Un insetticida è una sostanza o una miscela di sostanze, usata per uccidere gli insetti e nella maggior parte dei casi l’insetto nocivo da eliminare vive in mezzo a molti altri organismi viventi (piante o animali) che, venendo a contatto con l’insetticida, potrebbero subire la sua azione tossica. Per ridurre al minimo questo pericolo occorre avere insetticidi altamente specifici nella loro azione, cioè dotati d’alta tossicità verso le forme di vita non desiderate, ma nello stesso tempo innocui (o almeno limitatamente) esseri viventi. Non sempre tale specificità è presente: in questo caso è importante conoscere le condizioni e le dosi per cui anche una sostanza molto velenosa può essere impiegata con il minimo pericolo. Come indice di tossicità acuta (dovuta cioè ad un’unica somministrazione) viene riportata la dose (DL50), espressa in milligrammi di prodotto per chilogrammo di peso corporeo dell’animale test, che provoca il 50% di mortalità (generalmente i test vengono fatti su ratti). Un determinato insetticida non esercita in genere la stessa azione, ne è ugualmente attivo, verso tutti gli insetti. Questo fatto rivela come sia importante la conoscenza della natura particolare di ogni insetto e di quello che può essere considerata la farmacologia e la farmacodinamica degli insetti, oltrechè della natura e del meccanismo d’azione degli insetticidi allo scopo di ottenere prodotti ad uso più selettivo e specifico.
Gli insetticidi possono essere classificati sia a seconda del loro modo di azione che per la loro struttura chimica. La classificazione basata sul modo di azione o sul modo di entrata nel corpo degli insetti divide gli insetticidi in veleni per ingestione, veleni per contatto e fumiganti (veleni respiratori e asfissianti). Un insetticida per ingestione agisce penetrando negli insetti per via orale, mentre un insetticida per contatto agisce direttamente penetrando negli insetti attraverso il tegumento in qualsiasi parte di questo o soltanto in aree di minor resistenza quali le membrane articolari. I fumiganti infine sono sostanze che agiscono essenzialmente in forma di gas o di vapore, penetrando nel corpo dell’insetto attraverso gli spiracoli tracheali. È evidente che un insetticida può manifestare azioni appartenenti a più di uno dei gruppi citati: un insetticida che agisce per contatto con la superficie esterna può avere un’azione uguale quando venga a contatto con una superficie interna, come quella del tubo digerente, se viene ingerito, o quella degli organi respiratori se vi penetra, e un insetticida per ingestione può esercitare azione tossica per contatto sulla superficie esterna, come accade, ad esempio, per NaF. Un’interessante classe di insetticidi è quella degli in. sistemici. Essi possono uccidere per contatto diretto, per azione residua o per azione fumigante; la caratteristica che li contraddistingue è la capacità di spostarsi dalle parti della pianta in cui sono stati somministrati e di entrare nei tessuti più interni e nella linfa, rendendoli tossici per gli insetti che in qualsiasi modo ne vengano a contatto. Per trasformazione nella pianta, alcuni insetticidi sistemici danno origine a composti decisamente più tossici della sostanza applicata originariamente. Tali insetticidi sistemici o i loro metaboliti, possono inoltre liberarsi dalla pianta come vapori (nella fase di traspirazione) e avvelenare, come fumiganti, insetti sensibili alla loro azione.
Raramente gli insetticidi vengono usati allo stato puro (senza diluizione) in quanto nella maggior parte dei casi sarebbero dannosi e costosi; talvolta lo stato fisico di un insetticida, ad esempio un liquido viscoso, può precludere il suo uso senza diluizione. Le soluzioni, liquide o solide, oltre che a contenere la sostanza tossica contengono additivi vari come coadiuvanti, stabilizzatori, emulsionanti, bagnanti, adesivi, diluenti e supporti inerti. L’attività di un insetticida viene talvolta potenziata dall’aggiunta di composti chimici sinergici che hanno di per sé scarsa o nulla attività tossica, ma che usati insieme ad alcuni insetticidi ne esaltano il potere tossico. Una formulazione insetticida, per poter essere applicata razionalmente, deve presentare alcune proprietà indispensabili: non deve essere fitotossica, né dannosa agli animali, deve lasciarsi spandere finemente e depositarsi uniformemente sulla pianta, deve aderire agli organismi vegetali senza lasciarsi sciogliere dalla pioggia ed asportare dal vento, deve potersi conservare per un tempo relativamente lungo, deve essere stabile chimicamente, deve essere idrofila, non deve attaccare le apparecchiature con cui viene applicata, deve avere un odore e un colore accettabili e un basso costo di produzione e di uso. Il caso più semplice di soluzione è quella di un insetticida disciolto in acqua; la maggior parte degli insetticidi è però praticamente insolubile in acqua (come vedremo successivamente per il DDT) per cui bisogna ricorrere ad altri solventi come oli minerali o solventi organici.
