กลไกออกฤทธิ์: ขวาง/บล็อค ช่องโปรตีนกาบา-คลอไรด์ (GABA-gated chloride channel blockers: GABA-Cl Blockers)
สาร (โมเลกุล) ของสารกำจัดแมลงกลุ่ม 2 เข้าไปจับภายในช่องผ่าน ทำให้คลอไรด์ไหลผ่านเข้าไปไม่ได้ (ช่องโปรตีนอุดตัน) จึงไม่เกิดการยับยั้งกระแสประสาท เป็นผลให้เกิดการส่งกระแสประสาทและสั่งการให้กล้ามเนื้อหดตัวต่อเนื่อง เกิดภาวะกล้ามเนื้อกระตุก เกร็ง ชัก เป็นอัมพาตและลาโลกไปแบบไม่สมัครใจ
สาร (โมเลกุล) ของสารกำจัดแมลงกลุ่ม 30 เข้าไปจับตัวคุม (ตัวคุม = modulators) ที่มีชื่อตำแหน่งว่าอัลโลสเตอริก (allosteric) โดยปกติการจับตัวคุม modulators ของสารกำจัดแมลงกลุ่มอื่นๆ กระตุ้นให้ช่องเปิด แต่กรณีกลุ่ม 30 กลับทำให้การเปิดช่องล้มเหลวและคลอไรด์ไม่ไหลเข้า จึงไม่เกิดการยับยั้งกระแสประสาท แมลงจึงลาโลกไปในลักษณะเดียวกับกลุ่ม 2
ฟิโพรนิลใช้กำจัดกลุ่มแมลงปากกัดและปากดูด เช่น เพลี้ยไฟ หนอนม้วนใบข้าว เพลี้ยจักจั่น เพลี้ยอ่อน เพลี้ยกระโดด แมลงค่อมทอง มวน แมลงหล่า ด้วงเต่า ด้วงกุหลาบ ด้วงหมัดผัก และมอด นอกจากนี้ยังใช้กำจัดปลวก มด ไส้เดือนฝอย เป็นต้น
ฟิโพรนิล ที่จำหน่ายมี 3 สูตร ได้แก่ ฟิโพรนิล 5% สูตรน้ำครีม (SC) ฟิโพรนิล 25% สูตรยาน้ำมัน และฟิโพรนิล 80% สูตรเม็ด (WG)
ฟิโพรนิล 5% โดยส่วนตัวอัตราที่เหมาะสมสำหรับการพ่นฟิโพรนิลเพียงเดียว ไม่ควรน้อยกว่า 30-50 ซีซี.ต่อน้ำ 20 ลิตร (ก.ค. 2567) จะมีความเข้มข้นของสารออกฤทธิ์ เท่ากับ 75-125 มก./ลิตร (ppm.) ดังนั้น ถ้าใช้ฟิโพรนิล 25% จะต้องใช้อัตรา 6-10 ซีซี.ต่อน้ำ 20 ลิตร จะมีความเข้มข้นของสารออกฤทธิ์เท่ากัน
ภาพที่ 1: ระบบประสาททำงานโดยส่งกระแสประสาทคล้ายกระแสไฟฟ้า
ระบบประสาททำงานโดยส่งกระแสประสาทคล้ายกระแสไฟฟ้าที่ไหลไปตามสายไฟ โดยไม่ได้ไหลเป็นสายต่อเนื่องกัน แต่จะเป็นการส่งกระแสประสาทคล้ายจุดไข่ปลา(จุดแสงสีฟ้าบนภาพ คือการจำลองการส่งกระแสประสาท)
การส่งกระแสประสาทอาศัยหลักการของศักย์ไฟฟ้าขั้วบวกและขั้วลบ ดังนั้น กระแสประสาทจึงไหลไปในทิศทางเดียวจากศักย์ไฟฟ้ามีขั้วลบมาก (มี “อิเล็กตรอน” มาก) ไปบริเวณที่มีศักย์ไฟฟ้าขั้วบวก (มี “อิเล็กตรอน” ต่ำ) กระแสประสาทจะไปสั่งการกล้ามเนื้อให้หดตัว (muscle contraction) ทำให้เคลื่อนไหวหรือตอบสนองต่อสิ่งเร้าได้ เช่น เมื่อจับแก้วน้ำร้อนแล้วชักมือกลับ หรือสั่งการให้เดิน บิน นอน กิน ขยับปาก
