ЭМ - основы токсикологии (Куценко)

251

Взаимодействие ксенобиотиков с протеинами, регулирующими экспрессию генов, также может сопровождаться трансформацией клетки. Репродукция повреждённых и трансформировавшихся клеток приводит к пренеопластическим состояниям, которые в ряде случаев выявляются даже клинически.

Помимо непосредственного действия канцерогенов на молекулы-мишени возможен еще один механизм их повреждения, это активация образования свободных радикалов в клетках организма. Косвенным доказательством значения свободнорадикального механизма в канцерогенезе является, показанная в эксперименте, способность антиоксидантов подавлять химический канцерогенез.

5.Коканцерогены

Коканцерогенами называются вещества, которые существенно увеличивают вероятность формирования новообразований, действуя на организм или совместно с канцерогенами, или до него. Промоторы отличаются от коканцерогенов тем, что реализуют эффект лишь при действии после инициатора опухолевого роста. В качестве коканцерогенов могут выступать гормоны, иммуномодуляторы, факторы питания и т.д. Возможные механизмы коканцерогенной активности представлены на таблице 4.

Таблица 4. Предполагаемы механизмы коканцерогенеза

-Увеличение скорости и объема захвата канцерогенов клетками

-Интенсификация процессов биоактивации проканцерогенов в организме

-Подавление процессов биологической детоксикации канцерогенов

-Угнетение механизмов репарации поврежденной ДНК

-Усиление процессов превращения повреждений ДНК в перманентное состояние

Действие некоторых коканцерогенов является доказанным в эксперименте. Например, пыль диоксида кремния является коканцерогеном бенз(а)пирена, вызывающего карциному гортани, трахеи, легких у экспериментальных животных.

Вещества, содержащиеся в табачном дыму, являются коканцерогенами асбеста. Так, у рабочих профессионально контактирующих с асбестом частота смертей от рака легких в пять раз выше, чем у лиц контрольной группы (не контактируют с асбестом; не курят). У курильщиков частота злокачественных заболеваний легких в 11 раз выше. У курящих рабочих асбестовых предприятий частота новообразований в 55 раз больше, чем у лиц контрольной группы. Хотя табачный дым содержит незначительное количество генотоксических канцерогенов, таких как полиароматические углеводороды и нитрозамины, в его составе обнаруживается целый ряд коканцерогенов и промотеров в форме катехолов и фенольных соединений, играющих большую роль в канцерогенезе у курильщиков.

Важную роль в модуляции канцерогенеза играют гормоны. Так, крысы самцы значительно более чувствительны к канцерогенному действию 2-ацетаминофлюорена (рисунок 4), чем самки. Введение самцам эстрадиола снижает их чувствительность к канцерогену.

Рисунок 4. Структура 2-ацетиламинофлюорена 6.Метаболизм и биоактивация канцерогенов

Большое значение для развития опухолевого роста при действии ксенобиотиков имеют особенности их метаболизма (рисунок 5).

253

организме животных разных видов скорость и характер биопревращений существенно различаются. Сказанное позволяют объяснить выраженные видовые различия в чувствительности к канцерогенам.

Существует и еще один аспект этого явления. Как хорошо известно в ходе метаболизма ксенобиотиков активируются процессы перекисного окисления липидов и образования вторичных активных радикалов, что также может иметь значение в инициации канцерогенеза (см. выше).

7.Краткая характеристика токсикантов 7.1. Бензол

Бензол является исходным продуктом синтеза большого количества веществ и входит в первую десятку наиболее потребляемых промышленностью соединений.

Это бесцветная летучая жидкость со своеобразным ароматическим запахом; температура кипения около 800, давление пара 100 мм Hg. Легко воспламеняется. Вещество ограниченно растворяется в воде (1 : 1420), но хорошо смешивается с маслами и спиртами. Впервые описано Фарадеем в 1825 году. Промышленное производство налажено в 1849 году.

Впервые случаи лейкозов, обусловленные действием бензола, описаны в 1897 году (Le Noir, Claud, 1897). Однако процент заболеваний, индуцированных веществом, в сравнении с общим количеством лейкемий был невелик. Повышение значения этого феномена связано с широким распространением бензола в современных технологических процессах. Анализ показывает, что многие вещества, угнетающие костный мозг, могут одновременно вызывать и лейкемии. В 60-е годы было отмечено существенное увеличение числа лейкемий у турецких рабочих, занятых в обувной и кожевенной промышленности и контактировавших с клеящими материалами на основе бензола. Публикация этих данных и сообщение об аналогичных наблюдениях на итальянских предприятиях, послужили поводом проведения серьёзных токсико-эпидемиологических исследований среди лиц, контактирующих с бензолом. В ходе этих исследований удалось подтвердить лейкемогенное действие бензола.

