Мутагенные и канцерогенные вещества
Генетические экопатогенные эффекты. Многочисленные эпидемиологические, лабораторные и клинические наблюдения свидетельствуют о наличии причинно-следственных связей между загрязнением окружающей среды и повреждением генетической информации организма человека. Эти наблюдения проводились как во вредных условиях производственной деятельности, так и в условиях населенных мест, атмосфера, водные источники и почва которых загрязнены мутагенами.
Мутаген — это фактор окружающей среды или фактор эндогенной природы, способный нарушать генетические программы клеток и вызывать в организме изменения наследственных свойств. Мутагенной активностью обладают многочисленные и широко распространенные загрязнители химической и физической природы, а также вирусы, бактерии и пр. Обширная группа наследственных болезней обусловлена либо отклонениями от нормального содержания хромосом, либо генетическими дефектами в результате мутаций в отдельных участках хромосом.
Опасность для генетического аппарата половых и соматических клеток представляют радионуклиды, которые могут провоцировать наследственные заболевания и злокачественные новообразования. На сегодняшний день радиация является наиболее полно изученным мутагенным фактором риска здоровья человека.
Все большее признание получает модель допорогового влияния мутагенов на организм, особенно в период активного роста и созревания. Одной триллионной доли грамма диоксина достаточно, чтобы нарушить работу иммунной системы человека, внести искажения в его генетический аппарат. Мутагенной активностью обладают и низкие допороговые дозы радиационных загрязнителей.
Мутагены, действуя в минимальных допороговых дозах или концентрациях загрязнителя, снижают общую резистентность организма, что вызывает разнообразные биологические эффекты.
По происхождению химические мутагены можно разделить на три основные группы:
1) органические и неорганические соединения естественного происхождения (оксиды азота, нитриты, нитраты, алкалоиды и др.);
2) продукты переработки природных соединений на энергоемких производствах (полициклические ароматические углеводороды, соли тяжелых металлов и др.);
3) продукты химического синтеза, прежде не встречавшиеся в природе, а потому очень опасные для здоровья, так как к ним не выработаны естественные эволюционные механизмы защиты: пестициды, полихлорбифенилы, некоторые лекарственные препараты. В частности, печально известный талидомид в результате массового применения беременными женщинами вызывал у новорожденных тяжелые врожденные пороки развития.
Опасность загрязнения окружающей среды мутагенами состоит в том, что большинство вновь возникающих мутаций, не прошедших шлифовку эволюцией, отрицательно влияют на жизнеспособность всего живого на земле. В случае поражения зародышевых клеток последствия выражаются в возрастании частоты носительства мутагенных генов или хромосом, т.е. в увеличении объема мутационного груза популяции. При повреждении соматических клеток возможно возрастание частоты злокачественных новообразований.
В городах, атмосферный воздух которых насыщен химическими мутагенами, число детей с диагностированными генными дефектами в 3...5 раз превышает распространенность хромосомных заболеваний.
С загрязнением окружающей среды связывают увеличение частоты бесплодных браков, самопроизвольных абортов, особенно в ранние сроки беременности (до 12 нед), мертворождений и врожденных пороков развития. Это наносит большой ущерб здоровью населения, поскольку, с одной стороны, снижается рождаемость, с другой — повышается число больных детей с физическими или интеллектуальными дефектами, которые впоследствии нуждаются в социальной поддержке государства. Около трети случаев детской инвалидности, заболеваемости и смертности обусловлены врожденными пороками развития, которые занимают 2—3 места в структуре перинатальной заболеваемости и смертности.
Несмотря на очевидность мутагенной активности загрязнителей природной среды, эта проблема все еще изучается, поскольку чистого моновоздействия на организм практически не встречается. Повреждения генетического аппарата человека могут быть вызваны не только экологическими факторами, но и факторами риска социальной природы; существует также большой перечень наследственных болезней, эволюционно передающихся из поколения в поколение. Именно поэтому для оценки интенсивности мутагенной активности объектов природной среды особо значима информация не вообще о нарушениях репродуктивной функции населения, а лишь о тех эффектах, которые можно связать с воздействием физических или химических мутагенов.
Информационно значимы для экологического фактора риска прежде всего врожденные пороки развития, проявляющиеся уже в первом поколении. В частности, к ним относят скелетные пороки диспластической природы: синдактилия (сращение пальцев), полидактилия (лишние пальцы), редукционные пороки конечностей (их укорочение), гидроцефалия. Среди врожденных пороков костно-мышечной системы часто встречаются дисплазии тазобедренного сустава и врожденная деформация стоп (косолапость). Совокупное взаимодействие факторов риска экзо- и эндогенного характера может приводить к множественным порокам развития, уровень которых непрерывно возрастает.
