Мутагены и канцерогены окружающей среды, наследственность человека

Введение.

 

Большое значение для здоровья человека имеет состав и качество окружающего воздуха. Чистый воздух является одним из необходимых условий здорового и высокопроизводительного труда. Однако в производственной обстановке окружающий воздух может оказаться насыщенным различными вредными и опасными веществами. Для того чтобы обеспечить безопасную для жизни и здоровья производственную среду, не наносить вред окружающей среде необходимо осуществлять контроль над этими веществами. С этой целью необходимо знать классификацию канцерогенных веществ и методы их выявления, мутагенное действие веществ, также изучить действие химических веществ на эмбрион.

 

1. Основные понятия и определения.

 

Токсикология (от греч. toxikоn — яд) - раздел медицины, изучающий свойства ядовитых веществ, механизм их действия на животный организм, сущность вызываемого ими патологического процесса (отравления), методы его лечения и предупреждения.

Токсичность - (от греч. Toxikon-яд) - способность вещества вызывать нарушения физиологических функций организма, в результате чего возникают симптомы интоксикаций (заболевания), а при тяжелых поражениях - его гибель.

Токсикант – вещество антропогенного происхождения, способное при попадании в организм вызывать заболевание или гибель.

Мутагены (от мутация и др.-греч. — рождаю) — химические и физические факторы, вызывающие наследственные изменения — мутации.

Канцероге́н (от лат. Cancer — рак и др.-греч. — рождаю) — химические вещества, физическое излучение или онкогенные вирусы, воздействие которых на организм человека или животного повышает вероятность возникновения злокачественных новообразований (опухолей).

Насле́дственность — способность организмов передавать свои признаки и особенности развития потомству.

Вредное вещество – вещество, которое при контакте с организмом человека в случае нарушения требований безопасности может вызвать производственные травмы, профессиональные заболевания или отклонения в состоянии здоровья, обнаруживаемые современными методами, как в процессе работы, так и в отдаленные сроки жизни настоящего и последующих поколений.

Опасное вещество – потенциально вредное вещество, т.е. вещество, которое может проявить свои вредные свойства в определенных условиях.

 

2. Методы выявления канцерогенных факторов.

 

Более 6000 химических веществ были испытаны на канцерогенность в хронических опытах на лабораторных животных. Почти тысяча из них оказались способными вызывать у этих животных злокачественные опухоли. Более того, что дает сегодня обсуждаемый традиционный метод тестирования канцерогенности на грызунах, он дать не может. Вероятны два пути развития исследований в данной области: . - использование нетрадиционных животных объектов с чрезвычайно высокой чувствительностью к канцерогенным воздействиям и достаточно коротким периодом развития опухолей; - применение для быстрого выявления канцерогенности так называемых краткосрочных тестов (ускоренные методы, позволяющие с определенной вероятностью предсказывать канцерогенную опасность тех или иных факторов и основанные на оценке биологических эффектов, коррелирующих или причинно-связанных с канцерогенезом). Первый путь основан на той же логической посылке, что и традиционный метод тестирования на грызунах, т.е. на регистрации опухолей. Примером могут служить некоторые виды аквариумных рыб, на которых испытано большое количество известных химических канцерогенов для грызунов и человека. Частота индуцированных опухолей у некоторых видов рыб близка к таковой у млекопитающих, а латентный период развития опухолей гораздо короче. Это делает указанный метод значительно более экономичным. Вполне естественно, что данный способ также имеет свои преимущества, недостатки и ограничения. Методы выявления канцерогенов человека на "рыбных" моделях широко апробированы и детально описаны. Как и при других попытках подобного рода найти удобные и ускоренные тест-объекты для оценки канцерогенности, при их использовании препятствием служит косность традиционного мышления ряда онкологов-экспериментаторов, считающих основным условием для адекватности объекта его максимальную приближенность к человеку по ряду физиологических параметров.