Помимо производства бензол оказывает действие на человека и через окружающую среду. Бензол нередко выделяется при горении различных веществ и является составной частью дыма при пожарах, сигаретного дыма, выхлопных газов. Содержание его в бензине от 0,5 до 2%. Бензол - естественный компонент овощей, фруктов, мяса, яиц. Содержание его в продуктах питания от 2 до 2100 мкг/ кг. Вещество не способно к материальной кумуляции и потому его экологическое значение определяется количеством потребляемых продуктов, содержащих это соединение. С позиций концепции пороговости в действии токсикантов на организм значение бензола, как экологического фактора, ничтожно. Если допустить беспороговый характер действия вещества, хотя бы по способности вызывать лейкемию, можно говорить о некоторой его опасности, как "средового" фактора.

Спорным остаётся вопрос о вредном действии бензола, как компонента табачного дыма (последний содержит массу других токсичных веществ, среди которых: полиароматические углеводороды, 1,3-бутадиен и т.д.). Курильщик, в среднем, в сутки потребляет примерно в 10 раз больше бензола (1800 мкг/ день для выкуривающего пачку сигарет), чем некурящий. Однако, если основываться на пороговости в действии токсиканта, это количество составляет ничтожную часть от дозы, вызывающей токсический эффект.

В настоящее время представления о пороговости лейкемогенного действия бензола не однозначны. По мнению ряда специалистов, способность вещества вызывать лейкемии носит стохастический беспороговый характер. При этом полагают, что кумуляция эффекта и развитие лейкемии могут произойти не зависимо от действующей концентрации токсиканта. Риск развития лейкемии от контакта с веществом в той или иной дозе устанавливается путем экстраполяции данных, получаемых при действии высоких концентраций бензола, к условиям контакта с малыми дозами вещества (см. ниже).

Согласно другой точке зрения, порог лейкемогенного действия существует. В этой связи контакт с веществом в малых концентрациях объявляется неопасным. Накопилось немало клинических и экспериментальных данных, подтверждающих эту точку зрения. Показана высокая степень корреляции между возникновением лейкемии и наличием в анамнезе данных об интоксикации бензолом, проявившимся нарушениями со стороны системы крови. В многочисленных работах описаны случаи перерастания панцитопении, угнетения костного мозга, его гипоплазии и апластической анемии, вызванных бензолом, в острый миелоидный лейкоз. С другой стороны, практически отсутствуют описания случаев лейкемий, вызванных бензолом, без предшествовавшего им этапа (в анамнезе) панцитопении. Вместе с тем хорошо известно, что у лиц, перенёсших лучевую или химеотерапию по поводу новообразований, изменения со стороны костного мозга регистрируются в течение длительного времени, иногда годами после полной нормализации показателей периферической крови. Из этого следует, что нормальные показатели крови у лиц, контактирующих (контактировавших) с бензолом, ещё не являются свидетельством отсутствия его пагубного действия на организм.

Каким образом токсическое действие бензола перерастает в лейкемогенное остаётся неясным.

Как следует из имеющихся (порой противоречивых и не всегда в полной мере доказанных) наблюдений, наиболее частым типом лейкемий, вызываемых бензолом, являются острые миелоидные лейкозы (ОМЛ), особенно острая миелобластная лейкемия, мономиелоцитарная лейкемия и эритролейкемия. При диагностике последней формы следует проводить дифференциальный диагноз с компенсаторной эритроидной гиперплазией. Другие типы лейкемий встречаются при действии бензола значительно реже.

Не выяснен и механизм формирования лейкемии. Вероятными механизмами действия бензола могут быть мутации, возникающие либо в результате образования ДНК-аддуктов, либо хромосомной делеции или анеуплоидии вследствие нарушения процесса редубликации нитей ДНК и их распределения между дочерними клетками в процессе митоза. Строение бензола, его метаболитов и их химическая активность делают более вероятным второй механизм действия токсиканта. Так, в отличии от активных алкилирующих агентов бензол и его метаболиты не являются цикло-неспецифичными мутагенами или тератогенами. Не смотря на целенаправленные поиски, в клетках костного мозга отравленных не удалось обнаружить бензольных аддуктов ДНК. С другой стороны, установлена способность бензола блокировать клеточное

254

деление на стадии G2/ М митоза, угнетая процесс формирования клеточного веретена (объясняют действием метаболитов бензола на сульфгидрильные группы тубулина).

