CC BY
60
УДК 636.02
DOI 10.24411/2078-1318-2019-12113
Доктор ветеринар. наук О.К. СУХОВОЛЬСКИЙ Директор кинол. центра А.В. МАМАЕНКО (ФГБОУ ВО СПбГАУ, [email protected])
РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ВЫЯВЛЕНИЯ РАКА ПРЕДСТАТЕЛЬНОЙ ЖЕЛЕЗЫ У ЧЕЛОВЕКА СПЕЦИАЛЬНО ОБУЧЕННЫМИ СОБАКАМИ
На сегодняшний день есть много подтвержденных исследований о том, что собаки способны выявлять у человека онкологические заболевания по запаху. Опухоли из-за патологического метаболизма в раковых клетках выделяют определенные химические вещества, специфические для каждого типа онкологии. Эти летучие органические соединения и способны обнаружить собаки.
Врачи Х. Уильямс и А. Пемброк из дерматологического отделения больницы Кингс-Колледжа были первыми учеными, опубликовавшими исследования по этой теме в 1989 году в британском журнале «The Lancet» [1]. Они выявили, что собаки могут определить наличие злокачественных опухолей в различных органах, таких как легкие, кожа, яичники и мочевой пузырь. Они также обнаружили, что раковые клетки выделяют метаболические продукты, отличающиеся от тех, которые вырабатываются здоровыми клетками, поэтому животные могут обнаруживать канцерогенные летучие соединения в человеческих выделениях, таких как выдыхаемый воздух, моча или экскременты [1]. Кроме того, раковые клетки, как правило, метаболически более активны, чем здоровые.
В дальнейшем эти результаты были подтверждены исследованиями, проведенными во Франции, США, Великобритании, Италии и других странах. Кроме того, есть много примеров, где собаки без какого-либо специального обучения сигнализировали своим хозяевам о том, что в организме что-то идет не так.
Обонятельная способность собак в 1000 - 10000 раз выше (в зависимости от породы), чем у людей, так как у них 300 миллионов рецепторов в носовой полости, а у человека всего 5 миллионов. Также у собак есть вомероназальная система, включающая в себя дополнительный обонятельный орган - орган Якобсона, расположенный в верхней части неба, вомероназальный нерв, терминальный нерв и добавочную обонятельную луковицу, распложенную в переднем мозге. Эта система служит для распознавания различных химических соединений, летучих ароматных веществ и феромонов, которые, как правило, не ощущаются как запахи. Мозг собаки в 10 раз меньше, чем у человека, но при этом участок мозга, который отвечает за обоняние, больше в 40 раз. Поэтому мозг собаки обрабатывает запахи примерно в 40 раз быстрее, чем человеческий [2]. Эти факторы позволяют использовать собак для обнаружения различных веществ.
Одним из перспективных исследований в обнаружении онкологических заболеваний может стать обучение собак диагностике различных видов онкологических заболеваний, в том числе рака предстательной железы. Рак предстательной железы (РПЖ) является наиболее частым видом рака у мужчин. Согласно статистическим данным, смертность от РПЖ составляет 12,4% всех онкологических и 72% - онкоурологических заболеваний [3]. Одной из причин высокой смертности считается сложность ранней диагностики, так как практически отсутствуют первые симптомы болезни, и впервые пациенты обращаются к врачу уже с запущенным онкологическим процессом.
В настоящее время в диагностике РПЖ используется выявление в крови простат-специфического антигена (ПСА). Повышение уровня ПСА в крови до 10 нг/мл и выше, как правило, свидетельствует об онкологическом заболевании. Однако часто РПЖ протекает без повышения уровня ПСА и, наоборот, при высоком уровне показателя отсутствуют клинические признаки злокачественных процессов в простате. Поэтому пациенты с подозрением на РПЖ для подтверждения диагноза направляются на биопсию. Это
обследование является оперативным вмешательством и может стать причиной различных осложнений, включая сепсис и смерть [3]. Кроме того, с использованием биопсии далеко не всегда (иногда только в 70% случаев при первой биопсии) удается подтвердить диагноз рака предстательной железы, особенно на начальных стадиях заболевания, когда злокачественная опухоль еще имеет малые размеры [4].
Перечисленные факторы создают определенные трудности в дифференцированной диагностике доброкачественных и злокачественных опухолей, дальнейшем лечении больных РПЖ, что подтверждает актуальность поиска альтернативных методов диагностики данного заболевания.
Целью нашего исследования в связи с вышеперечисленным явилась разработка специальной методики обучения собак выявлению летучих органических соединений, выделяемых раковыми опухолями, для изучения возможности обнаружения рака предстательной железы у мужчин по образцам мочи.