กลไกการส่งกระแสประสาทเป็นไป 2 ลักษณะ คือ1) ส่งกระแสประสาท 2) ยับยั้งกระแสประสาท กล่าวคือ การส่งกระแสประสาทจะส่งไปเป็นช่วงๆ เพื่อกระตุ้นกล้ามเนื้อให้หดตัว แล้วหยุดส่งกระแสประสาท (ยับยั้ง) หากส่งกระแสประสาทตลอดเวลา เช่น ส่งกระแสประสาทเพื่อให้ดึงมือกลับมาชิดแนบลำตัว กล้ามเนื้อที่แขนจะหดตัวดึงแขนเข้าชิดลำตัว หากเกิดการส่งกระแสประสาทต่อเนื่องไม่หยุด (hyperexcitation) กล้ามเนื้อจะหดตัวมากขึ้นเรื่อยๆ (คล้ายเบ่งกล้ามตลอดเวลา) เป็นผลให้กล้ามเนื้อหดตัวรุนแรง เกร็ง ชักกระตุก เป็นตะคริว และเป็นอัมพาตไปในที่สุด
ในทางตรงข้าม ถ้าเกิดการยับยั้งกระแสประสาทตลอดเวลา (hyperpolarization) กล้ามเนื้อจะไม่หดตัว (คล้ายกล้ามเนื้อ) หากเกิดขึ้นรุนแรงหรือต่อเนื่อง กล้ามเนื้อจะอ่อนแรง เหมือนคนเป็นโรคปลายประสาทอักเสบ ไม่ตอบสนองต่อการเคลื่อนไหว เป็นผลให้เกิดภาวะกล้ามเนื้ออ่อนแรง และเป็นอัมพาตอ่อนแรง เคลื่อนไหวไม่ได้ (คล้ายโรคนอนติดเตียง)
โดยอาศัยหลักการของศักย์ไฟฟ้าไอออนบวกและไอออนลบ กล่าวคือ ภายในเซลล์เส้นประสาทจะมีศักย์ไฟฟ้าที่เกิดจากไอออนบวกที่ได้จากธาตุต่างๆ เช่น โซเดียมไอออน 2 บวก (Na2+), โพแทสเซียมไอออนบวก (K+) หรือแคลเซียมไอออน 2 บวก (Ca2+) เป็นต้น และมีไอออนลบที่มาจากสารอินทรีย์ต่างๆ ที่อยู่ภายใน รวมถึงจากธาตุคลอไรด์ไอออนลบ (Cl-) แต่เนื่องจากสารอินทรีย์เหล่านี้มีมากกว่าธาตุไอออนบวก ภายในเซลล์เส้นประสาทจึงมีสถานะติดลบ โดยมีศักย์ไฟฟ้าราว -70 mV เมื่อเกิดการรับรู้สิ่งแวดล้อมภายนอก หรือมือไปจับสัมผัสสิ่งต่างๆ จะเกิดการกระตุ้นสร้างกระแสประสาทโดยการไหลเข้าของไอออนบวกผ่านช่องโปรตีนที่จำเพาะเจาะจงต่อธาตุไอออนนั้นๆ (เพิ่มศักย์ไฟฟ้าขึ้นไปราว +30 ถึง +50 mV) เมื่อเกิดกระแสประสาท ๆ จะถ่ายทอดไปยังจุดถัดไป ซึ่งที่จุดถัดไปจะมีการไหลเข้าของไอออนบวกและศักย์ไฟฟ้าเพิ่มสูงขึ้น ในขณะเดียวกันจุดที่ถ่ายทอดกระแสประสาทก่อนหน้าจะปั๊มไอออนบวกออกผ่านช่องโปรตีนทำให้ศักย์ไฟฟ้าลดลงจนถึงสถานะศักย์ไฟฟ้าตามเดิม (ตามภาพ 1: จุดสีฟ้า คือกระแสประสาทที่เกิดขึ้นและไหลไปทางด้านขวา ตามลูกศรสีขาว)
การยับยั้งกระแสประสาท (ดูรายละเอียดเพิ่มเติม: ภาพที่ 3) เกิดขึ้นที่ปลายเซลล์เส้นประสาทส่วนรับ (เดนไดรต์; dendrite) ด้านปลายส่วนรับนี้จะมีปลายเป็นปมเว้า เป็นส่วนที่มีช่องโปรตีนที่ใช้ผ่านของไอออนที่มีทั้งช่องผ่านไอออนบวกเพื่อกระตุ้นสร้างกระแสประสาท และช่องผ่านไอออนลบ เพื่อลดศักย์ไฟฟ้าภายในเซลล์ประสาท เป็นการลดระดับกระแสประสาทหรือยับยั้ง เช่น ช่องโปรตีนกาบา-คลอไรด์ (GABA-Cl)