У рабочих, хронически подвергающихся действию бензола, обнаружено увеличение числа хромосомных аберраций, в частности, количества анеуплоидных клеток.

7.2. 1,3-бутадиен 1,3-бутадиен - бесцветный газ, используемый в производстве резины. Ранние исследования,

выполненные на экспериментальных животных, указывали на малую токсичность вещества как при остром, так и хроническом введении. Эпидемиологические исследования, выполненные в последние годы, напротив, установили очевидную причинно-следственную связь между хроническим воздействием токсиканта и нарушениями здоровья, в частности увеличением частоты новообразований. Сообщается о способности вещества инициировать лейкемии, однако только у лиц кратковременно контактирующих с бутадиеном.

В эксперименте показана высокая степень видовых различий в чувствительности животных к канцерогенному действию вещества. Крысы - относительно малочувствительный вид. Напротив, подострое действие токсиканта на мышей приводит к развитию мегалобластической анемии; хроническое воздействие - сопровождается увеличением более чем на 60% частоты случаев лимфоидной лейкемии в популяции подопытных мышей. В последние годы этот мощный эффект объясняют сочетанным действием бутадиена и ретровирусов, инфицирующих животных.

8.Выявление канцерогенной активности веществ Вывод о канцерогенной активности того или иного вещества основывается на результатах двух видов

исследований. Во-первых, это эксперименты на различных биологических объектах и лабораторных животных. Во-вторых - данные эпидемиологического обследования групп лиц, контактирующих или контактировавших с токсикантами.

8.1. Экспериментальная оценка Экспериментальная оценка канцерогенной активности вещества - сложное многоэтапное исследование.

Как правило, оно выполняется в опытах in vitro и in vivo в ходе подострого или хронического эксперимента на нескольких видах лабораторных животных (таблица 5).

Таблица 5. Протокол изучения канцерогенной активности вещества

А. Оценка химического строения вещества Б. Исследования в опытах in vitro

1.Мутагенная активность (см. "Мутагенез");

2.Влияние на процессы репарации ДНК;

3.Изучение клеточной трансформации.

Оценка результатов и выбор условий дальнейшей работы В. Исследования в опытах in vivo:

1.Индукция опухолей кожи у мышей;

2.Индукция опухолей легких у мышей;

3.Индукция опухолей молочной железы у мышей;

4.Индукция опухолей других внутренних органов у грызунов;

5.Оценка действия промоторов.

Оценка результатов и выбор условий дальнейшей работы Г. Хронические исследования на животных разных видов. Оценка результатов Общее заключение

Исследование предполагает выявление мутагенной, тератогенной активности у веществ (см. соответствующие разделы), которые могут косвенно указывать на возможность его канцерогенности.

Изучение канцерогенной активности в хроническом эксперименте предполагает длительное (1,5 - 2 года) введение веществ лабораторным животным (грызуны, собаки, приматы и т.д.) с водой, пищей, ингалируемым воздухом. Испытываемые количества: 1,0 - 0,5 максимально переносимой дозы (МПД). Под максимально переносимой дозой понимают количество вещества, вызывающее не более чем 10% снижение веса животных (в сравнении с контролем), не вызывающее летальности в группе, клинических и патологических изменений, сокращающих среднюю продолжительность жизни. Животные содержатся в строго контролируемых условиях. Поскольку онкогенный потенциал химических веществ колеблется в очень широких пределах, большие требования предъявляют к чистоте исследуемых токсикантов. В случае наличия примесей, именно они, а не обследуемое вещество, могут стать причиной появления положительных результатов при тестировании.

Все погибшие за период исследований животные изучаются на предмет наличия опухолей. Часть животных, кроме того, умерщвляется через фиксированные интервалы времени (6, 12, 18 месяцев) для гистологических исследований органов и тканей. Все животные умерщвляются и обследуются по завершении эксперимента. Особое внимание уделяют изучению органов, чувствительность которых к токсиканту удалось выявить в ходе предварительных экспериментов. Большие трудности связаны с необходимостью получения статистически значимых различий частот спонтанного появления опухолей в контрольных группах и индуцированного роста, в группе получающих вещество животных. Как правило, для этого требуется включение в эксперимент большого числа животных. Обычно по 50 грызунов обоего пола в группе, т.е. минимум 300 животных: 50 самцов и 50 самок - 1,0 МПД; 50 самцов и 50 самок - 0,5 МПД и, соответственно, 100 животных в контроле. Нередко этого оказывается недостаточно, и результаты получаются малоубедительными, вызывающими сомнение. В таких ситуациях приходится либо значительно увеличивать число животных в группах сравнения, либо использовать в эксперименте более высокие дозы токсикантов.

