второй путь — индивидуальная защита людей от нападения клещей. Борьбу с популяциями клещей путём обработки акарицидами природных биотопов целесообразно проводить в местах наибольшего риска заражения людей (особенно - детей), а на остальной территории населению необходимо обеспечить возможность самостоятельной надёжной защиты от присасывания клещей. Существенную роль в этом должны сыграть активная санитарно-просветительная работа и специальные химические средства защиты людей от клещей, научные основы, создания которых, и являются предметом данной диссертационной работы.
На период начала наших исследований химические средства индивидуальной защиты людей от клещей были представлены, в основном, традиционными репеллентными препаратами на основе К,К-диэтилтолуамида (ДЭТА). За рубежом с 90-х годов XX века применяются акарицидные средства на основе пермет-рина. Одно из этих средств «Перманон тик репеллент» производства фирмы «AgroEvo Environmental Health Ltd.» (Великобритания), предназначенное для обработки одежды с целью защиты от клещей, в 1995 г. было разрешено для применения на территории России.
Данная диссертационная работа направлена на решение важной проблемы здравоохранения Российской Федерации — обеспечение защиты людей от присасывания иксодовых клещей, риску которого ежегодно подвергаются в России около 25-30 млн. человек.
Объектом данного исследования являются иксодовые клещи, а предметом исследования - методы и средства защиты людей от их нападения.
Цель исследования - Разработать новые подходы к созданию эффективных средств индивидуальной защиты людей от нападения иксодовых клещей -переносчиков возбудителей опасных для человека инфекций.
Задачи исследования:
Разработка новых критериев и методов оценки воздействия акарицидов на иксодовых клещей.
Поиск веществ, превышающих по репеллентной активности в отношении иксодовых клещей, традиционные репеллентные субстанции.
Комплексное сравнительное изучение акарицидов с целью выявления их активности в отношении иксодовых клещей.
Обоснование целесообразности использования различных репеллентов и акарицидов в средствах индивидуальной защиты людей от клещей.
Разработка высокоэффективных средств для индивидуальной защиты людей от нападения иксодовых клещей и внедрение их в промышленное производство и практику здравоохранения.
Обоснование роли средств индивидуальной защиты людей от нападения иксодовых клещей в современной системе неспецифической профилактики при-родно-очаговых клещевых инфекций.
Научная новизна результатов исследования:
Разработаны новые методы и критерии оценки воздействия акарицидов на иксодовых клещей.
На основе изучения действия на клещей 93 химических соединений, впервые описана связь между химическим строением веществ пиретроиднои структуры и их биологической активностью в отношении иксодовых клещей.
7 Отобраны вещества, использование которых наиболее целесообразно в средствах индивидуальной защиты людей от нападения иксодовых клещей.
Среди производных карбонамидов и капролактамов выявлены соединения, обладающие высокой репеллентной активностью в отношении кровососущих насекомых и клещей. >Цгексилоксиметил) капролактам (акреп), внедрённый в промышленное производство, превышает по своей репеллентной активности в отношении иксодовых клещей широко известный репеллент-эталон ДЭТА.
Разработана и внедрена в промышленное производство и практику здравоохранения группа принципиально новых акарицидных и акарицидно-репеллентных средств, обеспечивающих более надёжную защиту людей от нападения иксодовых клещей, чем традиционные репеллентные средства. Разработан-ны теоретические основы и методология создания акарицидных средств, предназначенных для индивидуальной защиты людей от нападения иксодовых клещей.
Впервые научно обосновано изменение приоритетов в направлениях неспецифической профилактики инфекций, возбудителей которых передают иксо-довые клещи: на современном этапе ведущая роль отводится применению населением акарицидных средств индивидуальной защиты от нападения клещей.
Практическая значимость исследования. Для защиты людей от нападения иксодовых клещей разработано 16 акарицидных, 4 акарицидно-репеллентных и 9 репеллентных средств. При испытаниях в природных очагах клещевых инфекций в различных регионах страны доказано, что эффективность разработанных впервые акарицидных и акарицидно-репеллентных средств превышает таковую традиционных и новых репеллентных средств.
Разработанные теоретические основы и методология создания акарицидных средств подобного назначения позволяют специалистам продолжать исследования в данном направлении с целью дальнейшего повышения эффективности защиты населения от нападения опасных членистоногих.