ภาพที่ 2: กลไกออกฤทธิ์ของสารกำจัดแมลง กลุ่ม 2 และกลุ่ม 3 ที่บริเวณปลายตัวรับของเส้นประสาท
กลไกออกฤทธิ์ของสารกำจัดแมลง กลุ่ม 2 และกลุ่ม 30 ที่บริเวณปลายตัวรับของเส้นประสาท ทำให้ไม่เกิดการยับยั้งกระแสประสาท แมลงเกิดอาการชัก เกร็งกระตุก และเป็นอัมพาตกล้ามเนื้อเกร็ง จนลาโลกแบบไม่เต็มใจนัก
1. ภาพจำลองระบบประสาทภายในของแมลง
2. ในวงกลม: ภาพส่วนหัวของแมลง เป็นศูนย์รวมสั่งการของระบบประสาท เรียกว่า ระบบประสาทส่วนกลาง (CNS)
3. เส้นสีถัดมาจำลองเซลล์เส้นประสาท: เส้นประสาทสีเขียวด้านซ้าย เป็นเส้นประสาทระบบการรับรู้ความรู้สึก (sensory neuron) และมีส่วนที่เรียกว่า “คอร์โดโตแนล ออร์แกน (chordotonal organ)” ซึ่งสารกำจัดแมลงกลุ่ม 9, 29 และ 36 ออกฤทธิ์ที่จุดนี้
4. เส้นประสาทสีส้ม เป็นระบบเส้นประสาทยับยั้งกระแสประสาท (inhibitory neuron) โดยทำหน้าที่ยับยั้งกระแสประสาทไปยังเส้นประสาทสีน้ำเงิน ซึ่งเป็นเส้นประสาทระบบสั่งการ (motor neuron) โดยสารกำจัดแมลงกลุ่ม 2 และกลุ่ม 30 ออกฤทธิ์ที่ปลายเส้นประสาทส่วนรับ (บริเวณเส้นสีแดงปลายเส้นประสาท)
ภาพที่ 3: ภาพขยายเส้นประสาทระหว่างเซลล์เส้นประสาทยับยั้งกระแสประสาท (inhibitory neuron) และเซลล์เส้นประสาทระบบสั่งการ (motor neuron)
1. ด้านซ้ายสุด: เซลล์เส้นประสาท (neuron) ด้านบนเป็นส่วนของปลายประสาทส่วนรับกระแสประสาทจากเซลล์ประสาทเส้นอื่นๆ ด้านล่างเป็นส่วนหางของเส้นประสาท (แอกซอน; axon) ปลายหางเป็นปลายเส้นประสาทที่ทำหน้าที่ส่งสารสื่อประสาท
2. ด้านขวาล่าง: ภาพขยาย-บริเวณปลายเซลล์เส้นประสาทยับยั้งกระแสประสาท (ซ้าย; inhibitory neuron) และปลายเซลล์เส้นประสาทระบบสั่งการ (ขวา; motor neuron) ปลายเส้นประสาทสั่งการจะมี “ช่องโปรตีนกาบา-คลอไรด์ (GABA-gated chloride channel)” โดยช่องนี้เป็นช่องโปรตีนที่แทรกตัวอยู่ภายในเยื่อหุ้มเซลล์เส้นประสาทซึ่งมีสารสื่อประสาทกาบา (กรดอะมิโนบิวทิริก เอซิด; GABA) เป็นตัวกระตุ้นการเปิดช่อง สำหรับให้คลอไรด์ไหลผ่านเข้าไปในเซลล์ประสาท เพื่อลดระดับกระแสประสาทหรือยับยั้งกระแสประสาท โดยช่องนี้จะอนุญาติให้เฉพาะคลอไรด์ไหลผ่านเท่านั้น