Материалы, методы и объекты исследования. Как уже отмечалось, в научной литературе достаточно часто встречаются работы по успешному использованию специфической способности собак выявлять и обозначать летучие органические соединения из метаболизма раковых клеток (ЛОС) для диагностики различных онкологических заболеваний: рака кожи, рака легких, рака молочной железы, РПЖ и др. [1, 2, 4]. Авторы этих исследований считают, что существуют химические компоненты, соответствующие определенным типам рака, которые циркулируют в организме человека, и что собака может чувствовать их запах. Из обзора научных публикаций можно сделать вывод о наличии в моче человека ЛОС, специфичных для заболевания РПЖ, хотя достоверной информации о том, какие именно специфические органические соединения свидетельствуют о наличии заболевания, пока нет.
В некоторых публикациях возможности использования собак для диагностики онкозаболеваний подвергаются критике [5]. В них приводятся аргументы того, что потоковая диагностика заболеваний с использованием собак невозможна, так как в большинстве экспериментов создаются специальные условия, отличающееся от условий в реальной лаборатории. Собаки, как и любые животные, могут устать, проголодаться, испугаться, непредсказуемо себя вести в непривычной обстановке, что приводит к снижению эффективности их работы. Использование собак для выявления заболеваний требует больших материальных ресурсов, связанных с их покупкой, обучением и содержанием. Главное, собака может только помочь предположить наличие заболевания, но точно его диагностировать и начинать лечение на этом основании нельзя.
С целью изучения вопроса о возможности использования специально обученных собак для обнаружения специфичных ЛОС, а следовательно, и получения информации о наличии у пациента РПЖ, было принято решение об обучении собак такой диагностике на базе кинологического центра Санкт-Петербургского государственного аграрного университета. За основу были взяты данные из работы Д. Таверна, Л. Тиду, Ф. Гриззи и других об эксперименте, проведенным «Отделом урологии Клинического гуманитарного и научно-исследовательского центра» (Department of Urology, Humanitas Clinical and Research Center) г. Милана, на базе Военного ветеринарного центра Министерства обороны Италии [6]. Ученые отобрали двух немецких овчарок, служебных собак высочайшего класса, и дополнительно натренировали их на определение ЛОС, характерных для рака простаты. Далее собакам было «предложено диагностировать» образцы мочи 362 человек с опухолью и 540 здоровых. Первая собака опознала 100% проб с наличием онко-маркера, специфичность составила 98,7%. Вторая овчарка правильно определила 98,6% образцов с подтвержденным диагнозом РПЖ, специфичность составила 97,6%. На основании этого был сделан вывод, что обонятельная система собак может обнаруживать специфические летучие органические соединения рака простаты в образцах мочи с высокой чувствительностью и специфичностью.
В связи с тем, что в открытых публикациях акцент делается на результатах исследований, а используемая методика дрессировки собак практически не описывается, нами была поставлена задача разработать и апробировать такую методику самостоятельно, с использованием имеющегося опыта обучения собак поиску и обнаружению целевых запахов (наркотических средств, взрывчатых веществ и пр.).
Особое внимание в опыте было уделено подбору собак. Для подобных экспериментов животные должны тщательно отбираться из тех представителей породы, которые чаще используются в таможенных, силовых и других государственных структурах. К дрессировке по поиску веществ по запаху пригодны многие породы собак, хотя предпочтение следует отдавать таким породам, как бельгийская овчарка малинуа, немецкая овчарка (рабочего и спортивного разведения). Овчарки отличаются крепкой, уравновешенной нервной системой сангвинического типа с активными процессами возбуждения и торможения, в них сочетается выносливость, активность и заинтересованность в работе, хороший контакт с кинологом.
Можно рассматривать в качестве кандидатов и собак других пород служебного и охотничьего направления, например, породы русский охотничий спаниель (лучше от охотящихся родителей) или лабрадор, хотя у этих пород есть некоторые недостатки. Спаниели и кокер-спаниели не способны к длительному и заинтересованному поиску, их работоспособность уступает выносливости овчарок. С особым вниманием нужно тестировать собак породы доберман, терьер и шнауцер, учитывая, что они обладают легковозбудимой нервной системой с холерическим типом высшей нервной деятельности, что усложняет дрессировку. Лабрадоры, несмотря на их популярность в кинологических подразделениях, имеют низкую выносливость в работе по поиску и очень быстро теряют концентрацию при больших объемах работы.