Но даже и преодолев эту косность, ждать ощутимых успехов в данном направлении поиска удобных экспрессных тест-систем организменного уровня не представляется реальным. Гораздо более перспективен другой путь — использование краткосрочных тестов (КСТ). Среди них наиболее распространены и теоретически обоснованы пробы на мутагенность. Это связано с представлениями о том, что в основе развития большинства опухолей, индуцированных канцерогенами (по крайней мере на стадии инициации), лежит генотоксический эффект. Информативность краткосрочного тестирования диктует необходимость комплектования батарей из тестов, различающихся как по конечному эффекту (ДНК-повреждения, точковые мутации, хромосомные аберрации, митотические рекомбинации, индукция микроядер, обмен сестринских хроматид, анеугагоидия, доминантные летали, клеточная трансформация, ингибирование межклеточных коммуникаций), так и по филогенетическому уровню (прокариоты, низшие эукариоты, растения, насекомые, клеточные культуры млекопитающих и человека, целостные организменные системы). Такой подход позволяет выявлять агенты, различающиеся по механизмам действия. Перечисленные методы выявления канцерогенов в окружающей среде реально связаны с первичной профилактикой рака. Комплекс указанных методов позволяет ограничить или исключить канцерогены из сферы контакта с ними человека и тем самым снизить до минимального уровня частоту рака. Расчеты специалистов показывают, что только в Европе, выявляя средовые канцерогены и устраняя их из сферы обитания и контакта с ними человека, можно было бы снизить заболеваемость (в перерасчете на 100 тыс. населения в год) раком легких с 96,8 до 18,6, раком желудка — с 43,6 до 5,7, раком молочной железы — с 85,6 до 16,2, раком мочевого пузыря — с 30,2 до 3,1, раком толстой кишки — с 32,3 до 5,2.

Для выявления профессиональных канцерогенных факторов используют экспериментальные и эпидемиологические методы, включающие ретро - и проспективное исследование заболеваемости и смертности от рака у представителей отдельных профессий по сравнению с остальным населением.

На основании  только эпидемиологических исследований часто невозможно выявить из комплекса  действующих на человека факторов главный  опухолеродный агент. Для этого необходимо идентифицировать отдельные компоненты производственного комплекса и изучить их возможную бластомогенную активность в опытах на животных. Экспериментальные исследования позволили выявить конкретные канцерогенные (бластомогенные) агенты - химические вещества и различные виды излучений, вызывающие новообразования у животных и человека, а также наметить пути профилактики канцерогенного воздействия. Так было положено начало новому научному направлению - онкогигиене.

В настоящее время под канцерогенным фактором (канцерогеном) понимается фактор, воздействие которого вызывает или достоверно увеличивает частоту возникновения доброкачественных и/или злокачественных опухолей у людей и/или животных, и/или сокращает период развития этих опухолей.

Современные представления о роли канцерогенных  факторов, в частности, химических канцерогенов, в формировании онкопатологии человека складывались, главным образом, в  течение последних 40 лет. В 1963 г. Комитет  экспертов по профилактике рака, созванный Всемирной организацией здравоохранения, впервые дал общую оценку возможной роли этих факторов. По их мнению, около 3/4 опухолей человека зависела от подобного воздействия. В последующие десятилетия, несмотря на многочисленные новые данные о канцерогенах и их распространении в окружающей среде, о степени опасности для человека отдельных веществ, групп соединений или технологических процессов и т.д., эта оценка мало изменилась: в 70-е годы 80-90 % , в 80-е до 90-95 %.

Эта суммарная  оценка, свидетельствующая о важном значении канцерогенных факторов среды в возникновении опухолей у человека, принята и сейчас с той только поправкой, что в их число включаются также особенности образа жизни человека.

Этот вывод  был сделан на основании информации о широком распространении канцерогенов в окружающей человека среде, а также по результатам онкоэпидемиологических исследований, позволивших по новому оценить степень канцерогенной опасности для человека конкретных средовых факторов.

Важную роль в этом сыграло созданное в 1965 г. Международное агентство по изучению рака (МАИР) – специализированный орган ВОЗ. Именно эта организация начала в 1969 г. реализацию масштабной программы по оценке канцерогенной опасности химических соединений и других факторов для человека. Начиная с 1972 г., вот уже в течение более 30 лет она публикует монографии, в которых обобщаются результаты экспериментальных работ по изучению факторов различной природы (химических, физических, биологических) на канцерогенную активность, данные эпидемиологических исследований, а также другая информация, на основании которой эксперты МАИР оценивают канцерогенность этих веществ для человека. За прошедшее время издано свыше 80 томов, содержащих информацию о примерно 1000 различных агентов и факторов. Согласно классификации, разработанной экспертами МАИР, все оценивавшиеся факторы делятся на 4 группы.

В группу 1 включаются соединения, группы соединений, производственные процессы или профессиональные воздействия, а также природные факторы, несомненно канцерогенные для человека.

В группе 2 объединяются факторы, вероятно канцерогенные для человека. При этом в подгруппе 2А объединены канцерогенные факторы с большей степенью доказанности (их можно определить как «весьма вероятные канцерогены для человека»), а в группе 2В — с более низкой.

В группу 3 включаются факторы, которые на основании имевшихся в распоряжении экспертов сведений не могут быть классифицированы с точки зрения их канцерогенности для человека.

