Док су принципи и методе процене ризика за неканцерогене хемикалије слични у различитим деловима света, упадљиво је да се приступи процени ризика од канцерогених хемикалија увелико разликују. Не само да постоје значајне разлике између земаља, већ се чак и унутар једне земље примењују или заговарају различити приступи од стране различитих регулаторних агенција, комитета и научника у области процене ризика. Процена ризика за неканценогене је прилично конзистентна и прилично добро утврђена делом због дуге историје и бољег разумевања природе токсичних ефеката у поређењу са канцерогенима и високог степена консензуса и поверења како научника тако и шире јавности у методе које се користе. и њихов исход.
За не-канцерогене хемикалије, фактори безбедности су уведени да би се компензовале несигурности у токсиколошким подацима (који су углавном изведени из експеримената на животињама) и у њиховој применљивости на велике, хетерогене људске популације. При томе, препоручена или захтевана ограничења безбедне изложености људи обично су била постављена на део (приступ фактора безбедности или неизвесности) нивоа изложености код животиња који се може јасно документовати као ниво без уочених штетних ефеката (НОАЕЛ) или најнижи ниво уочених штетних ефеката (ЛОАЕЛ). Тада се претпостављало да све док изложеност људи не прелази препоручене границе, опасна својства хемијских супстанци неће бити манифестна. За многе врсте хемикалија, ова пракса се, у донекле префињеној форми, наставља до данас у процени токсиколошког ризика.
Током касних 1960-их и раних 1970-их, регулаторна тела, почевши од Сједињених Држава, била су суочена са све важнијим проблемом за који су многи научници сматрали приступ фактора безбедности неприкладним, па чак и опасним. Ово је био проблем са хемикалијама за које се показало да под одређеним условима повећавају ризик од рака код људи или експерименталних животиња. Ове супстанце су оперативно назване карциногени. Још увек постоје дебате и контроверзе о дефиницији канцерогена, а постоји и широк спектар мишљења о техникама за идентификацију и класификацију канцерогена, као ио процесу индукције рака хемикалијама.
Првобитна дискусија почела је много раније, када су научници 1940-их открили да хемијски карциногени узрокују штету биолошким механизмом који је био потпуно различите врсте од оних који производе друге облике токсичности. Ови научници, користећи принципе из биологије карцинома изазваних зрачењем, изнели су оно што се назива хипотезом „без прага“, за коју се сматрало да је применљива и на зрачење и на канцерогене хемикалије. Претпостављало се да свако излагање канцерогену који достигне свој критични биолошки циљ, посебно генетски материјал, и ступи у интеракцију са њим, може повећати вероватноћу (ризик) развоја рака.
Паралелно са текућом научном дискусијом о праговима, постојала је све већа забринутост јавности због штетне улоге хемијских канцерогена и хитне потребе да се људи заштите од низа болести које се заједнички називају рак. Рак, са својим подмуклим карактером и дугим периодом латенције, заједно са подацима који показују да је инциденција рака у општој популацији у порасту, шира јавност и политичари су сматрали да је забрињавајућа ствар која захтева оптималну заштиту. Регулатори су се суочили са проблемом ситуација у којима је велики број људи, понекад и скоро целокупна популација, био или могао бити изложен релативно ниским нивоима хемијских супстанци (у производима широке потрошње и лековима, на радном месту, као иу ваздуху, води). , храна и земљиште) који су идентификовани као канцерогени за људе или експерименталне животиње у условима релативно интензивног излагања.
Ти регулаторни службеници су се суочили са два фундаментална питања на која, у већини случајева, није било могуће у потпуности одговорити коришћењем доступних научних метода:
- Који ризик по људско здравље постоји у опсегу изложености хемикалијама испод релативно интензивног и уског опсега изложености под којим се ризик од рака може директно мерити?
- Шта би се могло рећи о ризицима по здравље људи када су експерименталне животиње биле једини субјекти код којих су утврђени ризици за развој рака?
Регулатори су препознали потребу за претпоставкама, понекад научно заснованим, али често и неподржаним експерименталним доказима. Да би се постигла конзистентност, прилагођене су дефиниције и специфични скупови претпоставки које би се генерички примениле на све карциногене.
Карциногенеза је вишестепени процес
Неколико линија доказа подржава закључак да је хемијска канцерогенеза вишестепени процес вођен генетским оштећењем и епигенетским променама, а ова теорија је широко прихваћена у научној заједници широм света (Барретт 1993). Иако се процес хемијске канцерогенезе често дели на три стадијума – почетак, промоцију и напредовање – број релевантних генетских промена није познат.
