CC BY
12
УДК 613.632:665.44
Н. Я■ Янышева, И. А. Черниченко, Н. В. Валенка
ГИГИЕНИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ НОРМИРОВАНИЯ И ОЦЕНКИ КАНЦЕРОГЕННЫХ ВЕЩЕСТВ
Киевский НИИ общей и коммунальной гигиены им. А. Марзеева
В области гигиены окружающей среды в последнее десятилетие активно и успешно решались вопросы научного обоснования теоретических аспектов нормирования канцерогенных веществ. За этот период в СССР впервые в мире были разработаны и утверждены ПДК одного из наиболее убиквитар-ных канцерогенов — бенз(а)пирена (БП) — в атмосферном воздухе (1972), воздухе производственных помещений (1973), воде водоемов (1978) и почве (1979).
Принципиальной основой методологии регламентации бластомогенных агентов являлась обще-пpиняtaя среди отечественных гигиенистов концепция пороговостн действия (Г. И. Сидоренко, 1975; И. В. Саноцкий и В. Н. Фоменко; Н. Я. Янышева и соавт., 1977).
Вместе с тем ряд специалистов и прежде всего в области радиобиологии придерживаются мнения о беспороговом характере действия бластомогенов. В результате канцерогены противопоставляются другим химическим веществам, в частности оказывающим общетоксическое действие на организм, для которых возможность установления пороговых уровней не вызывает сомнений. В то же время количественные проявления зависимости доза — время — эффект для всех типов воздействия остаются общими. Для канцерогенных агентов, как и для токсичных соединений, по мере уменьшения дозы наблюдается снижение эффекта и удлинение времени его проявления. Подобная зависимость выявлена, в частности, при пероральном и интратра-хеалыюм воздействии канцерогенными углеводородами (см. рисунок). Различия заключаются лишь в механизмах формирования патологического процесса и степени его опасности, уровень проявления которого определяется силой воздействия (количеством действующего вещества) и способностью организма к его обезвреживанию, т. е. состоянием резистентности.
Сторонники концепции беспорогового воздействия исходят из абстрактных представлений, согласно которым самое минимальное количество
химического соединения может привести к поломке и злокачественному перерождению клетки. Одновременно закономерности эффектов при высоких уровнях воздействия экстраполируются на низкие, лежащие за пределами возможностей исследования.
Таким образом, не признается принципиальных отличий живого от неживого, в частности не учитываются особенности целостного организма, oб^ ладающего мощной системой приспособительных и компенсаторно-защитных реакций, обеспечивающих обезвреживание канцерогенного фактора, «нормализацию нарушенных процессов и восстановление поврежденных структур и функций» (Л. М. Шабад; Р. Е. Кавецнй, и др.). В итоге даже появление трансформированной клетки еще неравнозначно возникновению опухолевой болезни. Действительно, опухолевая клетка образуется, как правило, из опухолевой. Однако это происходит только при наличии определенных условий, адекватных требованиям клетки с новыми для организма свойствами. При отсутствии последних клетки, составляющие «первичный опухолевый зачаток» или гибнут, или остаются в латентном состоянии (Р. Е. Кавецкнй), Наконец, поставленные в особые условия опухолевые клетки могут потерять свои новые свойства, прежде всего «анапла-
ЗависимосГь среднего времени развития опухолей от дозы
канцерогена (в логарифмическом масштабе). По оси абсцисс — суммарная доза канцерогена (в мг); по оси ординат—среднее время развития опухолей (в мес); / — интратрахе-альное введение БП (10 раз); 2 — интратрахеальное пведемне БП (I раз); 3— интратрахеальное введение дибенз (а. И) аптрацеыа (5 раз); 4 — пероральное введение БП (10 раз); 5 — пероральное введение БП (35 раз); в — пероральное введение БП (10 раз).
Влияние кратности введения БП на развитие опухолей преджелудка
Таблица I
Линия мышеЛ Время воздействия, нес Кратность Доза. иг % опухолей преджелудка Время, мес
разовая суммарная злокачественных доброкачественных всего г»
СС57Вг 5 10 0,5 5,0 25,0 42,5 67,5 4 12
СС57Вг 17 35 0.5 17,5 54,2 15,8 70,0 4 12
С57ВЬ 5 10 0,5 5,0 7,5 52,5 60,0 4 12
С57В1* 17 35 0,5 17,5 17,1 65.7 82,8 4 12
знк» и связанную с ней способность к размножению, и проявить способность к днфференцировке (А. Д. Тнмофеевский).