สารสื่อประสาทจะถูกบรรจุอยู่ในถุง (synaptic vesicles หรืออีกชื่อ neurotransmitter vesicles) เมื่อกระแสประสาทถ่ายทอดมาถึงปลายเส้นประสาทยับยั้งกระแสประสาท (inhibitory neuron) กระแสประสาทจะไม่สามารถกระโดดข้ามไปยังปลายเซลล์ประสาทสั่งการ (motor neuron) ได้ การจะถ่ายทอดกระแสประสาทจึงใช้วิธีถ่ายทอดหรือส่ง โดยส่งสารสื่อประสาทซึ่งในที่นี้ คือ “กาบา” เข้าไปจับกับช่องโปรตีนกาบา-คลอไรด์ เพื่อให้คลอไรด์ไหลเข้าไปและเกิดการยับยั้งกระแสประสาท (โดยปลายเซลล์เส้นประสาทสั่งการบริเวณนี้ จะมีช่องโปรตีนที่ให้ไอออนประจุบวกไหลเข้าเพื่อกระตุ้นสร้างกระแสประสาทด้วย หากไม่มีการยับยั้งกระแสประสาทจะทำให้เกิดการส่งกระแสประสาทมากเกินไปและเป็นอันตราย)
ภาพที่ 4: ภาพจำลองช่องโปรตีนกาบา-คลอไรด์ (GABA-gated chloride channel)
1. ช่องโปรตีนกาบา-คลอไรด์: เกิดจากการรวมตัวกันของโปรตีนหน่วยย่อยๆ หลายหน่วยรวมกันเป็นโปรตีนที่มีลักษณะเป็นพู แต่ละพูเรียกว่า โปรตีนหน่วยย่อย (subunit) แต่ละหน่วยย่อยมีชื่อเรียกต่างกัน เช่น อัลฟ่า เบต้า และแกมม่า การรวมตัวกันของโปรตีนหน่วยย่อยจะทำให้เกิดช่องผ่านตรงกลาง
2. การเปิดช่องโปรตีนกาบา-คลอไรด์: อาศัยสารสื่อประสาท “กาบา” โดยกาบาจะจับกับโปรตีนหน่วยย่อยอัลฟ่ากระตุ้นให้ช่องเปิดออก การจับของกาบาที่บริเวณอัลฟ่าเป็นการจับแบบจำเพาะเจาะจงต่อจุดดังกล่าว และสารอื่นไม่สามารถจับได้ หรือจับได้แต่ไม่สามารถกระตุ้นให้ช่องเปิด-ปิด “เป็นไปตามกฎ แม่กุญแจ-ลูกกุญแจ”
3. ช่องโปรตีนชนิดอื่นๆ ก็มีลักษณะคล้ายกันกับช่องนี้
4. สารกำจัดแมลงกลุ่ม 2 มีโครงสร้างเคมีที่จำเพาะและเข้ากันได้กับช่องผ่านตรงกลางของช่องโปรตีนกาบา-คลอไรด์ สารกำจัดแมลงในกลุ่มจึงเข้าไปจับภายในช่องและทำให้เกิดการอุดตันของช่อง
5. สารกำจัดแมลงกลุ่ม 30 มีโครงสร้างเคมีที่จำเพาะและเข้ากันได้กับตัวคุมที่ตำแหน่งอัลโลสเตอริกของช่องโปรตีนกาบา-คลอไรด์ สารกำจัดแมลงในกลุ่มจึงเข้าไปจับกับตัวคุมที่ตำแหน่งอัลโลสเตอริก ส่งผลให้ช่องไม่สามารถเปิดได้ตามปกติ
ภาพที่ 5: ภาพจำลองช่องโปรตีนชนิดต่างๆ ซึ่งมีบทบาทหน้าที่แตกต่างกัน และมีความจำเพาะเจาะจงต่อสารกระตุ้นต่างกัน โดยโปรตีนเหล่านี้แทรกตัวอยู่ในเยื่อหุ้มเซลล์
1. ช่องโปรตีน (channel protein) แบ่งออกเป็น 2 ชนิด คือ 1) ช่องที่กระตุ้นการทำงานด้วยสารอินทรีย์/สารสื่อประสาท 2) ช่องที่กระตุ้นการทำงานด้วยศักย์ไฟฟ้า