Ранжирование канцерогенных веществ. Канцерогенным называется вещество (фактор), воздействие которого достоверно увеличивает частоту возникновения доброкачественных и/или злокачественных опухолей в популяции человека и/или животного и/или сокращает период развития этих опухолей. Мировой опыт по изучению канцерогенной опасности различных веществ суммируется в монографиях Международного агентства по изучению рака (МАИР). В настоящее время издано около 70 томов, где даны заключения о почти 900 химических агентах, сложных смесях и производственных процессах. Главным критерием канцерогенной опасности вещества для человека являются наличие контакта с этим веществом, экспериментально полученные данные о его канцерогенности, результаты эпидемиологических исследований, проведенных по методу «случай-контроль», или когортных исследований. МАИР ранжирует изученные соединения по 4 группам. Группа 1 — вещества, роль которых в возникновении опухолей у человека безусловно доказана. В эту группу включено 66 веществ, в том числе мышьяк, никель, асбест, хром (VI), винилхлорид, бензол, радон и продукты его распада. Группа 2 разделена на две подгруппы: к подгруппе 2А отнесено 60 веществ, канцерогенный эффект которых для животных имеет высокую степень доказательства, а для человека — ограниченные доказательства (например, бенз(а)-пирен, бериллий и его соединения, формальдегид, кадмий);
к подгруппе 2В отнесено свыше 230 веществ, с определенной степенью вероятности вызывающих рак у человека, т. е. их канцерогенность для человека убедительно не доказана при отсутствии свидетельств, полученных в результате опытов на животных (кобальт, ацетальдегид, бензин автомобильный, четыреххлористый углерод и др.).
К группе 3 относятся вещества, которые не могут быть классифицированы в отношении их опухолеродной активности для человека.
К группе 4 относятся неканцерогенные для человека вещества.
Важно отметить, что отнесение веществ к группе 3 или 4 по классификации МАИР не означает, что они не обладают канцерогенной активностью. Возможно, на сегодняшний день учеными еще не получены достоверные данные, поэтому перечни и классификации постоянно пересматриваются и пополняются.
Заключения экспертов МАИР носят информационный, рекомендательный, а потому не обязательный для государств характер. В связи с этим практически все развитые страны готовят или уже приняли свои национальные перечни канцерогенных веществ, которые на их территории имеют юридическую силу.
В 1991 г. перечень веществ, продуктов, производственных процессов, бытовых и природных факторов, канцерогенных для человека, введен и в нашей стране. В 1998 г. Комиссией по канцерогенным факторам при Минздраве России подготовлен и с февраля 1999 г. введен в действие новый перечень. Он явился одной из составных частей создаваемой в настоящее время нормативно-правовой базы для проведения реальной профилактики злокачественных новообразований. Перечень включает 56 соединений с доказанной для человека канцерогенностью и 45 соединений, вероятно канцерогенных для человека.
Следует подчеркнуть, что признание вещества канцерогенным еще не означает неизбежности возникновения опухоли в результате контакта с ним. Канцерогенность химических соединений может существенно различаться, и для организма человека далеко не безразлично, воздействию какого канцерогена он подвергнется. Реальная же опасность зависит от многих факторов, важную роль среди которых играют два: канцерогенная активность этого соединения и концентрация (доза) вещества, с которым контактирует человек. Канцерогенность химических соединений может различаться в миллионы раз.
Значительную канцерогенную опасность представляют полициклические ароматические углеводороды. Индикатором этой группы признан бенз(а)пирен, обладающий высокой канцерогенной активностью и стабильностью в окружающей среде. Канцерогенные полициклические ароматические углеводороды широко распространены в окружающей среде, их образование связано с чрезвычайными ситуациями — вулканической деятельностью, пожарами, а также процессами нефте-, угле- и сланцеобразования. Основными техногенными источниками полициклических ароматических углеводородов являются промышленность и транспорт. Содержание бенз(а)пирена в воздушном бассейне нашей страны колеблется от 0,02 до 150 нг/м3. Повышенный уровень бенз(а)пирена отмечается вблизи автомагистралей. В районе расположения промышленных предприятий его содержание в почве может достигать 300 мкг/кг. В пробах овощей, выращенных в промышленном районе, бенз(а)пирен может присутствовать в концентрациях до 30 мкг/кг.
Более 14 млн чел. в России проживает на территориях с повышенным содержанием бенз(а)пирена в атмосферном воздухе, в частности, в 24 городах со сталелитейным производством и 30 городах с нефтеперерабатывающими заводами или крупными ТЭЦ.
