Mají genotoxické karcinogeny práh účinku?  
Genotoxické karcinogeny jsou látky, které ovlivňují procesy genové exprese tak, že zvyšují riziko vzniku nádorových onemocnění. V rámci celé řady regulatorních procesů je jejich účinek považován za bezprahový – tedy za takový, u něhož nelze stanovit bezpečnou hranici. Jaké jsou příčiny a důsledky tohoto přístupu?

Účinky s prahem a bez prahu

Duchovní otec toxikologie Paracelsus (1493-1541) údajně pravil: Sola dosis facit vevenum – tedy jedině dávka rozhoduje o tom, zda je látka jedovatá či nikoli. Z daného postulátu vyplývá, že pro každou látku by měla existovat prahová dávka, pod níž je daná látka zdraví neškodná. Snahou zákonodárců by pak mělo být regulovat zacházení s chemickými látkami tak, aby nedocházelo k překročení takové dávky. Klasickým způsobem, jak odhadnout míru bezpečné expozice je tzv. NOAEL/UFs postup. NOAEL (zkratka pro No-Observed-Adverse-Effect-Level) je nejvyšší dávka, která v průběhu toxikologického experimentu na laboratorním zvířeti ještě nevyvolala pozorovatelný toxický účinek. Parametry UF (Uncertainty Factors) mají obvykle hodnotu 10. Jejich smyslem je korigovat vliv mezidruhové variability (např. rozdíl mezi potkanem a člověkem), vnitrodruhové variability (rozdíl zdravého dospělého muže a malého dítěte či nemocného seniora), délky studie apod. Při výpočtu akceptovatelného denního příjmu látky (ADI-Acceptable Daily Intake) hodnotu NOAEL podělíme součinem všech faktorů UF. Takto vypočtená dávka by nám pak měla zajistit, že nám příslušná látka nezpůsobí zdravotní obtíže, ani když jejím účinkům budeme vystaveni každodenně po celý život.

 

Nelineární model dávka-účinek s prahem účinku.
Nelineární model dávka-účinek s prahem účinku.

 

Podíváme-li se však na obvyklé způsoby, jakými je regulováno nakládání s genotoxickými karcinogeny, můžeme dojít k závěru, že pro tuto skupinu látek Paracelsův postulát neplatí. Vyvolání vzniku nádoru působením karcinogenu v rámci toxikologického experimentu obvykle vyžaduje dlouhodobou (celoživotní) expozici a díky přirozené tumorogenezi často nebývá rozdíl v četnosti nádorů mezi pokusnou a kontrolní skupinou nijak vysoký. Dosažení dostatečně vysoké statistické síly prováděných testů (tedy redukce pravděpodobnosti falešně negativních výsledků) tak vyžaduje práci s nepřiměřeně vysokými dávkami testované látky, protože jen ty jsou schopné vyvolat pozorovatelné a statisticky významné zvýšení četnosti nádorů. Velkou neznámou pak ovšem zůstává, jaké klíčové biochemické děje (key events) se skutečně odehrávají v oblastech nižších dávek. V souladu s principy předběžné opatrnosti tak bývají k popisu vztahu dávka-účinek používány konzervativní modely zajišťující co největší míru bezpečnosti. Podstatou těchto modelů (např. LMS – Linearized Multistage) je představa, že práh účinku neexistuje a že vztah mezi nízkou dávkou genotoxického karcinogenu a pravděpodobnosti vzniku chemicky indukovaného nádoru lze nejlépe popsat pomocí přímky, která protíná počátek soustavy souřadnic. Pokud však neexistuje práh účinku, bude každý kontakt s látkou představovat riziko a regulační limit pak musí být nastaven nikoli jako bezpečná dávka (tedy dávka nevyvolávající toxický účinek), ale jako dávka, která zvyšuje riziko vzniku toxického účinku o zvolenou hodnotu (obvykle jde o dávku, která v populaci čítající 1 milion lidí zvýší počet nádorů vzniklých během celého života o 1 případ). Neexistence prahu účinku je však spíše důsledkem nízkého stupně pochopení dějů vedoucích ke vzniku nádoru než popisem biologicky relevantní skutečnosti. Pojďme si teď přiblížit příklady genotoxických karcinogenů, u nichž byla představa o neexistenci prahu účinku alespoň částečně zpochybněna.

