UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS INSTITUTO DE QUÍMICA
ANDREZA CAMILOTTI DIONISIO
SORÇÃO E DISSIPAÇÃO DE ABAMECTINA EM SOLOS BRASILEIROS
CAMPINAS 2016
ANDREZA CAMILOTTI DIONISIO
SORÇÃO E DISSIPAÇÃO DE ABAMECTINA EM SOLOS BRASILEIROS
Dissertação de Mestrado apresentada ao Instituto de Química da Universidade Estadual de Campinas como parte dos requisitos exigidos para a obtenção do título de Mestra em Química na área de Química Analítica
Orientadora: Profa. Dra. Susanne Rath
ESTE EXEMPLAR CORRESPONDE À VERSÃO FINAL DA DISSERTAÇÃO DEFENDIDA PELA ALUNA ANDREZA CAMILOTTI DIONISIO, E ORIENTADA PELA PROFA. DRA. SUSANNE RATH.
CAMPINAS 2016
AGRADECIMENTOS
Agradeço primeiramente a Deus, que me fortalece e renova minha esperança a cada dia.
À minha orientadora, Profa. Dra. Susanne Rath, pela oportunidade, pelo imensurável aprendizado, pela confiança e amizade. Meu profundo agradecimento e admiração. Aos professores e pesquisadores que gentilmente aceitaram participar das bancas examinadoras de qualificação de mestrado e de defesa de dissertação de mestrado deste trabalho, Anne-Hélène Fostier, Ivo Milton Raimundo Júnior, Solange Cadore, Mônica Ferreira de Abreu e Keity Margareth Doretto.
À minha família, em especial à minha mãe Kelly, pelo apoio incondicional, incentivo e paciência.
Um agradecimento especial ao Tiago, pelo companheirismo, dedicação, compreensão e incentivo.
Aos amigos e companheiros de laboratório, pela amizade, momentos de descontração, conversas e discussões científicas.
À Universidade Estadual de Campinas, especialmente ao Instituto de Química e à Comissão de Pós-Graduação, pelo suporte e infraestrutura disponibilizada para a realização deste trabalho.
Às agências de fomento à pesquisa CNPq e FAPESP, pelo auxílio financeiro. À Embrapa, por conceder as amostras de solo utilizadas neste trabalho.
E a todos aqueles que de alguma forma contribuíram para a realização deste trabalho.
RESUMO
A abamectina é um agente antiparasitário amplamente empregado na medicina veterinária para o controle de ecto e endoparasitas e tem sido usada também como agrotóxico em culturas agrícolas contra ácaros e pragas de insetos. Fármacos veterinários e agrotóxicos podem atingir os solos e serem transportados para águas superficiais e subterrâneas, oferecendo riscos aos ecossistemas terrestres e organismos aquáticos mesmo em concentrações muito baixas. Processos de sorção, transformação e transporte são os principais responsáveis pelo destino destas substâncias no ambiente. Neste trabalho, foi avaliado o comportamento da abamectina em solos brasileiros, particularmente em solos característicos do Estado de São Paulo (arenoso, argiloso e argiloarenoso), por meio da realização de estudos de sorção e dissipação aeróbia, conforme as recomendações dos Guias 106 e 307 da OECD. A abamectina foi quantificada em solos e soluções de solo empregando métodos previamente validados usando a cromatografia líquida de alta eficiência associada ao detector de fluorescência, após extração sólido-líquido ou líquido-líquido e etapa de derivatização. Estudos preliminares mostraram que a abamectina adsorve, em grande parte, em materiais plásticos, sendo necessário o uso de tubos de vidro com tampas de alumínio para a realização dos ensaios. Isotermas de sorção e dessorção foram construídas e ajustadas ao modelo de Freundlich para quatro tipos de solos. A abamectina apresentou elevada afinidade às partículas dos solos, com coeficientes de sorção e dessorção de Freundlich entre 44 e 138 μg1-1/n mL1/n g-1 e entre 89 e 236 μg1-1/n mL1/n g-1, respectivamente. Maior sorção de abamectina se deu em solos com maior teor de argila e matéria orgânica. Apesar de dessorção pouco pronunciada, presença de histerese não foi observada nos solos avaliados, indicando reversibilidade do processo de sorção. A dissipação de abamectina foi avaliada em dois tipos de solos (arenoso e argiloso) em um ambiente aeróbico e protegido de luz a uma temperatura e umidade relativa de 20,9 ºC e 72,6%, respectivamente. Foi observada rápida redução da quantidade de abamectina presente nos solos (DT50 = 1,1-3,5 dias e DT90 = 3,7-11,6 dias). A degradação microbiana aeróbia deve ser o mecanismo majoritariamente responsável pela dissipação de abamectina em solos, uma vez que o composto não dissipou nos mesmos solos quando previamente esterilizados.
ABSTRACT
Abamectin is an antiparasitic agent widely employed in veterinary medicine for the control of ecto and endoparasites and has also been used as a pesticide in agricultural crops against mites and insect pests. Veterinary drugs and pesticides may reach the soils and be transported to surface and groundwater, offering risks to terrestrial and aquatic organisms even at very low concentrations. Sorption, transformation and transport processes are the main responsible for fate of these substances in the environment. In this work, the behavior of abamectin in Brazilian soils, particularly in characteristic soils of the State of São Paulo (sandy, clay and sandy-clay), was evaluated by conducting sorption and aerobic dissipation studies, according to the recommendations of OECD 106 and 307 Guidelines. Abamectin was quantified in soils and soil solutions employing previously validated methods using high performance liquid chromatography with fluorescence detection after solid-liquid or liquid-liquid extraction and derivatization step. Preliminary studies showed that abamectin adsorbs largely on plastic materials, requiring the use of glass vessels with aluminum stoppers for the tests. Sorption and desorption isotherms were constructed and fitted to the Freundlich model for four types of soils. Abamectin showed high affinity to soil particles with Freundlich sorption and desorption coefficients ranging from 44 to 138 μg1-1/n mL1/n g-1 and from 89 to 236 μg 1-1/n mL1/n g-1, respectively. Greater sorption of abamectin occurred in soils with higher content of clay and organic matter. Although less pronounced desorption, presence of hysteresis was not observed in the evaluated soils, indicating reversibility of the sorption process. Dissipation of abamectin was evaluated in two types of soils (sandy and clay) in an aerobic and dark environment under temperature and relative humidity of 20.9 ºC and 72.6%, respectively. It was noted rapid reduction of the amount of abamectin present in the soils (DT50 = 1.1-3.5 days and DT90 = 3.7-11.6 days). Aerobic microbial degradation must be the primary mechanism responsible for the dissipation of abamectin in soils, due to the fact that the compound did not dissipate in the same soils that were previously sterilized.