Внедрение результатов исследования в практику:
1. В ходе выполнения диссертации разработаны и к 2006 г. имеют промышленный выпуск в России и за рубежом 28 средств, предназначенных для защиты
8 людей от нападения иксодовых клещей - переносчиков возбудителей опасных заболеваний человека. Среди этих средств новая группа акарицидных и акарицидно-репеллентных средств для защиты от клещей рода Ixodes: «Претикс» (Свидетельство о госрегистрации № Р 051-0047/8 от 16.06.2000); «Цифокс» (№ Р 092-0049/35 от 15.08.2000); «Рефтамид таёжный» (№ Р 0190-53/63-2001 от 09.04.2001); «Москитол аэрозоль Специальная защита от клещей» (№ П 01241-53/61-2001 от 17.05.2001); «КРА-реп» (№ Р 051-0047/8 от 16.06.2001); «Гардекс антиклещ» (№ П 0410-57/75-2002 от 18.02.2002); «Торнадо-антиклещ» (№ 77.99.18.939. Р.000101.03.03 от 19.03.2003); «Фумитокс-антиклещ» (№ 77.99.19.939.Р.000413.12.03 от 19.12.2003); «Медифокс-антиклещ» (№ 77.99.19.238.Р.000085.03.04 от 16.03.2004); «Аэрозоль от клещей "ДЭТА"» (№ 77.99.19.238.Р.000092.03.04 от 16.03.2004); «Капкан-антиклещ» (№ 77.99.1.2.У.6820.12.04 от 2.12.2004); «Максимум-антиклещ» (№ 77.99.1.2.У.4287.4.05 от 20.04.2005); «Тундра - Защита от клещей» (№ 77.99.36.2.У.3099.4.06 от 06.04.2006); «Домовой Прошка - антиклещ» (№ 77.99.1.2.У. 1998.3.06 от 07.03.2006); «Москилл антиклещ» (№ 77.99.1.2.У.4186.5.06 от 16.05.2006); «КОМАРОФФ-антиклещ» (№ 77.99.36.У.4114.5.06 от 15.05.06); «Бриз-Антиклещ» (№ 77.99.1.2.У.4137.5.06 от 16.05.2006); «Актор» (№ 77.99.1.2.У.6820Л2.08 от 2.12.2006). Разработано и производится в Ставропольском крае средство «Пикник Антиклещ» (№ 77.99.18.238.Р.000068.02.03 от 18.02.2003), предназначенное для защиты от клещей родов Ixodes и Нуаіотта В настоящее время суммарный объём производства этих средств составляет более 5 млн. упаковок в год.
Кроме того, разработаны и имеют промышленный выпуск близкие к традиционным репеллентные средства для защиты от клещей: «Гал-РЭТ-КЛ», «Антиклещ спрей репеллент», «Некусин», «Гардекс аэрозоль экстрим», «Гал-РЭТ», «ДЭТА-ВОККО», «Рефтамид максимум», «ДЭФИ-антикомар. Интенсивная защита», «ДЭТА-ПРОФ».
2. Внедрён в отечественное промышленное производство новый репеллент акреп, используемый для производства разнообразных репеллентных средств. В настоящее время это единственная репеллентная субстанция, имеющая промыш-
9 ленное производство в России. Ежегодный выпуск акрепа на предприятии ОАО «Щёлково. Агрохим» (г. Щёлково Московской области) составляет около 5 тонн.
Результаты исследований включены в нормативные документы системы санитарно-эпидемиологического надзора (санитарные правила, санитарные правила и нормы, методические указания), а также информационные письма по проблеме, подготовленные и утверждённые в установленном порядке в 1997-2006 гг. В частности, материалы диссертации использованы в следующих нормативных, методических и информативных документах, подготовленных с участием автора: «Методические указания по организации индивидуальной защиты населения от нападения иксодовых клещей - переносчиков возбудителей инфекций» (Утв. 27.04.1997); «Методы определения эффективности инсектицидов, акарицидов, регуляторов развития и репеллентов, используемых в медицинской дезинсекции» (Утв. 28.09.2003); «Нормативные показатели безопасности и эффективности дезинфекционных средств различного назначения» (Утв. 04.04.2004); информационные письма «О неспецифической профилактике клещевого энцефалита, иксодового клещевого бор-релиоза (болезни Лайма), крымской геморрагической лихорадки и других инфекций, возбудителей которых передают иксодовые клещи» (2004,2005,2006 г.).
Полученные результаты в области разработки и производства средств индивидуальной защиты людей от клещей используются органами здравоохранения для решения задачи обеспечения благополучия населения России на эндемичных по клещевым инфекциям территориях (Об усилении надзора за клещевым вирусным энцефалитом и мерах по его профилактике.: Постановление Главного государственного санитарного врача Российской Федерации № 34 от 22.12.2005; О совершенствовании мероприятий по выявлению, диагностике и профилактике клещевого вирусного энцефалита.: Приказ Правительства Москвы Департамента здравоохранения № 215 от 23.05.2006).