255

В процессе работы оценивается видовая чувствительность к предполагаемому канцерогену, тип опухолевого роста, факторы, влияющие на канцерогенез (по возможности). Необходимо учитывать, что разные вещества могут вызвать образование опухоли одного и того же типа, и, напротив, одно и то же вещество может провоцировать развитие разных опухолей. При этом возможны 4 варианта эффектов:

-увеличение частоты "обычно" встречающихся опухолей;

-появление опухолей "нового" типа;

-новое сочетание опухолей;

-сокращение сроков развития опухоли.

Детальное описание методов выявления канцерогенной активности можно найти в специальной литературе.

Канцерогенная активность различных веществ, выявляемая в эксперименте, колеблется в широких пределах (рисунок 7).

Рисунок 7. Канцерогенная активность некоторых химических соединений Все вещества, для которых показана способность вызывать опухоли у животных, рассматриваются как

опасные и для человека. Однако видовая чувствительность к канцерогенам выражена очень значительно. Можно считать доказанным, что:

-вещество, вызывающее опухоль у животных одного, двух и даже трёх видов, не обязательно канцерогенно для человека;

-зависимость "доза-эффект" (см. ниже), получаемая в ходе исследований на лабораторных животных, совсем не обязательно имеет аналогичные параметры для человека, отсюда и пороги безопасного действия токсикантов для животных и человека в строгом смысле могут быть разными;

-у животных канцерогены как увеличивают частоту возникновения опухолей, так и сокращают сроки их развития; у человека эти эффекты могут не воспроизводиться;

-органы-мишени для одного и того же канцерогена у лабораторного животного и человека могут быть различными.

С учетом сказанного становится понятным, почему канцерогены для животных автоматически не признаются канцерогенными для человека, и почему простая экстраполяция экспериментальных данных, полученных в опытах на животных, на человека невозможна.

8.2. Эпидемиологические исследования

Окончательное суждение о канцерогенности вещества для человека является результатом масштабных эпидемиологических исследований. Как правило, утверждение признается справедливым лишь при выполнении ряда условий:

-выявленное увеличение частоты новообразований в обследованной популяции не может быть объяснено действием случайных причин;

-аналогичные результаты получены в ходе нескольких независимых исследований;

-доказано, что частота появления опухолей изменяется при изменении дозы канцерогена и времени прошедшего от момента его воздействия.

Однако достаточно часто интерпретация получаемых результатов весьма затруднена целым рядом обстоятельств, таких как:

-мобильность человеческих популяций, что затрудняет верификацию факта воздействия потенциального канцерогена;

-продолжительность действия токсиканта и длительность скрытого периода. Латентный период злокачественных заболеваний крови у человека составляет 5 - 10 лет, тканей - 20 и более лет;

-изобилие личностных особенностей, влияющих на канцерогенез: курение, употребление различных препаратов, бытовые привычки (в том числе хобби) и др.;

-возможность работы на нескольких предприятиях;

256

-не всегда корректная документированность факта воздействия;

-дефекты диагностики опухолей;

-возможность действия на людей иных, не оцениваемых в исследовании факторов;

-возрастная зависимость патологии (более 60% раков встречаются у лиц старше 65 лет).

Вследствие сказанного, МАИР рекомендует относить данные, получаемые в ходе эпидемиологических исследований, к одной из следующих категорий:

-достаточные для утверждения, что канцерогенез является следствием воздействия конкретного этиологического фактора;

-ограниченно значимые для констатации канцерогенности ксенобиотика, так как в исследовании сомнителен контроль, не исключены возможные альтернативные объяснения выявленных эффектов;

-недостаточные для признания канцерогенности вещества, вследствие слабости проведенного исследования, либо отсутствия причинно-следственных связей между действующим фактором и частотой новообразований в обследуемой популяции.

