Регламентація хімічних канцерогенів - токсикологія полімерних матеріалів

Поки ще не розроблена уніфікована методологія для регламентації хімічних канцерогенів у навколишньому середовищі на основі експериментів з тваринами. Це пов`язано з відсутністю єдиної гіпотези канцерогенезу і невивченістю його механізмів. В. С. Турусов і Ю. Д. Парфьонов (1986) відзначають, що до теперішнього часу багато питань, пов`язаних з вивченням хімічного канцерогенезу, залишаються спірними (тривалість введення речовини, вибір і кількість доз, методи статистичного аналізу і ін.).
Токсичність речовини не може служити ознакою наявності або відсутності канцерогенності. Якщо полімерний матеріал має складний склад, то він вивчається в цілому. При виявленні канцерогенної активності досліджуються окремі компоненти ПМ.
Хоча кореляція між токсичністю і канцерогенність відсутня, дані про токсичність досліджуваного препарату необхідно враховувати при плануванні та організації експерименту з виявлення бластомогенних дії, щоб уникнути передчасної загибелі тварин через непередбачені ефектів дії. При виборі біологічних моделей перевагу віддають гризунам (миші, щури, хом`яки), з огляду на їх високу чутливість до індукуванню пухлин, відносно коротку тривалість життя, дешеве їх зміст, доступність отримання інбредних ліній, наявність великої кількості інформації про їх фізіології і патології.
Канцерогенність речовин в даний час вивчається за схемою: два види - дві статі - два шляхи введення - одна доза (максимально переноситься). Тестування і нормування канцерогенів розділяється в часі. Нормування їх повинно проводитися на тварин однієї статі і виду. Кількісне регламентування здійснюється по пороговому або безпорогова принципом.
Канцерогенну активність хімічних речовин рекомендується оцінювати на двох видах тварин, незважаючи на те, що позитивний результат, отриманий на одному виді тварин, вже свідчить про небезпеку речовини. У той же час про відсутність канцерогенної дії можна з достатньою достовірністю стверджувати в тому випадку, коли негативні результати отримані на 2 видах тварин.
Хоча з трьох зазначених видів гризунів найчастіше використовують мишей і щурів, хом`ячки (сирійський, золотистий або європейський) є адекватним об`єктом при вивченні канцерогенної дії хімічних речовин на дихальну систему і сечовий міхур. Клітини хом`ячків використовують для вивчення процесів трансформації in vitro і, оскільки в більшості випадків ці дослідження вимагають зворотного трансплантації клітин в організм сінгенного господаря, їх застосування останнім часом розширюється. В останні роки стало можливим отримання чистих ліній цих тварин.
Канцерогенні властивості речовин вивчаються переважно на тварин чистих ліній. Перевагами інбредних тварин є: відома середня тривалість життя, частота спонтанних новоутворень, наявність одного або двох особливо чутливих органів. Виникнення пухлин в них частково може розцінюватися як інтенсифікація процесів, які призводять до розвитку спонтанних пухлин в цьому органі. При цьому перевагу віддають низькоракових (з низькою частотою розвитку пухлин) лініях. У той же час нелінійні тварини стійкіші до інтеркурентних захворювань і більше використовуються в дослідах для виявлення канцерогенної дії речовин на неподозреваемие орган - мішень.

