Toxicological Studies of Phenoxyacetic Herbicides in Animals

Summary

The main purpose of the present work was to study the long-term effects of 2,4-dichlorophenoxyacetic acid (2,4-D) in swine, rats and chickens.

In preliminary short-term experiments with calves and pigs, definite although reversible toxic effects were seen after single doses of 200 and 100 mg/kg, respectively. Rats and chickens seemed to tolerate 100 and 300 mg/kg, respectively, without ill-effects. On repeated administration daily doses of 50 mg/kg could be toxic to pigs, whereas chickens tolerated 300 mg/kg/day for several weeks without visible effects. Symptoms of acute poisoning in calves were dysphagia, anorexia, tympanites and muscular weakness. Anorexia was apparent also in acutely or subacutely poisoned pigs together with locomotory disturbances, transient diarrhoea and, in severe cases, vomiting, muscular weakness and general depression. In all animals showing symptoms of poisoning a reduced disappearance rate of 2,4-D from plasma was apparent. On autopsy the pigs showed signs of gastro-intestinal irritation and pneumonia and renal degeneration. In the rats and chickens no gross pathological changes were seen.

In the long-term studies 5 young pigs were fed 2,4-D (500 p.p.m.) for up to 12 months. Main clinical signs were growth depression, locomotory disturbances, anaemia and albuminuria. Morphological changes included moderate hepatic and renal degeneration. In another experiment 2,4-D was fed to a pregnant sow throughout the gestation period and for 6 further weeks. The sow exhibited no characteristic signs, and on autopsy no changes attributable to 2,4-D were noted. The newborn piglets, however, were underdeveloped and apathetic. Ten out of 15 died within 24 hours. On continued feeding of 2,4-D to the survivors until 7–8 months of age the main effects were a marked growth depression, persistent anaemia and moderate degenerative changes of liver and kidneys.

Pregnant rats were given 2,4-D (1000 p.p.m.) in the drinking water during the gestation and further for up to 10 months. The administration of 2,4-D was continued to the second generation rats for up to 2 years. Except for a retarded growth and an increased mortality in the second generation no unequivocal clinical or morphological changes were seen.

In chickens continued administration of 2,4-D (500 p.p.m. in the feed or 1000 p.p.m. in the drinking water) caused a reduced eggproduction and pronounced kidney enlargement due to epithelial proliferations, this latter lesion appearing only when very young chicks were used as experimental animals.

The experimental results indicate the chronic toxicity of 2,4-D for the species examined to be moderate. Apart from the nephrotoxicity demonstrated in chicks the long-term effects were non-specific. Of particular interest, however, are the high mortality in the newborn piglets and the reduced egg production in the chickens as indications of a possible interference with reproduction.

Zusammenfassung

Da verhältnismässig häufig Schadenfälle mit Verdacht auf akute oder chronische Phenoxy-herbizidvergiftung bei Haustieren und beim Wild vorgekommen sind, wurden hier einige Versuche ausgeführt, um den Effekt anhaltender Zufuhr von 2,4-Dichlorphenoxyessigsäure (2,4-D) an Schweine, Ratten und Hühner zu studieren.

In vorläufigen Versuchen mit Kälbern und Schweinen wurden bestimmte, aber vorübergehende toxische Effekte durch 200 bzw. 100 mg/kg hervorgerufen. Ratten und Hühner vertrugen 100 bzw. 300 mg/kg ohne klinische Symptome. In wiederholter Dosis waren 50 mg/kg toxisch für Schweine. Hühner vertrugen 300 mg/kg täglich während 2–3 Wochen ohne schädliche Wirkung. Symptome der akuten Vergiftung waren bei Kälbern Schluckbeschwerden, Appetitlosigkeit, Meteorismus und Muskelschwäche. Inappetenz trat auch bei Schweinen zusammen mit Bewegungsstörungen, Diarrhöe und, in schwierigen Fällen, Erbrechen, Muskelschwäche und Depression auf. Bei allen Tieren, die klinische Vergiftungssymptome aufwiesen, wurde eine herabgesetzte Eliminierungsgeschwindigkeit von 2,4-D aus dem Plasma nachgewiesen. Sektionsbefunde waren bei den Schweinen Magen- und Darmreizung sowie Lungen- und Nierendegeneration. Die Ratten und Hühner waren makroskopisch negativ.

In den chronischen Toxizitätsversuchen wurden jungen Schweinen 2,4-D (500 p.p.m.) im Futter während der Zeit von 2–12 Monaten verabreicht. Klinisch wurden hauptsächlich Wachstumshemmung, Bewegungsstörungen und Anämie sowie Albuminurie wahrgenommen. Morphologisch wurde bei geschlachteten Tieren geringe Leber- und Nieren degeneration beobachtet. Ausserdem wurde 2,4-D einer trächtigen Sau während der Trächtigkeit und für 6 weitere Wochen im Futter verabreicht. Die Geburt brachte 15 Ferkel, die unterentwickelt und apathisch waren, und von denen 10 innerhalb 24 Stunden starben. Bei fortgesetzter Zufuhr von 2,4-D im Futter an die Überlebenden während der Zeit von 7–8 Monaten waren dauernde Anämie und Wachstumshemmung die auffälligsten Effekte. Geringe Leber- und Nieren degeneration wurde auch beobachtet. Die Sau wies keine bemerkenswerten Symptome auf und bei der Sektion auch keine charakteristischen Veränderungen.

Trächtigen Ratten wurden 2,4-D (1000 p.p.m.) im Trinkwasser während der Trächtigkeit und ferner 10 Monate lang zugeführt. Die Verabreichung von 2,4-D wurde von der zweiten Generation 2 Jahre lang fortgesetzt. Ausser Wachstumshemmung und Mortalitätserhöhung in der zweiten Generation Hessen sich keine eindeutigen klinischen oder morphologischen Effekte feststellen.

An Hühnern, denen 2,4-D im Futter (500 p.p.m.) oder Trinkwasser (1000 p.p.m.) dauernd verabfolgt wurden, war eine verminderte Eiproduktion wahrnehmbar. Ferner war Nierenvergrösserung zufolge charakteristischer Epithelproliferation ein auffälliger Befund, eine Erscheinung, die allerdings nur hervorgerufen werden konnte, wenn sehr junge Küken als Versuchstiere verwendet wurden.

Die Versuchsergebnisse deuten auf eine mässige chronische Toxizität von 2,4-D bei den untersuchten Tierarten hin. Von den bei den Küken beobachteten Nierenschädigungen abgesehen, waren die Effekte hauptsächlich unspezifisch. Von Interesse sind doch die Effekte an den neugeborenen Ferkel und der Eirückgang bei den Hühnern, als Symptome eines möglichen reproduktionsstörenden Effekts der Phenoxy verbin dung.

Sammanfattning

Huvudsyftet med här beskrivna försök var att studera langtidseffekten av 2,4-diklorfenoxiättiksyra (2,4-D) på svin, råttor och höns.

I inledande försök med kalvar och grisar iakttogs en definitiv men reversibel giftverkan efter orala engångsdoser av 200 resp. 100 mg/kg. Råttor och höns tolererade engångsdoser av 100 resp. 300 mg/kg utan synbar påverkan. Vid upprepad tillförsel iakttogs en tydlig skadeverkan på grisar vid en daglig dos av 50 mg/kg, medan höns tålde 300 mg/kg/dag under fiera veckor utan kliniska symtom. Akuta förgiftningssymtom var hos kalv sväljningsbesvär, inappetens, trumsjuka och muskelsvaghet. Även hos grisar sags vid akut eller subakut förgiftning inappetens och dessutom rörelsestörningar, diarré och, i svårare fall, krakning, stark muskelsvaghet och allmän depression. Hos alle djur med kliniska förgiftningssymtom iakttogs en nedsatt elimineringshastighet från plasma av 2,4-D. Vid obduktion av grisarna påvisades tecken på gastro-intestinal irritation och pneumoni samt degenerativa njurförändringar. Hos råttorna och hönsen iakttogs inga makroskopiska förändringar.

I langtidsförsök med grisar tilfördes djuren 2,4-D i fodret i en halt av 500 p.p.m. under upp till 12 månader. Härvid observerades huvudsakligen tillväxthämning, rörelsestörningar, anemi och albuminuri samt lindriga degenerativa förändringar i lever och njurar. I ett annat försök gavs 2,4-D i fodret till en dräktig sugga under hela dräktighetsperioden och under ytterligare 6 veckor. Suggan visade inga karakteristiska symtom och vid slakt ej heller patolog-anatomiska förändringar, som kunde sättas i samband med 2,4-D-tillförseln. Under en utdragen förlossning föddes 15, underviktiga och apatiska, smågrisar, varav 10 dog inom 24 timmar. Vid fortsatt tillförsel av 2,4-D till de överlevande, till 7–8 månaders ålder, iakttogs främst en stark tillväxthämning och bestående anemi och därjämte lindrig degeneration av lever och njurar.

Dräktiga råttor tillfördes 2,4-D (1000 p.p.m.) i dricksvattnet under dräktighetsperioden och under ytterligare 10 månader. Tillförseln av 2,4-D fortsattes till ungarna under upp till 2 år. Utöver tillväxthämning och ökad mortalitet hos andra generationen kunde inga entydiga kliniska eller morfologiska förändringar iakttas hos försöksdjuren.

Vid kontinuerlig tillförsel till höns av 2,4-D i fodret (500 p.p.m.) eller i dricksvattnet (1000 p.p.m.) iakttogs en nedsatt äggproduktion och dessutom markerade njurförändringar med förstoring till följd av epitelproliferation, vilka senare skador endast kunde framkallas, när mycket unga kycklingar användes som försöksdjur.

Erhållna försöksresultat antyder en måttlig kronisk toxicitet hos 2,4-D för undersökta arter. Bortsett från njurförändringarna hos kycklingar var iakttagna effekter ej specifika. Särskild uppmärksamhet förtjänar dock den höga spädgrismortaliteten och den minskade äggproduktionen hos höns, såsom tecken på en potentiell reproduktions störande effekt hos fenoxisyror.