Poiché gli insetticidi devono spesso essere applicati a superfici che non sono facilmente bagnabili dall’acqua o da soluzioni acquose, alla soluzione vengono aggiunti tensioattivi, detergenti o bagnanti come saponi, per aumentare l’adesività ed il potere bagnante. Come sostanza bagnante è stata utilizzata per molti anni la farina di grano, mentre attualmente si utilizzano derivati solfonati del petrolio.
Quando insetticidi solidi o liquidi vengono sciolti in solventi immiscibili con l’acqua, la soluzione concentrata risultante può essere emulsionata con l’acqua. La stabilità dell’emulsione (condizione indispensabile sia per la preparazione che per la conservazione) è tanto migliore quanto maggiore è la finezza della sospensione. La presenza di opportune sostanze emulsionanti (tensioattivi) facilita la preparazione e la stabilità dell’emulsione. I primi ad essere stati utilizzati sono i saponi alcalini, ora sostituiti da saponi di ammine come la trietanolammina. Importante è l’azione dei deflocculatori che sono agenti disperdenti utilizzati per ritardare la sedimentazione di particelle solide. Il più comune deflocculatore è la gelatina che agisce come colloide protettore aumentando la viscosità nel mezzo in cui sono sospese le particelle.
Un altro metodo applicativo è l’immissione dell’insetticida in fase gassosa. Gli aerosol sono formati da particelle liquide o solide estremamente fini, generalmente di dimensioni colloidali, sospese in aria come nebbia e fumo. L’efficienza dell’aerosol dipende dalle dimensioni delle particelle nella nebbia, le quali sono determinate dalla quantità e dalla natura della forza propellente costituita dall’insetticida e dal solvente.
Infine vi sono le polveri insetticide che sono costituite da una miscela di uno o più insetticidi con diluenti solidi in forma molto suddivisa.
Spesso vengono aggiunti adesivi, sostanze inerti che aumentano l’adesività alle superfici trattate in modo che non siano asportate dalla pioggia e dal vento (ad esempio il melasso, l’amido, il residuo dell’estrazione della liquirizia).
Il DDT
Il DDT (p,p’- diclorodifeniltricloroetano) è l’insetticida organico più famoso. Le sue proprietà furono osservate per la prima volta a Basilea (1939) e venne brevettato in Svizzera nel 1940. Il nuovo insetticida dimostrò subito un’eccezionale efficacia, frenando l’estensione della dorifora che nel 1941 minacciava la raccolta delle patate in Svizzera, in un periodo in cui ogni alimento era di grandissima importanza. Le successive prove applicative ebbero risultati sorprendenti e superiori ad ogni previsione. Venne riconosciuta nel DDT un’attività verso gli insetti eccezionale per il numero di specie suscettibili alla sua azione, una persistenza di azione senza precedenti, una bassa tossicità per gli animali a sangue caldo e assenza di fitotossicità. In America, prima del 1945 l’intera produzione era destinata ad uso militare, dopo la fine della guerra l’impiego civile del DDT si diffuse trionfalmente tanto da raggiungere una produzione annua di 50.000 ton.
Il DDT fu sintetizzato per la prima volta da Zeidler per condensazione del cloralio con monoclorobenzene in presenza di acido solforico.
Tale condensazione costituisce ancora oggi l’unico metodo industriale per la preparazione del DDT. Oltre al p,p’- diclorodifeniltricloroetano si formano altri due sui isomeri (o,p’ e o,o’ ) e almeno altri undici composti formatisi nelle reazioni principali e secondarie in presenza di reagenti caratteristici ed eventuali impurezze presenti.