Материалы диссертации используются в лекциях на кафедре «Дезинфек-тология» Московской медицинской академии им. И. М. Сеченова и на кафедре «Дезинфекционное дело и медицинская энтомология» Российской медицинской академии последипломного образования.
10 Основные положения диссертации, выносимые на защиту:
Разработаные новые методы и критерии оценки воздействия акарицидов на иксодовых клещей позволяют выявлять особенности действия биологически активных соединений, которые оставались скрытыми при использовании традиционных акарологических методов.
Тип биологического действия пиретроидов на иксодовых клещей определяется структурой их молекул. Пиретроиды, содержащие феноксибензиловый спирт с циан-группой в «альфа» положении, наиболее быстро вызывают отравление, приводящее к нарушению процесса присасывания, движения и гибели клещей. Такие соединения наиболее перспективны для создания средств защиты людей от нападения клещей. Пиретроиды, не содержащие в молекуле циан-группу, вызывают отравление клещей, приводящее в эксперименте к увеличению скорости их присасывания к теплокровным животным. Контакт клещей с одеждой, обработанной такими акарицидами, увеличивает риск их присасывания к человеку.
Разработанные акарицидные и акарицидно-репеллентные средства, основанные на использовании альфациперметрина и имипротрина, обеспечивают более надёжную защиту людей от нападения иксодовых клещей, чем репел-лентные средства.
Среди производных карбонамидов и капролактамов выявлены соединения, обладающие высокой репеллентной активностью в отношении кровососущих насекомых и клещей. Ы-(гексилоксиметил) капролактам (акреп), внедренный в промышленное производство, превышает по своей репеллентной активности в отношении иксодовых клещей широко известный репеллент-эталон ДЭТА.
В современной экологической и эпидемиологической ситуации по клещевым инфекциям в России использование населением акарицидных средств индивидуальной защиты от нападения клещей - переносчиков должно стать основой неспецифической профилактики. Проводя активную санитарно-просветительную работу важно научить людей правильно использовать эти средства.
Апробация научных положений. Материалы диссертации были доложены на научных и научно-практических конференциях, совещаниях и съездах, в том
числе: Совещания по проблемам теоретической и прикладной акарологии (Ашхабад, 1990; Санкт-Петербург, 1999); II съезд паразитологического общества при Российской Академии Наук (Санкт-Петербург, 1997); VII и VIII Всероссийские съезды эпидемиологов, микробиологов и паразитологов (Москва, 1997, 2002); Всероссийская научная конференция «Актуальные проблемы дезинфектологии в профилактике инфекционных и паразитарных заболеваний» (Москва, 2002); Научно-практическая конференция «Клещевые боррелиозы» (Ижевск, 2002); Всероссийская научная конференция «Задачи современной дезинфектологии и пути их решения» (Москва, 2003); Расширенный пленум проблемной комиссии «Клещевой и другие вирусные энцефалиты» РАМН (Москва, 2003); Специализированные выставки «Дезинфекция, дезинсекция, дератизация»' (Москва, 2004, 2005, 2006); X - XV Съезды Национальной организации дезинфекционистов (Московская область, 2000, 2001, 2003; Туапсе, 2002; Ростов на Дону, 2004; Сочи, 2006); Совещание руководителей дезинфекционных учреждений и предприятий (Нижний Новгород, 2005); Юбилейная конференция Института полиомиелита и вирусных энцефалитов им. М. П. Чумакова РАМН (Москва, 2005); Всероссийская научно-практическая конференция «Современная ситуация и перспективы борьбы с клещевыми инфекциями в XXI веке» (Томск, 2006).
Диссертация апробирована на заседании Учёного совета ФГУН «НИИ дезинфектологии» Роспотребнадзора (протокол № 3 от 11 мая 2006 г.) и на заседании Специализированной комиссии по предварительной экспертизе диссертаций в Институте медицинской паразитологии и тропической медицины им. Е. И. Мар-циновского ГОУ ММА им. И. М. Сеченова (протокол № 89 от 23 ноября 2006 г.).
Структура и объём диссертации. Диссертация изложена на 300 стр. и состоит из введения, 5 глав, включающих обзор литературы, материалы и методы исследований, 3 глав собственных исследований, заключения, выводов, указателя цитированных литературных источников (454 отечественных и 209 зарубежных). Диссертация иллюстрирована 25 таблицами и 15 рисунками.
