杀虫剂毒理toxicology of insecticide

研究杀虫药剂对昆虫的毒杀机制和昆虫对杀虫药剂反应的学科分支。包括药剂的穿透与分布、生物转化与排除、靶标部位的作用以及选择性与抗药性等内容，现已成为与新杀虫剂的研究开发和卫生保健以及环境保护等密切相关的重要研究领域。
简史 自1939年缪勒(P. Muller)发现了滴滴涕的杀虫性能后，托拜厄斯(J.M.Tobias,1946)首先证明滴滴涕对昆虫神经传导的影响。此后，冈敦(H.Gordon,1948)认为滴滴涕主要作用于神经轴突，破坏了神经轴突结构。布尔斯内尔(J.Boursnell,1949)证明有机磷酸酯杀虫剂与胆碱酯酶结合的活性部位是酯动部位。随着毒理学的研究发展，各种学说也相继出现，如马林斯(L.J.Mullins,1954)曾提出杀虫药剂的渗透与毒性关系学说（义称滴滴涕受体学说）；增效剂竞争性抑制作用学说(J.E.Casida等，1960)；钠离子通道作为滴滴涕的靶标学说(T.Narahashi,1976)和ATP酶作为滴滴涕的靶标学说(F.Matsumura,1978)等。近年来中国在杀虫剂毒理学研究的许多方面，也有较大进展。如用滴滴涕处理家蝇诱导产生神经毒素酪胺，沙蚕毒素杀虫剂对昆虫神经传导的影响，溴氰菊酯对神经突触膜蛋白磷酸化作用的影响，还发现神经节苷酯对溴氰菊酯的保护作用等；在害虫抗药性的研究方面，有抗药性基因研究、种群数量遗传研究和抗药性生化机制研究等；对一些重要害虫如棉铃虫、棉蚜、小菜蛾、稻飞虱、家蝇和蚊虫等的抗药性发展现状和治理措施研究等也有较大的进展。
随着昆虫生理学、生物化学、组织化学和遗传学以及一些精密分析技术的迅速发展，杀虫药剂毒理学的研究领域和手段也有了很大发展。
研究内容主要有以下几方面：
剂量与效应的关系 衡量某种杀虫剂毒力的大小，一般用致死中剂量（或浓度）即LD₅₀(或LC₅₀)，或用致死中时间(LT₅₀)及击倒中时间(KT₅₀)等参数。它们受生物个体的影响较小，可以较客观地比较药剂的效应，但不能作为实际田间防治的指数。
作用方式 杀虫药剂的毒杀作用具有不同的作用方式，即以不同的途径侵入虫体。一般有三种： 即触杀、胃毒和熏蒸等。某些有机合成的杀虫剂还有内吸作用，且常兼有多种作用方式。特异性的杀虫剂，如杀卵剂、引诱剂、拒食剂、驱避剂以及昆虫生长调节剂等的作用方式主要与昆虫的形态、体壁表面构造、口器类型、感觉器官以及杀虫剂的理化性质有关。(见杀虫剂作用方式、昆虫生长调节剂)。
作用机制 研究杀虫药剂在昆虫体内的动力学过程，包括药物进入生物体内的渗透与分布、在器官和组织中的积累以及进行生化反应，影响昆虫的正常生理活动，甚至导致昆虫死亡的过程。不同药剂的作用机制是不同的。
神经毒剂 包括氯化烃类(如滴滴涕、六六六，环戊二烯类等)、除虫菊酯及其类似物、有机磷酸酯和氨基甲酸酯类、烟碱和沙蚕毒类以及甲脒类杀虫剂等。在氯化烃类杀虫剂中，滴滴涕的作用部位是神经轴突，其作用机制目前有三个学说，即：❶ 钠离子通道靶标学说，
❷滴滴涕受体学说，
❸Ca²⁺-ATP酶抑制作用学说（见滴滴涕杀虫机制）。六六六和环戊二烯类杀虫剂(艾氏剂、狄氏剂和氯丹等)的作用部位是神经突触，它们不能抑制乙酰胆碱酯酶，但能刺激前突触膜，加强乙酰胆碱的释放与积累，使昆虫中毒致死（见六六六杀虫机制）。除虫菊酯及其类似物是作用于轴突膜钠离子通道，使神经传导受阻，最后麻痹死亡（见拟除虫菊酯杀虫机制）。有机磷酸酯和氨基甲酸酯的作用是抑制昆虫体内的乙酰胆碱酯酶，使乙酰胆碱积累，阻断神经传导，导致昆虫死亡。烟碱、沙蚕毒类杀虫剂是占领乙酰胆碱受体，阻断昆虫正常神经传导而使之死亡。甲脒类杀虫剂是一类特殊的神经毒剂，又是一种杀卵剂。它们不仅能毒杀昆虫、蜱、螨，而且具有拒食作用。其作用是抑制单胺化酶，使神经胺积累，中断神经传导而死亡。其拒食效应是抑制昆虫的前肠活动所致。（见神经毒剂作用机制）