Il DDT tecnico è una polvere amorfa bianca che non ha un punto di fusione definito, ma un punto di solidificazione minimo di 89°C. E’ praticamente insolubile in acqua,
mentre è facilmente solubile in solventi organici. La solubilità aumenta rapidamente con il crescere della temperatura. In presenza di potassa alcolica si deidroclorura formando 2,2-bis-(p-clorofenil)-1,1-dicloroetilene (DDE).
Si è osservato che il DDT spruzzato su pareti imbiancate da poco con calce ha minor stabilità rispetto a superfici neutre; inoltre queste superfici, se esposte alla luce del sole ne accelerano l’instabilità. Il DDT puro è stabile al calore e non si decompone al di sotto di 195° C differentemente dal prodotto tecnico che si decompone già a 100°C a causa di presenza di in purezze come il ferro. Ci sono solventi quali il clorobenzene e il nitrobenzene che tendono ad accelerare tale decomposizione. È chiaro che se è presente un composto che è in grado di legarsi fortemente con gli ioni ferrici la decomposizione risulta essere inibita. Depositi residui esposti alla luce nelle condizioni di applicazione si decompongono lentamente formando composti non tossici per gli insetti.
Il DDT è altamente attivo verso un numero eccezionalmente grande di insetti importanti per l’agricoltura e la vita sociale, mentre non è efficace contro gli acari. Dei tre isomeri il p,p’-DDT è quello dotato di più elevato potere insetticida. Il DDT agisce sia per ingestione che per contatto, penetrando nel corpo dell’insetto attraverso la cuticola e i tarsi. L’azione tossica per molte specie di insetti è minore alle basse temperature. Applicato a superfici, conserva per molto tempo tossicità per gli insetti che vengono a contatto con queste; la persistenza d’azione è dovuta alla sua insolubilità in acqua, alla bassa tensione di vapore e alla resistenza alla luce e all’ossidazione. Ancora non è stato capito il meccanismo di intossicazione del DDT ma è molto probabile che uccida aprendo i canali del sodio nei neuroni degli insetti. In generale gli insetticidi agiscono alterando gli scambi ionici della membrana assonica con ritardo della chiusura dei canali del sodio e inibizione della fuoriuscita del potassio. Ad esempio, mentre alcuni piretroidi colpiscono i canali del sodio nelle membrane nervose producendo ripetute scariche neuronali, altri producono invece lunghi ritardi nei canali del sodio inattivando la via che porta ad una persistente depolarizzazione della membrana nervosa senza scariche ripetute. In ogni caso la funzione insetticida del DDT dipende rigorosamente dalla sua struttura spaziale. La forma della molecola di DDT è definita dalla presenza dei due atomi di carbonio tetraedrici nell’unità d’etano e dai due anelli benzenici planari. È stata studiata la grandezza e la forma della molecola DDT per metterla in relazione con i suoi meccanismi d’azione. Langer ha determinato con misure di diffrazioni ai raggi X un angolo di valenza di 123° e una distanza tra gli atomi di cloro in para di 11 Å. Il DDT si incastra nei canali ionici dei nervi delle cellule nervose mantenendoli aperti. Si produce così una serie continua di impulsi nervosi scatenati dagli ioni Na+. Gli effetti riscontrati su zanzare venute a contatto attraverso i tarsi con depositi di DDT sono: eccitazione, movimenti convulsi, paralisi generale e morte. Ci sono altre molecole simili al DDT che svolgono un’azione affine: un esempio è il paradiclorodifenildicloroetano (DDD) che è uno dei sottoprodotti ottenuti dalla produzione del DDT. Vi è poi un’altra molecola praticamente uguale al DDT con la sola differenza che al posto dei due atomi di cloro inseriti nell’anello aromatico ce ne sono due di fluoro. Il fatto che il DDE non abbia nessuna azione insetticida conferma quanto fino ad ora affermato. Infatti la presenza del doppio legame del carbonio che fa da ponte tra le due unità di benzene rende la molecola planare cambiandone significativamente la struttura. Una molecola analoga al DDT da ricordare è il metossicloro in cui gli ioni cloro in posizione para sono sostituiti da due gruppi metossi che approssimativamente presentano le stesse dimensioni del cloro. La grande qualità di questa molecola è che reagisce per dare prodotti più solubili che non solo si degradano nell’ambiente, ma soprattutto vengono eliminati piuttosto che accumulati nell’organismo.