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
Figura I.1 - Estrutura química das avermectinas. ... 21 Figura I.2 - Os componentes do solo (adaptado de McCauley et al., 2005). ... 33 Figura I.3 - Triângulo textural: classes texturais de solos de acordo com as
frações de argila, silte e areia (IBGE, 2007). ... 34
Figura I.4 - Mapa pedológico do Estado de São Paulo. ... 37 Figura III.1 - Estrutura química da abamectina (ABA B1a, R = CH2CH3; ABA B1b, R = CH3), com destaque para a presença do grupo benzofurano diidroxilado. ... 54
Figura III.2 - Formação de um reagente de acilação de MI e ATFA. ... 54 Figura III.3 - Formação de um grupo fluoróforo por reação do reagente de
acilação no anel benzofurano, na presença de MI. ... 55
Figura III.4 - Cromatograma da abamectina: 1) abamectina B1b, 2) abamectina B1a, a 1000 ng mL-1, em acetonitrila. Condições cromatográficas: coluna cromatográfica LiChroCART® 55-4 Purospher® STAR RP-18 (4,0 mm x 50 mm, 3 µm); fase móvel metanol:água 98:2 (v/v) em modo isocrático; temperatura da coluna a 30 ºC; vazão de 0,8 mL min-1; volume de injeção de 5 μL; comprimentos de onda de excitação e emissão fixados em 365 nm e 470 nm, respectivamente. ... 56
Figura III.5 - Estabilidade do derivado fluorescente de abamectina em
acetonitrila, a 1000 ng mL-1, em vial âmbar de vidro e à temperatura ambiente. ... 57
Figura III.6 - Recuperação média (n = 2) da abamectina em soluções aquosas
(20 mL) de CaCl2 0,01 mol L-1, a 50 ng mL-1, após extração líquido-líquido com acetato de etila, diclorometano, clorofórmio e hexano. ... 58
Figura III.7 - Cromatogramas das soluções branco de solo N1, N2, S1 e S2 e da
abamectina (ABA) em CaCl2 0,01 mol L-1, a 50 ng mL-1, empregando coluna cromatográfica LiChroCART® 55-4 Purospher® STAR RP-18 (4,0 mm x 50 mm, 3 µm), fase móvel metanol:água 98:2 (v/v) em modo isocrático, temperatura da coluna a 30 ºC, vazão de 0,8 mL min-1, volume de injeção de 5 μL e
comprimentos de onda de excitação e emissão fixados em 365 nm e 470 nm, respectivamente. ... 59
Figura III.8 - Curva analítica da abamectina na faixa de concentração de 0,25 a
62,5 ng mL-1,em CaCl2 0,01 mol L-1, e o respectivo gráfico de resíduos. ... 60
Figura III.9 – Recuperação média (n = 2) de abamectina determinada nas
soluções de CaCl2 0,01 mol L-1 e na superfície dos frascos, comparada com soluções de abamectina recém preparadas. ... 62
Figura III.10 - Porcentagem de sorção média (n = 2) de abamectina nos solos
N1, N2, S1 e S2, utilizando diferentes razões solo:solução (m/v)... 63
Figura III.11 - Porcentagem de abamectina sorvida nos solos N1, N2, S1 e S2
em função do tempo. ... 64
Figura III.12 - Cinéticas de sorção da abamectina nos solos N1, N2, S1 e S2,
ajustadas ao modelo de PSO. ... 65
Figura III.13 - Isotermas de sorção e dessorção de abamectina nos solos N1,
N2, S1 e S2, na forma não linearizada (a) e linearizada (b). ... 68
Figura IV.1 - Cromatograma da abamectina: 1) abamectina B1a, a 250 ng mL-1, em acetonitrila. Condições cromatográficas: coluna cromatográfica LiChroCART® 55-4 Purospher® STAR RP-18 (4,0 mm x 50 mm, 3 µm); fase móvel metanol:água 98:2 (v/v) em modo isocrático; temperatura da coluna a 30 ºC; vazão de 0,8 mL min-1; volume de injeção de 5 μL; comprimentos de onda de excitação e emissão fixados em 365 nm e 470 nm, respectivamente. ... 81
Figura IV.2 - Recuperação média (n = 2) da abamectina em amostras do solo
N1, a 100 ng g-1, após extração sólido-líquido com acetonitrila, metanol e acetato de etila (2 x 10 mL), assistida por ultrassom (20 min). ... 82
Figura IV.3 - Recuperação média (n = 2) da abamectina em amostras do solo
N1, a 100 ng g-1, após extração sólido-líquido com: (a) acetonitrila (2 x 10 mL), assistida por agitação em vortex (1 min) ou ultrassom (20 min), e (b) acetonitrila, assistida por agitação em vortex (1 min), variando-se o volume de solvente. ... 83
Figura IV.4 - Cromatogramas das amostras branco de solo N1 e S2 e da
cromatográfica LiChroCART® 55-4 Purospher® STAR RP-18 (4,0 mm x 50 mm, 3 µm), fase móvel metanol:água 98:2 (v/v) em modo isocrático, temperatura da coluna a 30 ºC, vazão de 0,8 mL min-1, volume de injeção de 5 μL e comprimentos de onda de excitação e emissão fixados em 365 nm e 470 nm, respectivamente. ... 84
Figura IV.5 - Curvas analíticas da abamectina nos solos N1 e S2, na faixa de
concentração de 5 a 125 ng g-1,e os respectivos gráficos de resíduos. ... 85
Figura IV.6 - Cinéticas de dissipação da abamectina em solos não estéreis (N1
e S2), ajustadas ao modelo de primeira ordem. ... 87
Figura IV.7 - Concentração de abamectina em solos estéreis (N1 e S2) em
LISTA DE TABELAS
Tabela I.1 - Propriedades físico-químicas das avermectinas (Merck Index, 2006;
Krogh et al., 2008a; Milhome et al., 2009; Tomasz et al., 2010; Horvat et al., 2012)... 23
Tabela I.2 - Tamanho aproximado de partículas finas do solo. ... 33 Tabela III.1 - Propriedades físico-químicas e texturais dos solos selecionados. ... 46 Tabela III.2 - Parâmetros de conformidade do sistema cromatográfico para
abamectina (B1a e B1b). ... 56
Tabela III.3 - Parâmetros cinéticos de sorção da abamectina nos solos N1, N2,
S1 e S2, a partir dos ajuste dos dados ao modelo de PSO. ... 65
Tabela III.4 - Parâmetros de sorção e dessorção de abamectina nos solos N1,
N2, S1 e S2... 69
Tabela IV.1 - Parâmetros de conformidade do sistema cromatográfico para
abamectina (B1a). ... 82
Tabela IV.2 - Parâmetros cinéticos de dissipação da abamectina nos solos não
estéreis (N1 e S2) e medidas de respirometria dos solos. ... 88
Tabela IV.3 - Índice de vulnerabilidade de águas subterrâneas (GUS) para
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
ABA Abamectina
ANVISA Agência Nacional de Vigilância Sanitária
ATFA Anidrido trifluoracético
CNA Confederação da Agricultura e Pecuária do Brasil
CO Carbono orgânico
CPV Compêndio de Produtos Veterinários
CRA Capacidade de retenção de água
CTC Capacidade de troca catiônica
CV Coeficiente de variação
DOR Doramectina
EMA Agência Europeia de Medicamentos (European Medicines Agency)
EMBRAPA Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária
EMM Emamectina
EPA Agência de Proteção Ambiental dos Estados Unidos (Environmental
Protection Agency)
EPR Eprinomectina
FAO Organização das Nações Unidas para Alimentação e Agricultura (Food and Agriculture Organization of the United Nations)
FDA Agência Norte Americana de Administração de Alimentos e Medicamentos (Food and Drug Administration)
GABA Ácido gama-aminobutírico
GUS Índice de vulnerabilidade de águas subterrâneas (Groundwater
ubiquity score)
HPLC-FLD Cromatografia líquida de alta eficiência associada ao detector de fluorescência (High performance liquid chromatography with
IAC Instituto Agronômico de Campinas
IBGE Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística
IEA Instituto de Economia Agrícola
INMET Instituto Nacional de Meteorologia
IVR Ivermectina
JECFA Comitê de Especialistas em Aditivos Alimentares (Joint Expert
Committee on Food Additives)
LANAGRO Laboratório Nacional Agropecuário
LD Limite de detecção
LQ Limite de quantificação
LMR Limite máximo de resíduo
MAPA Ministério da Agricultura, Pecuária e Abastecimento
MI 1-Metilimidazol
MMA Ministério do Meio Ambiente
MO Matéria Orgânica
OECD Organização para a Cooperação e Desenvolvimento Econômico
(Organization for Economic Co-operation and Development)
PA Para análise
PAMVet Programa de análise de resíduos de medicamentos veterinários em alimentos de origem animal
PEC Concentração ambiental previsível (Predicted environmental concentration)
PIB Produto interno bruto