2. โปรตีนตัวพา (carrier protein) ทำหน้าที่ลำเลียงสารที่อยู่ภายนอกเข้าสู่เซลล์ เช่น กรดอะมิโน น้ำตาลกลูโคส เป็นต้น
3. โปรตีนตัวรับ (receptor protein) มีบทบาทในการส่งสัญญาณเข้าไปในเซลล์เพื่อตอบสนองบางอย่าง เช่น ส่งสัญญาณกระตุ้นการแบ่งเซลล์ การสังเคราะห์โปรตีน โดยมีตัวกระตุ้นเป็นฮอร์โมนหรือไอออน
4. เอนไซม์ (Enzyme activity) หรือโปรตีนเชิงซ้อน (protein complex) มีบทบาทเกี่ยวข้องกับการถ่ายทอดอิเล็กตรอน การเร่งปฏิกิริยา การย่อยสลายสารชีวเคมี เป็นต้น
ภาพที่ 6: ภาพจำลองกฎแม่กุญแจ-ลูกกุญแจ
ในการเข้าจับที่จุดต่างๆ ของช่องโปรตีนโดยสารกำจัดแมลงหรือสารอื่นๆ จะมีความจำเพาะเจาะจงต่อจุดที่จับ สำหรับสารกำจัดแมลงแม้มีโครงสร้างโมเลกุลต่างกัน แต่มีโครงสร้างทางเคมีเหมือนกันจะจับที่จุดจับเดียวกันได้ ตัวอย่างเช่น สารกำจัดแมลงกลุ่ม 5 โครงสร้างเคมีเป็นสารสไปโนซีน สารเคมีในกลุ่มนี้คือ สไปนีโทแรม และสปินโนแซด ทั้งคู่มีโครงสร้างโมเลกุลต่างกัน แต่โครงสร้างทางเคมีหลักเหมือนกันจึงมีจุดจับ (binding site) ที่ตัวคุมอัลโลสเตอริก ตำแหน่ง I เหมือนกัน
นอกจากนี้ สารกำจัดแมลงบางชนิดแม้มีโครงสร้างทางเคมีต่างกัน แต่มีจุดจับที่ตำแหน่งเดียวกัน จะถูกจำแนกกลไกออกฤทธิ์เป็นกลุ่มเดียวกัน เช่น สารกำจัดแมลง กลุ่ม 1 มี 2 กลุ่มย่อย คือกลุ่ม 1A โครงสร้างเคมี เป็นคาร์บาเมท เช่น คาร์บาริล ฟิโนบูคาร์บ และกลุ่ม 1B โครงสร้างเคมี เป็นออร์กาโนฟอสเฟต เช่น โปรฟีโนฟอส ไตรอะโซฟอส โอเมโทเอต เป็นต้น สารในกลุ่ม 1A และ 1B มีจุดจับที่เอนไซม์อะซิทิลโคลีนเอสเทอเรส ทำให้เอนไซม์ไม่สามารถย่อยสารสื่อประสาทได้
ภาพที่ 7: กลไกการดื้อยาหรือการสร้างความต้านทานต่อสารกำจัดแมลง
กลไกการดื้อยาหรือการสร้างความต้านทานต่อสารกำจัดแมลง มี 4 กลไก แต่กลไกหลักมี 2 กลไก ดังนี้
1. การกลายพันธุ์ (mutation): เกิดการกลายพันธุ์ที่ตำแหน่งจับของสารกำจัดแมลง สารกำจัดโรคพืช สารกำจัดวัชพืชหรือสารชีวภัณฑ์ เมื่อจุดจับ (แม่กุญแจ; binding site) เปลี่ยนรูปทรงไปหรือมีโครงสร้างโมเลกุลที่เปลี่ยนแปลงไปจนสารกำจัดแมลง (ลูกกูญแจ) ไม่สามารถเข้าไปจับได้อีกต่อไป จึงไม่เกิดความเป็นพิษ เพราะไม่สามารถยับยั้งหรือกระตุ้นการทำงานของโปรตีนเป้าหมายได้ กลไกการดื้อยาในลักษณะนี้สามารถถ่ายทอดสู่รุ่นลูก หลาน เหลน โหลนได้