В группу 4 включаются агенты, для которых существуют убедительные доказательства отсутствия канцерогенности для человека (к таким веществам эксперты МАИР отнесли пока лишь капролактам).

Естественно, что для профилактики злокачественных новообразований у человека, в первую очередь важны факторы, включенные в 1 и 2 группы, особенно 1 и 2А. Вот как выглядит динамика оценки опасных для человека канцерогенов за 35 лет реализации программы МАИР (Монографии МАИР, т.т. 1-84).

Совершенно  очевиден прогресс в оценке канцерогенных  для человека факторов: за выбранный  нами период времени количество канцерогенных агентов, включенных в 1 и 2А группы увеличилось в 6 раз! Это чрезвычайно важно для профилактики злокачественных новообразований, т.к. теперь речь идет уже не о канцерогенах вообще, а о совершенно конкретных факторах, в отношении которых и должны разрабатываться профилактические мероприятия.

Заключение экспертов МАИР носит информационный, рекомендательный, а потому не обязательный для государств характер. В связи с этим практически все экономически развитые страны принимали свои национальные перечни канцерогенных факторов, которые на их территории приобретали юридическую силу. Классификация канцерогенов в ряде случаев отличалась от принятой экспертами МАИР. Это затрудняло в некоторых случаях решение многих вопросов, в первую очередь практического характера.

Выявление канцерогенных  агентов, опасных для человека, так  сказать персонификация «неприятеля», несомненно, большое достижение мировой  науки – ведь теперь речь идет не вообще о канцерогенных факторах, а о совершенно конкретных соединениях, продуктах, процессах. Существование такой конкретики, безусловно, способствует разработке и проведению эффективных профилактических мероприятий.

В последние десятилетия были предприняты попытки определить относительную роль отдельных факторов в заболеваемости и смертности населения от рака.

 

3. Классификация канцерогенных веществ.

 

Предложено классифицировать канцерогены по происхождению, химической структуре, степени участия в различных стадиях развития рака, по степени доказанности их канцерогенной активности и т.д.                                                       

 

1.Происхождение канцерогенов.

Природные канцерогены - это вещества, содержание которых в среде не зависит от деятельности человека. Их вклад в онкозаболеваемость считается незначительным. Так, установлено, что ежесуточно на поверхность Земли выседает около 170 т метеоритной пыли, в составе которой обнаруживаются полициклические ароматические углеводороды (ПАУ).

 
На планете в настоящее время действует около 520 вулканов, их ежегодный выброс составляет 3-6 млрд. т химических веществ (аэрозоли, пепел, лава, газы). С пеплом в атмосферу может поступить до 12-24 т только одного бенз(а)пирена, не считая других ПАУ.

 
Обнаружены и описаны природные источники таких канцерогенов как мышьяк, асбест, афлатоксины, радионуклиды и др. Так, значительное число злокачественных новообразований кожи наблюдается на юго-западном побережье острова Тайвань, где население потребляет воду с высоким содержанием мышьяка - до 1,8 мг/л (ПДК в России - 0,05 мг/л).

 
Иногда канцерогены естественного происхождения могут накапливаться в организмах живых существ и растениях и по пищевым цепям попадать в организм человека (токсины сине-зеленых водорослей, афлатоксины). 
 
Канцерогены антропогенного происхождения появились тогда, когда люди научились пользоваться огнем (около 500 тыс. лет назад). По-видимому, первыми искусственными канцерогенами были продукты пиролиза белков. Накопление канцерогенов в биосфере возрастало параллельно интенсификации промышленного производства. Процесс ускорился в последние десятилетия ХХ века. Например, производство бензола, вызывающего у людей лейкозы, составляет ежегодно 12 млн. т. Полихлорированных бифенилов произведено к настоящему времени 1,2 млн. т. Несмотря на запрещение выпуска и использования ПХБ их концентрация во всех средах биосферы и биообъектах не снижается. Суммарное поступление этих токсикантов в окружающую среду достигает 35% от произведенной массы. Из этого количества лишь 4% подвергается естественной деградации.

 
2.Химическая структура.

 
К канцерогенам относятся вещества, имеющие совершенно различное химическое строение (рисунок 1). Среди них ПАУ и гетероциклические соединения, ароматические азосоединения, ароматические аминосоединения, нитрозоамины и нитроамины, металлы, металлоиды и неорганические соли и др. 
 
 
 
Рисунок 1. Структура некоторых канцерогенов, синтетических и естественного происхождения 
 
 
3..Степень доказанности канцерогенной активности вещества.