У нелінійних тварин важко встановити частоту розвитку пухлин в контрольній групі, а також провести порівняння експериментальних даних, отриманих в різний час або в різних лабораторіях.
Вибір виду тварин залежить також від їх специфічної чутливості. Пухлини печінки легше індукувати у мишей, ніж у щурів, а підшкірні пухлини частіше виникають у щурів, ніж у мишей. Хом`ячки більш чутливі до бластомогенних впливу на сечовий міхур, ніж миші і щури.
В експерименті рекомендується використовувати 2 види тварин (самці і самки кожного виду). Переважно вести експеримент на 8-12-тижневих мишах або щурах, лінійних або безпородних. У кожній піддослідній групі повинно бути не менше 50 самців і 50 самок. Таким чином, для випробування одного речовини за вказаною схемою необхідно не менше 600 тварин (300 мишей і 300 щурів). Так, при одночасному вивченні 4 речовин необхідно 100 контрольних тварин.
У контрольній групі повинно бути більше тварин, ніж в піддослідній групі. Крім «негативного» контролю (інтактні тварини), в останні роки все частіше застосовують «позитивний» контроль (тварини отримують відомий канцероген в дозі, яка згідно з наявними даними викликає канцерогенний ефект). Термін дії речовини для мишей зазвичай дорівнює 18-20 міс, для щурів - 24 міс. При в / ж і н / к нанесенні, враховуючи активну механічне втручання експериментатора, можливе введення речовин 2-4 рази в тиждень. Потім тварин залишають в експерименті до їх природної загибелі (мишей до 2 років, щурів до 3). Тварин, які пережили цей час, умертвляють.
У ряді випадків приманку тварин доцільно проводити в пренатальному періоді або відразу після їх народження. З метою скорочення термінів дослідження канцерогенності без порушення надійності результатів деякі автори використовують метод Ларсена (1947) - трансплацентарне введення речовини в пізньому антенатальному періоді з урахуванням підвищеної чутливості плоду до різних впливів. На думку О. П. Чепиноги (1967), цей метод не має переваг в порівнянні з іншим.
Останнім часом проводяться дослідження з вишукування методів прогнозування канцерогенної небезпеки речовин за біохімічними показниками, зміна яких супроводжує розвитку пухлин, особливо в передпухлинний періоді.
В експериментах з вивчення канцерогенної активності хімічних речовин рекомендується використовувати 2 шляхи введення, один з яких відповідає реальному. При дослідженні компонентів полімерних матеріалів, що застосовуються в будівництві, харчовій промисловості, для виготовлення одягу і взуття, один шлях введення відповідно повинен бути інгаляційним, пероральним або нашкірному. При виборі доз виходять з передумови про те, що найбільш виражений канцерогенний ефект проявляється при введенні максимально переносної дози. Однак використання максимально стерпних доз веде до «завищення» передбачуваної канцерогенної небезпеки хімічних речовин (В. М. Воронін, 1985).
При випробуванні декількох доз для визначення дозової залежності має бути забезпечено виживання протягом тривалого терміну більшості тварин.
Пероральний шлях введення є адекватним при вивченні полімерних матеріалів і їх компонентів, що використовуються у водопостачанні або при контакті з харчовими продуктами. Речовини, їх розчини у воді або маслі, а також водні витяжки з пластмас вводять в корм, питну воду або через шлунковий зонд. Речовини, що дають стабільні розчини або емульсії, можуть бути дані через поїлки.
Змазування шкіри застосовується при вивченні речовин, що входять до складу полімерних матеріалів, використовуваних для виготовлення одягу і взуття. При цьому частіше застосовують мишей гібридів першого покоління (C57BLXСВА) F, а також C57BL, CBA. Можливе використання і безпородних тварин, а також кроликів. На щурах такі досліди проводити не слід внаслідок відносної резистентності їх шкіри до індукції пухлин.
Як розчинник рекомендується ацетон, хоча краще наносити речовина або прикладати ПМ до шкіри в нативному вигляді. Іноді використовують рослинні масла або слабкий розчин спирту. Волосся на місці нанесення речовини вистригають.
Внутрішньотрахеальне введення використовують в разі, коли інгаляція є основним шляхом потрапляння речовини в організм людини (наприклад, летючі компоненти будівельних пластмас). В експеримент беруть щурів, хом`яків і мишей. У щурів і хом`яків легко виникають спонтанні пухлини, але ці тварини схильні до легеневих захворювань, що ускладнює проведення експерименту. У мишей деяких ліній нерідко виникають спонтанні аденоми легких.
Інстиляцію речовин в легені можна проводити у вигляді водних розчинів і суспензій, а також колоїдних білкових розчинів. Для збільшення терміну перебування речовини у легенях рекомендується додавання до розчину або суспензії порошку туші або інертних пилу. У всіх випадках необхідний відповідний контроль. Речовина вводять під легким ефірним наркозом 1 раз в 15 або 30 днів (0,2-0,5 мл щурам, 0,2 мл хом`якам, 0,05-0,1 мл мишам).
Інгаляційна запал є адекватною для вивчення летючих компонентів полімерних матеріалів. Крім цього, практикується підшкірне
введення, що дозволяє досліджувати як місцевий, так і системний ефект. Імплантація шматочків полімерних матеріалів піддослідним тваринам застосовується рідко.
При оцінці результатів враховують:

1. Кількість тварин з пухлинами всіх локалізацій і по кожній локалізації окремо.
2. Характер пухлин (доброякісні, злоякісні).
3. Середня кількість пухлин на 1 тварина.
4. Час появи або виявлення пухлин (латентний період).
5. Тривалість життя тварин кожної піддослідної групи (скорочення тривалості життя може «знизити» число виявлених пухлин).
6. Локалізація пухлин, їх гістологічне будова. При атом необхідно враховувати, що виникнення пухлин в органах і тканинах, де вони зустрічаються рідко, є більш важливим показником канцерогенності, ніж підвищення частоти новоутворень, типових для даного виду тварин. Досліджувана речовина визнається канцерогеном, якщо хоч в одній з досвідчених груп є статистично значуще перевищення частоти виникнення пухлин в порівнянні з контролем. До слабких канцерогенів можуть ставитися речовини, при введенні яких у тварин відзначається почастішання виникнення спонтанних пухлин або істотне скорочення їх латентного періоду в порівнянні з контролем.

Висновок про канцерогенність з`єднання видає Комітет з канцерогенних речовин МОЗ СРСР після вивчення наданих йому матеріалів.
Запропоновані класифікації канцерогенів (Л. М. Шабад, 1968, і ін.) Носять якісний характер. Для гігієнічної регламентації необхідно виявлення кількісних залежностей і визначення порогу канцерогенної дії (І. В. Саноцкий і співавт., 1978).
В СРСР (1972-1979) вперше в світі на основі концепції порогового бластомогенних ефекту розроблені ГДК для одного з найбільш поширених і небезпечних канцерогенів - бенз (а) пірену в атмосферному повітрі, повітрі виробничих приміщень, воді водойм і грунті.
У методології нормування канцерогенів питання про пороговости є основним. Дискусія з цього питання триває, у зв`язку з чим необхідно коротко зупинитися на основних її положеннях. На користь безпорогова канцерогенного ефекту свідчать наступні факти: 1) самореплікаціонная природа ракових клітин, 2) суммация необоротних ефектів канцерогенезу, 3) можливість виникнення раку після впливу єдиною дози через тривалий час після зникнення її з організму, 4) можливість розвитку раку в результаті мутації соматичних клітин.
В. А. Книжников і співавтори (1977) вважають, що встановити поріг канцерогенної дії в експерименті практично неможливо у зв`язку з обмеженим числом тварин в групах. Стохастичний характер канцерогенного ефекту зумовлює, що можливість його визначення обумовлена як дозою, так і чисельністю популяції, що піддається впливу даної дози речовини. Тому «максимально недіюча» в експерименті доза канцерогену відноситься тільки до взятої в досвід чисельності тварин, а певний таким чином поріг є уявним. На графіку доза - відповідь здається, що ця залежність лінійна для всього спектру доз канцерогену і що один поріг існує для всієї популяції. Однак багатофакторна теорія канцерогенезу визначає нелінійний характер залежності і на графіку знаходить поріг не істинний, а усереднений. Для популяції, вужа зазнала впливу канцерогенів, деякий додатковий канцероген буде підвищувати очікуваний рівень пухлин, незалежно від низького рівня впливу. В. А. Книжников (1985) відстоює підхід, згідно з яким вплив як завгодно малої дози канцерогену розглядається як додаткове R існуючого фонового впливу бластомогенних факторів навколишнього середовища і пов`язана з додатковим, відмінним від нуля, ризиком виникнення пухлини. Вимога встановлювати гігієнічні регламенти для канцерогенних чинників на рівні абсолютної безпеки є нереальним.
Експериментальні дані, як вважає І. В. Філюшкін, не можуть довести ні існування порога канцерогенної дії, ні відсутність його. Твердження про існування цього порога грунтується не на експериментальних даних, а на аналогії з загальтоксичними ефектами, де поріг встановлюється експериментально. D. G. Hoel (1975), С. С. Brown, (1976) вважають, що немає достатніх підстав визнавати існування порога генотоксичних хімічних канцерогенів, оскільки для розвитку пухлини достатньо однієї молекули канцерогену, що вступила у взаємодію з ДНК. Для канцерогенів, що діють по негенетичні механізму, в принципі може бути встановлений поріг (тверді матеріали, гормони, імунодепресанти та ін.).
Б. А. Курляндський і Н. Н. Невзорова (1985) відзначають, що порогова гіпотеза найбільш імовірна в тих випадках, коли виникнення пухлини не пов`язано з генотоксичним ефектом, а обумовлено такими, наприклад механізмами, як токсичний дісгомеостаз. У разі специфічної канцерогенної активності питання залишається відкритим.
Проблема порога має не стільки теоретичне, скільки практичне значення (І. В. Філюшкін, 1983). Додаткові матеріали з питання існування порога канцерогенної дії можна знайти на сторінках журналу «Питання онкології» за 1982-1984 рр.
На думку відомого німецького онколога X. Друкрея (1961), виключно малі дози канцерогену не викликають рак не тому, що існує гранична доза, а тому, що в цьому випадку час, необхідний для індукції раку, перевищує тривалість життя тварин. Автор запропонував обчислювати дозу, яка може викликати рак за межами життя людини. В. А. Книжников (1979) вважає, що слабка сторона цієї теорії полягає в недооцінці непевного характеру канцерогенного ефекту, з чого випливає, що за межі тривалості життя при зниженні дози можна вивести середній латентний період появи пухлин або латентний період виникнення пухлин в даній групі тварин. Але в міру збільшення чисельності груп підвищується ймовірність виникнення тварин, у яких пухлина встигне виникнути.
Не менш переконливими факторами розташовують прихильники теорії існування порога канцерогенного ефекту, в першу чергу звертають увагу на те, що не всі молекули канцерогену здатні в рівній мірі абсорбуватися в організмі і не всі потрапили в організм молекули реагують з тканиною-мішенню. В результаті метаболізму можливе утворення неканцерогенних похідних.