Публикации по теме работы. По теме диссертации опубликовано 53 работы, в том числе 13 - в научных журналах, рекомендуемых ВАК для публикации ма-
12 териалов докторских диссертаций. Получено 6 патентов. Материалы диссертации включены в 3 нормативно-методических документа и 3 информационных письма. Материалы диссертации вошли в отчёты по научным темам, выполненным в НИИД при участии автора в качестве руководителя, ответственного исполнителя и исполнителя: «Разработка средств зашиты населения от иксодовых клещей - переносчиков возбудителей опасных болезней» (1993, 2000, 2001), «Разработка экономичных и безопасных средств и методов борьбы с членистоногими, имеющими эпидемиологическое и санитарно-гигиеническое значение» (1998 - 2001), «Повышение эффективности дезинфекционных мероприятий, направленных на уменьшение риска возникновения внутрибольничных инфекций и на снижение потенциала очагов зоонозных инфекций» (2002 - 2005 гг.), «Оценка биологической активности новых веществ в отношении микроорганизмов и членистоногих - переносчиков возбудителей опасных заболеваний человека» (2004 - 2006).
Благодарности. Автор благодарна за помощь и поддержку в работе администрации и коллегам по Научно-исследовательскому институту дезинфектологии - учреждению, в котором была данная работа выполнена, а также Институту медицинской паразитологии и тропической медицины им. Е. И. Марциновского -учреждению, в котором проходило становление автора как учёного, решающего проблемы отечественного здравоохранения. Данная работа не могла состояться без вклада в неё знаний и труда биологов - энтомологов (Авдеевой Н. Г., Германт О. М., Добротворского А. К., Маркиной В. В., Рославцевой С. А.), химиков (Добронравова П. Н., Лубошниковой В. М., Наумова Ю. А., Ткачёва А. В.) и токсикологов (Заевой Г. Н., Рысиной Т. 3., Юрченко В. В.), а также сотрудников практических учреждений санитарно-эпидемиологической службы различных регионов страны (Безрукова Г. В., Никитина А. Я, Рязанцевой Г. Н., Тохова Ю. М.).
Требования, предъявляемые к химически средствам защиты людей от членистоногих, и методы изучения их эффективности по отношению к клещам
Химические средства индивидуальной защиты людей от нападения опасных для здоровья иксодовых клещей основаны на использовании двух типов химических веществ, отличающихся характером действия: репеллентов и ака-рицидов. До 90-х годов XX века в мире для защиты людей от иксодовых клещей применяли почти исключительно репелленты, но за два последних десятилетия века ситуация начала меняться. Это было связано, с одной стороны, с отсутствием существенного прогресса в поиске более эффективных репеллентов, с другой стороны - с выходом на массовое промышленное производство и применение новой группы химических инсектоакарицидов — пиретроидов, обладающих значительно более высокой избирательной токсичностью по отношению к членистоногим, чем соединения, применявшиеся ранее. Химические средства защиты людей от кровососущих членистоногих относятся к дезинфекционным средствам, требования, к которым сформулированы М. Г. Шандалой (2002а): «Оптимальные дезинфекционные средства должны характеризоваться высокой целевой (соответственно, антимикробной или ин-секти-, акари- или родентицидной) эффективностью, приемлемой экологической и гигиенической безопасностью и требующимися потребительскими свойствами, в том числе исходной готовностью к употреблению, длительным сроком годности (хранения), простотой утилизации». Автор подчёркивает, что конкретные требования к тем или иным дезинфекционным средствам в тех или иных реальных условиях не только могут, но и должны отличаться. Требования в отношении инсекто- и акарорепеллентов были сформулированы уже в самом начале разработки данной проблемы (Granett, 1940; Hall et al., 1957, Набоков, Батаев, 1959) и дополнялись в последующих обобщающих работах (Гладких, 1964; Дремова, 1972). Репеллентные средства для защиты от насекомых и клещей должны быть: - высокоэффективны, т. е. обеспечивать полную и продолжительную защиту в низких концентрациях при любой погоде, любом обилии и разнообразии кровососов; - нетоксичны для людей, т. е. не раздражать кожу, не быть аллергенами и т. д.; - иметь положительные гигиенические свойства, т. е. приятно пахнуть, не создавать ощущение липкости, легко смываться с кожи, при необходимости легко наноситься на кожу или одежду; - устойчивы к солнечному свету, смыванию потом и дождем; - не агрессивны в отношении различных материалов, т. е. не портить одежду и окружающие предметы; - приемлемыми для производства и иметь невысокую себестоимость; - стабильны при хранении и транспортировке.