Эпидемиологическое изучение канцерогенности вещества, действующего как профессиональный фактор или экополлютант должно строиться с учетом определенных принципов:

-учитываемые в исследовании случаи раков должны быть подтверждены документально на основании клинического или патологоанатомического материала;

-следует оговаривать сроки, в рамках которых оценивается частота возникновения новообразований в популяции. В группу регистрируемых, должны включаться лица, работавшие (проживавшие) в оцениваемый период времени в условиях, которые могут быть объективно охарактеризованы;

-выявленную частоту возникновения новообразований следует сравнивать с ожидаемой частотой. Эта характеристика может быть получена в административных структурах министерства здравоохранения, накапливающих информацию об онкологической заболеваемости населения. Сравнение должно быть стандартизовано по возрастным группам;

-после установления общей онкологической обстановки необходимо выяснить какие виды раков встречаются чаще в обследуемой популяции;

-анализ полученных данных необходимо проводить с учетом продолжительности скрытого периода в развитии опухоли. Если опухоль развилась спустя непродолжительное время после действия токсиканта, её развитие вероятно не связано с этим действием;

-в ходе обследования необходимо выявить возможность действия других факторов, влияющих на канцерогенез: курение, злоупотребление лекарствами, наследственную предрасположенность к новообразованиям, действие иных потенциальных канцерогенов и т.д.

-желателен мониторинг окружающей среды, либо информация о содержании вредных веществ на рабочем месте;

Конкретный метод установления причинно-следственных связей между действием оцениваемого фактора и развитием неопластических процессов выбирается в соответствии с общей методологией эпидемиологических исследований (см. раздел "Эпидемиологические методы исследования в токсикологии").

9.Оценка риска химического канцерогенеза 9.1. Проблемы оценки риска

Принципиальная задача оценки риска химического канцерогенеза - установление его количественных характеристик для лиц, контактирующих с малыми дозами потенциальных канцерогенов. Как указывалось ранее, на современных производствах целый ряд веществ может быть отнесен к числу опасных. Постановка задачи обусловлена необходимостью стандартизовать допустимые уровни воздействия этих токсикантов, с учетом вероятности развития опухолей у работающих. В настоящее время постулируется тезис: "Ни одно вещество не может быть признано абсолютно безопасным даже в диапазоне действия малых доз и концентраций, если в ходе экспериментов, или иным образом, установлено, что оно вызывает рак у человека или животных" (концепция беспороговости действия). Так как в ходе эпидемиологических исследований не представляется возможным установить количественные параметры зависимости "дозаэффект", этим методом характеристики риска развития опухолей при различных дозовых нагрузках найдены быть не могут. В этой связи основным является экспериментальный подход к решению задачи. Однако, как указывалось ранее, и здесь получаемые результаты сложны для интерпретации.

Противоречие состоит в следующем. Исследователя интересуют количественные характеристики увеличения частоты опухолевого роста при длительном действии вещества в малых дозах, в которых он может действовать в реальных производственных, бытовых, экологических условиях. Однако поскольку при действии в малых концентрациях положительный (канцерогенный) эффект в эксперименте выявляется редко, для получения статистически достоверного результата требуется, либо ввести в опыт очень большое количество животных, что трудно выполнимо, либо изучать зависимость "доза-эффект" при высоких дозах токсиканта, а затем математическими методами экстраполировать полученный результат к малым дозам. Опыты с "большими" дозами токсикантов могут быть выполнены на относительно малом количестве животных (см. выше) и в ограниченные сроки. Однако этап экстраполяции требует математического аппарата, адекватно описывающего характер зависимости "доза-эффект" во всем диапазоне действующих доз. Существует ряд математических, статистических и других подходов к анализу экспериментально полученного фактического материала, позволяющих, в известной степени, преодолеть эту трудность.

9.2. Математические модели, описывающие зависимость доза - эффект Вероятность обнаружения опухоли данного вида в обследуемой группе, не контактировавших с

канцерогеном особей всегда выше нуля. Это связано с действием разнообразных факторов окружающей среды, провоцирующих опухолевый рост. Математическое моделирование призвано предсказать вероятность развития рака (р), как функцию дозы действующего токсиканта (d), с учетом этого обстоятельства. Наблюдаемыми и количественно оцениваемыми в ходе эксперимента эффектами могут

257

быть смерть, потеря веса, число новообразований в группе. Непременными условиями моделирования являются:

-достаточное количество изученных доз (минимум четыре) и животных, протестированных на каждой

дозе;

-учет "фоновых" значений оцениваемых параметров;

-математическая форма представления зависимости "доза-эффект";

-адекватные методы оценки параметров модели.

Возможны два способа учета "фона" при изучении зависимости "доза-эффект":

1.(Pd - P0)/(1 - P0) = F(d)

2.Pd = F(d + d0),

где: Р0 - фоновая вероятность (частота) развития новообразования; Pd - вероятность развития новообразования при воздействии токсиканта в дозе d; F(d) - кумулятивное распределение позитивных ответов (канцерогенез) в зависимости от действующей дозы.