Иницијација укључује индукцију неповратно измењене ћелије и за генотоксичне карциногене се увек изједначава са догађајем мутације. Мутагенезу као механизам канцерогенезе је већ поставио Теодор Бовери 1914. године, а многе од његових претпоставки и предвиђања су се касније показале као тачне. Пошто иреверзибилни и самореплицирајући мутагени ефекти могу бити узроковани најмањом количином канцерогена који модификује ДНК, не претпоставља се никакав праг. Промоција је процес којим се иницирана ћелија шири (клонално) низом подела и формира (пре)неопластичне лезије. Постоји значајна дебата о томе да ли током ове фазе промоције инициране ћелије пролазе кроз додатне генетске промене.
Коначно, у фази прогресије се добија „бесмртност“ и могу се развити пуни малигни тумори утичући на ангиогенезу, избегавајући реакцију контролних система домаћина. Карактерише га инвазивни раст и често метастатско ширење тумора. Прогресија је праћена додатним генетским променама због нестабилности пролиферирајућих ћелија и селекције.
Према томе, постоје три општа механизма помоћу којих супстанца може утицати на вишестепени канцерогени процес. Хемикалија може индуковати релевантну генетску промену, промовисати или олакшати клонску експанзију започете ћелије или стимулисати прогресију до малигнитета соматским и/или генетским променама.
Процес процене ризика
Ризик може се дефинисати као предвиђена или стварна учесталост појаве штетног утицаја на људе или животну средину, од дате изложености опасности. Процена ризика је метод систематског организовања научних информација и придружених несигурности за опис и квалификацију здравствених ризика повезаних са опасним супстанцама, процесима, радњама или догађајима. То захтева процену релевантних информација и избор модела који ће се користити за извођење закључака из тих информација. Даље, то захтева експлицитно препознавање неизвесности и одговарајуће признање да алтернативно тумачење доступних података може бити научно уверљиво. Тренутну терминологију која се користи у процени ризика предложила је 1984. године Национална академија наука САД. Квалитативна процена ризика промењена је у карактеризацију/идентификација опасности, а квантитативна процена ризика је подељена на компоненте доза-одговор, процену изложености и карактеризацију ризика.
У наредном одељку ове компоненте ће бити укратко размотрене с обзиром на наше тренутно знање о процесу (хемијске) канцерогенезе. Постат ће јасно да је доминантна несигурност у процјени ризика од карциногена образац доза-одговор на ниским нивоима дозе карактеристичним за изложеност животне средине.
Опасност идентификација
Овај процес идентификује која једињења имају потенцијал да изазову рак код људи - другим речима, идентификује њихова интринзична генотоксична својства. Комбиновање информација из различитих извора и о различитим својствима служи као основа за класификацију канцерогених једињења. У принципу ће се користити следеће информације:
- епидемиолошки подаци (нпр. винилхлорид, арсен, азбест)
- подаци о карциногености животиња
- генотоксична активност/формирање адукта ДНК
- механизми деловања
- фармакокинетичка активност
- односи структура-активност.
Класификација хемикалија у групе на основу процене адекватности доказа канцерогенезе код животиња или човека, ако су доступни епидемиолошки подаци, је кључни процес у идентификацији опасности. Најпознатије шеме за категоризацију канцерогених хемикалија су оне ИАРЦ (1987), ЕУ (1991) и ЕПА (1986). Преглед њихових критеријума за класификацију (нпр. методе екстраполације малих доза) дат је у табели 1.
Табела 1. Поређење поступака екстраполације малих доза
| Тренутни амерички ЕПА | Данска | ЕЕЗ | UK | Holandiji | Норвешка | |
| Генотоксични канцероген | Линеаризована вишестепена процедура коришћењем најприкладнијег модела ниске дозе | МЛЕ од модела са 1 и 2 поготка плус процена најбољег исхода | Није наведена процедура | Нема модела, научне експертизе и просуђивања из свих доступних података | Линеарни модел који користи ТД50 (Пето метода) или „Једноставна холандска метода“ ако нема ТД50 | Није наведена процедура |
| Негенотоксични канцероген | Исто као изнад | Биолошки заснован модел Тхорслунд-а или вишестепени или Мантел-Бриан модел, заснован на пореклу тумора и дози-одговору | Користите НОАЕЛ и сигурносне факторе | Користите НОЕЛ и сигурносне факторе да поставите АДИ | Користите НОЕЛ и сигурносне факторе да поставите АДИ |
Једно важно питање у класификацији канцерогена, са понекад далекосежним последицама по њихову регулацију, јесте разлика између генотоксичних и негенотоксичних механизама деловања. Подразумевана претпоставка Америчке агенције за заштиту животне средине (ЕПА) за све супстанце које показују канцерогену активност у експериментима на животињама је да не постоји праг (или се бар ниједан не може доказати), тако да постоји одређени ризик са било којом изложеношћу. Ово се обично назива претпоставком без прага за генотоксична (оштећују ДНК) једињења. ЕУ и многе њене чланице, као што су Уједињено Краљевство, Холандија и Данска, праве разлику између канцерогена који су генотоксични и оних за које се верује да стварају туморе негенотоксичним механизмима. За генотоксичне карциногене се примењују квантитативне процедуре за процену дозе и одговора које не претпостављају праг, иако се процедуре могу разликовати од оних које користи ЕПА. За негенотоксичне супстанце претпоставља се да постоји праг и користе се поступци доза-одговор који претпостављају праг. У последњем случају, процена ризика се генерално заснива на приступу фактора безбедности, сличном приступу за не-канцерогене.
