ピレスロイド
アレスリン異性体の化学構造
ペルメトリン異性体の化学構造

ピレスロイドは、除虫菊（Chrysanthemum cinerariaefoliumおよびC. coccineum ）の花から生成される天然ピレトリンに類似した有機化合物です。ピレスロイドは、商業用および家庭用の殺虫剤として使用されています。[ 1 ]

家庭内の濃度では、ピレスロイドは一般的に人体に無害です。[ 1 ] しかし、ピレスロイドは、ハチ、トンボ、カゲロウ、アブなどの昆虫や、水生および陸生食物網の基盤を構成するものを含む一部の無脊椎動物に対して有毒です。[ 2 ]ピレスロイドは水生生物、特に魚に対して有毒です。[ 3 ]屋内での使用により、マラリア発生の効果的な制御手段であることが示されています。[ 4 ]

作用機序

ピレスロイドは軸索に対して興奮毒性がある。軸索膜の電位依存性ナトリウムチャネルの閉鎖を妨げることで作用する。ナトリウムチャネルは親水性の内部を持つ膜タンパク質である。この内部はナトリウムイオンが膜を通過して軸索に入り、活動電位を伝播できるような形状になっている。毒素がチャネルを開通状態に保つと神経は再分極できず、軸索膜は永久に脱分極し、その結果生物は麻痺する。[ 5 ]ピレスロイドは、ピレスロイドの代謝に重要なミクロソームP450酵素の既知の阻害剤である相乗剤ピペロニルブトキシドと併用することができる。そのようにして、ピレスロイドの効力（致死性）が増加する。[ 6 ]他の中毒メカニズムもあると考えられる。[ 7 ]神経内分泌活動の阻害が昆虫に対する不可逆的な影響の一因であると考えられており、これはピレスロイドが電位依存性カルシウムチャネル（そしておそらくより広範囲に他の電位依存性チャネル）に作用することを示唆している。[ 7 ]

化学と分類

( 1R ,3R ) -または(+)-トランス-菊酸

ピレスロイドは、共通の化学構造を持たないため、生物学的作用機序に基づいて分類されます。多くのピレスロイドは、アルコールでエステル化された菊酸などの2,2-ジメチルシクロプロパンカルボン酸誘導体です。しかし、シクロプロピル環はすべてのピレスロイドに存在するわけではありません。 1972年に開発されたフェンバレレートはその一例であり、シクロプロピル環を持たない最初の市販ピレスロイドでした。

α-シアノ基を持たないピレスロイドは、多くの場合、タイプIピレスロイドに分類され、α-シアノ基を持つピレスロイドはタイプIIピレスロイドと呼ばれます。「cy」で始まる一般名を持つピレスロイドはシアノ基を持ち、タイプIIです。フェンバレレートもα-シアノ基を含みます。

エトフェンプロックスのような一部のピレスロイドは、他のほとんどのピレスロイドに見られるエステル結合を持たず、代わりにエーテル結合を有しています。シラフルオフェンもピレスロイドに分類され、エステルの代わりにケイ素原子を有しています。ピレスロイドはしばしばキラル中心を有し、特定の立体異性体のみが殺虫剤として効果的に作用します。[ 8 ]

例

安全性

環境への影響

ピレスロイド系殺虫剤は、ハチ、トンボ、カゲロウ、アブなどの昆虫や、水生および陸生食物網の基盤を構成するものを含むその他の無脊椎動物に対して毒性があります。[ 2 ]魚類を含む水生生物に対しても毒性があります。[ 3 ]

ピレスロイドは通常、日光と大気によって1～2日で分解されますが、堆積物に付着した場合はしばらく残留することがあります。[ 9 ]

ピレスロイド系殺虫剤は、市町村下水処理施設の従来の二次処理システムでは影響を受けません。通常、無脊椎動物にとって致死的なレベルで排水中に存在します。[ 10 ]

人間

ピレスロイドの吸収は、皮膚、吸入、または経口摂取によって起こります。[ 11 ]ピレスロイドは哺乳類のナトリウムチャネルに効率的に結合しないことがよくあります。[ 12 ]また、皮膚からの吸収も悪く、ヒトの肝臓は比較的効率的に代謝することができます。そのため、ピレスロイドは、肝臓に問題のないヒトに対しては、昆虫に比べて毒性がはるかに低いです。[ 13 ]

少量のピレスロイドへの慢性曝露が有害かどうかは十分に解明されていない。[ 14 ]しかし、大量に曝露すると急性中毒を引き起こす可能性があるが、生命を脅かすことは稀である。典型的な症状としては、顔面知覚異常、掻痒感、灼熱感、めまい、吐き気、嘔吐、そしてより重篤な場合には筋肉のけいれんなどが挙げられる。重度の中毒はピレスロイドの摂取によって引き起こされることが多く、発作、昏睡、出血、肺水腫など様々な症状を引き起こす可能性がある。[ 11 ]ピレスロイドは、幼児期の社会情緒発達および言語発達の遅れと関連がある。[ 4 ]

その他の生物

ピレスロイドは猫には非常に有毒ですが、犬には有毒ではありません。猫が中毒になると、発作、発熱、運動失調、さらには死に至る可能性があります。犬用のピレスロイドを含むノミ駆除剤を猫に使用すると中毒が発生する可能性があります。猫の肝臓は、犬よりもグルクロン酸抱合によるピレスロイドの解毒が不十分であり、これがこの違いの原因です。[ 15 ]猫を除いて、ピレスロイドは通常、哺乳類や鳥類には毒性がありません。[ 16 ]魚類、爬虫類、両生類には毒性があることがよくあります。[ 17 ]

耐性

ピレスロイド系殺虫剤の使用は、一部の昆虫、特に蚊において、広範囲にわたるピレスロイド系殺虫剤への耐性の発達につながっています。[ 18 ]

ピレスロイドはトコジラミ駆除に使用されてきたが、ピレスロイドに対して耐性を持つ個体群が発達している。[ 19 ] [ 20 ] [ 21 ] [ 22 ]コナガの個体群もピレスロイドに対して一般的に耐性を発達させている[ 23 ]。米国のノースダコタ州[ 24 ]やウィスコンシン州[ 25 ]などでは耐性が見られるが、カリフォルニア州では依然としてピレスロイドが推奨されている。[ 26 ]様々な蚊の個体群が、高いレベルの耐性を持つことが発見されている。その中には、Chandre et al 1999からPwalia et al 2019による西アフリカのAnopheles gambiae sl 、 Ismail et al 2018によるスーダンのA. arabiensis 、 Opondo et al 2019によるガンビアのAedes aegypti 、 Amelia-Yap et al 2018による東南アジアのAedes aegypti、Demok et al 2019によるパプアニューギニアのAedes aegypti 、およびSmith et al 2016によるその他の様々な場所のAedes aegyptiなどがある。[ 18 ]

ノックダウン耐性（kdr）は、より強い種類の耐性の1つです。 [ 27 ] kdr変異はDDTとピレスロイドに対する標的部位耐性DDTに対する交差耐性を付与します。 [ 27 ]ほとんどのkdr変異は、2つの節足動物ナトリウムチャネル遺伝子内またはその近傍にあります。 [ 27 ]

歴史

ピレスロイドは、1920年代にヘルマン・シュタウディンガーとレオポルド・ルジチカがピレトリンIとIIの構造を解明した後、1960年代と1970年代にロスザムステッド研究所の科学者チームによって導入されました。 [ 28 ]ピレスロイドは、除虫菊に含まれる天然の類似体を合成するという化学における大きな進歩でした。その殺虫活性は、哺乳類に対する毒性が比較的低く、生分解が非常に速いです。その開発は、 DDTの使用に関する問題の特定と一致していました。彼らの研究は、まず、東アフリカの菊の花から抽出され、殺虫特性があることが長い間知られている除虫菊の最も活性な成分を特定することからなっていました。除虫菊は飛翔昆虫を急速に駆除しますが、残留性が無視できるほど小さいため、環境に優しいものの、野外で使用した場合の効果は低いです。ピレスロイドは本質的に化学的に安定化された天然除虫菊であり、IRAC MoAグループ3（昆虫神経細胞におけるナトリウム輸送を阻害する）に属します。[ 29 ]

1960年代に開発された第一世代ピレスロイドには、ビオアレトリン、テトラメトリン、レスメトリン、ビオレスメトリンが含まれます。これらは天然の除虫菊よりも活性が高いものの、日光に対して不安定です。91/414/EECの見直しにより、[ 30 ]多くの第一世代化合物が附属書1に含まれなくなりました。これはおそらく、安全性に関する特別な懸念ではなく、市場規模が再登録費用を正当化するほど大きくないためでしょう。

1974年までに、ロスザムステッドチームは、ペルメトリン、シペルメトリン、デルタメトリンといった、より残留性の高い第二世代の化合物を発見しました。これらは光や空気による分解に対して著しく耐性が高いため、農業での使用に適していますが、哺乳類に対する毒性は著しく高くなっています。その後数十年にわたり、これらの誘導体に続いて、フェンバレレート、ラムダ-シハロトリン、ベータ-シフルトリンといった特許取得済みの化合物が開発されました。現在ではほとんどの特許が失効しており、これらの化合物は安価で普及しています（ただし、ペルメトリンとフェンバレレートは91/414/EECプロセスの下で再登録されていません）。

参考文献

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