В ходе увеличения объема знаний о репеллентных средствах для защиты людей от кровососущих членистоногих стало очевидным, что вышеперечисленные требования «идеальны», и достичь их на практике не удается. Все предложенные средства эффективны при нанесении на кожу всего несколько часов, в определенной степени они токсичны (всасываются кожей), маслянисты, растворяют краски и пластики, должны применяться в относительно больших дозах (Дремова, 1972). Так что, по сути, это не требования к репеллентным средствам, а свойства «идеального репеллентного средства (вещества), предназначенного для отпугивания кровососущих членистоногих». По отношению к акарицидным средствам для индивидуальной защиты людей требования до наших работ, насколько нам известно, не были сформулированы, но, очевидно, они сходны с таковыми для репеллентов, поэтому вышеперечисленные пункты относительно репеллентов можно озаглавить «Свойства идеального химического средства индивидуальной защиты людей от кровососущих членистоногих». На практике приходится удовлетворяться максимально возможным на данном этапе развития науки и производства уровнем по каждому из этих свойств. Этот уровень является приемлемым для данного периода. С научно-техническим прогрессом, естественно, происходят изменения этого уровня. В зависимости от категории защищаемого контингента приходится частично мириться с отсутствием определенных свойств. Например, средства для применения в воинских контингентах должны защищать от укусов максимального количества видов членистоногих, при высокой их численности и агрессивности, в течение длительного периода, при любых метеорологических условиях, но они при этом могут содержать относительно большое количество действующих веществ, обуславливающих токсичность. Средства для применения детьми должны быть минимально токсичны, но они при этом могут иметь относительно короткий срок защитного действия от узкого круга членистоногих. Средства для применения людьми, подвергающихся риску заражения опасной трансмиссивной болезнью могут защищать не от всех членистоногих, а только от видов, имеющих эпидемиологическое значение. Естественно, что все средства должны соответствовать критериям безопасности дезинфекционных средств (в данном случае репеллентных и инсектоакарицидных), хотя степень их опасности может различаться: 3 или 4 класс опасности средств для применения взрослыми людьми и только 4 класс опасности для детей (ГОСТ 1.12.007-76).
Методы изучения репеллентной активности химических соединений и целевой эффективности репеллентных средств
Биологические испытания химических веществ с целью рекомендации их для промышленного производства и использования в производстве готовых препаративных форм всегда проходят по схеме, обеспечивающей наиболее быстрый, экономный и совершенный отбор. Подробно разработаны такие схемы для поиска репеллентов (Рахманова и др., 1960; Дремова, 1972; Методические рекомендации по отбору и изучению..., 1987; Методы определения эффективности инсектицидов..., 2004). В результате прохождения последовательных этапов отбора (скрининга) для производства рекомендуются вещества с обоснованием их эффективности в отношение целевых объектов (желательно широкого круга), безопасности применения людьми с соблюдением определенных мер предосторожности и с всесторонней изученностью физико-химических свойств и технологических схем синтеза. Путь от лабораторного синтеза вещества до его производства тернист и полностью его удается преодолеть редко.
Методов изучения активности репеллентных и акарицидных соединений достаточно много, они рассмотрены в Главе 1. Для целей нашего исследования известные методы не всегда подходили, поэтому мы были вынуждены несколько изменить описанные в литературе методы или предложить новые.
Методы изучения репеллентной активности химических соединений и целевой эффективности репеллентных средств 1.2.1.1. Изучение репеллентной активности химических соединений Репеллентную активность впервые синтезированных соединений на первом этапе (первичный скрининг) изучали в отношении лабораторных культур комаров (ольфактометрическое измерение дистантного действия) и блох (ольфак-тометрическое измерение контактного действия). Отобранные в ходе этих испытаний соединения поступали на первичную оценку токсичности и изучение спектра репеллентного действия в лабораторных и природных условиях по отношению к разным группам членистоногих, в том числе клещей (вторичный скрининг).
Метод изучения репеллентной активности химических соединений по отношению к иксодидам основан на отрицательном геотаксисе, свойственном многим видам клещей и, в частности, представителям рода Ixodes. В опытах использовали тесты из хлопчатобумажной ткани (бязи), которые представляют собой ленты (10 х 40) см и (10 х 70) см, на которых на расстоянии 10 см от края (далее отметка 0) отмечали карандашом участок (участки), подлежащий (щие) обработке репеллентом. Тесты размещали горизонтально на невпитывающей поверхности (стекло, керамическая плитка и т. д.). На опытный тест из пипетки равномерно на определенные участки ленты наносили растворы изучаемого вещества в этиловом спирте. Эталонный тест обрабатывали аналогично опытному, используя раствор ДЭТА. Контрольный тест обрабатывали растворителем. Через 30 минут после обработки тесты развешивали вертикально для просушки в лаборатории. Опыты начинали после полного высыхания тестов (через 1—2 часа после обработки).
