Хімічний канцерогенез: кількісні аспекти - рак: експерименти і гіпотези

Більш уважний погляд на хімічний канцерогенез: кількісні аспекти
«Я стверджую, що в кожної природної науці рівно стільки від науки взагалі, скільки в ній математики», - говорив Кант задовго до лорда Кельвіна. Хімія того часу не підійшла під сувору мірку вченого: «... хімія ніколи не стане справжньою наукою: у найкращому разі вона буде мистецтвом систематизування або постановки експериментів». Однак хімія вже давно переросла мірку Канта, а в її теоретичний фундамент закладено основи термодинаміки і атомної фізики.
Навіть сучасні біологія і наукова медицина все частіше розглядаються як точні науки. Захоплення феноменом живого досі залишається важливим стимулом біологічних досліджень, але з vis vitalis і vis regenerated вчені вже розпрощалися - з жалем і полегшенням одночасно. Переможцем стала проста молекула ДНК, а в описі таких біологічних явищ, як спадковість і адаптація, вирішальне слово належить кібернетиці. Слід визнати, що дослідження раку в значній мірі залишаються «мистецтвом систематизування», і ми ще не досягли успіху в побудові в цілому прийнятною і повсюдно прийнятої теорії. Однак не можна сказати, щоб онкологія повністю нехтувала математикою. Кількісні дослідження хімічних канцерогенів дали перший поштовх до появи «математичної теорії» розвитку пухлини.
Протягом тривалого часу вчені обмежувалися поділом речовин на слабкі і сильні канцерогени. Ще в 1948 р Беджер користувався простий полуколичественной системою класифікації хімічних канцерогенів:

Але навіть він змушений був визнати, що через труднощі біологічних досліджень точність визначення може коливатися в межах одного «плюса». З цього випливало, що при повторенні тесту на канцерогенність речовина можна класифікувати і як слабкий, і як неактивний канцероген. Твердо сказати, чи є дана речовина канцерогеном, надзвичайно важко-знову і знову необхідні дослідження на більшій кількості тварин і з більш високою дозою передбачуваного канцерогену. Про те, наскільки обережно слід виносити «остаточне судження», свідчить недавня дискусія про нові протизаплідних препаратах (естроген) і штучних підсолоджувачах (цикламат). Проблема прикордонної активності досі не вирішена.
Зате можна вирішити, принаймні принципово, проблема заміни колишніх якісних показників активності кількісними. Багато авторів розробили свою власну систему (наприклад, Беренблюм і Міллери), але найвідомішим прикладом служить так званий індекс Айболла, запропонований американським вченим Айболлом в 1939 р

індекс Айболла

Розглянемо два варіанти дослідження канцерогенів на прикладі експериментального раку шкіри: мишей одного віку, статі та штаму поділяють на групи, по 30 мишей в кожній. 0,3% -ний розчин випробуваного речовини наносять на поголену спинку миші (розчинником може бути бензол, раніше використовувався найчастіше, хоча тепер відомо, що ацетон менше впливає на шкіру). Нанесення речовини повторюють двічі на тиждень, поки не з`являться перші видимі оком папіломи і їх можна буде порахувати. У табл. 2 описаний такий досвід з двома різними органічними речовинами.
Таблиця 2
Параметри канцерогенної активності

Легко помітити, що розглядаються речовини поводяться по-різному: ДМБА викликає пухлини в середньому вже на 43-й день і вражає 65% мишей, в той час як дібензакрідін індукує пухлини лише у 24% мишей, причому на це потрібно майже річний період.
«Сильний» канцероген відрізняється двома ознаками: він здатний викликати пухлини у більшого числа тварин і за більш короткий проміжок часу.
Це означає, що кількість нових пухлин, так само як і латентний період, може служити мірилом канцерогенної активності. На цій підставі Айболл запропонував наступне рівняння в якості індексу канцерогенності:

де множник 100 доданий просто для переходу до цілих чисел. Кількісні дані, отримані за допомогою цього рівняння, представлені в останній колонці табл. 2.
Очевидно, що наведені цифри можуть застосовуватися лише до даної системи: розраховані індекси вірні тільки для мишей даного штаму, причому з`єднання повинні наноситися на шкіру. Якщо мета експерименту - порівняння здатності цих двох з`єднань викликати саркоми у щурів після підшкірного введення, то, ймовірно, слід очікувати іншої канцерогенної активності і відповідно інших індексів. Так, ДМБА - дуже сильний канцероген при нанесенні на шкіру мишей, але при індукуванні саркоми у щурів він дає середні показники. Навряд чи потрібно додавати, що недостатньо просто порівнювати 0,3% - розчини канцерогенів, бо сильний канцероген ефективний при низьких дозах, а слабкий повинен застосовуватися у високій концентрації. Якщо обмежитися однією будь-якої концентрацією, виникає небезпека недооцінити сильні канцерогени. Ось чому так важливо встановити співвідношення доза - відповідь для кожного канцерогену.