В любом случае кандидаты, проходящие тестирование на пригодность к обучению, должны отбираться с учетом их здоровья и свойств нервной системы. Пригодность собак к работе оценивается по следующим критериям: способность к поиску предметов по запаху, типу, полу, возрасту, поведению с людьми, склонности к агрессии, состоянию здоровья, в первую очередь, нервной системы (степени возбудимости, уравновешенности, силы тормозного процесса). Особенности нервной системы собак определяются по их поведению в специально создаваемых ситуациях [7]. Наиболее часто встречающиеся недостатки -трусость, чрезмерная злоба, неуравновешенность поведения, неустойчивость к сильным раздражителям, свету, звукам, запахам, излишняя агрессия.
Способность к обнаружению различных веществ зависит и от пола животного. Более высокий процент качественно работающих собак отмечается среди сук в соотношении с кобелями 3:1 и выше. Рекомендуемый возраст для начала дрессировки щенков 8 - 16 месяцев. Более молодые животные не способны выдерживать длительный тренировочный процесс. Собаки старше 16 месяцев, как правило, проявляют большую агрессию, тяжелее поддаются обучению.
Для нашего эксперимента по обнаружению летучих органических соединений, специфичных для заболевания РПЖ, были отобраны две суки породы малинуа (бельгийская овчарка) в возрасте двух лет, предварительно прошедшие базовое обучение поиску и обнаружению взрывчатых веществ. Для собак этой породы характерен сангвистический тип высшей нервной деятельности. Они легко поддаются дрессировке, очень сообразительные, азартные, выносливые, некрупные, обладают хорошими физическими качествами и хорошей памятью. У них феноменальное чутье: могут с легкостью находить по запаху бомбы, наркотики и даже нелегальные электронные приборы.
В качестве материала для обучения собак обнаружению летучих органических соединений, соответствующих РПЖ, использовались образцы мочи, полученные от трех групп людей: молодых здоровых мужчин в возрасте 17 - 25 лет (п = 354), пациентов онкологической клиники, у которых в результате гистологического исследования был выявлен РПЖ разной стадии (п = 126); пациентов, проходящих обследование у онколога в
связи с повышенным уровнем простат-специфического антигена, у которых диагноз рака не подтвердился после проведения первичной биопсии (п = 57).
Результаты исследований. Для дрессировки собак по обнаружению ЛОС РПЖ в образцах мочи был применен метод оперантного научения с использованием кликера (кликер-тренинг) и пищевым подкреплением в связи с тем, что ранее они обучались поиску взрывчатых веществ по этой методике. Кликер-дрессировка является одним из популярнейших методов обучения животных за рубежом и в последние годы все чаще используется в России. Сторонники этой методики считают ее универсальным средством, позволяющим решать любые проблемы дрессировки [7]. Как техническое устройство кликер представляет собой небольшой звуковой генератор, воспроизводящий щелчок. Щелчок используется как условный раздражитель совместно с пищевым подкреплением (лакомством), которое собака может проглотить не разжевывая.
Собаки работали, как правило, свободно, без поводков. За занятие каждое животное делало от 3 до 5 проходов, обнюхивая конусы с образцами мочи. Собаки были обучены обозначению искомого образца в форме «целеуказания» - остановкой и замиранием у искомого конуса с удержанием носа около емкости, из которой выходит запах. Мы старались добиться, чтобы собаки делали обозначение образца с ЛОС РПЖ на первом проходе. Обе собаки за проход отрабатывали одни и те же образцы, однако расположение образцов в ряду каждый раз случайным образом изменяли. Очередность работы собак также изменялась произвольным образом. После того как обе собаки отработали комплект образцов, они повторно уже не использовались.
На первом этапе обучения за обнаружение положительных проб собаки постоянно получали пищевое подкрепление. На втором этапе использовалось выборочное подкрепление. Животные были приучены к тому, что в обследуемых образцах может и не быть искомого запаха. Также проводились контрольные пуски, позволяющие организовать подкрепление собак за работу, поддерживая мотивацию на высоком уровне, и контролировать их работоспособность в течение всего рабочего дня.
На протяжении всего обучения в помещении во время работы собаки находился только проводник, который и давал собаке лакомство в случае успеха. Поскольку проводник не знал места правильного расположения конуса с образцом ЛОС РПЖ, то контроль за правильностью обозначения осуществлял инструктор, находившийся в смежном помещении. Инструктор знал позицию искомого образца, наблюдал за работой собаки по монитору, на который поступал сигнал от видеокамеры. Если обозначение собакой образца было правильным, следовал щелчок кликера и собака получала подкрепление. В противном случае инструктор сообщал проводнику об ошибке.
Данный эксперимент проводился в течение 9 месяцев. За это время удалось обучить собак выявлять в ряду из 6-8 образцов мочу людей, больных раком предстательной железы, и не сигнализировать на образцах, полученных от здоровых людей, даже тех, у кого имелся повышенный уровень ПСА. На протяжении заключительных этапов работы у собак практически не наблюдались ложные обозначения и пропуски искомых образцов (чувствительность составила 90%).