Подготовленные к испытанию тесты располагали под углом 70 к горизонтальной поверхности. Для этого использовали специальный прибор (рис. 3), аналогичный описанному ранее Л. И. Жуковой (1975) или закрепляли тест пластырем под нужным углом между столом и стеной. Стол застилали белой бумагой, чтобы легче было увидеть упавшего клеща. Самок по одной помещали на 5 см ниже нулевой отметки и наблюдали за их передвижением вверх по ткани, дополнительно стимулируя их пальцем наблюдателя, который держали на расстоянии 0,5 см от гипостома (рис. 4). Контрольный тест все клещи, как правило, проползали без остановки. При испытаниях опытного и эталонного тестов регистрировали число клещей, проползших обработанную зону (или зоны). При необходимости точнее описать поведение клеща на тесте и измерить скорость его движения рядом с тестом заіфепляли бумажную ленту, соответствующую по размеру тесту. На этой ленте зарисовывали маршрут клеща, регистрируя время каждые 30 секунд (рис. 5). После испытаний клещей помещали в пробирки с дифференцированной влажностью (Нельзина, 1951) для дальнейшего наблюдения за ними или в 70 % раствор этилового спирта с целью их консервации. Каждый опыт проводили не менее чем с 20 - 30 самками. Результаты опытов сопоставляли с результатами испытаний эталонного теста. В качестве эталонного вещества использовали ДЭТА.
Применено два варианта обработки тестов: с применением «отсекающей концентрации» и «градиента концентраций». В опытах с использованием «отсекающей концентрации» использовали тест размером (10 х 40) см, на котором на расстоянии 10 см от края (отметка 0) отмечали карандашом одну полоску длиной 10 см (площадь 100 см ). На опытный тест из пипетки равномерно на отмеченный участок ленты наносили 1 мл 20 % раствора изучаемого вещества в этиловом спирте. Эталонный тест обрабатывали аналогично опытному, используя раствор ДЭТА. Рассчитывали КОД (см. Глава 1, раздел 1.2.1.), который в данном случае равен % клещей, не проползших обработанную зону, от числа клещей в опытном варианте. Результаты испытаний опытных образцов сопоставляли с результатами по эталонному тесту, который, как правило, обеспечивал для таёжных клещей КОД 80-100 %. Для определения длительности репеллентного действия (ДРД) испытания повторяли ежедневно до тех пор, пока КОД сохранялся равным или выше 90 %. Это наиболее простой вариант проведения опытов, удобный при необходимости за короткий отрезок времени испытать много веществ.
В опытах с применением «градиента концентраций» (см. Глава 1, раздел 1.2.1) на тестах размером (10 х 70) см обрабатывали 4 зоны по 10 см (площадь 100 см2) одним миллилитром 10-20-40 %-ных растворов репеллента в этиловом спирте. Первая обработанная зона начиналась от отметки 0. Обработанные зоны чередовались с контрольными (необработанными) полосами по 5 см. Испытания проводили, как описано выше, регистрируя число клещей, проползших каждую обработанную зону.
Разработка акарорепеллентных средств для защиты людей от иксодовых клещей
Общая стратегия разработки акарорепеллентных средств Общая стратегия защиты людей от нападения иксодовых клещей в связи с особенностями их питания должна отличаться от таковой по отношению к кровососущим двукрылым. Комары, мошки, москиты и другие двукрылые насекомые целенаправленно нападают на теплокровных животных, человека и начинают кровососание практически сразу после посадки на кожу (как правило, через несколько секунд). В этом случае принципиально важно именно отпугивание или другими словами недопущение насекомого до посадки на тело человека (Маслов, 1961; Дрёмова, 1972).
Иксодовые клещи, находясь в позе ожидания на растительности, прицепляются к любому движущемуся объекту, не проявляя при этом избирательности. Прицепившись к одежде или коже человека, клещи не присасываются сразу, а весьма длительный период ползут (преимущественно вверх) в поисках места для кровососания. Эти особенности поведения иксодовых клещей описаны в главе 1 (раздел 1.1.). Такое различие в способах нападения на добычу двукрылых и иксодовых клещей обусловлено тем, что жизненная схема первых предусматривает кратковременное (несколько минут), а жизненная схема вторых — длительное (6-11 суток) кровососание. У кровососущих двукрылых насекомых происходит быстрое нападение, кратковременное кровососание и откладка сравнительно небольшого количества яиц (десятки - сотни) несколько раз в течение жизни одной самки. Для иксодовых клещей характерно неторопливое нападение с обстоятельным выбором места для длительного кровососания и откладка огромного числа яиц (до десятков тысяч) один раз в течение жизни самки. Время поиска клещом места для кровососания является тем периодом времени, в течение которого, человек может обнаружить и снять клеща, или его отпугнуть с помощью репеллентных средств, или его убить с помощью акарицидных средств. Поэтому попадание иксодовых клещей на одежду чело века вполне допустимо, но главным является предотвратить их присасывание к телу, а, следовательно, и передачу возбудителей.
