กลไกการออกฤทธิ์​ของสารกำจัดแมลง​ ตอนที่​ 1

    ปัจจุบัน​ (พ.ศ.​2567)​ ​สารกำจัดแมลง​ (insecticides) ได้จำแนกกลุ่มตามกลไกออกฤทธิ์​ ณ​ จุดจับหรือตำแหน่งที่ออกฤทธิ์​ (Mode of action /​ Site of action) โดยแบ่งออกเป็น​ 37​ กลุ่ม​ กับอีก​ 7​ กลุ่มที่ยังไม่ทราบกลไก​ที่แน่ชัด​ และในอนาคตน่าจะมีกลุ่มกลไกใหม่ๆ​ เพิ่มเติมออกมาอย่างแน่นอน​ ด้วยความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์​บวกกับการวิจัยค้นคว้าอย่างต่อเนื่อง​ของบริษัท​ผู้ผลิตในต่างประเทศ​ เมื่อย้อนกับไปเมื่อราว 10 ปีก่อนหน้า​ (พ.ศ.​2552-2555) นักวิชาการไทยและบริษัท​ผู้จำหน่ายสารกำจัดแมลงเริ่มตื่นตัวกับการจำแนกกลุ่มแบบใหม่​ตามกลไกการออกฤทธิ์​ที่ตำแหน่งต่างๆ​ ที่เล็กกว่าอวัยวะ​ระดับเซลล์^[1] ซึ่ง ณ​ ปีนั้นมีกลุ่มเพียง​ 28​ กลุ่ม​ และกลุ่มที่ยังไม่ทราบกลไกออกฤทธิ์​อีก​ 3-4​ กลุ่ม​ นอกจากสารกำจัดแมลงแล้ว​ สารป้องกันกำจัดโรคพืช​ ​(fungicides)​ และสารกำจัดวัชพืช​ (herbicides) ก็จำแนกกลุ่มตามกลไกการออกฤทธิ์​เช่นเดียวกัน

^[1]อวัยวะระดับเซลล์​ เป็นคำเปรียบเทียบเพื่อให้เข้าใจง่ายในบทความ​ ในทางวิชาการเรียกว่า​ “ออร์แกแนล (organelles)”

การจำแนกกลุ่มสารกำจัดแมลงตามกลไกการออกฤทธิ์​ (Mode of Action: MoA)​

    เหตุที่มีการจำแนกกลุ่มใหม่​ เป็นเพราะ​การสร้างความต้านทานของแมลง​ (resistance) หรือที่เรียกกันติดปากว่า ​"แมลงดื้อยา" โดยที่ในอดีตแม้มีคำแนะนำการใช้สารกำจัดแมลงสลับชนิดกัน เช่น​ คาร์บาริล​ สลับ​ เบนฟูราคาร์บ​ สลับ​ ฟีโนบูคาร์บ​ หรือสลับกลุ่มตามกลุ่มสารเคมี​ เช่น​ ฟิโนบูคาร์บ​ ซึ่งเป็นสารประกอบในกลุ่มสารเคมีคาร์บาเมท​ (carbamates)​ สลับ โปรฟีโนฟอส​ เป็นสารประกอบในกลุ่มสารเคมีออร์กาโนฟอสเฟต (organphosphates) ถึงกระนั้นก็ยังพบการสร้างความต้านทานของศัตรูพืช​

หลักการกลไกการออกฤทธิ์​ (Principle of Mode of action) 

    กลไกการออกฤทธิ์​ในทางวิชาการ​ จะหมายถึง​ สารออกฤทธิ์​ (สารกำจัดศัตรูพืช)​ เข้าไปจับกับโมเลกุลเป้าหมายภายในระดับเซลล์​ (target site) เช่น​ เอนไซม์​ (enzymes)​ โปรตีนตัวรับ (receptor proteins)^[2] ทำให้เอนไซม์​ไม่สามารถทำงานได้ตามปกติ​ เกิดภาวะล้มเหลวของกระบวนการต่างๆ​ ขึ้น​ ส่งผลให้ร่างกายเกิดความผิดปกติ​ เป็นอัมพาต​และตายในที่สุด​ สารต่างๆ​ ที่เข้าจับโมเลกุลเป้าหมายได้จึงจะเป็นพิษต่อศัตรูพืช​ หากสารจับกับโมเลกุลเป้าหมายได้ลดลงจะทำให้ความเป็นพิษลดลงและควบคุมศัตรูพืช​ไม่ได้