PP Polipropileno
PPO Pseudo-primeira-ordem
PSO Pseudo-segunda-ordem
PTFE Politetrafluoretileno
SINDAN Sindicato Nacional da Indústria de Produtos para Saúde Animal
u.f. Unidade de fluorescência
UNICAMP Universidade Estadual de Campinas
UV-Vis Ultravioleta-visível
VICH Conferência Internacional de Harmonização dos Medicamentos
Veterinários (Veterinary International Conference on Harmonization)
SUMÁRIO
CAPÍTULO I - INTRODUÇÃO ... 17
I. 1 - O uso de avermectinas na agropecuária ... 18
I. 2 - As avermectinas ... 20
I. 3 - Entrada e disseminação de avermectinas no ambiente ... 25
I. 4 - Riscos decorrentes da presença de avermectinas no ambiente ... 27
I. 5 - Avaliação dos impactos causados por fármacos veterinários no ambiente ... 29
I. 5.1 - Sorção e dissipação de fármacos veterinários em solos ... 31
I. 6 - O solo ... 32
I. 6.1 - Solos do Estado de São Paulo ... 36
I. 7 - Determinação de avermectinas em amostras ambientais ... 38
CAPÍTULO II - OBJETIVOS ... 40
CAPÍTULO III - SORÇÃO DE ABAMECTINA EM SOLOS ... 42
III. 1 - PARTE EXPERIMENTAL ... 44
III. 1.1 - Equipamentos e materiais ... 44
III. 1.2 - Solventes, reagentes e padrão analítico ... 45
III. 1.3 - Amostras de solo ... 45
III. 1.4 - Condições cromatográficas para a determinação de abamectina em soluções de solo ... 46
III. 1.5 - Preparo das soluções de abamectina ... 47
III. 1.6 - Método de extração de abamectina de soluções de solo... 47
III. 1.7 - Validação do método para determinação de abamectina em soluções de solo ... 48
III. 1.8 - Estabilidade da abamectina em soluções aquosas e adsorção nos frascos empregados ... 49
III. 1.9 - Razão solo:solução ... 49
III. 1.10 - Cinética de sorção ... 50
III. 1.11 - Isotermas de sorção e dessorção ... 51
III. 2 - RESULTADOS E DISCUSSÃO ... 53
III. 2.1 - Método cromatográfico para a determinação de abamectina em soluções de solo ... 53
III. 2.2 - Método de extração de abamectina de soluções de solo... 57
III. 2.3 - Validação do método para determinação de abamectina em soluções de solo ... 58
III. 2.4 - Estabilidade da abamectina em solução aquosa e adsorção nos frascos empregados ... 61
III. 2.5 - Razão solo:solução ... 63
III. 2.6 - Cinética de sorção ... 64
III. 2.7 - Isotermas de sorção e dessorção ... 67
CAPÍTULO IV - DISSIPAÇÃO AERÓBIA DE ABAMECTINA EM SOLOS ... 73
IV. 1 - PARTE EXPERIMENTAL ... 74
IV. 1.1 - Equipamentos e materiais ... 74
IV. 1.2 - Solventes, reagentes e padrão analítico ... 75
IV. 1.3 - Amostras de solo ... 75
IV. 1.4 - Condições cromatográficas para a determinação de abamectina em solos ... 76
IV. 1.5 - Preparo das soluções de abamectina ... 76
IV. 1.6 - Método de extração de abamectina de solos ... 76
IV. 1.7 - Validação do método para determinação de abamectina em solos ... 77
IV. 1.8 - Dissipação aeróbia ... 78
IV. 1.9 - Avaliação do risco de contaminação de água por abamectina ... 80
IV. 2 - RESULTADOS E DISCUSSÃO ... 81
IV. 2.1 - Método cromatográfico para a determinação de abamectina em solos ... 81
IV. 2.2 - Método de extração de abamectina em solos ... 82
IV. 2.3 - Validação do método para determinação de abamectina em solos ... 83
IV. 2.4 - Dissipação aeróbia ... 86
IV. 2.5 - Avaliação do risco de contaminação de água por abamectina ... 90
CAPÍTULO V - CONCLUSÕES ... 92
I. 1 - O uso de avermectinas na agropecuária
Os medicamentos de uso veterinário são produzidos e utilizados em larga escala em todo o mundo e sua diversidade aumenta a cada ano. Antimicrobianos, antiparasitários, anti-inflamatórios, anestésicos, antissépticos, hormônios e outros produtos têm sido amplamente empregados no setor agropecuário para o controle de doenças, alavancando a produtividade e a oferta de alimentos de origem animal, bem como a competitividade do agronegócio em nível nacional e internacional. Em 2014, a indústria de saúde animal movimentou, em nível mundial, aproximadamente 24 bilhões de dólares. No Brasil, o faturamento chegou a 4,421 bilhões de reais, sendo que 22% deste montante corresponderam à comercialização de antiparasitários (SINDAN, 2015a).
Dentre os grupos de fármacos disponíveis para o controle de doenças parasitárias, os mais utilizados são os benzimidazóis, as pirimidinas, os imidazotiazóis e as lactonas macrocíclicas, que se diferenciam pelo mecanismo de ação e pelas formas de eliminação parasitária (Molento, 2005). Entre eles, as lactonas macrocíclicas, grupo que compreende as avermectinas e milbemicinas, estão entre os antiparasitários mais empregados na saúde animal para o tratamento e profilaxia de endoparasitoses e ectoparasitoses no Brasil. Mais de 85% das formulações de antiparasitários endectocidas registradas no Compêndio de Produtos Veterinários (CPV) do Sindicato Nacional da Indústria de Produtos para Saúde Animal (SINDAN) correspondem a formulações de avermectinas, sendo estas administradas principalmente no tratamento de equinos, suínos, bovinos, ovinos e caprinos (SINDAN, 2015b).
O Brasil é um dos cinco maiores mercados veterinários do mundo e vem apresentando crescimento sustentado principalmente pelo regime de criação intensiva e aumento significativo na produção de alimentos de origem animal com qualidade sanitária (Capanema et al., 2007). O país é um dos maiores produtores mundiais de proteína animal e tem no mercado interno o principal destino de sua produção. No ano de 2010, 75% da produção brasileira de carnes (bovina, suína e de aves), estimada em 24,5 milhões de toneladas, foi consumida internamente no país. De acordo com o Ministério da Agricultura Pecuária e Abastecimento (MAPA), a previsão é de que até 2020 o mercado interno seja responsável pelo consumo de 50% de todo produto pecuário produzido no Brasil. Em relação às exportações, a
participação brasileira no comércio internacional vem crescendo a cada ano, com destaque para a produção de carne bovina, suína e de frango. Segundo o MAPA, até 2020, a expectativa é de que a produção nacional de carnes suprirá 44,5% do mercado mundial, mantendo o Brasil na posição de primeiro exportador mundial de carnes bovina e de frango (MAPA, 2015a).
A bovinocultura é um dos principais destaques do agronegócio brasileiro no cenário mundial, sendo o Brasil o dono do segundo maior rebanho efetivo do mundo, com cerca de 200 milhões de cabeças. Além de atender o mercado interno, o país assumiu a liderança nas exportações de carne bovina, desde 2008, com vendas em mais de 180 países, e a tendência é de que as exportações aumentem ainda mais nos próximos anos, com previsão de crescimento de 2,15% ao ano (MAPA, 2015a). No ano de 2013, foram abatidas 34,4 milhões de cabeças de bovinos no Brasil, somando-se bois, vacas e novilhos, com presença da atividade em todos os estados brasileiros. Os estados de Mato Grosso, Mato Grosso do Sul e São Paulo lideraram os abates, com quase 40% do total. O número de bovinos enviados para o abate pelo Estado de São Paulo foi de aproximadamente 3,5 milhões de cabeças, mais de 10% do total nacional (IBGE, 2014; IEA, 2014).
No Brasil, as avermectinas estão entre os antiparasitários de maior sucesso comercial e mais comumente administrados no gado. Estão registrados no SINDAN 133 produtos veterinários contendo fármacos do grupo das avermectinas para bovinos, incluindo os princípios ativos abamectina, doramectina, eprinomectina e ivermectina, sendo que abamectina e ivermectina contribuem com o maior número de formulações (SINDAN, 2015b). Esta preferência é provavelmente uma consequência de sua atividade endectocida estendida e também devido às lentas taxas de eliminação destes compostos em bovinos (Rübensam et al., 2013).