В первом случае исходят из допущения, что ответ на воздействие определённой дозы не зависит от фоновой ответной реакции. Этот подход используют наиболее часто. Во втором случае принимается допущение, что вероятность развития эффекта есть следствие суммарного действия "фоновой" и действующей доз. Как правило, указанное различие в подходах к оценке не сказывается существенным образом на получаемых результатах, особенно при действии веществ в малых дозах.

Для экстраполяции результатов, получаемых в опытах с действием больших доз, к условиям воздействия токсиканта в малых дозах, применяются математические модели разных видов. Наиболее часто используют логнормальную модель и модель логит-преобразования. Первая имеет вид:

lg[ P/(1-P)] = a + b lgd ,

где а,b - параметры уравнения.

Вторая математическая модель имеет вид: Y(P) = a + b lgd ,

где Y(P) - пробит, соответствующий частоте опухолей Р, a,b - параметры уравнения.

Кроме указанных, используют и другие математические модели описания зависимости "доза-эффект" (таблица 5).

Таблица 5. Математические модели, описывающие зависимость "доза-эффект", применяемые для оценки риска химического канцерогенеза

Математические модели

F(d)*= 1/(1 + e - b log d)b

F(d) = 1 - e- d

F(d) = 1 - e-( + bd)( + bd)┘

F(d) = 1 - e-bd

F(d) = 1 - e- - d - ┘ - d

* d - доза токсиканта

8.3. Процедуры определения пороговых уровней риска После экспериментального нахождения параметров зависимости "доза-эффект" в условиях действия

больших доз канцерогена (коэффициентов а, b и т.д.) определение пороговых уровней риска химического канцерогенеза, как указывалось ранее, предполагает экстраполяцию полученных данных к малым дозам для определения вероятности появления новообразований в этом диапазоне дозовых нагрузок. Это осуществляется с помощью двух методических приёмов:

-на основе эмпирически найденных параметров принятой математической модели;

-линейной экстраполяции к малым дозам без учета математической модели зависимости "дозаэффект".

Процедура поиска параметров кривой зависимости "доза-эффект" аналогична для всех упомянутых ранее моделей. Преследуемая цель - получение максимального подобия эмпирически найденных результатов и теоретических представлений. Иными словами, осуществляется поиск аналитических параметров кривых, позволяющих наиболее корректно описать экспериментально полученные данные, при этом в ряде случаев приходится отказываться от выбранной изначально математической модели процесса.

Получив расчетную информацию о вероятной частоте формирования новообразований при низких, реально встречающихся в практике, уровнях воздействия потенциального канцерогена, можно установит либо предельно допустимую концентрацию токсиканта (ПДК) по канцерогенному эффекту либо условно безопасную дозу токсиканта (УБД) (virtually safe dose - VSD) (см. раздел "Оценка риска действия токсиканта").

Под ПДК канцерогенного вещества понимается такая его концентрация, при воздействии которой на персонал, работающий в контакте с этими веществами в течение всего периода трудовой деятельности, или на население, в течение всей жизни проживающего в районе расположения химического предприятия, гарантируется, с заданной высокой надежностью, отсутствие канцерогенных эффектов (которые можно было бы выявить современными методами эпидемиологических или экспериментальных исследований).

258

УБД представляет собой дозу токсиканта, при которой возможно лишь небольшое увеличение числа новообразований в сравнении с контролем. Обычно этот прирост принимается равным 10-5 - 10-8 (один дополнительный случай на 100 тысяч - 100 миллионов человек, подвергающихся воздействию).

Величина УБД не подлежит экспериментальной проверке. Её значение, в конечном итоге, определяется выбранной математической моделью.

Если количество канцерогена в окружающей среде существенно превышает величины ПДК или УБД можно говорить о высоком риске химического канцерогенеза в популяции. Степень риска тем выше, чем выше степень этого превышения.

Дополнительными подходами к процессу оценки риска канцерогенеза, являются учет времени между моментом действия токсиканта и развитием эффекта, а также фармакокинетических особенностей канцерогена. Учет временного фактора предполагает в ходе создания математической модели процесса рассматривать вероятность появления опухоли как функцию не только дозы, но и времени, прошедшего от момента действия. В зависимости от свойств канцерогенов, сроки развития опухолей могут быть существенно различными.