Криві співвідношення доза - відповідь

Між ін`єкцією канцерогену і можливим розвитком пальпируемой пухлини може пройти не один місяць. Проте точні криві співвідношення доза - відповідь можуть бути отримані навіть для канцерогенних активностей з урахуванням того, що біологічні показники (вид, штам, стать, вік, їжа і т. Д.) Залишаються постійними.

Фіг. 9.

На фіг. 9 представлений випадок, описаний Брайнер і Шимкіна: канцерогенні вуглеводні в зазначених на осі абсцис кількостях підшкірно вводили мишам і підраховували випадки розвитку сарком в місці одноразового введення. Як видно з графіка, 0,1 мг метилхолантрен досить, для того щоб саркома розвинулася в 100% випадків. Для отримання такого ж ефекту бензіпірена потрібно раз в 10 більше.
Зазвичай пухлини не можуть бути викликані одноразової обробкою тварини. Як правило, потрібно згодовувати канцероген з їжею тривалий час, щоб викликати, наприклад, рак печінки. Однак навіть у випадках «хронічного» згодовування простежується досить чітка математична залежність. Розглянемо випадок індукування гепатит у щурів при згодовуванні їм ДАБ (див. Стор. 42). Цей приклад був кількісно проаналізовано в 1948 р Друкрі [13] і Кюпфмюллером. Результати зведені в табл. 3.
Остання колонка в таблиці не може не викликати подиву. При добовій дозі як 3, так і 30 мг ДАБ на 1 щура сумарна доза, необхідна для виникнення гепатоми, в кожному випадку становила близько 1 г. При нижчій добовій дозі для досягнення сумарної дози
Таблиця 3
Індукування раку печінки при щоденному згодовуванні N, N-диметил-4-аміноазобензола (ДАБ)

було потрібно близько року-при високих дозах пухлини печінки розвивалися через місяць. Отримані дані можна представити у вигляді формули: D = dt, де D - сумарна доза, d - добова доза і t - час.
Ітак- вплив ДАБ (здатність викликати пухлини) визначається підсумовуванням окремих доз ( «ефект сумації»). Як видно з результатів, первинне канцерогенний вплив всіх окремих доз незалежно від того, наскільки вони малі, зберігається і підсумовується протягом усього життя піддослідної тварини, даючи в сумі «індукцію пухлини» (Друкрі).

Канцерогенні впливу незворотні

Мабуть, тканину, а точніше, клітини тканини, не може оговтатися від «канцерогенної дії» хімічного канцерогену. Якби «процес одужання» грав вирішальну роль, то мало б значення час згодовування канцерогену тваринам в кожному конкретному випадку: при тривалих періодах згодовування (низькі дози) процес одужання був би виражений чіткіше, ніж при коротких. Оскільки, незважаючи на різницю латентних періодів, пухлина розвивається після досягнення все тієї ж загальної дози, відсутність таких реакцій не викликає сумніву. Отже, вплив ДАБ на клітини печінки є незворотнім.
ДАБ - далеко не поодинокий випадок. Численні дослідження знову і знову підтверджують незворотність дії канцерогенів. На це вказує і факт виникнення пухлин після однократного дії канцерогену (як при підшкірній ін`єкції канцерогенних вуглеводнів). Але явище незворотності можливо переконливо продемонструвати і в дослідах з хронічною дією канцерогенів. В одному з таких дослідів Джміль вивчав дію діметіламіностільбена, недавно відкритого канцерогену, з невблаганною точністю викликає пухлини вушного проходу у щурів. Ці розростання пальпировались у всіх піддослідних тварин майже одночасно (протягом п`яти днів згодовування).
«Одній групі щурів щодня згодовували канцероген в дозі 1 мг / кг до виникнення пухлини вушного проходу. Іншій групі поперемінно протягом одного тижня щодня давали подвійну дозу (2 мг / кг), а протягом наступного - їжу без канцерогену. Обидві групи в сумі отримували однакову загальну дозу. Якби процес одужання при канцерогенезі був можливий, то він виявився б у той час, коли пацюки не отримували канцерогену, і для цієї групи тварин потрібна була б більш висока загальна доза, ніж для групи, яка отримувала канцероген без перерви. Однак цього не сталося: середні загальні дози в обох групах практично виявилися рівними і становили в експерименті з постійним скармливанием канцерогену 373 ± 75 мг / кг, а в дослідах з чергується скармливанием - 348 ± 70 мг / кг. Отже, проведений експеримент підтвердив незворотність канцерогенної дії »(Джміль [35]).
Все сказане вище дозволяє зробити наступний висновок: хімічний канцероген характеризується ефектами сумації і незворотності, хоча в кількісному відношенні ця характеристика не є вичерпною. Час також відноситься до числа важливих чинників канцерогенезу, що не залежать від конкретного канцерогену.