Entre as avermectinas mais usadas como antiparasitários na medicina veterinária, a abamectina tem sido usada também como agrotóxico em culturas agrícolas contra ácaros e pragas de insetos (Valenzuela et al., 2000; Milhome et al., 2009; Qiao et al., 2012; Kim et al., 2014). No Brasil, a abamectina é a única avermectina registrada como produto agrotóxico pelo MAPA, num total de 15 formulações, indicada para aplicação foliar em culturas de algodão, batata, café, citros, coco, cravo, crisântemo, ervilha, feijão, feijão-vagem, figo, maçã, mamão, manga, melancia, melão, morango, pepino, pera, pêssego, pimentão, rosa, tomate e uva (MAPA, 2015b).
O uso de agrotóxicos para o controle de pragas e doenças é considerado extremamente relevante no modelo de desenvolvimento da agricultura no país, que visa o atendimento à crescente demanda por alimentos e produtos agropecuários, em quantidade e qualidade. Com terras férteis, extensas e clima propício para a agricultura, o Brasil é um dos principais produtores e fornecedores mundiais de alimentos e também o maior consumidor de produtos agrotóxicos no mundo. Projeções do MAPA apontam que, até 2020, a produção de produtos agrícolas do país vai representar um terço da comercialização mundial, em função da crescente demanda dos países asiáticos (MAPA, 2015c; MMA, 2015).
O Brasil se destaca na produção de soja, milho, arroz, feijão, café e cana-de-açúcar, sendo a cultura de soja a que mais cresceu nas últimas três décadas e que hoje representa o maior peso na balança comercial brasileira, correspondendo a 49% da área plantada em grãos do país. Outra cultura de comparável relevância é a de algodão, tendo o Brasil alcançado o terceiro lugar na exportação do produto (MAPA, 2015c). O país vem se destacando também na produção de suco de laranja, tendo obtido, em 2014, participação em 77% na exportação do produto, liderando o ranking do comércio mundial (CNA, 2015).
Em 2014, o agronegócio aumentou sua participação no Produto Interno Bruto (PIB) brasileiro em 3,8%, alcançando 21,3% do total. Em um ano de dificuldade econômica como o de 2015, o agronegócio foi o único setor em crescimento, comparado com os demais setores da economia. Enquanto o PIB brasileiro retraiu 3,8%, o do agronegócio cresceu 1,8%. A indústria sofreu queda de 6,2% e o setor de serviços recuou 2,7% (CNA, 2015; MAPA, 2016).
I. 2 - As avermectinas
As avermectinas são lactonas macrocíclicas, produzidas naturalmente pelo micro-organismo Streptomyces avermitilis no solo, altamente eficazes contra espécies de nematoides e artrópodes. Seu desenvolvimento e a descoberta de sua atividade anti-helmíntica ocorreram como resultado de uma colaboração entre a empresa norte americana Merck Sharp & Dohme e o Instituto Kitasato do Japão, em 1974. Um micro-organismo, mais tarde denominado de Streptomyces avermitilis, foi isolado de uma amostra de solo japonês por Satoshi Õmura e Ruiko Oiwa, pesquisadores do Instituto Kitasato, e demonstrou ter bioatividade após realização
de testes preliminares in vitro. Um caldo de fermentação da amostra foi então enviado à Merck, onde foram realizados testes in vivo, pelo microbiologista Yu-lin Kong, usando camundongos infectados com Nematospiroides dubis, a partir dos quais foi possível constatar atividade anti-helmíntica excepcional (Õmura, 2008; Campbell, 2012).
Foram identificados dois principais pares de homólogos de lactonas macrocíclicas, como produtos naturais da fermentação do actinomiceto
Streptomyces avermitilis no solo, classificadas como A1, A2, B1 e B2, de acordo com algumas características estruturais (Figura I.1). As estruturas da série “A” possuem um grupo metoxila no carbono 5 e as da série B uma hidroxila na mesma posição. Os compostos da série “1” apresentam uma dupla ligação entre os carbonos 22 e 23, enquanto os da série “2” apresentam uma ligação simples entre os carbonos 22 e 23 com um grupo hidroxila no carbono 23. Estes compostos foram ainda subdivididos em componentes principais, denominados A1a, A2a, B1a e B2a, e secundários, denominados, A1b, A2b, B1b e B2b, sendo que a série “a” possui um grupo sec-butil no carbono 25, enquanto na série “b” o substituinte é o grupo isopropil na mesma posição (Gerenutti & Spinosa, 1997).
O CH3 H3C O O Y X O CH3 O CH3 OR1 OH O CH3 R2 O OCH3 H3C O O HO H3C OCH3 12 8 23 6 19 5 2 1 25 22 17 13
Figura I.1 - Estrutura química das avermectinas.
A avermectina B1, conhecida comercialmente por abamectina, é considerada a mais importante avermectina produzida naturalmente, devido à sua
elevada atividade antiparasitária contra um amplo espectro de parasitas em mamíferos. O composto é uma mistura de homólogos, contendo não menos do que 80% do homólogo B1a e não mais do que 20% do homólogo B1b.
Inúmeras modificações químicas foram realizadas em sua estrutura no intuito de reduzir a toxicidade nos animais. A saturação da dupla ligação entre os carbonos 22 e 23 deu origem à droga sintética revolucionária 22,23 diidroavermectina B1, denominada ivermectina. O composto exibiu excelente atividade antiparasitária contra endo e ectoparasitas, sendo introduzida comercialmente em 1981 como a droga antiparasitária de mais amplo espectro fabricada até então. O sucesso comercial foi tão grande que em apenas dois anos se tornou a opção mais empregada na saúde animal como antiparasitário.
As primeiras lactonas macrocíclicas lançadas no mercado para o tratamento de parasitoses em animais foram a abamectina e a ivermectina. Todavia, não só na medicina veterinária as avermectinas tiveram sucesso comercial. Em 1985, as avermectinas, principalmente a abamectina, passaram a ser comercializadas também como agrotóxicos e, em 1987, a ivermectina foi empregada pela primeira vez no tratamento de oncocercose dérmica e ocular em humanos (Gerenutti & Spinosa, 1997; Õmura, 2008; Campbell, 2012).
Pela descoberta da avermectina, cujos derivados reduziram radicalmente a incidência de oncocercose e filariose linfática, algumas das doenças parasitárias mais devastadoras representando um importante problema de saúde global, o prêmio Nobel de Medicina e Fisiologia de 2015 foi concedido aos cientistas William C. Campbell e Satoshi Õmura (Nobel Prize, 2015).
As avermectinas atuam no sistema nervoso, inibindo os impulsos elétricos ao interagir com os canais de cloro ativados por glutamato, em invertebrados, e com canais de íons cloreto mediados por outros neurotransmissores, como o ácido gama-aminobutírico (GABA), tanto em invertebrados como em vertebrados. Ambos os processos promovem o aumento da permeabilidade dos íons cloreto e hiperpolarização das células nervosas e musculares, provocando distúrbios nas transmissões nervosas, paralisia e eventual morte dos indivíduos (Õmura, 2008; Lumaret et al., 2012).
A estrutura molecular e algumas propriedades físico-químicas das principais avermectinas usadas atualmente estão apresentadas na Tabela I.1.
Tabela I.1 - Propriedades físico-químicas das avermectinas (Merck Index, 2006;
Krogh et al., 2008a; Milhome et al., 2009; Tomasz et al., 2010; Horvat et al., 2012).
