Introduktion

Det finns en ökande oro över den utbredda användningen av bekämpningsmedel och deras potentiella effekter på folkhälsan. Bekämpningsmedel skiljer sig från andra kemiska ämnen eftersom de är giftiga kemikalier som avsiktligt sprids i miljön i syfte att kontrollera oönskade levande arter. Eftersom deras giftighet kanske inte är helt specifik för målorganismerna kan användningen av dem utgöra en risk för människors hälsa. Förgiftning med bekämpningsmedel är fortfarande ett allvarligt folkhälsoproblem i hela världen. Mer än 5 miljarder pund bekämpningsmedel används årligen i världen, varav cirka 25 % används i Förenta staterna (US Environmental Protection Agency 2001, 2002). Exponering för bekämpningsmedel sker i samband med att de används, genom att de rinner ut i vatten och genom att man äter mat. Enligt Världshälsoorganisationens uppskattning inträffar 3 miljoner fall av bekämpningsmedelsförgiftning varje år, vilket leder till mer än 250 000 dödsfall. Detta antal utgör också en betydande del av de nästan 900 000 människor i världen som dör genom självmord varje år. Fosfororganiska bekämpningsmedel är för närvarande de mest använda bekämpningsmedlen i världen och består av nästan 40 olika kemiska ämnen som registrerats av US-EPA (http://www.epa.gov). Ungefär 73 miljoner pund OP-pesticider användes i USA ovan år 2001 (70 % av alla insekticider; Kiely et al.,2004).

Pesticidförgiftningar är relativt vanliga i länder som Sri Lanka, Venezuela, Indonesien, Sydafrika och Brasilien. Bland de många bekämpningsmedel som kan leda till döden är organofosfatinsekticider de vanligaste skyldiga agenterna på grund av deras höga toxicitet. I utvecklingsländerna, där användningen av OP-föreningar är särskilt utbredd på grund av de varma klimatförhållandena, kan antalet dödsfall vara högt. Det finns en ökande oro för den utbredda användningen av bekämpningsmedel och deras potentiella effekter på folkhälsan. I Förenta staterna påvisas en blandning av bekämpningsmedelsrester i blodet och/eller urinen hos nästan alla personer som tas i prov (Barr et al., 2005). Under 1990-talet exponerades cirka 2,5-5,0 miljoner jordbruksarbetare för OPs, som används som insekticider över hela världen (Abou-Donia, 2003; Das et al., 2001; Farahat et al., 2010; London et al., 1997). Även om användningen av OPs begränsas alltmer i USA (EPA, 2002) produceras och används många av de bekämpningsmedel som inte längre är tillgängliga i USA och andra utvecklade länder fortfarande i jordbruket eller i städerna i utvecklingsländerna.

Pesticidernas verkningsmekanism inbegriper ofta en neurotoxisk effekt: Organofosforföreningar verkar genom att hämma kolinesteras i det centrala nervsystemet (Jeyaratnam och Maroni, 1994; Machemer och Pickel, 1994); pyretroider påverkar natriumkanalerna i nervmembranen och håller dem öppna i mer än de få millisekunder som behövs för att generera en aktionspotential (He, 1994); Organoklorinerade föreningar fungerar i allmänhet som stimulantia för det centrala nervsystemet, men verkningsmekanismen varierar för de olika aktiva ingredienserna (Tordoir och Van Sittert, 1994). Morfolinderivat förändrar balansen mellan excitatoriska och inhiberande tröskelvärden i neuroner, vilket försämrar nervsystemets funktion (Barbieri och Ferioli, 1994), medan formamidiner har en agonistisk verkan på alfa-2-katekolaminreceptorn (Xue och Loosly, 1994).

Pesticider av typen organofosfat (OP) kan ge upphov till flera olika neurotoxiska effekter beroende på dos, exponeringsfrekvens, typ av OP och en mängd andra faktorer som påverkar mottaglighet och känslighet. Dessa effekter omfattar akut kolinerg toxicitet, en fördröjd ataxi som kallas organofosforesterinducerad fördröjd neurotoxicitet (OPIDN), kronisk neurotoxicitet och utvecklingsneurotoxicitet. Akut kolinergt syndrom, på grund av hämning av ace-tylkolinesterasaktivitet, som inträffar inom några minuter eller timmar efter exponering, avtar vanligen inom dagar eller veckor, och plasma- eller erytocytisk acetylkolinesterasaktivitet används för att övervaka akut exponering för OP (Lessenger och Reese, 1999); Akut exponering för OP-pesticider kan medföra ett brett spektrum av både centrala och perifera neurologiska symtom. Ökad förekomst av neurologiska symtom kan ge tidiga bevis på neurologiska dysfunktioner, innan kliniskt mätbara tecken är uppenbara.

Rastogi et al (2010) analyserade tvärsnittsdata om neurologiska tecken och symtom från 225 barn på landsbygden, både män (n = 132) och kvinnor (n = 93) som yrkesmässigt och paraarbetsmässigt exponerats för metyl OPs (diklorvos, fenthion, malathion, metylparathion) och etyl-OP (klorpyrifos, diazinon, etylparathion) eftersom de tillhörde jordbruksfamiljer som hanterade, blandade och sprutade OP-pesticiderna. Bland alla neurologiska symtom som de själva rapporterade var huvudvärk, rinnande ögon och brännande känsla i ögonen/ansiktet de viktigaste kliniska manifestationerna som tillskrivs exponering för OP-pesticider. Dessa symtom kan troligen vara en följd av de flesta bekämpningsmedels kroniska effekter på det centrala nervsystemet. Den höga frekvensen av neurologiska symtom som observerades i studien kan bero på parasympatisk hyperaktivitet på grund av ackumulerad ACh till följd av AChE-hämning (Rastogi, 2010).

Intermediärt syndrom, som vanligen börjar 24 till 96 timmar efter det akuta syndromet och kännetecknas av respiratorisk pares, svaghet, nedsatt senreflexer och övergående extrapyramidala symtom, utan att reagera på behandling med den kolinerga receptorantagonisten atropin (Bhatt et al, 1999; Mileson et al., 1998; Senanayake och Johnson, 1982; Shahar och Andraws, 2001); Organofosfatinducerad fördröjd neuropati, som är en symmetrisk distal neuropati, som vanligen uppträder flera veckor efter en akut exponering och som troligen är relaterad till inhiberingen av enzymet neuropati-target esteras som finns i nervsystemet (Aiuto et al., 1993).

Långtidsexponering för relativt låga halter av OP-agenser förekommer i en rad olika miljöer. Bekämpningsmedel används ofta i en kombination med flera klasser av föreningar med synergistiska interaktioner. En av de neurologiska funktioner för vilka en negativ effekt av neurotoxiska bekämpningsmedel upprepade gånger har antagits vara en negativ effekt är beteende. Beteendet är en produkt av olika sensoriska, motoriska och associerade funktioner i nervsystemet, och hypotesen är att neurotoxiska ämnen kan påverka en eller flera av dessa funktioner negativt, störa inlärnings- och minnesprocesser eller orsaka skadliga beteendeeffekter (IPCS/WHO, 2001). Eftersom beteendet är ett mycket komplext system som består av flera olika funktioner och biokemiska aktiviteter, kan det endast studeras utifrån en mycket komplex metod, där olika tester utförs som riktar sig till ett brett spektrum av funktioner, i vissa fall med olika metoder för olika befolkningsundergrupper (Anger et al., 2000; Cassitto et al., 1990; Fiedler et al., 1996; Krasnegor et al., 1995; Wetherell, 1996), och slutsatserna kan endast dras utifrån en integrerad utvärdering av de tillgängliga uppgifterna. På grund av denna komplexitet är det inte förvånande att olika tillvägagångssätt har valts av olika forskare, vilket gör jämförelser mellan olika studier mycket difficult. Neurobeteendestoxicitet är dock en mycket viktig fråga när det gäller förebyggande åtgärder, eftersom vissa av de föreningar som tros vara inblandade i stor utsträckning används inom jordbruket och stora delar av den mänskliga befolkningen exponeras yrkesmässigt och/eller miljömässigt, inklusive eventuellt sårbara undergrupper som barn och gravida kvinnor. (Colosio et al, 2009). Ett ökande antal artiklar har publicerats och publiceras fortfarande om bekämpningsmedels effekter på neurobeteendet. Förutom det som är väletablerat (t.ex. akuta effekter, OP-inducerad fördröjd polyneuropati, intermediärt syndrom) (Jayawardane et al., 2009; Lotti, 2001; Lotti och Moretto, 2005), finns det dock fortfarande flera oklarheter när det gäller de verkliga riskerna för arbetstagare och konsumenter att utveckla förändringar i neurokonsekvenserna efter långvarig exponering för låga doser av neurotoxiska bekämpningsmedel (Colosio et al., 2003; Moser, 2007). Det finns många experimentella data om neurotoxikologiska resultat hos djur, men relativt få studier om långtidsexponering (för en översikt se Moser, 2007). Faktum är att de flesta rapporter i litteraturen handlar om upprepad exponering för bekämpningsmedel, främst OPs, så kort som five dagar och sällan längre än tre månader. Dessutom har ett ännu mindre antal studier bedömt neurobeteendeprestanda dagar eller veckor efter avslutad exponering.