Значение фармакокинетических свойств препаратов обусловлено тем обстоятельством, что между вводимой дозой и содержанием в биологических средах, а следовательно и эффективностью действия, далеко не всегда существует линейная связь. Сопоставление получаемых эффектов (канцерогенез) с реально измеренным содержанием токсикантов в соответствующих органах и тканях, с учетом сроков их персистирования, позволяет уточнить значение ПДК и УБД.

Другое назначение фармакокинетического подхода к изучению канцерогенеза - корректное сопоставление результатов, получаемых на разных видах лабораторных животных и при разных способах аппликации токсиканта.

259

ГЛАВА 6.4. ТОКСИЧЕСКИЕ ВЛИЯНИЯ НА РЕПРОДУКТИВНУЮ ФУНКЦИЮ. ТЕРАТОГЕНЕЗ Репродуктивная функция осуществляется как сложноорганизованная последовательность

физиологических процессов, протекающих в организме отца, матери, плода. Токсиканты могут оказывать неблагоприятное воздействие на любом этапе реализации функции. Сложность феномена репродукции делает его весьма уязвимым для ксенобиотиков. Трудность познания феномена состоит в том, что нарушение репродукции может быть следствием даже острого токсического действия на различные органы и системы одного из "участников" процесса, в различные временные периоды, а проявляться лишь спустя многие месяцы, а иногда и годы, дефектами зачатия, вынашивания, развития плода и несостоятельностью растущего организма (таблица 1).

Таблица 1. Периоды реализации репродуктивной функции, уязвимые для действия токсикантов.

Предконцептивный период - половое созревание - половое влечение

- формирование половых клеток (гамет) - транспорт гамет

Концептивный период - оплодотворение

- имплантация яйцеклетки - развитие плаценты

Беременность - развитие эмбриона

- созревание плода

Рождение - роды

- постнатальный период - лактация

Рост и развитие ребенка - развитие половых органов

- формирование интеллекта Трансплацентарный канцерогенез

1. Краткая характеристика анатомо-физиологических особенностей репродуктивных органов Женская репродуктивная система состоит из 4 анатомических образований, функция которых

регулируется гормонами, продуцируемыми гипофизом, яичниками, плацентой.

Яичники представляют собой миндалевидный парный орган, локализующийся по обе стороны матки. Функции яичников - овогенез, т.е. образование женских половых клеток (гамет - ооцитов) и продукция стероидных гормонов (эстроген, прогестерон). Оогонии формируются в периоде внутриутробного развития плода будущего женского организма. В организме женщины происходит лишь созревание яйцеклеток. Одна яйцеклетка (ооцит второго порядка) созревает попеременно то в левом, то в правом яичниках женщины раз в два месяца.

Фаллопиевы трубы - каналы, связывающие яичник с просветом матки. Это место слияния мужской и женской половых клеток и путь, по которому овулировавший ооцит перемещается в матку.

Матка - полый орган, с мощными мышечными стенками, расположенный в полости таза. Анатомически матка подразделяется на четыре отдела: дно, тело, перешеек, шейка. Стенка матки состоит из трёх слоёв: эндометрий (слизистая, выстилающая полость матки, в которую имплантируется и где созревает оплодотворенная яйцеклетка), миометрий (мышечная ткань, обеспечивающая выход плода при родах), брюшина.

Влагалище - образование, связывающее полость матки с внешней средой.

Мужская репродуктивная система состоит из четырёх органов, функции которых регулируются гормонами, синтезируемыми гипофизом и семенниками (яички).

Семенники - парный орган, располагающийся в мошонке, в котором образуются мужские половые клетки (сперматозоиды) и синтезируются стероидные гормоны (лейдиговы клетки синтезируют тестостерон). Развивающийся спермий проходит стадии сперматогония, сперматоцита первого порядка, сперматоцита второго порядка, сперматида и спермия. У человека процесс созревания спермия занимает примерно 70 суток.

Придаток яичка - извитая тубулярная структура, связывающая яичко с выносящим канальцем (канал, обеспечивающий выход сперматозоидов в уретру). Функция придатка - обеспечение условий для созревания сперматозоидов и их выхода.

Уретра - канал, в котором выделяют два отдела: простатический и проходящий в половом члене. Уретра связывает выносящий каналец с внешней средой.