Avermectina Propriedade Abamectina (ABA) O CH3 H3C O O O CH3 O CH3 OH OH O CH3 R O OCH3 H3C O O HO H3C OCH3
Fórmula molecular: C48H72O14 (B1a) C47H70O14 (B1b) Massa molar: 873,1 g mol-1 (B1a) 859,1 g mol-1 (B1b) Solubilidade (água): 1,21 μg mL-1 Log Kow: 4,4
Nenhum valor de pKa é reportado na literatura em pH 1-12. Doramectina (DOR) O CH3 H3C O O O CH3 O CH3 OH OH O O OCH3 H3C O O H3C HO OCH3
Fórmula molecular: C50H74O14 Massa molar: 899,1 g mol-1 Log Kow = 5,3 Emamectina (EMM) O CH3 H3C O O O CH3 O CH3 OH OH O CH3 R O OCH3 H3C O O H N H3C OCH3 H3C
Fórmula molecular: C49H75NO13 (B1a) C48H73NO13 (B1b) Massa molar: 886,1 g mol-1 (B1a) 872,1 g mol-1 (B1b) Solubilidade (água): 24 μg mL-1 Log Kow = 5,5 pKa = 4,2 / 7,6 ABA B1a; R = CH2CH3 ABA B1b; R = CH3 EMM B1a; R = CH2CH3 EMM B1b; R = CH3
Avermectina Propriedade Eprinomectina (EPR) O CH3 H3C O O O CH3 O CH3 OH OH O CH3 R O OCH3 H3C O O H N H3C OCH3 O H3C
Fórmula molecular: C50H75NO14 (B1a) C49H73NO14 (B1b) Massa molar: 914,1 g mol-1 (B1a) 900,1 g mol-1 (B1b) Log Kow: 4,4 Ivermectina (IVR) O CH3 H3C O O O CH3 O CH3 OH OH O CH3 R O OCH3 H3C O O HO H3C OCH3
Fórmula molecular: C48H74O14 (B1a) C47H72O14 (B1b) Massa molar: 875,1 g mol-1 (B1a) 861,1 g mol-1 (B1b) Solubilidade (água): 4 μg mL-1 Log Kow: 4,6 Selamectina (SEL) O CH3 H3C O O O CH3 O CH3 N OH O O OCH3 H3C HO HO
Fórmula molecular: C43H63NO11 Massa molar: 770,0 g mol-1 Log Kow: 3,2
EPR B1a; R = CH2CH3
EPR B1b; R = CH3
IVR B1a; R = CH2CH3
I. 3 - Entrada e disseminação de avermectinas no ambiente
Apesar da ampla utilização de fármacos veterinários na cadeia de produção animal, essenciais para o controle de pragas e doenças a fim de garantir o aumento e a qualidade da produção, a falta de informações sobre a fabricação, venda, utilização e dosagem são comuns.
No Brasil, estão disponíveis mais de 180 medicamentos de uso veterinário contendo as avermectinas como princípio ativo. Estão registradas no SINDAN 119 formulações de ivermectina, comercializadas por mais de 40 empresas diferentes, e 56 formulações de abamectina, comercializadas por mais de 30 empresas, para serem administradas via subcutânea, tópica, intramuscular ou oral. Doramectina, eprinomectina e selamectina totalizam apenas oito formulações disponíveis comercialmente (SINDAN, 2015b).
As doses a serem aplicadas e os períodos de carência das formulações são variados. Para bovinos, as doses de abamectina variam de 200 a 2000 μg kg-1 de peso vivo e os períodos de carência variam de 21 a 122 dias. Além disso, algumas das bulas fornecidas pelos fabricantes e disponíveis no SINDAN não fornecem o registro completo dos medicamentos veterinários. Em algumas delas estão omitidas informações importantes como o número e o ano de registro do medicamento, a dosagem, a via de administração ou até mesmo o período de carência. Quase 30% das bulas correspondentes às formulações de abamectina para bovinos não fornecem o registro completo, sendo que em 11% das bulas, o período de carência, por exemplo, não consta (SINDAN, 2015b).
Cabe destacar que o Brasil ainda não realiza a fiscalização de todos os produtos de uso veterinário comercializados no mercado nacional. Em 2011, o MAPA publicou a Portaria no 577, que estabelece os requisitos específicos para a habilitação de laboratórios para a realização de análises na área de controle de medicamentos veterinários e produtos afins, interessados em integrar a Rede Nacional de Laboratórios Agropecuários (MAPA, 2011). Apesar disso, a inspeção desses produtos, por meio de análises em laboratórios oficiais, e a avaliação de conformidade com relação às informações declaradas pelos fabricantes ainda é bastante limitada no Brasil, restringindo-se apenas ao Laboratório Nacional Agropecuário de São Paulo (LANAGRO-SP), localizado na cidade de Campinas, que
iniciou a fiscalização do teor de ivermectina e abamectina em medicamentos de uso veterinário.
Uma maior fiscalização para a comercialização de produtos veterinários, incluindo procedimentos que comprovem sua eficácia, qualidade e segurança, além da criação de instrumentos que possibilitem o incentivo do uso correto e consciente de produtos legalizados, é imprescindível, uma vez que o interesse em aumentar a produtividade, acelerando o ganho de peso do animal e diminuindo o tempo de abate, é cada vez maior. O desrespeito às boas práticas agropecuárias, entre essas a forma de aplicação, dosagem, intervalos de aplicação e períodos de carência, pode levar a contaminação ambiental e de espécies de animais e a presença de resíduos nos alimentos.
O uso de avermectinas no setor agropecuário representa importantes vias de entrada e disseminação desses compostos no ambiente. Muitos dos fármacos administrados não são completamente metabolizados no organismo do animal, dependendo das propriedades físico-químicas da substância, do modo de aplicação, da espécie animal e do tempo de tratamento, sendo excretados nas fezes e urina na forma dos compostos de origem. Altos níveis de avermectinas têm sido detectados nas fezes de animais tratados, indicando que a maior parte da dose administrada é excretada sem transformação (Alvinerie et al., 1999; Perez et al., 2001; Kolar et al., 2006; Jiang et al., 2007). Fármacos e seus metabólitos podem então ser depositados no solo diretamente através dos excrementos dos animais ou da aplicação de esterco para fins de adubação na agricultura. Resistência de avermectinas à dissipação em fezes de animais pode resultar em uma elevada carga destes compostos no solo (Erzen et al., 2005; Litskas et al., 2013).
Uma vez no solo, tais compostos podem ser potencialmente transportados para os sistemas aquáticos. O grau de distribuição entre sólido e água determina seu comportamento e destino no ambiente. A ligação de um composto ao solo, em grande parte, determina se o mesmo é susceptível de contaminar águas subterrâneas ou de ser transportado em águas de escoamento (Boxall et al., 2003; Horvat et al., 2012).
Os solos podem ainda ser expostos através do uso agrícola. Os agrotóxicos podem atingir o solo e as águas superficiais e subterrâneas, principalmente devido aos ventos e à água das chuvas, que promovem a deriva, a lavagem das folhas tratadas, lixiviação e a erosão (MMA, 2015).
Outra via importante da entrada de fármacos veterinários no ambiente é o uso direto na aquicultura, em que estes compostos são liberados diretamente em águas superficiais. Um levantamento realizado por pesquisadores da Universidade de São Paulo, junto a proprietários de pisciculturas, para avaliar o uso de praguicidas nas atividades aquícolas na bacia hidrográfica do Rio Mogi Guaçu, aponta a falta de critérios na escolha das formulações a serem utilizadas e das quantidades administradas (Luvizotto-Santos et al., 2009). Dados levantados em pisciculturas do Estado do Rio Grande do Sul indicam que o percentual de uso de fármacos no tratamento de lerneose é de 19,04% para avermectinas, 9,52% para organofosforados e de 33,33% para o diflubenzuron, embora formulações contendo avermectinas como princípio ativo não sejam oficialmente registradas para este fim no Brasil (Mabilia & Souza, 2006; SINDAN, 2015b).
Ainda, a entrada de fármacos no ambiente pode ocorrer via efluentes industriais e domésticos contaminados e devido ao despejo inapropriado de embalagens e medicamentos não utilizados (Boxall et al., 2003).
I. 4 - Riscos decorrentes da presença de avermectinas no ambiente
Embora efetivas em baixas doses de aplicação, as avermectinas são neurotóxicas e podem afetar a sobrevivência, o crescimento e a reprodução de espécies de animais, oferecendo riscos aos ecossistemas terrestres e organismos aquáticos mesmo em concentrações muito baixas.
Estudos sobre o efeito da abamectina em ambiente aquático revelaram que a substância demonstrou ser tóxica para organismos pertencentes a diferentes níveis tróficos, sendo que zooplâncton (representado por Daphnia similis) foi mais sensível do que insetos (Chironomus xanthus) e peixes (Danio rerio). Para Daphnia
similis, a concentração letal para redução de 50% dos indivíduos (CL50) foi de 5,1 ng L-1, para Chironomus xanthus foi de 2,67 μg L-1 e para Danio rerio foi de 33 μg L-1 (Novelli, 2010). Outros estudos demonstraram que ivermectina é capaz de penetrar no sistema nervoso central e de se acumular no cérebro de Sparus aurata (peixe pargo), causando neurotoxicidade quanto administrada em doses mais altas do que as recomendadas (Katharios et al., 2004).