E’ da sottolineare che per l’uomo e per gli animali a sangue caldo il DDT non esercita l’azione nei canali sodici dei nervi.
L’uso estensivo del DDT come insetticida è stato accompagnato da due gravi fenomeni: l’insorgenza dei ceppi di insetti resistenti al DDT e lo sviluppo abnorme di acari in zone agrarie intensamente trattate con tale insetticida. Il primo fenomeno riguarda moltissime specie di insetti e fra queste principalmente la mosca e alcune specie di zanzare. La resistenza è da attribuire sia alla ridotta sensibilità biologica, sia un sistema enzimatico deidoclorurante capace di disintossicare l’organismo metabolizzando la DDT in DDE. All’azione dell’insetticida sopravvivono individui con sistema detossificante anormalmente efficace. Con il succedersi delle generazioni si seleziona inevitabilmente il ceppo insensibile capace di metabolizzare il prodotto tossico. Il secondo fenomeno riguarda gli acari: il DDT agisce infatti in modo letale su alcune specie di insetti predatori di acari e questi, insensibili al DDT, possono quindi assumere un ritmo produttivo abnorme rispetto al precedente equilibrio biologico. I rimedi al primo inconveniente è rappresentato dall’impiego di sinergici capaci di inibire l’enzima detossificante. Il DDT ha una tossicità bassa verso gli animali superiori, minore del fluorurosodico, del verde di Parigi e della nicotina. La notevole affinità del DDT per le sostanze grasse porta ad un accumulo nei grassi animali e nei materiali ricchi di lipidi come il tuorlo d’uovo, latte,…
L’uso su larga scala del DDT e la sua insolita persistenza hanno dato luogo all’accumulo dell’insetticida nel suolo, nei prodotti alimentari e nei tessuti grassi dei mammiferi. Il DDT e i suoi metaboliti si accumulano lungo la catena alimentare: ciò comporta che i predatori sono maggiormente esposti ai suoi danni rispetto agli altri animali che si trovino più in basso nella catena alimentare. Il DDT è stato individuato come una delle cause della quasi estinzione delle aquile calve intorno agli anni ’50 e ‘60 (periodo in cui se ne fece un largo utilizzo). Il motivo principale è dovuto non tanto all’azione del DDT quanto da quella del suo metabolita DDE, che come si è visto precedentemente si forma in condizioni alcaline o per effetto d’insetti DDT-resistenti che detossificano l’insetticida mediante tale reazione. In alcuni uccelli il DDE interferisce con l’enzima che regola la distribuzione del calcio, per cui gli uccelli producono uova il cui guscio ha uno spessore insufficiente a sopportare il peso del genitore durante la covata.
Il DDT è solubile nei solventi organici e quindi nel tessuto adiposo degli animali. Tale insetticida è stato infatti ritrovato persino negli uccelli che vivono nei deserti e nei pesci che vivono nelle profondità oceaniche. La domanda che sorge spontanea è come ci possano essere contaminazioni così significative anche in zone così marginali dalla società. Il motivo è dovuto ad un processo globale di frazionamento (distillazione) dovuto alle diverse temperature presenti sulla terra. Ci aspettiamo quindi basse concentrazioni di DDT a livello equatoriale (salvo che non si stia analizzando una zona in cui venga ancora applicato) e alte concentrazioni di DDT a latitudini medie e solo una piccola concentrazione a livello polare. Se il DDT avesse avuto una temperatura di condensazione più bassa si sarebbe depositato maggiormente al polo con il vantaggio di una minor concentrazione alle nostre altitudini e lo svantaggio che il DDT presente alle temperature polari ha un tempo di degradazione ancora più lungo.