Важно је имати на уму да су ове различите шеме развијене да се баве проценом ризика у различитим контекстима и окружењима. ИАРЦ шема није израђена у регулаторне сврхе, иако је коришћена као основа за развој регулаторних смерница. ЕПА шема је дизајнирана да служи као тачка одлучивања за улазак у квантитативну процену ризика, док се ЕУ шема тренутно користи за додељивање симбола опасности (класификације) и фраза ризика на етикети хемикалије. Опширнија расправа о овој теми представљена је у недавном прегледу (Мооленаар 1994) који покрива процедуре које користи осам владиних агенција и две често цитиране независне организације, Међународна агенција за истраживање рака (ИАРЦ) и Америчка конференција владиних Индустријски хигијеничари (АЦГИХ).
Класификационе шеме генерално не узимају у обзир опсежне негативне доказе који могу бити доступни. Такође, последњих година дошло је до већег разумевања механизма деловања канцерогена. Акумулирани су докази да су неки механизми канцерогености специфични за врсту и да нису релевантни за човека. Следећи примери ће илустровати овај важан феномен. Прво, недавно је у студијама о канцерогености дизел честица показано да пацови реагују туморима плућа на велико оптерећење плућа честицама. Међутим, рак плућа се не види код рудара угља са веома тешким плућним оптерећењем честица. Друго, постоји тврдња о нерелевантности тумора бубрега код мужјака пацова на основу тога да је кључни елемент у туморском одговору акумулација у бубрегу α-2 микроглобулина, протеина који не постоји код људи (Боргхофф, Схорт и Свенберг 1990). Поремећаји функције штитне жлезде глодара и пролиферације пероксизома или митогенезе у јетри миша такође се морају поменути у овом погледу.
Ово знање омогућава софистициранију интерпретацију резултата биолошке анализе канцерогености. Подстичу се истраживања у правцу бољег разумевања механизама деловања канцерогености јер то може довести до измењене класификације и додавања категорије у којој су хемикалије класификоване као неканцерогене за људе.
Процена изложености
Често се сматра да је процена изложености компонента процене ризика са најмањом инхерентном несигурношћу због могућности праћења изложености у неким случајевима и доступности релативно добро валидираних модела изложености. Ово је, међутим, само делимично тачно, јер се већина процена изложености не спроводи на начин који у потпуности искориштава опсег доступних информација. Из тог разлога постоји велики простор за побољшање процена дистрибуције изложености. Ово важи и за екстерну и за интерну процену изложености. Посебно за карциногене, коришћење доза циљног ткива уместо нивоа екстерне изложености у моделирању односа доза-одговор би довело до релевантнијих предвиђања ризика, иако су укључене многе претпоставке о подразумеваним вредностима. Физиолошки засновани фармакокинетички (ПБПК) модели за одређивање количине реактивних метаболита који доспевају до циљног ткива потенцијално су од велике вредности за процену ових доза ткива.
Карактеризација ризика
Актуелни приступи
Ниво дозе или ниво изложености који изазива ефекат у студији на животињама и вероватна доза која изазива сличан ефекат код људи је кључно разматрање у карактеризацији ризика. Ово укључује процену дозе и одговора од високе до ниске дозе и екстраполацију међу врстама. Екстраполација представља логичан проблем, наиме, да се подаци екстраполирају много редова величине испод експерименталних нивоа изложености емпиријским моделима који не одражавају основне механизме карциногености. Овим се крши основни принцип у уклапању емпиријских модела, а то је да се не екстраполирају изван опсега података који се могу посматрати. Дакле, ова емпиријска екстраполација резултира великим неизвесностима, како са статистичке тако и са биолошке тачке гледишта. Тренутно ниједан математички поступак није препознат као најприкладнији за екстраполацију малих доза у карциногенези. Математички модели који су коришћени за описивање односа између примењене спољне дозе, времена и инциденције тумора засновани су или на дистрибуцији толеранције или на механичким претпоставкама, а понекад и на обе. Сажетак најчешће цитираних модела (Крамер ет ал. 1995) наведен је у табели 2.