 

Formaldehyd

Formaldehyd je vysoce reaktivní těkavá kapalina, jejíž páry jsou dobře rozpustné ve vodě. Při průchodu nosní dutinou je plynný formaldehyd rychle absorbován v buňkách epitelu. Chronická inhalační expozice dávkám vyšším než 7 mg/m3 vyvolala u laboratorních potkanů (kmen Fischer 344) karcinom nosních dlaždicových buněk (SCC – Squamous Cell Carcinoma). Pomocí testů in-vitro prováděných na buněčných kulturách byla jasně prokázána genotoxicita formaldehydu, když byl v jádrech buněk vystavených vysokým dávkám látky pozorován výskyt velkého množství křížových vazeb mezi DNA a proteiny (DPX - DNA-protein crosslinks). Formaldehyd je ale rovněž cytotoxický a v dávkách mnohem nižších, než při jakých byl pozorován vznik DPX, způsobuje kompenzační proliferaci buněk (compensatory CRCP – Cytolethal-Regenerative Cell Proliferation). Pokud rychlost kompenzační proliferace převýší rychlost, s jakou opravné mechanismy odstraňují přirozeně se vyskytující chyby v DNA, může docházet k fixaci těchto mutací. Zatímco mutagenní účinek spojený s tvorbou DPX může záviset na dávce lineárně a nemusí mít zjevný práh účinku, v případě kompenzační proliferace vyvolané cytotoxickým účinkem látky lze nejspíše předpokládat nelineární závislost dávka-účinek s prahovou hodnotou. Klíčovou otázkou v procesu analýzy rizik tedy bude, který z obou zmíněných procesů se na vzniku karcinomu nosních dlaždicových buněk podílí nejvýznamněji. A nejen to – bezprahový lineární vztah mezi dávkou formaldehydu a vznikem DPX byl pozorován při testu in-vitro, ale v komplexním živém organismu lze předpokládat vliv toxikokinetických jevů (např. saturace metabolické kapacity tkání), které mohou zjednodušenou představu o bezprahovém účinku velmi zkomplikovat.

 

LMS model bez prahu účinku.
LMS model bez prahu účinku.

 

Spojením toxikokinetického modelu, popisujícího pohyb formaldehydu dýchacími cestami potkana (CFD – Computational Fluid Dynamic) a farmakokinetického modelu popisujícího rychlost metabolismu formaldehydu a následně pak vztah mezi koncentrací formaldehydu v určitém místě dýchacích cest a tvorbou DPX či indukcí kompenzační proliferace byl vytvořen tzv. biologicky-podložený model dávka-účinek (BBDR – Biologicaly Based Dose Response). Výstupy daného modelu ukázaly, že cytotoxický efekt spojený s kompenzační proliferací má na vznik nádorů u hlodavců mnohem větší vliv, než přímý genotoxický účinek doprovázený tvorbou DPX. Křivka dávka-účinek ve tvaru J (tzv. hormezní křivka) získaná s využitím BBDR byla schopna popsat výsledky řady in-vivo studií lépe, než bezprahový lineární model. Odhad nárůstu počtu případů rakoviny dlaždicových buněk u lidí, kteří budou celoživotně denně vystaveni koncentraci 25 ug/m3 formaldehydu (20 ppb) se s použitím BBDR modelu pohyboval okolo 9.7 E-07, přičemž lineární bezprahový model poskytoval hodnoty 330-krát vyšší. Aplikace modelů respektujících skutečnou povahu dějů vedoucích ke vzniku nádoru tedy může vézt k zásadní změně v odhadu rizika a následně může pomoci optimalizovat náklady na různá preventivní opaření, jejichž cílem je ochrana zdraví exponovaných osob.

 

Šestimocný chróm

V rámci amerického National Toxicology Program byla v roce 2008 na potkanech (kmen F344) a myších (kmen B6C3F1) provedena 2-letá studie karcinogenních účinků Cr(VI) v pitné vodě. Potkani pijící vodu o koncentraci Cr(VI) 180 mg/L vykazovali zvýšený výskyt tumorů v ústní dutině a u myši se zase při koncentracích 30 mg/L a vyšších vyskytovaly nádory tenkého střeva. Výsledky druhého z experimentů pak byly americkými regulačními orgány použity v rámci bezprahového lineárního modelu (LNT – linear no threshold) dávka-účinek k výpočtu bezpečné koncentrace Cr (VI) ve vodě. Limit, který má při celoživotní konzumaci zajistit, že nárůst nových případů rakoviny bude nižší než 10E-6, byl stanoven na hodnotu 0,02 ug/L. To je 50-krát méně, než je na území USA typická koncentrace Cr(VI) v pitné vodě. Podobně jako v případě formaldehydu, i pro Cr(VI) existovaly pozitivní výsledky in-vitro testů mutagenity (např. Amesův test na bakterii Salmonella typhimurium), které zavdávaly důvod pro použití bezprahového modelu pro popis vztahu dávka-účinek.