Estudos de toxicidade em crustáceos (Daphnia magna) também confirmaram o possível risco da presença de ivermectina para ecossistemas
aquáticos. Concentrações de ivermectina na ordem de pg L-1 podem levar a uma diminuição da população de crustáceos, mesmo em curtos períodos de exposição (Garric et al., 2007).
Existe também uma preocupação referente à interferência destas substâncias na redução de micro-organismos e espécies de invertebrados que se desenvolvem no solo, essenciais para a manutenção da qualidade do solo, uma vez que desempenham papel importante na decomposição de matéria orgânica e liberação de nutrientes.
Em estudos realizados por Jensen e colaboradores, abamectina mostrou toxicidade significativa sobre o crescimento de minhocas (Eisenia fetida). A reprodução das minhocas também foi afetada, já que a produção de casulos foi reduzida em concentrações de abamectina acima de 0,25 mg kg-1 e ausente em concentrações acima de 5 mg kg-1 (Jensen et al., 2007). Outros estudos mostraram que a reprodução de espécies de colêmbolos, Folsomia candida e Folsomia
fimetaria, foi afetada em concentrações de abamectina de 0,25 e 0,5 mg kg-1 de solo seco, respectivamente (Diao et al., 2007).
Avaliação da toxicidade de avermectinas em invertebrados presentes no solo e em fezes de ovinos tratados demonstrou que a abamectina foi mais tóxica do que a doramectina. No solo, minhocas (Eisenia andrei) foram as espécies mais afetadas com CL50 de 18 e 228 mg kg-1 de solo seco, para abamectina e doramectina, respectivamente. CL50 entre 67 e 111 mg kg-1, para abamectina, e maior do que 300 mg kg-1, para doramectina, foram reportados para as espécies de colêmbolos (Folsomia candida), isópodes (Porcellio scaber) e enquitreídeos (Enchytraeus crypticus). Quando expostos nas fezes, colêmbolos e enquitreídeos apresentaram CL50 de 1,0 a 1,4 mg kg-1, para abamectina, e de 2,2 a 2,4 mg kg-1, para doramectina (Kolar et al., 2008).
Outra consequência do uso excessivo de avermectinas é o desenvolvimento de resistência parasitária, induzida pela grande variedade de produtos químicos usados no controle de parasitas, muitas vezes administrados sem critérios epidemiológicos, com dosagens incorretas e falhas no manejo (Sangster, 1999). Redução da atividade de antiparasitários em equinos no Brasil, devido à resistência do nematoide Parascaris equorum frente às macrolactonas ivermectina e moxidectina, foi reportada na literatura (Molento, 2005). Situação igualmente alarmante ocorreu em bovinos de corte, devido à resistência de espécies de
parasitas nematoides (Cooperia e Haemonchus) às avermectinas doramectina e ivermectina (Rangel et al., 2005).
Por estas razões, cada vez mais atenção é dada ao risco de ocorrência de resíduos de avermectinas em alimentos e no ambiente. O desenvolvimento de métodos analíticos para sua determinação é importante não apenas no que diz respeito à saúde pública, mas também porque permite que as condições ambientais sejam monitoradas.
I. 5 - Avaliação dos impactos causados por fármacos veterinários no ambiente
Estudos direcionados para a avaliação do impacto ambiental causado por compostos químicos de uso intensivo, como fármacos veterinários, são de grande importância para o estabelecimento de parâmetros restritivos às suas aplicações, evitando-se danos futuros. No âmbito internacional, progressos significativos têm sido alcançados quanto à regulamentação dos requisitos para avaliação dos impactos provocados pela presença destes compostos no ambiente.
Avaliações dos impactos provocados por fármacos veterinários a organismos terrestres e aquáticos, como peixes, algas, crustáceos, micróbios, minhocas e plantas, passaram a ser requeridas pela Agência Norte Americana de Administração de Alimentos e Medicamentos (FDA, Food and Drug Administration) em 1980 e pela União Europeia em 1998 no registro de medicamentos (Pereira et
al., 2012).
Valores de LMR (limite máximo de resíduo) para resíduos de fármacos veterinários em alimentos têm sido estabelecidos pela Comissão do Codex Alimentarius, por meio de avaliações toxicológicas e segundo recomendações do Comitê de Especialistas em Aditivos Alimentares (JECFA, Joint Expert Committee on
Food Additives), administrado pela Organização das Nações Unidas para
Alimentação e Agricultura (FAO, Food and Agriculture Organization of the United
Nations) e Organização Mundial de Saúde (WHO, World Health Organization)
(Codex Alimentarius, 2015).
No entanto, ainda não existem legislações que estabeleçam limites específicos para a concentração de fármacos veterinários em solos. Em 2001, a Agência Europeia de Medicamentos (EMA, European Medicines Agency) determinou
um limite genérico de 100 μg kg-1, estabelecido com base em estudos toxicológicos realizados com fármacos veterinários autorizados nos Estados Unidos (EMA, 2008; Pereira et al., 2012).
Os Estados Unidos, Japão e União Europeia têm buscado a padronização dos estudos que devem ser realizados para a avaliação de novos produtos veterinários quanto aos possíveis riscos ambientais, por meio da Conferência Internacional de Harmonização dos Medicamentos Veterinários (VICH, Veterinary
International Conference on Harmonization).
O processo de avaliação dos impactos causados por fármacos veterinários no ambiente, conforme estabelecido pela EMA, inclui a determinação da concentração ambiental previsível (PEC, predicted environmental concentration) do fármaco e/ou metabólitos que é lançada no solo pelas fezes e urina dos animais. Para o cálculo da PEC são considerados diversos fatores, como o número de animais criados em determinado espaço por ano, o tipo de criação, a dose diária do fármaco, o período de tratamento, o peso corpóreo do animal, a densidade do solo, entre outros. Informações a respeito do metabolismo e da excreção do fármaco, biodegradação no esterco, no solo e em ambientes aquáticos, também podem ser consideradas para avaliação da exposição do fármaco. Devem ser realizados também estudos físico-químicos (solubilidade em água, constantes de dissociação, espectro de absorção UV-Vis, coeficiente de partição entre n-octanol e água, pressão de vapor e ponto de fusão); estudos ambientais (sorção e dessorção no solo, fotólise, hidrólise, lixiviação, degradação em solo e em sistemas aquáticos, dependendo em qual meio o fármaco é preferencialmente acumulado) e estudos toxicológicos (efeitos provocados pelo fármaco a organismos representativos de ecossistemas terrestres ou aquáticos, dependendo de qual ambiente é mais atingido) (EMA, 2008; Pereira et al., 2012).
O Brasil dispõe de um Programa de Análise de Resíduos de Medicamentos Veterinários em Alimentos de Origem Animal (PAMVet), desenvolvido pela Agência Nacional de Vigilância Sanitária (ANVISA) com o objetivo de operacionalizar sua competência legal de controlar e fiscalizar resíduos de medicamentos veterinários em alimentos (ANVISA, 2015). No entanto, não existe nenhum programa responsável pelo acompanhamento destes produtos no ambiente.
I. 5.1 - Sorção e dissipação de fármacos veterinários em solos
O conhecimento dos processos que determinam o destino de fármacos veterinários no ambiente é essencial para a avaliação do impacto ambiental decorrente de sua aplicação.
