Принципиальная схема онкоэкологического мониторинга
Другим важным показателем канцерогенной опасности является наличие в объектах среды и биоте, например, в тканях животных и растений, в пищевых продуктах и т.д. заведомо опухолеродных соединений, для чего используется широкий набор современных методов физико-химического анализа. В частности, это касается контроля канцерогенных мышьяка, асбеста, ПАУ, нитрозаминов и др. Вместе с тем необходимо отметить отсутствие для ряда канцерогенов достаточно удобных экспрессных и экономичных методов определения. В этих условиях возрастает роль биомониторинга, поскольку многие виды-индикаторы, используемые для выявления изменений в окружающей среде, могут быть использованы и как организмы-мониторы, то есть для количественного определения относительного уровня загрязнений. Кроме непосредственного обнаружения опухолей, а также выявления в объектах окружающей среды опухолеродных веществ, для диагностического мониторинга используют некоторые другие показатели, имеющие косвенное значение, но обусловленные биологической активностью химических загрязнителей, связанной с канцерогенными свойствами. В данном случае имеется в виду их токсические, тератогенные и мутагенные эффекты. Токсическое действие загрязняющих канцерогенных веществ в его экстремальных проявлениях часто доступно глазу даже стороннего наблюдателя, не специалиста. Весьма показателен пример с аварией танкера "Амоко Кадис", когда вследствие разлива нефти 90 километров побережья Бретани было усеяно трупами птиц, моллюсков и рыб. Обычно определение токсических воздействий проводят в лабораторных условиях, используя разнообразные объекты в зависимости от конкретных задач изучения определенного загрязнителя. Разработаны биотесты, учитывающие этологические реакции организмов (реакции избегания), биохимические, морфологические, физиологические и иные эффекты. Отметим, что проявления токсикозов у различных организмов под действием разных факторов химической природы чрезвычайно многообразны, и потому их регистрация и оценка для корректной индикации весьма сложна. Тератогенные эффекты канцерогенных загрязнителей изучаются достаточно широко с использованием как полевых, так и лабораторных исследований. Подобные вещества способны вызывать аномалии и пороки развития. Так, среди 25000 миксин, выловленных в Швеции в 1972— 1975 гг., отмечены разнообразные пороки развития, которым нередко сопутствовали опухоли печени, поджелудочной железы, кожи, мягких тканей. Установлено, что непосредственно перед 1972 г. в районе вылова был произведен сброс значительных количеств стоков промышленных предприятий. Основными экотоксикантами в этих стоках были полихлорированные бифенилы и хлорорганические пестициды, известные как активные канцерогены для животных. В популяции неотенических личинок тигровой саламандры Amblystoma tigrinum, обитающей в лагуне Рис (штат Техас), куда сливали отходы горючего реактивных двигателей расположенной поблизости военно-морской воздушной базы, обнаружено значительное количество (до 40%) аномалий развития и опухолей. В последние годы интенсивно разрабатывается проблема обнаружения химических соединений с потенциальными мутагенными свойствами в воздухе, почве, воде и биоте, а также проявления специфических эффектов мутагенов. Мутагенные эффекты химических загрязнителей определяют по индукции обратных мутаций у гистидиндефицитных штаммов бактерий Salmonella typhimurium, торможению репарации ДНК, хромосомным аномалиям. В качестве объекта часто используют традесканцию, у которой по индукции микроядер определяют мутагенную опасность и, учитывая связь между мутагенезом и канцерогенезом, предсказывают и канцерогенность. Другой удачный объект — корневая система лука Allium. Естественно, что особо ценная информация может быть получена при регистрации специфических аномалий, вызванных мутагенами у представителей того или иного биогеоценоза. Таким образом, проведение диагностического мониторинга с использованием организмов-индикаторов позволяет обнаруживать канцерогенные загрязнения в биотической компоненте и выявлять их специфические эффекты. К компетенции прогностического мониторинга относятся исследования, направленные на получение прогноза состояния биоты. В плане обсуждаемой проблемы это предполагает экотоксикологический анализ, и в первую очередь, изучение движения канцерогенов по трофическим цепям, а также характера накопления и выведения канцерогенов из организмов и биотестирование. Сейчас установлено, что в круговороте канцерогенов принимают участие огромное количество живых организмов. Некоторые из них аккумулируют конкретные канцерогены, являясь для последних как бы "ловушками". Например, устрицы накапливают до 0,25 мг/кг массы тела полихлорированных бифенилов, рыбы — до 0,57 мг/кг, а накопление бензо(а)пирена достигает 70 мг/кг в случае устриц и до 400 мг/кг у рыб прибрежных районов шельфа. Один из наиболее ярких фактов — последствия использования ДДТ для уничтожения комаров на одном из озер Калифорнии был приведен ранее. Эти примеры отражают очень важный аспект — трофическую передачу и биоконцентрирование канцерогенов. Было установлено, что у виргинских устриц из залива Блэк-Харбор (штат Коннектикут) высока частота опухолей, происходящих из