I södra Brasilien använder jordbruksarbetare som arbetar med tobaksplantage en kombination av OP (klorpyrifos och acefat), herbicider (glyfosat och klomazon), växttillväxtreglerande medel (flumetralin), svampmedel (iprodion) och insekticider (imidakloprid). Exponering för OP är känd för att framkalla kliniska syndrom och biokemiska förändringar hos människor. Förutom akuta kolinerga symtom, som är relaterade till hämning av acetylkolinesterasaktiviteten, kan akut eller kronisk exponering för OP också framkalla fördröjda toxiska och beteendemässiga effekter som inte är klart relaterade till hämning av esteraser (Brown och Brix, 1998; Jamal, 1997; Mileson et al., 1998; Peter och Cherian, 2000; Sudakin et al., 2000). De flesta av OP:s verkningar på nervsystemet verkar vara relaterade till organofosforylering av proteinmål, som acetylkolinesteras och neuropatmålesteras, eller direkt till bindning av OP till nikotinreceptorer (Mileson et al., 1998).

Chroniska organofosfatinducerade neuropsykiatriska störningar (COPIND) är ett mindre välkarakteriserat syndrom vid kronisk OP-förgiftning. COPIND kan orsakas av kronisk exponering för OP på låg nivå utan kolinerga symtom (Ray och Richards, 2001). De underliggande mekanismerna är inte fastställda, men är inte beroende av hämning av esteraser (Levin et al., 1976) De vanligaste kliniska symtomen är försämrat minne, koncentration och inlärning; ångest, depression, psykotiska symtom, kronisk trötthet, perifer neuropati, autonom dysfunktion och extrapyramidala symtom som dystoni, viljemässig tremor, bradikynesi, postural instabilitet och stelhet i ansiktsmusklerna; och icke-svarighet för levodopa-behandling. När det gäller psykiatriska symtom har de neurobeteendemässiga effekterna av exponering för bekämpningsmedel på låg nivå inte studerats ingående med standardiserade, kvantitativa neuropsykologiska batterier.

OPs ackumuleras inte i levande organismer och de akuta tecknen och symtomen försvinner när AChE-aktiviteten återgår till normal nivå. Därför anses de vara relativt säkra. Som vissa litteraturuppgifter tyder på kan dock efter antingen akut eller långvarig exponering för OPs subtila neurobeteendemässiga försämringar kvarstå långt efter det att AChE-aktiviteten normaliserats. Möjligheten att exponering för OPs kan ge upphov till sådana långtidseffekter är numera ett problem som ger upphov till stor oro hos tillsynsmyndigheterna. Rodnitzky et al (1975) och Durham et al (1965) har i sina epidemiologiska tvärsnittsstudier med hjälp av neurobeteendestudier föreslagit att subtila beteendestörningar bland skadedjursbekämpare, jordbrukare och tillverkningsarbetare är relaterade till låg nivå av bekämpningsmedelsexponering eller att det rör sig om bestående effekter av allvarlig akut förgiftning med bekämpningsmedel (Metcalf och Holmes, 1969); Burkhart et al, 1978; Korsak och Sato, 1977; Levin et al, 1976; Xintaras et al, 1978; Savage et al, 1983, granskad av Johnson och Anger, 1983). Det finns också många fallrapporter och fallregister som visar att 4-9 % av personer med akut organofosfatförgiftning drabbas av fördröjda eller ihållande neuropsykiatriska effekter, inklusive depression, svaghet, nervositet, irritabilitet, trötthet, sömnlöshet, glömskhet, förvirring samt schizoida och depressiva reaktioner (Gershon och Shaw, 1961). Beteendestörningar på grund av exponering för bekämpningsmedel har också varit inblandade i allvarliga olyckor bland jordbruksarbetare (Redhead, 1968; Wood et al, 1971; Smith et al, 1968).