 

Nádory tenkého střeva mají nejčastěji původ v mutacích DNA pluripotentních kmenových buněk v Lieberkühnových kryptách. Také v případě Cr(VI) vyvstala otázka, zda je při testovaných dávkách toxický iont distribuován v této kritické tkáni a pokud ano, zda zde vyvolává mutace DNA. Na první otázku pomohla odpovědět aplikace synchrotronové rentgenfluorescenční mikroskopie (synchrotron-based XRF microscopy), což je moderní zobrazovací metoda schopná s vysokým prostorovým rozlišením analyzovat distribuci prvků ve tkáních. Pomocí této metody byly vyšetřeny vzorky tenkého střeva myší, jimž byla po dobu 90 dní podávána voda s obsahem Cr (VI) 180 mg/L. Klky střevní sliznice sice obsahovaly zvýšené koncentrace sledovaného prvku, ale v kryptách byla jeho koncentrace pod detekčním limitem metody. Mikrojaderný test, který je schopen prokázat nevratné poškození DNA, byl v případě buněk odebraných z Lieberkühnových krypt takto exponovaných myší rovněž negativní. Testy na transgenních myších (Big Blue rats F344) pak posloužily při hledání odpovědi na druhou otázku. Tyto testy prokázaly, že Cr (VI) nevyvolává pozorovatelné mutace v buňkách ústní dutiny, ani při expozici vodě obsahující 180 mg/L tohoto iontu po dobu 28 dní. Aktuálně se tedy zdá, že Cr(VI) je poměrně slabý mutagen, který při perorálním podání ve vysokých (cytotoxických) koncentracích vyvolává nádory cestou masivního poškození zasažené tkáně, v níž náhodně přežívají buňky s poškozenou DNA. Tento mechanismus však pravděpodobně rovněž vykazuje práh účinku. Aplikace modelu s prahem by samozřejmě nutně musela vést k podstatnému navýšení limitu Cr(VI) v pitných vodách.

Pracoviště a kontakt na autora: Fakulta chemicko-technologická, Univerzita Pardubice.
Pracoviště a kontakt na autora čánku: Fakulta chemicko-technologická, Univerzita Pardubice.

 

A závěr?

Vývoj našeho porozumění biologickým mechanismům, jimiž toxické látky vyvolávají vznik nádorů, a rozšiřující se možnosti analytických a diagnostických metod se nutně musí odrazit i na optimalizaci postupů analýzy environmentálních a zdravotních rizik chemických látek. Distribuční bariéry, které v komplexním organismu brání průniku toxické látky na místo účinku, stejně tak jako detoxikační metabolické a reparační procesy ovlivňují odezvu na toxickou látku a nemohou být v procesu analýzy rizik ignorovány. Samozřejmě, že někdy aplikace takových postupů může vést i ke zmírnění nesmyslně přísného limitu pro určitou toxickou látku, což nutně vyvolá otázky týkající se etické oprávněnosti takového postupu. Na druhou stranu, vyvolávání obav z neexistujícího rizika má rovněž svá etická úskalí…..

 

Literatura

  1. Clewell, R. A., Thompson, C. M., & Clewell III, H. J. (2019). Dose-dependence of chemical carcinogenicity: Biological mechanisms for thresholds and implications for risk assessment. Chemico-biological interactions 301, 112-127.

Datum: 05.02.2020
Tisk článku

Návod na přežití pro ženu - Bukovský Igor
 
 
cena původní: 349 Kč
cena: 349 Kč
Návod na přežití pro ženu
Bukovský Igor
Související články:

Bangladéšská příchuť náchodské Idy     Autor: Miloslav Pouzar (05.03.2016)
Kmenová mentalita a princip předběžné opatrnosti     Autor: Miloslav Pouzar (29.05.2019)
Jak léčit chemofoba?     Autor: Miloslav Pouzar (24.07.2019)
Lepší je zjistit něco, nežli nic…     Autor: Miloslav Pouzar (09.01.2020)



Diskuze:

Proč tolik povyku?