1. Я. Янишева, І. А. Черниченко і Н. В. Баленко (1981) наводять такі аргументи на користь концепції порогового ефекту при впливі канцерогенів на організм.
2. Наявність залежності доза - час - ефект для всіх груп хімічних канцерогенних сполук, вивчених в області експериментальної онкології та професійної патології.
3. Здатність організму протистояти виникненню пухлинного росту, завдяки наявності системи пристосувальних і компенсаторно-захисних реакцій, що забезпечують знешкодження канцерогенного фактора, нормалізацію порушених процесів і відновлення пошкоджених структур і функцій (Л. М. Шабад, 1975- Р. Е. Кавецький і співавт., 1970 ).
4. Вказівка на те, що миш`як, селен, деякі гормони та ін., В невеликих дозах необхідні для нормальної життєдіяльності організму, при досягненні певного кількісного рівня або зниженні резистентності організму виявляють свою канцерогенну активність.

Н. Я. Янишева і співавтори (1981) встановили критичні дози бенз (а) пірену, після отримання яких подальше введення речовини не відбивається на частоті новоутворень і часу їх появи. До моменту появи першої пухлини в органах-мішенях виявляються близькі концентрації канцерогену, незалежно від величини введеної дози. Цей факт вказує на необхідність досягнення певної концентрації канцерогену для реалізації первинного пухлинного ефекту. Відзначено, що час утворення першої і подальшої пухлин залежить від швидкості його накопичення.
Ряд зарубіжних вчених вважає, що питання про те, чи існує дійсний поріг, менш важливий, ніж практичний поріг, коли визначається ступінь небезпеки для людини (N. Mantel, 1963- D. Roll, 1978). В. А. Книжников і Н. Н. Литвинов (1980) рекомендують встановлювати ГДК канцерогенів у навколишньому середовищі на рівні, коли теоретична величина можливого почастішання смертельних випадків від раку нереальна або не перевищує значень, що виявляються сучасними методами епідеміологічних досліджень.

1. Я. Янишева і співавтори (1981) розглядають час розвитку пухлин як лімітуючий показник при оцінці канцерогенної активності речовин. Вони розробили математичні моделі, що дозволяють прогнозувати імовірнісний ризик виникнення пухлин на заданий відрізок часу. Використана авторами математична модель дозволила розрахувати теоретичний ризик виникнення пухлин від дії малих доз канцерогену, що опинилися неефективними в експерименті. При нормуванні канцерогенів слід враховувати такі положення (Н. Я. Янишева і співавт., 1982).
2. Випробування різних доз канцерогену в довічному експерименті на тварин для визначення мінімально ефективної, максимально неефективною і оптимальної доз.
3. Математичне моделювання залежностей доза - ефект і доза - час прояву ефекту.
4. Прогнозування ймовірного ризику виникнення пухлин від впливу малих доз канцерогену і оцінка його небезпеки на основі залежності доза - час.
5. Екстраполяція дози канцерогену з тварин на людину.
6. Епідеміологічні спостереження.

Канцерогенний ефект незалежно від умов досвіду підпорядковується залежностям доза - ефект і доза - час. Ефект кратності проявляється в посиленні канцерогенезу при фракціонуванні великих доз речовини і ослабленні в області малих величин, аж до «нульового результату» (Н. Я. Янишева і співавт., 1985). Виразність канцерогенного ефекту залежить від сумарної поглиненої дози, а час його прояви - від разової (добової) величини.
Якщо повна схема досліджень по нормуванню канцерогенів розрахована на 3 і більше року, то моделювання залежності доза - час дозволяє перейти до прискореної регламентації.
При цьому велике значення має науково-обґрунтований вибір коефіцієнта запасу з урахуванням небезпеки канцерогену, показником якої може служити прогнозоване середній час розвитку пухлин при зміні дози речовини (Н. Я. Янишева, І. А. Черниченко, Н. В. Баленко, 1981) . Математичним виразом останнього є тангенс кута нахилу кривої доза - середній час розвитку пухлин. Питання про гігієнічну регламентацію канцерогенів ще остаточно не вирішене. Деякі автори вважають за необхідне орієнтуватися на природний фон як ГДК для канцерогенів, що зустрічаються в нормальних тканинах тварин і рослин. Близьку до цієї позиції займають Б. А. Курляндський і співавтори (1968), які запропонували визначати мінімально діючу дозу канцерогену в точці перетину кривої доза - ефект і нижньої межі коливань рівня спонтанного фону канцерогенності в даній популяції.