O transporte, a transformação e a biodisponibilidade destes compostos em solos e sedimentos, águas subterrâneas ou águas superficiais é dependente dos processos de sorção, degradação e lixiviação, que por sua vez, são regulados pelas propriedades físico-químicas das substâncias, tais como estrutura, solubilidade, hidrofobicidade e especiação, e também do solo, como pH, quantidade de matéria orgânica, textura e capacidade de troca catiônica, além das condições climáticas locais (Boxall et al., 2003; Sarmah et al., 2006; Horvat et al., 2012). A avaliação do comportamento de uma substância, após aplicação, é complexa e deve-se à necessidade de se considerar a influência de agentes que atuam provocando seu deslocamento físico e sua transformação química ou biológica, as quais podem modificar as suas propriedades e influenciar no seu comportamento, inclusive com a formação de subprodutos com propriedades distintas e cujos danos à saúde ou ao meio ambiente são diferenciados (MMA, 2015).
Estudos de sorção são úteis para a geração de informações sobre a mobilidade de compostos e sua distribuição no solo, na água e no ar. Eles podem ser usados para estimar a disponibilidade de um produto químico para degradação, absorção por organismos terrestres e aquáticos, lixiviação, volatilidade e escoamento para águas naturais.
O grau de distribuição de um composto entre solo e água determina seu comportamento e destino no ambiente. Fármacos com alta capacidade de sorção tenderão a se acumular no solo e em sedimentos, enquanto compostos com baixa capacidade de sorção serão lixiviados e poderão contaminar águas superficiais e lençóis freáticos. Compostos fortemente sorvidos às partículas de solo podem ainda ser removidos do local de aplicação juntamente com sedimentos de erosão.
Os riscos decorrentes da presença de fármacos veterinários no ambiente dependem também da sua dissipação em solos e água. O conhecimento sobre a persistência de um composto químico no ambiente é um dos indicativos sobre o impacto ambiental que ele pode causar.
Processos de degradação como a fotodegradação, a biodegradação e a degradação química podem ser responsáveis pela minimização dos problemas associados com a persistência e o acúmulo de fármacos no ambiente. A formação de ligações irreversíveis de um fármaco com as partículas do solo também é um importante mecanismo de dissipação destes compostos no ambiente, já que as moléculas tornam-se indisponíveis no solo.
Estudos sobre o comportamento de avermectinas em solos ainda são escassos. Majoritariamente, as pesquisas têm sido realizadas em países com condições climáticas e tipos de solos muito diferentes daqueles encontrados no Brasil, contribuindo para comportamentos diferenciados dessas substâncias.
I. 6 - O solo
O solo é formado à superfície da crosta terrestre pela ação combinada de clima, relevo e de organismos que atuam promovendo a alteração do material de origem ao longo do tempo. Aliados a estes fatores, processos de transformação, remoção, translocação e adição, promovem o surgimento dos diferentes tipos de solos (Araujo et al., 2014).
Minerais e matéria orgânica compõem a fração sólida do solo, enquanto ar e água ocupam o espaço poroso existente entre as partículas ou agregados do solo (Figura I.2). A composição e a proporção destes componentes tem influência nas propriedades físicas do solo, incluindo textura, estrutura e porosidade, propriedades que, por sua vez, afetam o movimento da água e do ar no solo e, também, o armazenamento de água para o crescimento das plantas (McCauley et
Figura I.2 - Os componentes do solo (adaptado de McCauley et al., 2005).
O intemperismo físico e químico de rochas e minerais resulta numa ampla faixa de tamanho de partículas de pedras, cascalho, areia, silte e partículas muito pequenas de argila. A composição granulométrica de um solo faz referência ao conjunto de todas as frações ou partículas do solo, incluindo desde as mais finas (argila) até as mais grosseiras (calhaus e cascalhos), enquanto o termo textura é empregado especificamente para a composição granulométrica de terra fina do solo (fração menor que 2 mm de diâmetro) (IBGE, 2007).
Sendo assim, a textura de um solo é definida de acordo com a quantidade relativa de partículas minerais de diferentes dimensões, classificadas como areia, silte e argila (Tabela I.2), resultado do intemperismo de rochas de diferentes composições (McCauley et al., 2005).
Tabela I.2 - Tamanho aproximado de partículas finas do solo.
Partícula do solo Diâmetro (mm)
Areia 2,0 – 0,05
Silte 0,05 – 0,002
Argila < 0,002
Os solos podem ser classificados de acordo com as frações de areia, silte e argila em diferentes classes texturais, conforme o diagrama apresentado na Figura I.3.
Figura I.3 - Triângulo textural: classes texturais de solos de acordo com as frações
de argila, silte e areia (IBGE, 2007).
As frações areia e silte são constituídas principalmente de minerais resistentes ao intemperismo, como quartzo, além de outros minerais primários em quantidades variáveis, como olivinas, anfibólios, piroxênios, feldspatos e micas, que resguardam características da rocha de origem e são os fornecedores de nutrientes para a fase líquida do solo e de elementos químicos para a formação dos minerais secundários. A fração argila é composta por minerais de natureza secundária, resultantes dos processos de alteração física, química e biológica de outros minerais, ou por recombinação de elementos contidos na fase líquida do solo. Os principais componentes da argila são os filossilicatos e os óxidos de ferro e alumínio (Mota et al., 2007).
Os argilominerais são silicatos de alumínio, ferro e magnésio hidratados, com estruturas cristalinas em camadas (filossilicatos) por associação de folhas de tetraedros de SiO4 com folhas octaédricas de hidróxidos de metais tri e divalentes,
com oxigênio compartilhado entre as unidades estruturais. Alguns dos argilominerais mais importantes são a caulinita, a ilita e a montmorilonita (Mello et al., 2011).
Tal como os argilominerais, os óxidos, hidróxidos e oxi-hidróxidos de ferro e de alumínio, são predominantemente produtos de origem secundária. Devido à sua natureza química, contribuem para o surgimento de cargas positivas, dependendo do pH do solo, e podem reter ânions, principalmente os fosfatos, nutrientes essenciais para as plantas. Além disso, exercem grande influência na estruturação do solo, atuando como agentes de cimentação na formação e estabilidade de agregados de tamanho pequeno. Mesmo em concentrações baixas no solo, os óxidos de ferro tem alto poder de pigmentação e influenciam na coloração do solo. Ocorrem no solo na forma cristalina, sendo as formas mais comuns a hematita (Fe2O3), goethita (FeOOH ou Fe2O3.H2O), magnetita (Fe3O4) e gibbsita (Al(OH)3 ou Al2O3.H2O) (Mota et al., 2007).
O material constituinte da fração de argila normalmente possui carga líquida negativa e, pelo tamanho reduzido e elevada área superficial, representa, juntamente com a matéria orgânica decomposta, a fração do solo responsável pelo fenômeno de troca de cátions (McCauley et al., 2005).
A matéria orgânica do solo consiste de uma mistura de resíduos de origem vegetal e animal, tendo sofrido em menor ou maior grau, a ação de micro-organismos decompositores. Trata-se de um material em constante renovação, composto por moléculas de natureza definida, como aminoácidos, carboidratos e ácidos orgânicos, e por misturas altamente heterogêneas de macromoléculas, sem estequiometria definida, chamadas de substâncias húmicas. Essas substâncias contêm alta concentração de grupos fenólicos e grupos carboxílicos e, dependendo de sua solubilidade, podem ser classificadas em três frações: ácidos húmicos (solúveis em soluções básicas e insolúveis em soluções ácidas), ácidos fúlvicos (solúveis tanto em soluções ácidas como básicas) e huminas (fração insolúvel em qualquer condição de pH) (Huang et al., 2003).
A matéria orgânica exerce influência em muitas das propriedades do solo. Do ponto de vista físico, promove maior agregação das partículas do solo e, dessa forma, influencia na estabilidade dos agregados, volume e tamanho dos poros. Quimicamente, a matéria orgânica decomposta influencia a capacidade de adsorção de cátions pelo solo, denominada capacidade de troca catiônica (CTC), por apresentar grupos químicos que adquirem carga negativa dependendo do pH do
meio, estando diretamente envolvida na retenção de metais pesados, fármacos veterinários, agrotóxicos e outras substâncias químicas (McCauley et al., 2005).