Опыт экспериментальной онкологии свидетельствует о том, что после прекращения воздействия канцерогенным агентом в малых дозах происходит регрессия возникших к этому моменту начальных стадий опухолевого процесса. Изучение, например, репаративных процессов в органах дыхания, проведенное нами, показало, что после однократного интратрахеального введения малых доз БП (0,1—0,002 мг) время репарации у крыс не превышает 10—14 дней (Н. В. Баленко).
Очевидно, в соответствии с законами диалектического материализма для появления качественно новой формы существования клеток необходимо накопление определенного количества эффектов, обусловленных воздействием канцерогена. Известно, например, что многие необходимые для нормальной жизнедеятельности организма химические соединения (мышьяк, селен, некоторые гормоны и др.) проявляют свою канцерогенную активность лишь при достижении определенного количественного уровня или снижении резистентности организма.
В этом плане уместно привести также новые данные, полученные в нашей лаборатории при изучении канцерогенной реакции организма в условиях разных режимов воздействия ряда различных доз БП. В результате были выявлены уровни таких «критических» доз, после получения которых дальнейшее поступление вещества практически не отражается на числе возникающих новообразований и времени их развития (табл. 1).
Как видно из табл. 1, число новообразований, возникших прй поступлении в организм в сумме 5 и 17,5 мг БП, во всех группах близко, особенно четко это выражено в опыте на мышах СС57Вг: при десятикратном введении канцерогена опухоли выявлены у 67,5%, а при длительном (35 введений) — у 70%. При этом весьма характерна динамика развития опухолей: начиная с 7—8-го месяца почти все животные, подвергавшиеся воздействию, независимо от того, продолжалось или нет введение канцерогена, погибали от новообразований. Опухоль отсутствовала преимущественно у тех мышей, которые пали в ранний период эксперимента (до 7-го месяца).
Наличие «критической» дозы, определяющей максимальный канцерогенный эффект, естественно, позволяет предполагать наличие минимальной дозы, введение которой может привести к индуцированию одного или нескольких единичных новообразований. В связи с этим нами были определены суммарные дозы БП, которые оказывали влияние в период, предшествующий появлению первой опухоли (табл. 2). Для этой цели использованы данные, полученные при изучении характера распределения канцерогена в желудочно-кишечном тракте мышеи (Н. Я. Янышева и соавт., 1979).
В результате установлено, что к моменту появления первой опухрли с тканью преджелудка независимо от дозы канцерогена и кратности воздействия связана примерно одна и та же величина БП. Безусловно, рассчитанные дозы далеки от пороговых и являются, вероятно, завышенными и прежде всего за счет поступления вещества в латентный период развития опухоли. Последнее особенно выражено при введении больших доз. И все же сам факт, что новообразования начинают появляться только после воздействия на ткань определенной дозы, заслуживает особого внимания. Создается впечатление, что последующее поступление вещества больше направлено на закрепление перво-начального.эффекта, а не на индуцирование новых
Таблица 2
Количество БП, связанное с тканью преджелудка, у мышей С57ВЬ к моменту появления первой опухоли
Разовая доза, мг % связывания Время появления первой опухоли, мес Количество введений канцерогена Суммарная связанная доза, мг
/ серия исследований
0,5 9,7 4 8 0,40
0,1 28,8 . 6 13 . 0,37
0,02 66,0 11 23 0,30
II сепия исследований
0,5 9,7 3 7 0,35
0,1 28,8 7 10 0,29
0,02 66.0 14 10 0,13
Примечание. Количество БП рассчитано по данным экспериментов.
новообразований. Именно этим можно объяснить увеличение частоты опухолей и среднего времени их развития при хроническом поступлении канцерогена в организм по сравнению с кратковременным.
Нельзя также не отметить, что для доказательства беспорогового действия канцерогенов оппоненты часто обращаются к экспериментальным наблюдениям усиления канцерогенного эффекта при увеличении степени фракционирования дозы. .Однако результаты исследований последних лет показали, что такая закономерность имеется лишь в определенном диапазоне доз за счет повышения суммарной связанной дозы при частом введении малых количеств канцерогена, тогда как при более редком поступлении больших доз на ткань действует относительно меньшая суммарная величина (Н. Я. Янышева и соавт., 1979). Дробление средних и малых доз, с которыми наиболее часто встречается человек в условиях населенных мест, приводит к ослаблению этого действия вплоть до полного исчезновения (Payne и Hueper).