2. Развитие плода Оплодотворение происходит в фаллопиевых трубах и состоит в слиянии женской половой клетки и

сперматозоидов. Оплодотворенное яйцо переносится в матку, где имплантируется в эндометрий (период имплантации). В этом периоде, продолжающемся около 2 недель, клетка, в силу большой автономности от

260

организма матери, мало чувствительна к действию токсикантов. Если в этом периоде организм матери повреждается в значительной степени, яйцеклетка погибает, спонтанно абортируется и беременность не диагностируется. После имплантации клетки начинается эмбриональный период развития, продолжающийся до 6 - 7 недели после зачатия. В этом периоде чувствительность к токсикантам особенно велика. В случае их действия на организм матери возможно формирование крупных морфологических дефектов развития плода или его гибель. Вслед за эмбриональным периодом следует период роста плода (фетальный период). В этом периоде чувствительность развивающегося организма к токсикантам постоянно изменяется. Каждый орган плода, формируясь в различное время, имеет свой критический период наивысшей чувствительности к ксенобиотикам. Обычно органогенез завершается в первый триместр беременности, однако развитие гениталий и центральной нервной системы продолжается и после рождения ребенка.

3. Особенности действия токсикантов на репродуктивные функции Точно выявить механизм, лежащий в основе репродуктивных нарушений, порой практически

невозможно, так как ксенобиотик мог подействовать либо на обоих родителей, либо только на одного из них, либо на мать и плод.

Неблагоприятное действие токсикантов (и их метаболитов) на мужские и женские органы репродуктивной системы может быть обусловлено либо нарушением механизмов физиологической регуляции их функций, либо прямыми цитотоксическими эффектами. Так, нарушение гормональной регуляции функций яичников может быть следствием конкуренции ксенобиотиков с половыми гормонами (андрогены, контрацептивные средства), действия на рецепторы эстрогенов (хлорорганические и фосфорорганические соединения), изменения скорости продукции половых гормонов, их метаболизма и выведения (ДДТ, ТХДД, ПХБ, хлордан). Например, полигалогенированные бифенилы нарушают метаболизм половых гормонов. При введении новорожденным крысам, эти вещества существенно изменяют функции печени, значительно изменяя уровень циркулирующих в крови половых гормонов. В последующем это приводит к нарушению оплодотворяемости животных.

Цитотоксичность, как правило лежит в основе поражения половых клеток отца или матери и клеток эмбриона.

Механизм действия многих токсикантов остается неизвестным (сероуглерод, углеводороды). Некоторые из опасных веществ, способных нарушать репродуктивные функции, представлены в таблице 2.

Таблица 2. Вещества, предположительно нарушающие репродуктивные функции

1. Стероиды

-андрогены, эстрогены, прогестины 2. Противоопухолевые препараты

-алкилирующие агенты, антиметаболиты, антибиотики

3. Психоактивные препараты, вещества, действующие на ЦНС

-летучие анестетики (галотан, енфлюран, метоксифлюран, хлороформ) 4. Металлы и микроэлементы

-алюминий*, мышьяк, бор*, бериллий, кадмий, свинец (органические и неорганические соединения), литий, ртуть (органическккие и неорганические соединения), молибден, никель, серебро*, селен, таллий

5. Инсектициды

-гексахлорбензол, карбаматы (карбарил), производные хлорбензола (метоксихлор, ДДТ), альдрин, дильдрин, ФОС (паратион), другие (хлордекон, этиленоксид, мирекс)

6. Гербициды

-2,4-Д; 2,4,5-Т

Родентициды - фторацетат*

7. Пищевые добавки

-афлатоксины*, циклогексиламин, диметилнитрозамин, глутамат, производные нитрофурана, нитрит натрия

8. Промышленные токсиканты

-формальдегид, хлорированные углеводороды (трихлорэтилен, тетрахлорэтилен, ТХДД*, полихлорированные бензофураны*), этилендибромид, этилендихлорид, этиленоксид, этилентиомочевина, этиленхлоргидрин, анилин, мономеры пластмасс (капролактам, стирол, винилхлорид, хлоропрен), эфиры фталиевой кислоты, полициклическкие ароматические углеводороды (бенз(а)пирен), растворители (бензол, сероуглерод, этанол, эфиры гликолей, гексан, толуол, ксилол), оксид углерода, метилхлорид, диоксид азота, цианокетоны, гидразин, анилин

9. Другие продукты

-этанол, компоненты табачного дыма, средства пожаротушения (трис-(2,3-дибромпропил)фосфат), радиация*, гипоксия*

* - фактор, действующий главным образом на мужчин

Вещества, вызывающие преимущественное повреждение репродуктивных органов мужчины, представлены в таблице 3.

Таблица 3. Вещества, вызывающие преимущественное повреждение репродуктивных органов мужчины