жаберного и почечного эпителия. В лабораторных условиях помещение устриц в аквариумы с осадками из этого залива также приводило к возникновению подобных новообразований. Физико-химическими методами в этих осадках и тканях моллюсков обнаружены полихлорированные бифенилы, полициклические ароматические углеводороды и хлорированные пестициды. У обитающих в заливе камбал, питающихся этими моллюсками, оказалась высока частота опухолей почек, поджелудочной железы и печени, что указывает на очевидную роль трофической передачи экотоксикантов в канцерогенезе. Исследования по биотестированию имеют важное значение для выяснения механизмов активации и дезактивации канцерогенных загрязнителей, точек приложения и клеточно-молекулярных мишеней воздействия канцерогенов, зависимости "доза-эффект", определения минимально-эффективных концентраций и т.д. Между воздействием канцерогена и проявлением заболевания обычно проходит довольно значительное время. Например, примерная длительность латентного периода в случае развития лимфом составляет 2—5 лет, рака мочевого пузыря, вызванного контактом с ароматическими аминами — 18 лет, рак легких и мезотелиомы плевры развиваются через 20—40 лет после вдыхания асбестовой пыли. Поскольку последствия контакта с канцерогенами выявляются значительно позже самого контакта, то необходима проверка возможной канцерогенности тех веществ, которые поступают в окружающую среду и с которыми соприкасается человек в своей жизни. Используемые тест-организмы должны отвечать определенным требованиям, таким как высокая чувствительность, специфичность отклика, возможность быстрой регистрации ответа, простота содержания в лабораторных условиях, идентичность или близость физиологических и иных биохимических параметров тест-организмов к индикаторным или мониторным объектам. Однако главной проблемой биотестирования канцерогенов является максимальная адекватность применяемых систем реальным условиям экспозиции к факторам окружающей среды или корреляции регистрируемых ответов системы с опухолеродными эффектами. Основным методом биотестирования в классической онкологии до последнего времени являлись испытания канцерогенной активности химических веществ в хронических экспериментах на животных (главным образом, грызунах). Несмотря на большие преимущества подобного подхода, эти исследования имеют ряд существенных недостатков — длительность (опыты на мышах и крысах занимают 2—3 года), исключительная дороговизна (до 1,5—2 миллионов долларов США на тестирование лишь одного вещества) и самое важное — низкая пропускная способность таких систем. Известные американские ученые и популяризаторы экологических знаний П.Ревель и Ч.Ревель считают, что "для выявления вещества, вызывающего рак, может потребоваться очень большое число животных. Предположим, например, что какой-то химикат вызывает заболевание раком лишь у одного из 10000 человек, подвергавшихся его воздействию. Если бы такому воздействию подвергалось все население США, то рак развился бы у 20000 человек, а это весьма большое число случаев. При проверке на животных потребовалось бы 10000 крыс, чтобы выявить один случай рака. По меньшей мере 30000 крыс необходимы, чтобы результаты считались статистически достоверными." Немногим 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. Именно поэтому в настоящее время наиболее широкое применение для быстрого выявления канцерогенности получили тесты, основанные на регистрации некоторых биологических эффектов, коррелирующих или причинно связанных с канцерогенезом. 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, под которым понимают повреждения наследственного аппарата клетки, фенотипически выражающиеся в мутациях. Тестами для определения мутагенов регистрируются, главным образом, генные, геномные и хромосомные мутации. Эти пробы характеризуются простотой, краткосрочностью, высокой "пропускной" способностью и экономически выгодны. С помощью проб на мутагенность в различных лабораториях Западной Европы, США и Японии было испытано около 20000 химических веществ, в том числе практически все соединения, канцерогенность которых установлена для животных. При этом удалось предсказать канцерогеннную активность алкилнитрозомочевин, этиленоксида, фенацетина, пищевого консерванта AF-2, синтезированных на основе ароматических аминов красителей для волос, содержащихся в дизельных выхлопах нитропиренов, некоторых белковых пиролизатов пищевых продуктов и ряда других соединений. Вместе с тем сами по себе отдельно взятые краткосрочные тесты (КСТ) дают хотя и важную, но ограниченную информацию. Информативность краткосрочного тестирования существенно повышается созданием батарей ускоренных методов. Батареи должны отвечать следующим принципам: 1) взаимодополняемость проб, включаемых в батарею; 2) каскадность в применении различных методов; 3) интегральность оценки результатов. Это диктует необходимость комплектования батарей из КСТ, отличающихся как по конечному эффекту (ДНК-повреждения, точковые мутации, хромосомные аберрации, митотические рекомбинации, индукция микроядер, обмен сестринских хроматид, анеуплоидия, 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. Перечень наиболее репрезентативных КСТ для скрининга канцерогенов отражен в таблице 23. Таблица 23
|