I. 6.1 - Solos do Estado de São Paulo
Para realização deste trabalho foram utilizados quatro tipos de solos do Estado de São Paulo, os argilossolos vermelho-amarelos, os latossolos vermelhos, os latossolos vermelho-amarelos e os neossolos quartzarênicos, cujos nomes foram definidos conforme o Sistema Brasileiro de Classificação de Solos (Embrapa, 1999). Estes solos foram selecionados por orientação do Dr. Manoel Dornelas de Souza, pesquisador da Embrapa Meio Ambiente, por serem característicos dos solos mais encontrados no Estado de São Paulo.
De acordo com o mapa apresentado na Figura I.4, foi possível calcular que os argilossolos vermelho-amarelos cobrem 41,2% da superfície do Estado, os latossolos vermelhos 30,2%, os latossolos vermelho-amarelos 9,4% e os neossolos quartzarênicos 3,6%. Os quatro solos cobrem, portanto, 84,4% de toda superfície do Estado.
O banco de dados do mapa digital dos solos do Estado de São Paulo foi cedido pelo Dr. Jener Fernando Leite de Moraes, pesquisador do Laboratório de Geoprocessamento do Instituto Agronômico de Campinas (IAC), e o mapa elaborado por tratamento de dados em programa Arc-GIS, com colaboração do Dr. Adelsom Soares Filho, do Instituto de Geociências da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP).
Figura I.4 - Mapa pedológico do Estado de São Paulo.
Os solos da classe dos argilossolos apresentam nítida diferenciação entre as camadas ou horizontes, quanto à cor, estrutura e textura, especialmente pelo aumento nos teores de argila em profundidade. Quando apresentam elevado gradiente textural, são solos muito susceptíveis à erosão. São juntamente com os latossolos, os solos mais expressivos do Brasil, sendo verificados em praticamente todas as regiões (Embrapa, 2006; IBGE, 2007).
Latossolos são solos com alto grau de intemperização, bem estruturados, muito porosos e de boa drenagem. Caracterizam-se por grande homogeneidade de características ao longo do perfil, mineralogia da fração argila predominantemente caulinítica ou caulinítica-oxídica e praticamente ausência de minerais primários de fácil intemperização. Os latossolos bruno, amarelo, vermelho e vermelho-amarelo diferenciam-se principalmente pela coloração e teores de óxidos de ferro. Alguns apresentam cores avermelhadas acentuadas, devido aos teores mais altos e à natureza dos óxidos de ferro presentes no material de origem. A cor amarelada de alguns latossolos é causada pela predominância do mineral goethita em relação à hematita (Ker, 1997; Azevedo & Bonumá, 2004; IBGE, 2007).
Os solos da classe dos neossolos não apresentam alterações expressivas em relação ao material de origem, devido à resistência deste material ao
intemperismo ou por influência de fatores de formação, como clima, relevo ou tempo, que podem limitar o desenvolvimento dos solos. São caracterizados pelo predomínio de areias quartzosas e pela presença de camadas distintas herdadas dos materiais de origem. Os neossolos quartzarênicos apresentam baixa coesão e elevada permeabilidade, características que conferem fragilidade aos solos e elevada susceptibilidade à erosão (Embrapa, 2006; IBGE, 2007).
I. 7 - Determinação de avermectinas em amostras ambientais
Uma grande quantidade de métodos está descrita na literatura para determinação de avermectinas em amostras ambientais, como água, solos e sedimentos, utilizando principalmente a cromatografia líquida de alta eficiência associada ao detector de ultravioleta (Ahmed et al., 2011; Rezaee et al., 2014) ou fluorescência (Brooks & Uden, 1995; Sundaram & Curry, 1997; Litskas et al., 2010; Xie et al., 2012; Cordeiro et al., 2014) e a cromatografia líquida acoplada à espectrometria de massas (Brewer et al., 2004; Krogh et al., 2008a; Raich-Montiu et
al., 2011; Park et al., 2013).
O método por cromatografia líquida de alta eficiência com detecção por ultravioleta é limitado para a determinação de resíduos de avermectinas devido aos baixos valores de absortividade molar destes compostos e a limitada seletividade. Por outro lado, separação por cromatografia líquida seguida de detecção por fluorescência, após formação de derivados fluorescentes, é a técnica mais comumente aplicada no que diz respeito aos limites de detecção e quantificação, apresentando melhor sensibilidade e seletividade, com vantagens em termos de custos de equipamentos, o que a torna uma escolha atrativa para determinação de avermectinas, embora a técnica não seja confirmatória.
Com relação ao preparo de amostra, que representa uma etapa crítica no processo de determinação de fármacos em solos e sedimentos, principalmente devido à complexidade da matriz, ao nível de concentração destes compostos em amostras ambientais e, muitas vezes, à forte interação destas substâncias com as partículas dos solos, técnicas de extração avançadas tem sido desenvolvidas, incluindo a extração assistida por micro-ondas (Raich-Montiu et al., 2011), a extração com fluido supercrítico (Park et al., 2013) e a extração com líquido pressurizado (Brewer et al., 2004; Krogh et al., 2008a).
No entanto, métodos clássicos baseados na extração líquido-líquido ou sólido-líquido com solventes orgânicos, seguida por uma etapa de clean-up por extração em fase sólida, ainda são bastante empregados para remoção de avermectinas de amostras ambientais (Sundaram & Curry, 1997; Litskas et al., 2010; Ahmed et al., 2011; Xie et al., 2012; Rezaee et al., 2014).
O objetivo geral deste trabalho foi avaliar o comportamento da abamectina em solos brasileiros, particularmente em solos característicos do Estado de São Paulo.
Os objetivos específicos compreenderam:
Desenvolvimento e validação de métodos analíticos para determinação de abamectina em solos e soluções de solo, empregando a cromatografia líquida de alta eficiência associada ao detector de fluorescência.
Realização de estudos de sorção e dessorção de abamectina em solos, conforme as recomendações do Guia 106 da Organização para a Cooperação e Desenvolvimento Econômico (OECD, Organization for Economic Co-operation and
Development).
Realização de estudos de dissipação aeróbia de abamectina em solos, conforme as recomendações do Guia 307 da OECD.
Os termos partição e sorção, incluindo adsorção e absorção, são comumente utilizados para descrever os processos de associação das moléculas de uma substância às partículas do solo. A adsorção refere-se à atração das moléculas de um composto químico à superfície das partículas do solo por meio de interações químicas, como ligações covalentes e interações por transferência de cargas, ou físicas, como as forças de van der Waals, forças dipolares, interações de hidrogênio e trocas iônicas. O fenômeno difere da absorção, pois ocorre somente na superfície do material. A absorção envolve uma penetração das moléculas de um composto nos poros do solo. O processo de sorção pode ser também por partição, uma vez que envolve a distribuição de moléculas orgânicas entre duas fases, a solução aquosa de solo e a fase não polar do solo. O termo sorção, portanto, abrange todos os processos de associação das moléculas de uma substância pelas partículas do solo, sem fazer distinção entre os processos de adsorção, absorção e partição. Dessorção é o termo utilizado para descrever o processo em que as moléculas de um composto químico são liberadas do solo para a fase aquosa e sua extensão depende da reversibilidade da retenção do composto no solo.
Segundo determinação da EMA, estudos de sorção devem ser realizados conforme as recomendações do Guia 106 da OECD (OECD, 2000). De acordo com as recomendações do guia, é possível estimar o comportamento de sorção e dessorção de uma substância em solos, a partir da obtenção de um parâmetro que pode ser utilizado para prever sua distribuição entre sólido e água sob uma variedade de condições ambientais. O guia denomina o processo de retenção de moléculas em solos como adsorção, mas pela definição anteriormente descrita usaremos o termo sorção ao longo do trabalho.
A extensão da sorção de uma substância em solos pode ser avaliada a partir da construção de isotermas de Freundlich, que representam a variação na sorção de uma substância no solo em função da variação de sua concentração em solução, após determinado período de equilíbrio, a uma temperatura constante. Para cada concentração inicial estudada, a concentração da substância na fase sólida é traçada em função de sua concentração na fase aquosa e o gráfico gerado reflete a favorablidade da associação do composto com o solo. As isotermas de desssorção representam a relação entre a quantidade do composto ainda remanescente no solo, após o processo de dessorção, e a quantidade liberada para a solução aquosa, originalmente sem o composto (OECD, 2000).