Таким образом, приведенные далеко не полные данные говорят в пользу порогового характера действия канцерогенных соединений. Естественно, что уровень его носит вероятностный характер и зависит от влияния многих» внутренних и внешних факторов. В связи с этим особое значение приобретает разработка методов, дающих возможность подойти к определению минимально эффективных и максимально неэффективных доз с последующей оценкой их как вероятностных показателей.
При этом важнейшим вопросом остается определение критерия вредного действия бластомогенных факторов среды. Подобно другим химическим агентам, канцерогенные вещества, воздействуя на организм, вызывают ряд ответных реакций, носящих специфический и неспецифический характер. Однако изучение большинства из них, в частности биохимических и иммунологических прказателей, пока не выходит за рамки качественной опенки, что не дает представления о количественной стороне эффекта. При сопоставлении ряда показателей, таких, например, как общетоксическое действие, сокращение средней продолжительности жизни популяции за счет случаев гибели индивидуумов от опухоли, а также за счет неспецифической заболеваемости и смертности нераковой этиологии, с дозовыми нагрузками некоторых изучавшихся нами канцерогенных веществ и их комбинаций, промышленных продуктов установлено, что лимитирующим показателем вредности этих соединений является специфическое опухолеобразующее действие. Оценивая последнее, необходимо учитывать все стороны его проявления — индуцирование опухолей, учащение спонтанных новообразований, сокращение латентного периода возникновения. В зависимости от ряда условий и прежде всего от принятой в эксперименте модели (низкораковые, вы- ✓ сокораковые, беспородные животные) лимитирую-
щим показателем может стать каждый из них (Н. Я. Янышева и соавт., 1977).
До недавнего времени при оценке онкогенной активности химических веществ, как правило, ограничивались определением только частоты возникающих опухолей без учета времени их появления. Вот почему сторонники беспорогового действия, прогнозируя риск возникновения опухолей от бесконечно малых доз, утверждают, что недействующих уровней канцерогена нет. Однако при этом они, как уже отмечалось, переносят зависимости проявления эффектов в области высоких доз на низкие, полагая, что закономерности их действия равнозначны. В то же время, если даже допустить возможность существования такого риска, но оценить с позиций доза — время, то вероятность его проявления может лежать за пределами естественной продолжительности жизни. Отсюда при регламентации канцерогенных веществ в окружающей среде важен поиск математических моделей, которые позволили бы определить максимальную дозу, канцерогенный эффект которой не будет проявляться в пределах естественной жизни индивидуума.
Решение этого вопроса представляется возможным с учетом двух зависимостей: доза — эффект и доза — время.
В процессе обоснования допустимого содержания БП в объектах окружающей среды нами разработаны математические модели, позволяющие прогнозировать вероятностный риск возникновения опухолей на заданный отрезок времени (Н. Я. Янышева и Ю. Г. Антомонов). Например, использованные нами математические модели доза — эффект с применением логарифмического уравнения
у — 101п + 11 и экспоненциальной функции
1/= 100(1 —еах) позволяют рассчитать теоретический риск возникновения опухолей от действия малых доз канцерогена, оказавшихся неэффективными в эксперименте.
Использование временной модели / = -^—4- ь (с
коэффициентами а и Ь, зависящими от дозы) дает возможность оценить теоретический порог с позиции «доза канцерогена — время проявления эффекта». Важно подчеркнуть, что в формулы закладываются данные, полученные в онкологическом эксперименте. Само собой разумеется, что наряду с гигиеническими требованиями (изучение в условиях, приближающихся к натурным) также эксперименты подразумевают апробацию испытываемых доз (концентраций) в условиях, ужесточающих их действие (Н. Я. Янышева).
Таким образом, исследования по нормированию канцерогенных веществ должны основываться, по нашему мнению, на следующих положениях:
— испытание различных доз канцерогена в диапазоне от оптимальной до минимально эффективной и максимально неэффективной при условии наблюдения за животными в течение всей их жизни;
— математическое моделирование зависимостей доза канцерогена — бластомогенный эффект и доза — время проявления эффекта;
— прогнозирование вероятностного риска возникновения опухолей от воздействия малых доз канцерогена и оценка его на основе зависимости доза — время;
— экстраполяция допустимой дозы канцерогена с животных пр человека;
— в случаях, когда канцерогенное вещество присутствует в окружающей среде и население имеет длительный контакт с ним, важна проверка норматива в натурных условиях. Последнее предполагает определение реальной дозы канцерогена, действующей на людей в условиях населенных мест, и выявление влияния ее на онкологическую заболеваемость.