Jiří Kolumberský,2020-02-06 07:29:24

Není li lidská populace vystavena zátěžovým faktorům, urychluje se celková degradace genofondu.

Odpovědět

dotaz

Ondřej Dočkal,2020-02-05 21:15:35

Dobrý den,

prosím, měl bych dotaz - amatérský dotaz, nejsem chemik ... jaký obraz o skutečném působení např. toho Chromu v našich tělech nám může dát testování v kontrolovaných podmínkách v labu? Tedy v situaci, kdy jsou ty myši vystaveny jen této jediné látce? Je jasné, že jsou testované a kontrolní skupiny, které mají stejnou stravu apod., tedy mají stejnou případnou zátěž ostatníma látkama /rezidua pesticidů apod./. Ale v životě my sami máme taky nějakou zátěž - ve vodě, v jídle, ve vzduchu... troufám si říct o dost jinou než ty myši (jiná strava - aspoň myslím:), a hlavně různou případ od případu.. Ptám se po možných synergických efektech různých látek - zkoumá se to?

Nechci zde strašit ani volat po absolutním zákazu všeho a všude .. jen mě to zajímá. Je mi jasné, že tohle to zkoumat, pro ty stovky a tisíce možných kombinací různých je velmi obtížné .. ale ptám se.. Zkoumají se tyhle věci aspoň někdy? Aspoň u některých, "nejprofláknutějších" kancerogenů..? A pokud ano, zkoumají se standardně (v rámci toho stanovování limitů pro pitné vody apod.), nebo jen výjimečně (pro vědecké publikace), bez (zatím) přímé vazby na ty limity?

Odpovědět


Re: dotaz

Vladimír Bzdušek,2020-02-06 19:32:03

Odpoviem? Opýtam sa? z druhej strany.
Čítam príbalový leták na niečo, povedzme prípravok na vošky na zelí v záhradke. Sú tam uvedené parametre. Neprekročím ich. OK. Teraz inak. Chcem kúpiť jablká v supermarkete. Sú pánbohvie odkiaľ. Ale budem optimista, verím, že neprekročili parametre daného postreku. Ale viete, kde je problém? Videl som reklamu producenta slovenských jabĺk, kde sa chváli, že jeho (SK) jablká sú striekané trikrát ( 3 x ! )menej ako dovozové, a! výslovne! uvedené!, že ich striekajú iba 9x (d e v ä ť - krát). Teda dovozové asi striekajú 27x. Pre istotu teda nežeriem podľa možnosti žiadne ovocie z obchodu, ani naše z SK. Mám malú záhradku, pár jabloní, ktoré, na úžas susedov nikdy nestriekam. Ak sa neurodí, nemám. Na dotaz susedov, prečo nestriekam, odpovedám, že humus sa dá zohnať aj v obchode.
Záver: parametre jednotlivého postreku sú asi OK, ale 27x ma to zabije.
P.S. Citrusy, banány etc. kupujem
P.P.S. Skúste niekedy oblízať šupku z banánu. Fyzicky ocítite, čo je to postrek. Ak zberača banánov zasiahne letecký postrek, letí dolu.
P.P.P.S Viem, že sa nevyhnem škodivinám v iných potravinách, ale čo s tým?

Odpovědět


Re: Re: dotaz

Ondřej Dočkal,2020-02-06 20:59:39

Jasne, to chapu, a vidim to stejne - resp. podobne: v tom vasem pripade - pripustme je rozdil v typech postriku, takze to, zda je jablko strikane 3x casteji neznamena automaticky ze je to 3x horsi, protoze mate ruzne postriky (fungicidy, insekticidy,...), ruzne ucinne latky s ruznou dobou rozkladu, a ruznou toxicitu tech rozkladnych latek atd.

Jak jsem psal v dotazu - nechci sirit paniku, ani nechci vsechno zakazovat - jen se ptam, zda se to testuje, aspon neco. Jakou validitu maji ta cisla, co si prectu napr. v normach na pitnou vodu?