^[2]โปรตีนตัวรับ​ (receptor proteins) เป็นกลุ่มโมเลกุลของกรดอะมิโนที่เชื่อมต่อกันหรือรวมกันเป็นโปรตีนที่มีหน้าที่เฉพาะ​ โดยแทรกตัวอยู่ในเยื่อหุ้มเซลล์​ (cell mambrane)​ เช่น​ Ionic channel protein​s เป็นโปรตีนที่ทำหน้าที่เป็นช่องผ่านของสารที่อยู่ภายนอกเซลล์ให้ไหลเข้าสู่ภายในเซลล์​ จึงทำให้เยื้อหุ้มเซลล์มีคุณสมบัติคัดเลือกสารเข้า-ออกเซลล์​ หรือ​ receptor proteins ที่ทำหน้าที่ตอบสนองต่อตัวกระตุ้นและสั่งการทำงาน​ เป็นต้น

    การจับ​ของสารกำจัดแมลงแต่ละกลุ่มจะมีความจำเพาะเจาะจงต่อโมเลกุลเป้าหมาย​ (target site) และจุดจับหรือตำแหน่งจับ​ (binding site) ที่แตกต่างกัน​ ซึ่งเป็นผลมาจากโครงสร้างของสารประกอบเคมีที่มีหมู่ฟังชั่น​ที่แตกต่างกัน​ หมู่ฟังชั่นทางเคมีที่รวมกันเป็นสารประกอบเคมี​ทำให้สารกำจัดแมลงมีความสามารถในการจับกับโมเลกุลเป้าหมายและจุดจับต่างกัน​ และคุณสมบัติของการมีขั้วประจุบวก/ลบของสารกำจัดแมลง​ (polarity) จะทำให้การจับมีประสิทธิภาพ​มากขึ้น

   ตัวอย่าง: สารที่มีโครงสร้างทางเคมีต่างกัน​ แต่หมู่ฟังชั่นมีคุณสมบัติการจับโมเลกุลเป้าหมายและจุดจับเหมือนกัน​ จึงจำแนกเป็นกลุ่มเดียวกัน​ ได้แก่​ สารไอโซโปรคาร์บ​ อยู่ในกลุ่มสารเคมี​คาร์บาเมท​ และสารไดคลอวอส​ อยู่ในกลุ่มสารเคมีออร์กาโนฟอสเฟต​ ทั้ง​ 2 โครงสร้างสารเคมีมีจุดจับที่เอนไซม์​อะซีทิลโคลีนเอสเทอเรส​ (Acetylcholinesterase; AChE) ซึ่งเป็นเอนไซม์​ที่อยู่​บริเวณช่องว่างระหว่างเส้นประสาท​ (synaptic cleft) ทำหน้าที่ย่อยสลายสารสื่อประสาทเพื่อลดระดับกระแสประสาท​ สารไอโซโปรคาร์บและไดคลอวอส​ จะมีความเจาะจงจับกับเอนไซม์ชนิด​นี้​ ทำให้เกิดความเป็นพิษและเอนไซม์ดังกล่าว​ไม่สามารถย่อยสารสื่อประสาท​ ​เพื่อลดระดับกระแสประสาทได้​ โดยสารกำจัดแมลงทั้ง​ 2 ชนิด​ ได้รับการจำแนกกลุ่มตามกลไกออกฤทธิ์​อยู่ในกลุ่ม​ 1A (คาร์บาเมท)​ และ​ 1B (ออร์กาโนฟอสเฟต)​ ตามลำดับ