Следует отметить, что предложенная схема тре~ бует длительных опытов в течение 3 лет и более. Вместе с тем моделирование зависимости доза — время дает возможность решить эту проблему в более сжатые сроки, т. е. речь может идти об ускоренном нормировании канцерогенов. Однако практическая реализация последнего возможна лишь при решении ряда важных вопросов, прежде всего научном обосновании выбора коэффициента запаса. Представляется, что наиболее оправданным является определение коэффициента запаса на основе учета класса опасности веществ, как это уже проводится при нормировании токсичных соединений в воздухе (Г. И. Сидоренко и М. А. Пи-нигин; М. А. Пинигин).
В нашей лаборатории разрабатываются подходы к количественной оценке канцерогенной опасности химических веществ. Показателем опасности химического канцерогена служит прогнозируемое среднее время (время появления 50% опухолей) развития новообразований при изменении дозы вещества. Математическим выражением последнего является тангенс угла наклона кривой доза — среднее время развития опухолей.
На основании выполненных исследований предлагается следующая классификация канцерогенных веществ: чрезвычайно активные, высокоактивные, умеренноактивные и слабоактивные. При этом увеличение времени проявления бластомоген-ного эффекта при десятикратном снижении дозы вещества составит соответственно 4, 16, 64 раза и более, а тангенс угла наклона кривой доза — среднее время изменится от 0,6 до 1,8 и более.
В результате степень опасности будет выше для тех веществ, при действии которых время развития
опухолей в ответ на снижение дозы изменяется незначительно. Для таких соединений профилактические мероприятия малоэффективны. И наоборот, к группе слабых канцерогенов относятся соединения, при действии которых уменьшение дозы приводит к резкому увеличению латентного периода развития новообразований.
Таким образом, в основу рекомендуемого метода оценки класса опасности канцерогенных веществ положен тот же принцип, который применяется при их регламентации, — определение бласто-могенного эффекта разных доз канцерогена и оценка его по времени проявления.
Литература. Баленко Н. В. Морфологические и гистохимические исследования легких крыс при длительном введении малых доз бенз(а)пирена. Автореф. дис. канд. Киев, 1972. Кавецкий Р. Е. Опухоль и организм. Киев, 1962. Кавецкий Р. Е.— В кн.: Пути развития современной онкологии. Киев, 1970, с. 23—39. Пинигин М. А.— В кн.: Методические и теоретические вопросы гигиены атмосферного воздуха (Сборник науч. трудов). Под. ред. Г. И. Сидоре!1ко, М. А. Пиниги-на. М.. 1976, с. 3—10. 4
Саноцкий И. В., Фоменко В. Н. Отдаленные последствия влияния химических соединений на организм. М., 1979. Сидоренко Г. И,— Гиг. и сан., 1975, № 12, с. 3—9. Сидоренко Г. И., Пинигин М. А.— Там же, 1976, № 6, с. 77—80.
Тимофеевский А. Д. Эксплантация опухолей человека. М., 1947.
Шабад Л. М. Предрак в экспериментально-морфологическом аспекте. М., 1967. Янышева Н. Я- — Гиг. и сан., 1972. № 7, с. 87—91. Янышева Н. Я. — Там же, 197?, № 1, с. 90—93. Янышева Н. Я-. Антомонов Ю. Г. —Там же, 1975, № 10, с. 87—90.
Янышева Н. Я■ и др. Канцерогенные вещества и их гигиеническое нормирование в окружающей среде. М., 1977.
Янышева Н. Я-, Черниченко И. А., Баленко Н. В.—
Гиг. и сан., 1979, № 1, с. 77—80. Payne W. М., Hueper W. С,— Am. Industi. Hyg. Ass. J., 1960, v. 21, p. 350—355.
* Поступила 11.03.81
Summary. The main stages of experimental research aimed at the setting ol hygienic standards for chemical carcinogens are defined. The authors' attitude to the concepts of threshold and harmful action criterion for carcinogens is explained. The possibility of determining, by means of mathematical modelling of dose-effect and dose-time relationships, doses of a carcinogens that will produce no effect within the lifetime of the animal, is illustrated. It is proposed that the safety factor be established on the basis of a classification of carcinogen activity developed by determining the dose-dependent variation in the mean time of tumor development.