Стратегически более важно, по нашему мнению, воздействовать на клещей на одежде, чем на коже. Это обусловлено тем, что, во-первых, воздействовать на клеща репеллентом на коже человека гораздо труднее, чем на одежде, т. к. на коже репелленты действуют значительно слабее и кратковременно (Дрё-мова, 1972), а применение акарицидов на кожу недопустимо из-за их токсичности. Во-вторых, можно создать ситуацию, когда все клещи прицепляются к одежде (человек в обуви, длинных брюках, заправленных в обувь, и рубашке с длинными рукавами), но нельзя создать ситуацию, когда все клещи прицепляются к коже, поскольку человек всегда во что-то одет (шорты, юбка и т. д.). Если бы было безопасное для здоровья человека средство, отпугивающее или убивающее всех клещей с кожи открытых частей тела, то всё равно перед нами стояла бы проблема защиты от клещей, прицепившихся к одежде, а потом проникающих к коже под одежду.
Проанализировав потребности Российской Федерации в репеллентных средствах, накопленные научные знания о репеллентах, а также возможности и экономические интересы отечественной промышленности, мы сформулировали следующие положения для разработки новых репеллентных средств, предназначенных защищать людей от нападения иксодовых клещей - переносчиков опасных заболеваний: 1. Репеллентные средства для защиты от иксодид должны быть предназначены для обработки одежды. Соответственно это должны быть, прежде всего, средства в аэрозольных упаковках с пропеллентом (АУ) или без пропеллен-та (БАУ). В ряде случаев может быть использована пропитка одежды растворами или эмульсиями репеллентов. 2. Экономически и социально востребованными являются репеллентные средства, одновременно защищающие от гнуса и клещей, причём желательно, чтобы данные средства были разрешены для применения не только на одежду, как этого требует защита от клещей, но и на кожу, что обеспечит защиту от кровососущих двукрылых открытых частей тела человека. 3. В качестве действующих веществ целесообразно использовать наиболее активные инсекто- и акарорепелленты, имеющие промышленное производство: ДЭТА и акреп. Из репеллентов, имеющих промышленное производство, именно эти вещества обладают наибольшей акарорепеллентной активностью в отношении иксодовых клещей и широким спектром репеллентной активности в отношении разных групп насекомых. 4. В качестве сорастворителя в составе аэрозолей целесообразно использовать ДМФ, улучшающий показатели качества средств в аэрозольных упаковках, а в ряде случаев, усиливающий действие основного репеллентного вещества (Дрёмова и др., 19706,19716). В качестве душистых веществ предпочтительнее применять эфирное масло эвгенольного базилика и пихтовое масло.
Новые акарорепеллентные средства Исходя из вышеизложенных положений, нами совместно с отечественными промышленными предприятиями разработано 10 репеллентных средств. Все эти средства предназначены для одновременной защиты людей от нападения кровососущих насекомых и клещей, а в качестве действующих веществ содержат акреп или ДЭТА как наиболее активные акарорепелленты (раздел 3.1.4.). Испытания опытных и промышленных образцов всех средств проведены нами в районах массового нападения гнуса, являющихся одновременно природными очагами клещевых инфекций. Одежда испытателей представляла собой несколько вариантов брюк и рубашек из хлопчатобумажных тканей. В перерывах между испытаниями обработанную одежду хранили в помещении без упаковки. Изучение эффективности разработанных средств проведено при широком диапазоне температур, свойственным регионам испытаний. В Сибири температура воздуха в период испытаний колебалась от 15 до 28 С, относительная влажность воздуха — 60 - 90 %. Температура воздуха во время испытаний в Ставропольском крае колебалась от 28 до 34С, относительная влажность воздуха — 40-60 %.
Изучение акарицидной активности впервые синтезированных соединений пиретроидной структуры
Изучено действие на таежного клеща 16 соединений пиретроидной структуры, синтезированных группой химиков из ИОХ СО РАН (г. Новосибирск). Сведения о химической структуре изученных новых соединений представлены ранее (глава 2, раздел 2.3.2.). Данные об их акарицидной активности по принятым в данной работе критериям представлены в таблице 18. По уровню контактной активности при топикальном нанесении наиболее перспективными для дальнейшего изучения являются соединения АВТ/161, АВТ/162, АВТ/163; АВТ/165; АВТ/183, АВТ/184; АВТ/186, АВТ/187, проявившие активность при топикальном нанесении акарицида на уровне известных пиретроидных субстанций (ЛД50 1). Эти соединения были признаны нами активными. В случае относительно низкой токсичности этих соединений для теплокровных они могут представлять интерес для дальнейшего изучения и промышленного синтеза.