Amr et al (1997) fann att jämfört med kontroller hade försökspersoner som utsattes för kraftig exponering för bekämpningsmedel (40 h/vecka, 9 månader/år) en signifikant ökning av frekvensen av psykiatriska störningar, särskilt depressiv neuros och dystymisk störning (DSM-III-R). Dessa resultat lämnade olösta frågor om reversibilitet av psykiatriska symtom efter en bekämpningsmedelsfri period och förekomsten av syndrom hos personer som inte är så starkt exponerade för OP-föreningar. En annan förvirrande faktor i dessa studier har varit exponeringen för flera typer av bekämpningsmedel som har visat sig reproducera drag av Parkinsons sjukdom (Binukumar et al., 2010). Några av de faktorer som har visat sig påverka genomförbarheten av en epidemiologisk bedömning av CNS-normaliteter bland bekämpningsmedelsarbetare beror på: 1) i vilken utsträckning exponeringen kan kvantifieras, 2) mångfalden av kemiska exponeringar, 3) känsligheten och specificiteten hos det neurobehaviorala testet och 4) den tid det tar att genomföra testet. Stephens, et al (1995) studerade förhållandet mellan kroniska (icke-reversibla) neuropsykologiska effekter och akuta exponeringseffekter och undersökte 77 manliga fårdykare som exponerats för organofosfat. De akuta exponeringseffekterna bedömdes prospektivt med hjälp av ett frågeformulär om symtom som konstruerats för ändamålet och som administrerades före och 24 timmar efter exponeringen. Urin analyserades med avseende på dialkylfosfatnivåer för att bekräfta att exponering nyligen ägt rum. Kroniska effekter bedömdes i en neuropsykologisk tvärsnittsstudie i avsaknad av nyligen inträffad exponering med hjälp av datoriserade neuropsykologiska tester, frågeformuläret om allmän hälsa och det subjektiva frågeformuläret om minnet. Enkla korrelationsanalyser och multipla linjära regressionsanalyser användes för att bedöma sambanden mellan förändringarna i den totala symtomrapporteringen från baslinjen till 24 timmar efter exponeringen och resultaten av de kroniska effekterna. Det fanns inga bevis för något samband mellan rapporterade symptomnivåer och kroniska neuropsykologiska effekter. Detta tyder på att kroniska effekter av OP-exponering tycks uppträda oberoende av de symtom som kan uppstå omedelbart efter akut OP-exponering. Detta har konsekvenser för exponeringskontrollen: individer kan uppleva kroniska effekter utan att ha nytta av tidigare varningssignaler om toxiska effekter under akut exponering.

Militärer som återvänder från Gulfkriget (GW) har rapporterat symtom som inte bara har diagnostiserats med hjälp av kända sjukdomsentiteter, utan som inte heller tycks uppträda i en förutsägbar konstellation som kan klassificeras som ett enskilt syndrom (Persian Gulf Veterans Coordinating Board, 1995; Institute of Medicine, 1996; Iowa Persian Gulf Study Group, 1997; Proctor et al, 1998; Wolfe et al., 1998). Bland de besvär som rapporteras av en hög procentandel av flera urval av GW-veteraner finns dock symtom som tyder på dysfunktion i det centrala nervsystemet (CNS). Dessa inkluderar minnesförlust, koncentrationssvårigheter, huvudvärk och trötthet. Freya Kame et al (2005) analyserade tvärsnittsdata från 18 782 vita manliga licensierade privata bekämpningsmedelsanvändare som deltog i Agricultural Health Study 1993-1997. Applicatörerna lämnade information om användning av bekämpningsmedel under hela livet och 23 neurologiska symtom som vanligtvis förknippas med förgiftning av bekämpningsmedel. Bland kemiska klasser av insekticider var sambanden starkast för organofosfater och organokloriner. Sambanden med kumulativ exponering kvarstod efter att ha uteslutit personer som hade en historia av bekämpningsmedelsförgiftning eller hade upplevt en händelse som innebar hög personlig bekämpningsmedelsexponering. Dessa resultat tyder på att självrapporterade neurologiska symtom är förknippade med kumulativ exponering för måttliga nivåer av fumiganter och organofosfat- och klororganiska insekticider, oavsett om det rör sig om nyligen inträffad exponering eller en förgiftningshistoria.