   ตัวอย่าง: สารที่มีโครงสร้างทางเคมีต่างกัน​ มีหมู่ฟังชั่นที่มีคุณสมบัติการจับโมเลกุลเป้าหมายเดียวกัน​ แต่จุดจับต่างกัน​ จึงจำแนกเป็นคนละกลุ่ม​ เช่น​ สารฟิโพรนิล​ อยู่ในกลุ่มสารเคมี​ ​ฟีนิลไพราโซล (phenylpyrazoles หรือ​ fiproles)​ จำแนกกลุ่มตามกลไกออกฤทธิ์​อยู่ในกลุ่ม​ 2B และสารโบรฟลานิไลด์ อยู่ในกลุ่มสารเคมี​เมต้า-ไดอะไมด์​ (meta-diamides)​ จำแนกกลุ่มตามกลไกออกฤทธิ์​อยู่ในกลุ่ม​ 30 โดยสารทั้ง​ 2 กลุ่ม​ จะจับกับโปรตีนตัวรับที่เป็นช่องผ่านของคลอไรด์ไอออนที่จะถูก​กระตุ้นการทำงานให้เปิดช่องด้วยกรดแกมม่าอะมิโนบิวทิริก​ หรือเรียกสั้นๆ​ ว่า​ กาบา​​ (GABA-gated chloride channel) ซึ่งช่องผ่านนี้อยู่บริเวณปลายตัวรับกระแสประสาท​ (postsynaptic neuron) ของเส้นประสาทส่วนรับ ​(dendrite)​ ซึ่งอยู่ระหว่างช่องว่างเส้นประสาท​ เพื่อรับกระแสประสาทจากเซลล์ประสาทก่อนหน้าและถ่ายทอด​กระแสประสาท​ต่อไป โดยสารฟิโพรนิล​ จะเข้าไปจับ​ภายในช่องผ่านทำให้ขัดขวางการไหลของคลอไรด์ไอออนเข้าสู่​ปลายตัวรับกระแสประสาท (postsynaptic neuron) แม้จะมีสารสื่อประสาทกาบากระตุ้นการเปิดช่องผ่านก็ตาม​ การขัดขวางช่องผ่านทำให้ไม่เกิดการยับยั้งกระแสประสาทที่ส่งไปยังกล้ามเนื้อ​ กล้ามเนื้อจะหดเกร็ง​ เกิดภาวะเป็นอัมพาต​ (contractive paralysis) ส่วนสารโบรฟลานิไลด์ จะจับกับตัวคุมชนิด​ "อัลโลสเตอริก (allosteric modulator)" ทำให้ช่องเปิดตลอดเวลา​ เกิดการยับยั้งกระแสประสาทต่อเนื่อง​ทำให้ไม่สามารถส่งกระแสประสาทได้​ เป็นผลให้กล้ามเนื้ออ่อนแรง​ เกิดภาวะอัมพาตกล้ามเนื้ออ่อนปวกเปียก​ (flaccid paralysis) 

    อีกตัวอย่างที่มีลักษณะ​คล้ายสารกำจัดแมลงกลุ่ม​ 2B และกลุ่ม​ 32​ คือ​ สารกำจัดแมลงกลุ่ม​ 4A, 4C และ​4D, กลุ่ม​ 5, กลุ่ม​ 14 และกลุ่ม​ 32​ มีจุดจับที่ตัวรับช่องผ่านศักย์ไฟฟ้านิโคตินิกที่กระตุ้นการทำงานด้วยสารสื่อประสาทอะซีทิลโคลีน (nicotinic​ acetylcholine receptors: nAChR)​ โดยสารกลุ่ม​ 4 ทุกกลุ่มสารเคมี​ มีจุดจับที่ตัวคุม​ (modulator) โดยแย่งการจับกับสารสื่อประสาทอะซีทิลโคลีน​ สารกลุ่ม​ 5 และ​ 32​ จับที่ตัวคุมชนิด​ "อัลโลสเตอริก​ (allosteric modulator)" ที่ตำแหน่ง​ 1 และ​ 2 ตามลำดับ​ (site I and II) ส่วนสารกลุ่ม​ 14​ เข้าไปจับในช่องผ่านทำให้เกิดการขัดขวาง​ (blockers)​ การผ่านของไอออนประจุบวก​ เช่น​ โซเดียมไอออนประจุสองบวก​ (Na⁺)​ หรือ​แคลเซียม​ไอออนประจุสองบวก​ (Ca²⁺)​

นิยาม​ "ความต้านทานต่อสารกำจัดศัตรูพืช​"