Для использования с интересующей нас целью наиболее перспективными соединениями мы считаем соединения АВТ/161, АВТ/162, АВТ/163, АВТ/165, АВТ/186. У таёжных клещей после контакта с тканью, обработанной соединения АВТ/161, АВТ/162, АВТ/163, АВТ/165, относительно быстро наступало состояние нокдауна (КТср 4 мин), что соответствовало уровню пиретроидов уже имеющих промышленное производство. Кроме того, для этих соединений характерна относительно небольшая величина подъёма по обработанной ткани (МВСр 30 см). Для соединения АВТ/186 отмечено более позднее наступление состояния нокдауна (КТср = 6,8 мин), но при этом клещи практически не передвигались по обработанной ткани (МВср= 2,7 см)
Особый интерес представили для нас соединения с фторированным в кольцо бензиновым спиртом (АВТ/163, АВТ/164, АВТ/165, АВТ/186). Для трёх из этих соединений (АВТ/163, АВТ/165, АВТ/186) характерно четко выраженное свойство резко ограничивать подвижность клещей на обработанной ткани (МВср для этих соединений 16,0; 12,8 и 2,7 см, соответственно). Соединение АВТ/164 является малоактивным по всем показателям.Анализируя способность клещей к присасыванию (табл. 18) и питанию на животном после их контакта с тканью, обработанной впервые синтезированными соединениями, мы подтвердили уже сделанный ранее вывод о том, что пиретроиды, содержащие циан-группу в «альфа» положении феноксибензилового спирта, обладают свойством полностью блокировать присасываемость клещейк хозяину (см. соединение АВТ/161), а соединения не содержащие эту группу (АВТ/162, АВТ/163, АВТ/164, АВТ/165, АВТ/186, АВТ/187) вызывают существенное уменьшение времени от подсадки клещей на кролика до их присасывания, т. е. ускорении присасывания (в 1,8 - 4,2 раза). Если выделить слабоактивные соединения (АВТ/164, АВТ/179; АВТ/183; АВТ/184, АВТ/187), проявившие низкую активность при топикальном нанесении (ЛД50 от 1,1 до 10) и при контакте с обработанной тканью (КТср более 10, МВср более 50 см) то видно, что они также вызывают существенное ускорение присасывания (ИСП от 1,8 до 3,0). Неактивные соединения (ЛД5о более 10, КТср более 60 мин., МВср более 100 см) не вызывали достоверных изменений во времени присасывания самок (ИСП от 0,9 до 1,2).
В ходе этой серии экспериментов подтверждена возможность с помощью применяемых нами методик выявлять различия в действии пиретроидных соединений разной химической структуры и подтвержден вывод, сделанный при изучении известных пиретроидов о разнице действия на таежных клещей пи ретроидов I и II групп.
Связь акарицидной активности со структурой химических соединений При поиске новых подходов к повышению эффективности средств индивидуальной защиты людей от иксодовых клещей мы существенную роль отводим расшифровке связи акарицидной активности соединений с химической структурой их молекулы. Вопросы связи биологической активности со структурой пиретроидных соединений освещены в ряде работ (Nishimura et al.,1982, 1987, 1988; Мельников, Белан, 1985; Дремова, Волков, 1987; Хусид, Нефедов, 1988; Ishiwatari, 1999). Все эти работы касаются активности пиретроидов в отношении насекомых, а исследований относительно кровососущих клещей в доступной литературе нами не обнаружено. Хотя использование разнообразных видов членистоногих и разных методов биологических испытаний значительно затрудняет оценку зависимости структура - активность, качественные характеристики, полученные разными авторами, все же позволяют составить представление об основных закономерностях.
Исследователи неоднократно отмечали большую токсичность для членистоногих циансодержащих пиретроидов по сравнению с не содержащими циан-группу (Narahashi, 1980, 1987; Nicholson, Sawicki, 1982; Рославцева, Перегуда, 1988; Mitra et al., 1988). Доказана большая роль хиральности молекул в ряду пиретроидов. Наиболее эффективные пиретроиды содержат 2 или 3 ассимет-ричных углеродных атома в молекуле, вследствие чего при их синтезе могут образоваться 4 или 8 изомеров соответственно. Для насекомых показано, что высокой инсектицидной активностью, как правило, обладают 1 или 2 изомера. Инсектицидная активность эфиров (1R) - циклопропанкарбоновых кислот и (IS) - изопропилуксусных кислот значительны выше (иногда в 20 раз), чем эффективность их оптических антиподов (Хусид, Нефёдов, 1988).
Похожие диссертации на Научные основы разработки средств индивидуальной защиты людей от нападения иксодовых клещей - переносчиков опасных заболеваний