Полициклические ароматические углеводороды вызывают опухоли кожи, легких, бронхов, молочной железы, желудка и других органов. При поступлении в организм бенз(а)пирена в комбинации с некоторыми веществами (сернистым газом, оксидами азота) происходит усиление канцерогенного эффекта. Установлено, что 1 нг бенз(а)пирена в 1 м3 воздуха приводит к росту заболеваемости раком легкого, равному 0,4 случая на 100 000 населения. Доза бенз(а)-пирена, поступающего в организм человека в течение жизни с продуктами питания, составляет 4,6...13,2 мг, с атмосферным воздухом — 0,5...5,5 мг, с питьевой водой — 270...470 мкг.
В России впервые установлены ПДК бенз(а)пирена. Гигиенические нормативы содержания бенз(а)пирена в атмосферном воздухе — 1 нг/м3, в воздухе рабочей зоны — 0,15 мкг/м3, в воде водоемов — 0,005 мкг/л, в почве 20 мг/кг; разработаны также ПДК бенз(а)пирена в продуктах питания.
Ароматические амины — еще одна группа химических канцерогенов. Три представителя этой группы — бензидин, 2-нафтиламин, 4-амидофенил — оказались канцерогенными для человека и служат причиной возникновения опухолей мочевого пузыря. К группе ароматических аминов принадлежат азокрасители. Один из них — масляный желтый — использовался в некоторых странах как пищевой краситель. Выяснилось, что у крыс или мышей при добавлении в их пищу это соединение вызывает опухоли печени. Вовремя обнаружив это свойство, употребление красителя запретили.
Особого внимания среди канцерогенных веществ заслуживают канцерогенные N-нитрозосоединения (нитрозамины). Проведено тестирование на канцерогенность более 320 нитрозаминов, для 280 она подтверждена. Установлено, что они вызывают опухоли у 40 видов животных — от простейших до человекообразных обезьян. Нитрозамины оказывают как политропное, так и выраженное органотропное действие, но у большинства из них отмечается гепатотоксичность и гепатоканцерогенность. Эксперты МАИР считают, что нитрозамины следует рассматривать как канцерогенные для человека.
В окружающую среду эти вещества попадают в основном с выбросами и сточными водами промышленных предприятий (производство различных видов топлива, взрывчатых веществ, анилиновых красителей, фармацевтических препаратов), с продуктами сгорания топлива, табачным дымом. При сжигании 1 м3 природного газа образуется до 130... 170 мкг нитрозаминов. В дыме сигарет присутствуют 4 нитрозамина в пределах 1...90 нг на сигарету. Технологическая обработка, особенно посол, копчение и консервирование, приводят к существенному увеличению содержания этих канцерогенов в продуктах питания. В копченых колбасах и сырах содержится до 25 мкг/кг нитрозаминов, а в рыбе горячего копчения — до 200 мкг/кг.
Для нитрозаминов характерна еще одна неблагоприятная особенность: они легко образуются и в природе, и в организме животных, и в растениях путем синтеза из предшественников — нитратов, нитритов, оксидов азота, аминов, амидов, которые широко распространены в окружающей среде и содержатся в организме человека. Выявлено, что образование нитрозаминов может происходить в органах пищеварения, мочевом пузыре, легких и других органах. В организме всегда присутствует достаточное количество аминов и амидов, поэтому поступление в организм повышенных концентраций нитратов (например, с овощами и фруктами) может привести к эндогенному образованию канцерогенных нитрозаминов и развитию опухолей.
Многочисленные исследования свидетельствуют о высоком уровне содержания канцерогенных веществ химической природы в объектах окружающей среды. Полициклические ароматические углеводороды, нитрозамины и их предшественники, тяжелые металлы, винилхлорид, формальдегид, бензол и иные канцерогенные соединения являются основными загрязнителями атмосферного воздуха в городах с развитой химической и нефтехимической промышленностью. На этих территориях определены высокие антропогенные нагрузки фактических концентраций канцерогенных веществ на разные группы населения с учетом характеристики места проживания, профессиональных факторов вредности, возраста, вредных привычек.
В пробах биологических сред жителей региона обнаружено повышенное содержание тяжелых металлов и предшественников канцерогенных нитрозаминов — нитратов. Уровень риска фактических концентраций канцерогенных веществ в объектах окружающей среды в соответствии с методологией риска, разработанной Агентством по охране окружающей среды США, оценивается как высокий. Высокая степень канцерогенной опасности окружающей среды подтверждена данными об онкозаболеваемости и онкосмертности населения региона.