2. แมลงหรือศัตรูพืช สร้างหรือสังเคราะห์เอนไซม์ที่ใช้ย่อยสลายสารพิษหรือสิ่งแปลกปลอม (detoxification enzyme) ที่มีปริมาณมากขึ้น หรือมีประสิทธิภาพเพิ่มขึ้น เช่น เอนไซม์ไซโตโครม P450 (บางชนิด) ของเพลี้ยกระโดดสีน้ำตาล เอนไซม์นี้สร้างขึ้นเพื่อย่อยสลายสารกำจัดแมลงกลุ่ม 4A แต่กลับมีความสามารถเพิ่มในการย่อยสลายสารกำจัดแมลงกลุ่ม 9B
การหยุดใช้สารกำจัดแมลงกลุ่มที่แมลงดื้อยาต่อเอนไซม์ดังกล่าวเป็นระยะเวลานานๆ เช่น 1-3 ปี อาจทำให้การดื้อยาลดลง
แมลงที่มีอายุขัยสั้น จำนวนรุ่นลูก หลาน เหลน โหลน คลอดออกมาเยอะ จึงพัฒนาหรือกลายพันธุ์ได้เร็ว จึงสามารถสร้างเอนไซม์ย่อยได้เร็วขึ้น ดีขึ้น จนยาไม่สามารถออกฤทธิ์ได้
แหล่งสืบค้น:
เทพชัย โชติมณี.2565.360 Concepts in Biology Part 1.พิมพ์ครั้งที่ 4.กรุงเทพฯ : กรีนไลฟ์ พริ้นติ้ง เฮาส์.280 หน้า
ประศาสตร์ เกื้อมณี.2560.เซลล์และเนื้อเยื่อพืช Plant Cell and Tissue.พิมพ์ครั้งที่ 1.กรุงเทพฯ: สำนักพิมพ์มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์.200 หน้า
อาคม สังข์วรานนท์.2538.กีฏวิทยาทางการแพทย์.ภาควิชาพยาธิวิทยา คณะสัตวแพทย์ศาสตร์ มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์.พิมพ์ครั้งที่ 4; โรงพิมพ์สหมิตรพริ้นติ้ง.นนทบุรี.968 หน้า.
เอกสารประกอบการอบรมหลักสูตร.2560.เทคนิคการใช้สารป้องกันกำจัดศัตรูพืช.กลุ่มกีฏและสัตววิทยา สำนักวิจัยพัฒนาการอารักขาพืช กรมวิชาการเกษตร.119 หน้า.
เอกสารประกอบการอบรมหลักสูตร.2559.การป้องกันกำจัดแมลงศัตรูพืชกะหล่ำ เทคนิคการพ่นสารฆ่าแมลงในพืชผักและกลไกการต้านทานสารฆ่าแมลงของแมลงศัตรูผักที่สำคัญ.กองวิจัยพัฒนาปัจจัยการผลิตทางการเกษตร กรมวิชาการเกษตร.จัดทำโดย สมาคมกีฏและสัตววิทยาแห่งประเทศไทย.86 หน้า.
เอกสารวิชาการ.2564.การใช้สารกำจัดแมลงและไรศัตรูพืชเพื่อแก้ไขปัญหาความต้านทานศัตรูพืช.สำนักวิจัยพัฒนาการอารักขาพืช กรมวิชากาเกษตร.146 หน้า.
IRAC.2019.Insecticide Mode of Action Training slide deck IRAC MoA Workgroup Version 1.0, April 2019.
(https://irac-online.org)
IRAC.2024.MODE OF ACTION CLASSIFICATION SCHEME VERSION 11.1, JANUARY 2024.
(https://irac-online.org)
Mardubai by James Thirasak
มือถือ. 082-353-5156
อีเมล. thirasak.chuchoet@gmail.com
ร้านหัวถนนการเกษตร-289
เลขที่ 52/4 ถ.นครศรีฯ-ปากพนัง ต.ในเมือง
อ.เมือง จ.นครศรีธรรมราช
80000