Nei tessuti dei pesci sono reperibili alte concentrazioni di DDT (ed in generale dei composti organo clorurati) che risulta essere nettamente superiore a quelle presenti nelle acque in cui vivono. Ciò è dovuto fondamentalmente alla bioaccumulazione, alla quale contribuiscono due processi: la bioconcentrazione e la biomagnificazione. Quando l’acqua penetra nelle branchie dei pesci il DDT in essa disciolto si concentra nei tessuti grassi (processo di bioconcentrazione). Il fenomeno fisico che avviene non è altro che un semplice equilibrio di ripartizione. L’importanza di poter effettuare uno studio in laboratorio su larga scala ha reso necessario trovare un solvente simulatore che fosse un buon modello dei tessuti grassi del pesce. La sostanza in questione è l’1- ottanolo. Si trova quindi il coefficiente di ripartizione secondo la seguente formula:
dove al numeratore si trova la concentrazione del DDT nella soluzione dell’1-ottanolo, mentre al denominatore la concentrazione in fase acquosa. Il valore di Kow, espresso in termine di logaritmo in base 10, per il DDT è 6,2. Si trova esattamente all’interno della banda di valori del logKow (tra 4 e 7) per cui è presente una bioconcentrazione al massimo grado. Questo perché per valori di logKow inferiori a 4 la sostanza ha una bassa affinità a legarsi alla fase organica è quindi a depositarsi nel tessuto adiposo, mentre per valori maggiori di 7 l’affinità con la fase organica è elevata, tanto che si lega stabilmente con il materiale organico del suolo da cui difficilmente si deassorbe.
I pesci poi accumulano il DDT per ingerimento di cibo contaminato da questo ultimo. Non ha caso si è osservato un aumento quasi lineare della concentrazione di DDT nel tessuto adiposo con l’età del pesce. La concentrazione media del DDT aumenta quindi, come inizialmente detto, lungo la catena alimentare. L’uomo, che si trova nella parte alta della piramide alimentare, è quindi una delle specie che maggiormente risente di questo problema.
Per il DDT il valore LOD50 (riferita alla dose orale) nei ratti è di circa 110 mg/Kg mentre non abbiamo nessuna prova che tale valore sia giusto anche per l’uomo. È noto che l’uomo è sopravvissuto a dosi maggiori di 10 mg/Kg.
Differentemente da quanto si pensa, nel DDT non è stata scoperta alcuna proprietà cancerogena, sebbene alcuni studi su scala ridotta evidenzino che tanto più alta è la quantità di DDE (ad esso strettamente collegata) maggiore è il rischio di contrarre cancro al seno. Per verificare questa tesi alcune persone hanno volontariamente ingerito 35 mg di DDT al giorno per quasi due anni. Il problema più grave è dovuto al fatto che intorno agli anni ’50 le dosi del DDT sono aumentate notevolmente per via della comparsa di insetti resistenti al loro impiego (come visto precedentemente). Nel 1962 l’ambientalista americano Rachel Carson pubblicò il libro Silent Spring che denunciava il DDT come causa del cancro e nocivo per la riproduzione degli uccelli a causa dell’assottigliamento dello spessore del guscio delle uova. Il libro causò molto clamore nell’opinione pubblica e vi furono dibattiti furono molto accesi e lunghi. Nel ’72, negli USA, il DDT venne vietato per l’uso agricolo. Attualmente 11 paesi in Africa, 7 in Asia e 5 in America Latina continuano ad utilizzare il DDT per abbattere le malattie. Il dibattito riguardo al fatto se sia giusto mettere totalmente al bando il DDT, come precedentemente è stato già fatto dalle Nazioni Unite per altri composti, è ancora vivo. I punti di forza di chi vuole la messa al bando totale sono l’impiego di altri insetticidi comunque adatti a combattere la malaria (come in Messico) e l’insorgenza sempre maggiore di nuovi ceppi resistenti di zanzare (responsabile principale della trasmissione della malaria) come sta accadendo in India. I sostenitori della non soppressione del DDT affermano che i rischi per la salute dell’uomo dovuti al suo utilizzo sono minimi rispetto ai benefici che ne derivano (basso costo, applicazioni poco frequenti, ….). Quello che invece si è osservato negli altri Paesi è che la concentrazione ambientale del DDT e del DDE è andata in continua diminuzione a partire dall’anno del bando, tanto che oggi si sono stabilizzati vicino ai valori limite di rilevazione delle tecniche analitiche. Il risultato è che in molte zone degli USA si è osservata la ripopolazione delle aquile dalla testa calva e dei falchi pellegrini che negli anni ’70 si erano quasi estinti. La loro ripopolazione è stata talmente intensa che molto probabilmente a breve saranno tolte dalla lista delle specie a rischio. Anche la concentrazione del DDT nell’uomo è diminuita drasticamente: il livello di DDT e DDE presente oggi nelle donne dei Paesi sviluppati è nettamente inferiore a 10 ppm, soglia sopra la quale si insorge nel rischio di avere parti prematuri.