Holt svet se vydal touto cestou, a tu nezvratime. Otazka je pouze ta, jakym zpusobem se k tomu postavime. Protoze si myslim, ze je to dost velke riziko. Takze vidim tri moznosti - bud se vratit do pralesa (nelze - neni jiz moc pralesu:), nebo jet stale v zajetych kolejich.. nebo zacit hledat ty rizikove "mixy" a pokud se je podari detekovat, zamerit vyzkum na vyvoj novych typu pesticidu, u kterych (snad..) by tohle riziko mohlo byt nizsi, nebo zacit resit nove technologie upravy pitne vody ... Proste dokud o tom nebudeme vedet, kde je problem, nemuzeme zacit makat na zmenseni dopadu tohohle problemu..

Odpovědět


Re: Re: Re: dotaz

Miloslav Pouzar,2020-02-07 08:54:29

Dobrý den,
Omlouvám se, že odpovídám se zpožděním, ale dřív jsem se k tomu prostě nedostal. Představa, že toxikologové testují pouze jednotlivé látky, a tudíž nemají žádnou představu o toxicitě tzv. „toxických koktejlů“ (a přijaté normy tak lidi vlastně nechrání), je celkem vžitá a určitými kruhy i hojně živená. Už za tenhle článek jsem dostal z různých míst vynadáno, že je příšerně složitý – bohužel, toxicita směsí je soubor problémů, který spíš vydá na knihu, než na komentář a kdo se o ní skutečně chce něco hodnotného dozvědět, musí být ochoten číst právě ty knihy. Ale v absolutní zkratce – pokud mají látky dostatečně podobný mechanismus účinku (na biochemické úrovni interagují se stejnou skupinou receptorů) bývá jejich souhrnná toxicita vyjádřena a následně regulována jako tzv. toxický ekvivalent (nejznámější je toxický ekvivalent pro polychlorované dibenzodioxiny - TEQ = Σ[Ci × TEFi], kde Ci je koncentrace látky ve směsi, TEFi je faktor popisující poměr mezi toxicitou látky i a nejtoxičtější látky ve skupině ). Dále – toxikologický výzkum není jen laboratorní testování na zvířatech, ale i epidemiologické studie na lidských populacích – zde obvykle srovnáváte dvě skupiny s co nejvíce stejným pozaďovým zatížením, které se liší právě v míře expozice vámi zkoumané láce či skupině látek. No a v managementu rizik Vám zase vliv pozaďového zatížení pomáhá řešit UF pro inter-individuální variabilitu, protože stejně tak jako v případě rozdílu v genetické výbavě, věku či pohlaví, tak i v případě silnější míry vystavení jiným toxickým látkám budou mít různí jedinci různou míru odolnosti vůči dané látce. Při výpočtu bezpečné koncentrace látky se tedy s vlivem ostatními látkami počítá v metodice výpočtu, Jinak samozřejmě s postupným vývojem techniky vznikají nové biologicko-matematické přístupy pro hodnocení toxicity směsí (dnes je v kurzu např. přístup zvaný AOP – adverse outcome pathway), a jejich dopad na regulatorní procesy můžeme čekat až v řádu několika let.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: dotaz

Ondřej Dočkal,2020-02-07 22:10:56

Dobrý den,

děkuji, a neomlouvejte se. Jakožto laik musím potvrdit ten článek je hodně složitý, dost jsem se v tom chvílemi ztrácel... - ale neodvážil bych se to kritizovat, protože dobře vím jak je těžké popsat něco složitého tak, aby to byl schopný laik nejen dočíst do konce, ale i něco pochytit :)

Chápu ty toxické ekvivalenty, je určitě perfektní že se dělají ty srovnávací studie na lidských populacích, to jsem samozřejmě taky nevěděl, a jsem velmi mile překvapen tím, že se počítá i s nějakou mírou interindividuální variability. Mě tyhle věci zajímají i ve vazbě na působení těch mixů v přírodě - tam je to samozřejmě mnohem složitější, protože do hry vstupuje spousta faktorů, proč některé druhy mizí - ztráty biotopů, konkurence invazních druhů - ale zcela jistě i ty chemické mixy mají nějakou roli, např. v omezení plodnosti, imunodeficienci apod. Ale opakuji jsem v tom laik, zatím jsem do těchto toxikologických souvislostí jen nesměle nahlédnul, tak jsem neodolal pokušení dozvědět se něco víc.. proto děkuji že jste si udělal čas hodit mi sem pár základních údajů, o kterých si zase můžu někde něco najít - děkuji.

Odpovědět




Pro přispívání do diskuze musíte být přihlášeni














Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace