Загальні закономірності дії хімічних канцерогенних речовин - загальна онкологія
Незалежно від структури і фізико-хімічних властивостей все хімічні канцерогенні сполуки мають ряд спільних рис дії. Перш за все для всіх канцерогенів характерний тривалий латентний період дії. Слід розрізняти істинний, або біологічний, і клінічний латентний період. Малигнизация кліток не починається з моменту контакту їх з канцерогеном. Хімічне канцерогенна речовина піддається в організмі процесів біотрансформації, в результаті чого утворюються канцерогенні метаболіти, які, проникаючи в клітину, викликають глибокі порушення, що закріплюються в її генетичному апараті, обумовлюючи малигнизацию клітини.
Таким чином, істинний, або біологічний, латентний період - це період часу від освіти в організмі канцерогенних метаболітів до початку неконтрольованого розмноження малігнізованих клітини або клітин. Зазвичай користуються поняттям клінічного латентного періоду, який значно довше біологічного. Він обчислюється часом від початку контакту з канцерогенним агентом до клінічного виявлення пухлини. Якщо початок контакту з канцерогеном може бути чітко визначено, то час клінічного виявлення пухлини може широко варіювати. Рання діагностика пухлини може залежати, з одного боку, від онкологічної настороженості і частоти медичного обстеження, як це, наприклад, має місце в професійних контингентах при роботі з канцерогенами, а також від лікарської кваліфікації, а з іншого - від часу звернення хворого до лікаря, локалізації пухлини, арсеналу тонких діагностичних тестів. Біологія пухлинного росту така, що наша, так звана рання, діагностика, на жаль, в дійсності вже не є ранньою.
При поверхнево розташованих пухлинах, при максимально сприятливих умовах ми можемо цитологічних діагностувати пухлину, що складається з 106-109 пухлинних клітин з масою від 1 мг до 1 м Проте навіть при цьому в крові можуть вже виявлятися пухлинні клітини. Як експериментальні дані, так і спостереження за професійними пухлинами свідчать про значні коливання тривалості латентного періоду. Він може становити від 1/10 до] / 2 тривалості життя експериментальної тварини і людини. Так, наприклад, латентний період професійних пухлин сечового міхура у робітників, що контактують з 2-нафтиламином або бензидином, становить від 3 до 20 років, а при контакті з миш`яком пухлини шкіри можуть розвиватися через 30 - 40 років.
Тривалість латентного періоду залежить від канцерогенної активності речовин, інтенсивності і тривалості контакту організму з канцерогенним агентом. Чим вище канцерогенна активність речовини і чим інтенсивніше і триваліше його дія, тим коротше латентний період розвитку пухлини. Канцерогенна активність широко варіює і часто носить умовний характер. Так, прояв онкогенної активності в значній мірі може залежати від виду тварин, лінійних (генетичних) особливостей, стану ендокринної системи, статі і віку, а також коканцерогеннимі та інших модифікуючих впливів аж до характеру розчини гелю, в який вводиться канцероген. Так, наприклад, 2-нафтиламин є сильним канцерогенною речовиною для людини, собаки і миші, на щурів ж він робить дуже слабке бластомогенних дію. 2-Флуоренілацетамід для щурів, мишей і хом`яків є сильним канцерогеном, в той час як морські свинки не чутливі до його дії. Істотно відрізняються в чутливості до дії одного і того ж канцерогену, наприклад диметил-нітрозаміни, трав`яні і пазуристі жаби.
Для індукції пухлин печінки у кігтистих жаб доза канцерогену повинна бути збільшена в 40 разів у порівнянні з трав`яними жабами. В цілому слід зазначити, що канцерогенна активність речовини, очевидно, визначається швидкістю і інтенсивністю метаболічних перетворень і відповідно кількістю і активністю утворюються кінцевих канцерогенних метаболітів, що взаємодіють з чутливими клітинами. Важливе значення в цьому процесі можуть грати промотори. Незважаючи на відносність канцерогенної активності хімічних речовин, зумовлену зазначеними вище моментами, для індукції пухлини для одних канцерогенів потрібні одні дози, для інших - інші, причому діапазон доз може коливатися від 1 до 107 мкг. Наприклад, для індукції пухлин печінки афлатоксином досить 5-10 мкг, тоді як для аміноазосоедіненій ця доза становить 9000 мкг, а для трихлоретилена вона обчислюється грамами. Таким чином, поряд з відносною опухолеродного активністю хімічних речовин, існують як слабкі, так і сильні канцерогени.
Другою суттєвою закономірністю дії канцерогенів є залежність доза - час - ефект. Існує певна кореляція між дозою речовини (сумарною і разової), латентним періодом і частотою виникнення пухлин. У загальній формі це може бути сформульовано таким чином. Чим вище разова доза речовини, тим коротше латентний період і тим вище частота виникнення пухлин, у тому числі злоякісних. Частота виникнення пухлин (відсоток уражених тварин) залежить не тільки від дози речовини, але також від канцерогенної активності. Чим вона вища, тим коротше латентний період розвитку пухлин. Ці взаємини виражаються рівнянням
IK = 100 п / Т,
де IK - індекс канцерогенності- п - відсоток тварин з пухлинами від числа тих, хто дожив до виявлення першої пухлини- Т - середній латентний період в днях. Це взаємовідношення було виявлено J. Jball (1939). »
Застосування індексу Айбел особливо доцільно для порівняльної оцінки активності речовин, введених тваринам одного і того ж виду в одних і тих же дозах, в однакових розчинниках, в однакові органи і тканини.
Природно, що більш повне уявлення про активність речовини може бути отримано при використанні високих доз. Для більшості хімічних канцерогенів показано, що кінцевий опухолеродного ефект залежить не стільки від разової, скільки від сумарної дози. Разова доза визначає лише час, необхідне для індукції пухлини. Чим вона вища, тим коротше латентний період. На прикладі ряду індукованих пухлин було показано також, що сумарна доза, необхідна для розвитку пухлин, може бути зменшена за рахунок дроблення разової дози, однак для отримання того ж самого кінцевого ефекту необхідно більш тривале введення речовини. За влучним висловом Я. М. Шабада, в цих випадках «час заповнює дозу». Грунтуючись на численних експериментах з вивчення залежності латентного періоду від дози канцерогену, Н. Druckrey (1957) була запропонована формула
dtn = К,
де d - добова доза t - час впливу-К - постійна величина-п - показник ступеня, постійний для кожного канцерогену, коливається від 1,1 до 6,5.
З наведеної вище формули випливає, що зі зменшенням дози канцерогену латентний період зростає. Це співвідношення може бути описано лінійним рівнянням залежності логарифма латентного періоду від логарифма дози і може бути представлено на графіку відрізком прямої. Експонента п розраховується за нахилом прямої на графіку залежності доза - час - ефект. Н. Druckre пропонує розглядати п як індекс сили канцерогенної активності. Для діетілнітрозаміна розрахункова величина п = 2,3, для БП п = 4 при нанесенні на шкіру мишей 3 рази в тиждень. Зазначена формула відображає уявлення багатьох дослідників про безпорогова дії канцерогенів. Дійсно, можна припустити, що з подовженням латентного періоду навіть найменші дози можуть викликати рак. Таким чином, субпорогових доз канцерогенів не існує. Природно, що при дуже низьких дозах латентний період може бути настільки тривалим, що тварина помре природною смертю, не доживши до «свого» раку.
Теоретично, правда, можна собі уявити, що при надзвичайно низьких рівнях доз може відбутися або інактивація канцерогенів, або відновлення пошкоджених нуклеїнових кислот, або елімінація пошкоджених клітин [Maugh Т., 1978].
Однак практично, як правило, дія хімічних канцерогенів необратімо- воно характеризується суммацией ефекту, а процес канцерогенезу - прогресивним розвитком, що протікає навіть без постійного дії канцерогенів.
Інший закономірністю, характерною для дії канцерогенів, є стадійність морфологічних змін, що передують розвитку раку. Вони є єдиними для різних біологічних об`єктів, починаючи від приматів і закінчуючи рибами і молюсками. Вивчивши процес канцерогенезу на прикладі пухлин різного морфо- і гістогенезу, Л. М. Шабад прийшов до висновку про поступово наростаючих атипових зміни дефінітивних клітин [Шабад Л. М., 1967]. Ці стадії включають диффузную нерівномірну гіперплазію, вогнищеві проліферати, доброякісні та злоякісні пухлини. Слід зазначити, що не завжди можна простежити поступове, що проходить всі стадії розвитку пухлини. У ряді випадків слідом за осередкової проліферації може наступити, минаючи стадію доброякісної пухлини, злоякісне переродження. Наприклад, при індукції пухлин молочної залози 7,12-діметілбенз (а) антраценом [Sinha D., Dao Т., 1977] або товстої кишки - 1,2-диметилгидразина [Пожарісскій К. М., 1974] у щурів розвиток злоякісних новоутворень відбувалося без попереднього виникнення доброякісних пухлин. Більш того, в молочній залозі у окремих щурів, наприклад, при цьому виникали доброякісні пухлини, але їх малігнізації не відбувалося. Більшість дослідників зараз визнають, що доброякісні пухлини можуть представляти як окрему гілку канцерогенезу, остаточним ланкою якої вони є, так і проміжну стадію малігнізації. Численні дані, отримані на різноманітних пухлинних моделях, свідчать про різноманіття форм морфогенезу. Ці форми залежать як від виду тварин, так і від природи канцерогену. Так, у мишей, на відміну від щурів, освіта раку молочної залози включало стадію доброякісних пухлин (так званих гиперпластических альвеолярних вузликів) [Medina М., 1977]. У щурів при дії бензидина виникали поліпи кишечника, які в подальшому малігнізуватися [Плісс Г. Б., Вольфсон H. І., 1973]. Такий же процес відзначений в кишечнику мишей при дії 1,2-диметилгидразина [Denschner Е., Long F., 1977]. У печінки різні гепатоцелюлярні карциноми володіють різним морфогенезом. Так, при виникненні еозінофільноклеточних карцином відзначається передстадія гиперпластических вузликів, тоді як базофільноклеточние карциноми виникають безпосередньо з вогнищевих проліфератов [Reuber М., 1965]. Майже при першій-ліпшій нагоді морфогенезу першою стадією процесу була проліферація клітин, що призводить до виникнення гіперплазії. В окремих випадках, коли гіперплазію не вдавалося виявити, наприклад при індукції пухлин товстої кишки щурів 1,2-диметилгидразина, передпухлинні зміни виражалися в розширенні зони проліферації в криптах [Пожарісскій К. М., 1974], що можна розглядати як своєрідний аналог гіперплазії.
Уявлення про те, що гіперпластичні процеси в тканинах можуть бути сприятливим фоном для розвитку пухлин, послужили свого часу основою для проведення дослідів по комбінації дії запальних подразників тканин. Однак виявилося, що гіперплазія сама по собі не сприяє розвитку пухлини. Лише певні тимчасові співвідношення між дією канцерогенів і агентів, що викликають гіперплазію, дають коканцерогеннимі ефект.
Так, в 1941 р Беренблюмом було показано, що якщо слідом за одноразовим нанесенням на шкіру мишей канцерогенного ДМБА в дозі, що не викликає зазвичай пухлин шкіри, аппліціровать багаторазово кротоновое масло, то у тварин розвиваються папіломи і раки шкіри. При зміні порядку аплікації агентів пухлини не виникали. Саме кротоновое масло, як правило, пухлин не викликає, але має сильну подразнюючу дію. Хімічний аналіз дозволив встановити, що чинним початком кротонового масла є 13 - ацетатрадеканоілфорбол - 13 - ацетат (ТФА) [Hecker Е., 1976]. Ці та подальші дослідження лягли в основу уявлень про двостадійна канцерогенезу. Суть їх полягає в наступному. На I стадії (стадії ініціації) канцерогенний агент перетворює нормальні клітини в латентні, або дрімаючі, пухлинні клітини. На II стадії (стадії промоції або активації) відбувається активація цих клітин промоцірующімі агентами і перетворення їх в активні, пролиферирующие пухлинні клітини. Слід, однак, відзначити, що присутність додаткового агента (промотора) не обов`язково для індукції пухлини- він необхідний лише в разі дії так званого неповного канцерогену або повного канцерогену, але використовуваного в таких низьких дозах, які зазвичай не викликають пухлини.
Таким чином, повний канцероген, який діє на тканини в досить високих дозах, володіє як ініціював, так і промоцірующім ефектом. Неповним канцерогеном для шкіри вважають уретан - його канцерогенні властивості (як ініціатора) виявляються лише після промоцірующего дії кротонового масла. Як промоторів можуть виступати багато хімічні агенти. Відома, наприклад, висока промоцірующая активність н-додекан, фенолу, Антралін, витяжок з цитрусових фруктів, детергентів твін, СПАНА, натрію олеат і ін. Поглиблені дослідження ТФА як найбільш активного промотора показали, що він, посилюючи проліферацію клітин, гальмує їх диференціювання. Однак, діючи самостійно, він не здатний викликати глибокі генні порушення в клітинах. Ось чому, на противагу ініціював агентам, ефект промоторів може бути звернемо, особливо на ранніх стадіях формування пухлини. При недостатній активності або відсутності промоторів процес канцерогенезу може загальмуватися. Таким чином, промотори можуть уявити таку ж небезпеку для індукції неоплазм, як і повні канцерогени. Дослідження по двостадійна канцерогенезу зайвий раз показують складність проблеми нормування канцерогенів, так як навіть «недіючі» дози можуть виявитися небезпечними в поєднанні з промоторами. Так, наприклад, промотор н-додекан може посилювати канцерогенність бенз (а) пірену в 1000 разів [Bingham Е., Falk N., 1962]. Ряд дослідників, грунтуючись на даних про слабку канцерогенної активності кротонового масла та інших промоторів при їх тривалому застосуванні у високих дозах, вважають за можливе розглядати процес коканцерогенеза як сінканцерогенез, т. Е. Як спільне вплив двох канцерогенів [Турусов В. С., 1969- Турусов В. С., Кобляков В. А., 1986].
Проблема комбінованої дії канцерогенів викликає великий інтерес як у теоретичному, так і особливо в практичному аспекті, так як рішення її може дати уявлення про реальну небезпеку сумарного навантаження на організм канцерогенних агентів. Численними експериментами встановлено, що при спільній дії канцерогенів можуть спостерігатися різні ефекти -від потенцирования і складання дії до ослаблення індукції пухлини за рахунок дії іншого канцерогену [Лихачов А. Я., 1964- Fishbein L., 1979]. Суммация або навіть потенцирование ефекту зазвичай спостерігається при спільному застосуванні речовин, що мають однакову органотропность, але різну хімічну структуру. Одночасне введення щурам гепаготропних нітрозамінів з 2-ААФ або ДАБ призводить до вкорочення латентного періоду розвитку пухлин печінки і їх почастішання [Weisburger J. et al., 1955 Schmahl D., Thomas, 1965]. Спільне введення щурам бензидина і 2-нафтиламина призвело до значного почастішання розвитку пухлин кишки, що не виникають з такою частотою при роздільному введенні цих канцерогенів [Плісс Г. Б., Иоганнсен М. Г., 1974]. При впливі двох сполук з різноманітною Органотропність часто не спостерігають додаткового канцерогенного ефекту. Так, почергове змазування шкіри мишей розчинами ДМБА і уретану не приводило до сумації ефекту - пухлини шкіри і легенів розвивалися з такою ж частотою, як якщо б ці канцерогени вводилися порізно [Schmahl D., Thomas С., 1964]. Введення двох канцерогенів однаковою хімічної структури, особливо коли один з них є слабким канцерогеном, призводить до гальмування канцерогенезу. Це спостерігалося, наприклад, при спільному підшкірному введенні бенз (а) антрацену і дибензил (а, в) антрацену. Цей антагонізм дії відбувається, очевидно, за рахунок конкуренції між слабкими і сильними канцерогенами при їх взаємодії з інтрацелюлярна рецепторами. Можливі й інші механізми антиканцерогенного ефекту. Так, при одночасному згодовуванні 3-метил-4-диметиламіноазобензолу і метилхолантрен у щурів виникає значно менше пухлин печінки і жовчних проток, ніж при введенні одного азокрасителя. Цей ефект пояснюється тим, що метилхолантрен різко підвищує редуктазної і деметілазную активність ферментних детоксикаційних систем в мікросомах клітин печінки, що призводить до утворення неканцерогенних або слабоканцерогенних метаболітів азосоединения. Аналогічне пояснення може бути дано при оцінці антиканцерогенного дії метилхолантрен при введенні його щурам разом з 2-ААФ. В цьому випадку метилхолантрен, активуючи мікросомальні багатоцільові оксидази, підсилює гидроксилирование флуорен по кільцю і переводить його в слабкий канцерогенний метаболіт.
Таким чином, інтегральна оцінка дії ряду канцерогенів може залежати як від їх хімічної структури, органотропності і послідовності дії, так і від їх здатності впливати на мікросомальні багатоцільові оксидази і інші детоксицирующие системи організму.