Выводы. Способность собак выявлять рак может быть очень полезна. Во-первых, собаки могут очень быстро анализировать образцы после обучения. Во-вторых, обнаружение проводится неинвазивным методом. Это также может способствовать профилактическому контролю у пациентов, не имеющих симптомов болезни, но подверженных высокой степени риска заболеть из-за наследственных, экологических и других факторов. В-третьих, следует отметить высокий уровень надежности такой диагностики (выше 90%), неинвазивность процесса, в отличие от биопсии, и относительно низкую стоимость. Хотя подбор, дрессировка и содержание животных требуют времени, сил и определенных материальных затрат.
Понятно, что на данном этапе эксперимента выявление онкологических заболеваний собаками не может служить основанием постановки точного медицинского диагноза. Но, учитывая неинвазивность этой методики, а также тот факт, что и биопсия, особенно на ранних стадиях заболевания, не дает 100% точного результата, считаем целесообразным проведение дальнейших исследований.
В ходе данного эксперимента была разработана и апробирована методика дрессировки собак поиску летучих органических соединений, выделяемых раковыми клетками. Полученные результаты позволяют сделать вывод о возможности использования специально обученных собак для выявления онкологических заболеваний у человека. Однако необходимы дальнейшие исследования с участием большего количества собак, чтобы унифицировать критерии обучения животных.
Литература
1. Williams H., Pembroke A. Sniffer Dogs in the melanoma dimc? // The Lancet. 1989. - V. 333— Р. 638-734.
2. Суховольский О.К. Домашние животные как модель для изучения новообразований у человека // Ученые записки учреждения образования / Витебская ордена Знак почета государственная академия ветеринарной медицины. — Витебск: Изд-во ВГАВМ, 1995. — С. 99.
3. Anastasiadis A., Zapala L., Cordeiro E. et al. Complications of prostate biopsy // Expert Rev. Anticancer Ther. 2013. — V.13. — P. 829.
4. Presti J.Jr. Does the yield of prostate cancer biopsy and repeat biopsy justify the frequency of their use // Nat. Clin. Pract. Urol. 2008. — V.5 — P. 246.
5. Geggel L. If Dogs Can Smell Cancer, Why Don't They Screen People? // Live Science, 2017. [Электронный ресурс]. URL: https://www.livescience.com/61234-how-dogs-smell-cancer.html (дата обращения 26.02.2019).
6. Taverna G., Tidu L., Grizzi F., Torri V., Mandressi A. Highly-Trained Dogs' Olfactory system of highly trained dogs detects prostate cancer in urine samples. // The Journal of Urology. 2014. — № 193 (4) — Р. 1382 — 1387.
7. Гриценко В.В. Формы научения и способы дрессировки собак для поиска взрывчатых веществ, взрывных устройств, оружия и боеприпасов. — М.: Юнити-Дана, 2009. — 50 с.
Literatura
1. Williams H., Pembroke A. Sniffer Dogs in the melanoma slinic? // The Lancet. 1989. — V. 333— S. 638-734.
2. Suhovol'skij O.K. Domashnie zhivotnye kak model' dlya izucheniya novoobrazovanij u cheloveka // Uchenye zapiski uchrezhdeniya obrazovaniya / Vitebskaya ordena Znak pocheta gosudarstvennaya akademiya veterinarnoj mediciny. — Vitebsk: Izd-vo VGAVM, 1995. — S. 99.
3. Anastasiadis A., Zapala L., Cordeiro E. et al. Complications of prostate biopsy // Expert Rev. Anticancer Ther. 2013. — V.13. — S. 829.
4. Presti J.Jr. Does the yield of prostate cancer biopsy and repeat biopsy justify the frequency of their use // Nat. Clin. Pract. Urol. 2008. — V.5 — S. 246.
5. Geggel L. If Dogs Can Smell Cancer, Why Don't They Screen People? // Live Science, 2017. [EHlektronnyj resurs]. URL: https://www.livescience.com/61234-how-dogs-smell-cancer.html (data obrashcheniya 26.02.2019).
6. Taverna G., Tidu L., Grizzi F., Torri V., Mandressi A. Highly-Trained Dogs' Olfactory system of highly trained dogs detects prostate cancer in urine samples. // The Journal of Urology. 2014. — № 193 (4) — S. 1382 — 1387.
7. Gricenko V.V. Formy naucheniya i sposoby dressirovki sobak dlya poiska vzryvchatyh veshchestv, vzryvnyh ustrojstv, oruzhiya i boepripasov. — M.: YUniti-Dana, 2009. — 50 s.