呼吸毒剂 此类药剂在杀虫剂中是很重要的种类，多数熏蒸剂都属此类。在呼吸毒剂中如氢化氰、二硝基苯酚类和有机锡类杀虫剂等，其作用机制分为： ❶对糖解过程中酶系的抑制作用；
❷对α-甘油磷酸酯中靶标酶(α-GPI及α-GPⅡ)的抑制；
❸对三羧循环的阻断；
❹ 对呼吸链的抑制作用；
❺抑制氧化磷酸化作用中偶联反应；
❻抑制能量转移系统。由于它们能阻断或抑制呼吸作用，破环了呼吸过程，因而影响了整个代谢过程及能量的需求，而引起昆虫死亡（见呼吸毒剂作用机制）。
昆虫生长调节剂 包括保幼激素类似物。抗保幼激素和灭幼脲及其类似物。保幼激素类似物的作用，主要有： ❶对保幼激素代谢与合成的影响；
❷对神经分泌的影响；
❸对昆虫代谢以及基因表达和大分子合成的影响。抗保幼激素(包括早熟素Ⅰ和Ⅱ )的作用，是破坏咽侧体抑制保幼激素的合成与释放。早熟素Ⅱ还能抑制某些昆虫的卵黄形成和性外激素的合成。灭幼脲及其类似物的作用，是抑制昆虫表皮中的几丁质酶。它使昆虫蜕皮时不能形成新表皮，因而变态受阻，形成畸形或死亡。它也能抑制产卵及使卵不孵化，因此，也是一种不育性药剂。（见昆虫生长调节剂作用机制）
微生物杀虫剂 这类药剂包括病原细菌(如苏云金杆菌、日本金龟甲芽孢杆菌和球状芽孢杆菌等)、真菌、病毒和微孢子虫等。它们的杀虫机制可分为两类： ❶ 以寄主的靶组织为营养进行繁殖或复制(如病素、真菌、细菌和微孢子虫等);
❷真菌和细菌除了上述的杀虫作用方式外，还能释放毒素(如苏云金杆菌可释放δ-内毒素和β-外毒素)使寄主中毒死亡。（见微生物农药杀虫机制）
代谢作用 杀虫药剂进入生物体后，一方面药剂对生物体产生某些影响； 另一方面生物体自身的防卫作用，可使药物降解代谢为无毒化合物或由低毒转化为高毒化合物。杀虫药剂在生物体内的代谢有： 氧化、水解和还原作用等初级代谢。其中有多种酶系参与反应，如微粒体多功能氧化酶(MFO)、水解酶、羧酸酯酶、滴滴涕脱氯化氢酶、谷胱甘肽转移酶等。杀虫剂的解毒和活化作用，多发生于初级代谢过程。初级代谢产物与体内葡萄糖酸苷、硫醇尿酸、甘氨酸、半胱氨酸以及谷胱甘肽等产生次级代谢过程，形成水溶性产物，排出体外（见农药代谢） 。
选择性 具有选择性的杀虫剂，既能杀死害虫又不伤害天敌、对人畜也较安全。这类化合物由于在生物体的透入、代谢与排除都有所不同，但造成选择毒性的主要因素是代谢的差异，包括代谢方式及代谢速率。一种杀虫剂代谢速率越高，它的毒性越低；增毒代谢越快，则毒性越高。如除虫菊酯对高等动物几乎无毒，即由于其代谢十分迅速，其中有氧化代谢，也有酯解代谢。氧化代谢是多功能氧化酶起作用，酯解代谢是酯酶起作用。有人认为，有选择毒性的杀虫剂应有一个选择基团(selectophore)，这个基团能被解毒酶所降解。如马拉硫磷的羧酸酯基、乐果的酰胺基。而活化代谢与机会因子学说认为，有些无毒的杀虫剂先体(前杀虫药剂，preinsecticide)可在体内氧化为有毒的杀虫药剂，同时也可被降解排出体外。活化与降解作用的比例就是机会因子。活化作用大于降解作用，毒性就增加，反之则降低。不同动物对同一杀虫药剂先体的机会因子不同，这是形成选择毒性的一个途径。
抗药性 见害虫抗药性。
研究趋势 当今对害虫化学防治的要求是严峻的，为了加速杀虫药剂的迅速发展，需要从毒理学基础理论上深入探索。今后在毒理机制研究方面，须深入研究杀虫药剂对神经膜的离子通道效应、γ- 氨基丁酸(GABA)受体、章鱼胺(octapamine)受体与杀虫药剂作用关系； 从理论上研究发展更理想的杀虫剂； 深入研究细胞色素P-450分子结构分析，有助于发现解毒酶新的抑制剂和杀虫剂的增效剂； 积极寻找天然资源，探索有杀虫活性的基本结构，并研究其结构与杀虫活性的关系； 研究昆虫易于受害的生理生化靶标如某些酶系或受体，由此设计并合成某些酶系的有效抑制剂或受体的颉颃剂或激活剂； 或根据转移态(transitor state)理论发现新的生物活性分子。如要寻找一个酶的抑制剂，先研究它的正常底物与酶结合时形成的过渡态的构象，可将其作为模板并合成一些类似物作为这种酶的有效抑制剂。