    ความต้านทานต่อสารกำจัดแมลง​ (Insecticides resistance) หมายถึง​ การเปลี่ยนแปลงทางพันธุกรรม​ (ยีน: gene)​ หรือการกลายพันธุ์​ (mutation) ของแมลง ที่ส่งผลให้สารกำจัดแมลงไม่สามารถควบคุมหรือกำจัดแมลงได้​ ซึ่งการพ่นสารกำจัดแมลงจะเป็นการคัดเลือกแมลงที่มีความสามารถในการต้านทานต่อสารกำจัดแมลง​ เนื่องจากในจำนวนแมลงที่เข้าทำลายพืชผลจะมีแมลงบางตัวที่มีพันธุกรรมต้านทานสารกำจัดแมลงและเล็ดลอด​มาได้​ การใช้สารกำจัดแมลงกลุ่มเดิมซ้ำไปซ้ำมาจึงเกิดการคัดเลือกแมลงที่ต้านทานหรือส่งเสริมให้เกิดการกลายพันธุ์​ต้านทาน แมลงดังกล่าวเมื่อผสมพันธุ์​หรือออกลูกออกหลานจะถ่ายทอดลักษณะ​พันธุกรรมที่ควบคุมการแสดงออกของความต้านทาน​สารดังกล่าวได้

    นอกจากการสร้างความต้านทานต่อสารกำจัดแมลงแล้ว​ แมลงยังสร้างความทนทานต่อสารกำจัดแมลง​ (insecticides tolerance) ซึ่งเป็นความสามารถของแมลงในทางสรีระวิทยาที่ทนต่อสารกำจัดแมลงได้มากขึ้น​ เช่น​ แมลงอาจมีความสามารถในการ​สังเคราะห์เอนไซม์ไซโตโครม​ พี450​ (cytochrom P45O enzyme: Cyt.​ P450) เพิ่มขึ้น​ ซึ่งมีคุณสมบัติ​ย่อยสลายสารกำจัดแมลงและขับออกจากร่างกาย​ ทำให้ความเป็นพิษของสารกำจัดแมลงลด​​ลง​ 

    การเพิ่มอัตราการใช้สารกำจัดแมลงกับแมลงที่มีความทนทานจะช่วยกำจัดแมลงได้ดีขึ้น​ และการหยุดใช้สารบางชนิดที่แมลงมีความทนทานจะทำให้แมลงไม่สามารถถ่ายทอด​ความสามารถดังกล่าวให้กับรุ่นลูกหลานได้​ ความสามารถทนทานกับความต้านทานต่อสารกำจัดแมลง​ อาจแบ่งความแตกต่างดังกล่าวได้​ (อย่างง่าย)​ คือ​ หากเพิ่มอัตราขึ้น​ 1.1 เท่า​ จนถึง​ 8-9 เท่าของอัตราใช้ดั้งเดิมและสามารถกำจัดแมลงได้ดี​ จะถือเป็นความสามารถทนทาน​ ตัวอย่างเช่น​ เดิมเมื่อสิบกว่า​ปีก่อน​ ฟิโพรนิล​ 5% อัตราใช้กำจัดเพลี้ยไฟพริก​ (chili thrips) เท่ากับ​ 5 ซีซี. ต่อน้ำ​ 20 ลิตร​ ถ้าปัจจุบัน​อัตราเพิ่มขึ้น​ 8​ เท่า​ (5 ซีซี.​ x 8 เท่า​ = 40​ ซีซี.ต่อน้ำ​ 20  ลิตร)​ ยังกำจัดเพลี้ยไฟได้ดี​ จะถือว่าเพลี้ยไฟมีความสามารถ​ทนทาน​ แต่หากเพิ่มอัตรามากกว่า​ 10  เท่าขึ้นไปจากอัตราดั้งเดิมและไม่สามารถควบคุมเพลี้ยไฟ​ได้​ แสดงให้เห็นว่าเพลี้ยไฟมีความต้านทาน​ต่อสารกำจัดแมลง​ (ดื้อยา)​​

    ซึ่งในส่วนของอัตราสารแนะนำดั้งเดิมอาจะต้องตรวจสอบจากข้อมูลเก่าๆ​ หรือจากผู้มีประการณ์