Мониторинг онкологической заболеваемости и смертности населения. Долгое время считалось, что для всех стран мира характерна общая тенденция к неуклонному росту заболеваемости злокачественными новообразованиями и смертности от них. Однако в конце прошлого века положение изменилось. Согласно данным ВОЗ, в последние десятилетия XX в. в ряде стран (Австрия, Великобритания, Финляндия, Швеция) отмечено снижение смертности от злокачественных новообразований, в других странах (Италия, Норвегия, Франция) — ее стабилизация. Стабилизация онкосмертности отмечена также в США. В отличие от большинства экономически развитых стран в России продолжается рост онкологической заболеваемости населения. Если в 1992 г. новый случай заболеваемости злокачественными новообразованиями регистрировался в среднем каждую 1,6 мин, то в 2001 г. этот период сократился до 1,2 мин.
В 2000 г. в России 448 602 больным впервые в жизни был установлен диагноз злокачественного новообразования. Абсолютное число больных с впервые в жизни установленным диагнозом «злокачественное новообразование», поставленных на учет в течение 2000 г., увеличилось на 13,8 % по сравнению с 1991 г. Рост числа заболевших с учетом специфики демографической ситуации в России свидетельствует об истинном росте онкологической заболеваемости, так как наблюдается на фоне убыли численности населения.
Интенсивный показатель заболеваемости на 100000 населения России в 2000 г. составил 309,0; прирост за 10-летний период — 15,9 %. Заболеваемость злокачественными новообразованиями у мужчин выше, чем у женщин. В 2000 г. она достигла соответственно 317,6 и 301,4 на 100000 населения. За 1991 — 2000 гг. показатель заболеваемости мужчин возрос на 9,0 %, у женщин — на 23,2 %. Более высокие уровни заболеваемости отмечены в центральной части России — Санкт-Петербурге, Ивановской, Ярославской, Рязанской, Псковской, Новгородской областях.
Структура заболеваемости злокачественных новообразований населения России: трахея, бронхи, легкое — 14,1 %, желудок — 10,8%, кожа — 10,7%, молочная железа — 10,0%. В структуре онкозаболеваемости мужчин на первом месте злокачественные новообразования трахеи, бронхов и легкого, затем — желудка и кожи. У женщин на первом месте — злокачественные новообразования молочной железы, затем — кожи и желудка.
В структуре смертности населения России в 2001 г. злокачественные новообразования занимают третье место после болезней сердечно-сосудистой системы, травм и отравлений. Несмотря на меньший удельный вес злокачественных новообразований в структуре смертности женского населения по сравнению с мужским, в женской популяции они являются второй по значимости причиной смерти. В мужской популяции травмы и отравления сместили злокачественные новообразования на третье место.
Интенсивный показатель смертности населения России от злокачественных новообразований на 100 000 населения в 2000 г. составил 203,4. Наиболее высокие показатели смертности отмечены в Санкт-Петербурге, Москве, Тульской, Московской и Псковской областях.
Все вышесказанное свидетельствует о высокой канцерогенной нагрузке на население и необходимости проведения природоохранных и оздоровительных профилактических мероприятий.
Модель комплексной программы профилактики рака включает в себя первичную и вторичную профилактику. Под первичной профилактикой понимается система регламентированных государством социально-гигиенических мероприятий и усилий самого населения, направленных на предупреждение возникновения злокачественных опухолей и предопухолевых состояний путем устранения, ослабления или нейтрализации воздействия неблагоприятных факторов окружающей среды и образа жизни, а также путем повышения неспецифической резистентности человека.
Большое значение придается онкогигиенической профилактике. Основная ее задача — выявление и последующее устранение возможности действия на человека канцерогенных факторов окружающей среды, а также обнаружение и использование средовых факторов, снижающих опасность подобного воздействия. Многочисленные исследования позволили определить роль факторов окружающей среды в онкопатологии человека.
Для населения России, наряду с экологическим неблагополучием в некоторых регионах, важными факторами канцерогенного риска являются бедность и чрезмерный стресс, возникающий в конфликтных или безвыходных ситуациях. Относительно малые концентрации канцерогенных веществ, слабые канцерогенные воздействия при определенных условиях (переутомление, депрессия, длительный сильный стресс) могут представлять опасность для человека. Это делает необходимым объективную оценку степени реальной опасности канцерогенных факторов малой интенсивности. В отличие от таких мощных воздействий, как курение и профессиональные вредности, их роль далеко не всегда может быть выявлена с помощью эпидемиологических исследований. Важное значение будет приобретать экспериментальный подход. Только адекватное сочетание обоих методов может дать наилучший результат при определении факторов онкологического риска и разработке эффективных профилактических мероприятий.