Табела 2. Често цитирани модели у карактеризацији ризика од карциногена
| Модели дистрибуције толеранције | Механистички модели | |
| Хит-модели | Биолошки засновани модели | |
| Логит | Један погодак | Моолгавкар (МВК)1 |
| Пробит | Мултихит | Коен и Елвајн |
| Мантел-Бриан | Вајбул (штука)1 | |
| Веибулл | Вишестепени (Армитаге-Долл)1 | |
| Гамма Мултихит | Линеаризовани вишестепени, |
1 Модели од времена до тумора.
Ови модели доза-одговор се обично примењују на податке о инциденцији тумора који одговарају само ограниченом броју експерименталних доза. Ово је због стандардног дизајна примењеног биолошког теста. Уместо утврђивања комплетне криве доза-одговор, студија канцерогености је генерално ограничена на три (или две) релативно високе дозе, користећи максималну толерантну дозу (МТД) као највећу дозу. Ове високе дозе се користе за превазилажење инхерентне ниске статистичке осетљивости (10 до 15% у односу на позадину) оваквих биолошких тестова, што је због чињенице да се (из практичних и других разлога) користи релативно мали број животиња. Пошто подаци за регион ниске дозе нису доступни (тј. не могу се одредити експериментално), потребна је екстраполација изван опсега посматрања. За скоро све скупове података, већина горе наведених модела се подједнако добро уклапа у посматрани опсег доза, због ограниченог броја доза и животиња. Међутим, у региону ниских доза ови модели се разликују неколико редова величине, чиме се уносе велике неизвесности у ризик процењен за ове ниске нивое изложености.
Пошто стварни облик криве доза-одговор у опсегу ниских доза не може да се генерише експериментално, механички увид у процес канцерогености је кључан да би се могао разликовати овај аспект између различитих модела. Свеобухватни прегледи који расправљају о различитим аспектима различитих модела математичке екстраполације представљени су у Крамер ет ал. (1995) и Парк и Хокинс (1993).
Други приступи
Поред досадашње праксе математичког моделирања, недавно је предложено неколико алтернативних приступа.
Биолошки мотивисани модели
Тренутно, биолошки засновани модели као што су Моолгавкар-Вензон-Кнудсон (МВК) модели су веома обећавајући, али тренутно они нису довољно напредни за рутинску употребу и захтевају много конкретније информације него што се тренутно добијају у биотестовима. Велике студије (4,000 пацова) попут оних спроведених на Н-нитрозоалкиламинима указују на величину студије која је потребна за прикупљање таквих података, иако још увек није могуће екстраполирати на мале дозе. Док се ови модели не развију, могу се користити само од случаја до случаја.
Приступ фактора процене
Употреба математичких модела за екстраполацију испод експерименталног опсега дозе је у ствари еквивалентна приступу фактора сигурности са великим и лоше дефинисаним фактором несигурности. Најједноставнија алтернатива би била да се примени фактор процене на очигледан „ниво без ефекта“ или „најнижи тестирани ниво“. Ниво који се користи за овај фактор процене треба да се одреди од случаја до случаја, узимајући у обзир природу хемикалије и популацију која је изложена.
Референтна доза (БМД)
Основа овог приступа је математички модел прилагођен експерименталним подацима унутар опсега који се може посматрати да би се проценила или интерполирала доза која одговара дефинисаном нивоу ефекта, као што је повећање инциденције тумора од једног, пет или десет процената (ЕД01, ЕД05, ЕД10). Пошто је повећање од десет одсто најмања промена која се статистички може утврдити у стандардном биолошком тесту, ЕД10 је прикладно за податке о раку. Коришћењем БМД-а који је унутар видљивог опсега експеримента избегавају се проблеми повезани са екстраполацијом дозе. Процене БМД-а или његове доње границе поузданости одражавају дозе при којима је дошло до промена у инциденци тумора, али су прилично неосетљиве на коришћени математички модел. Референтна доза се може користити у процени ризика као мера потенције тумора и комбинована са одговарајућим факторима процене да би се поставили прихватљиви нивои за излагање људи.
Праг регулације
Кревски и др. (1990) су прегледали концепт „прага регулације“ за хемијске карциногене. На основу података добијених из базе података о потенцији карциногена (ЦПДБ) за 585 експеримената, доза која одговара 10-6 ризик је био отприлике лог-нормално распоређен око медијане од 70 до 90 нг/кг/д. Излагање нивоима дозе већим од овог опсега сматрало би се неприхватљивим. Доза је процењена линеарном екстраполацијом из ТД50 (токсичност која изазива дозу је 50% тестираних животиња) и била је унутар фактора од пет до десет од цифре добијене из линеаризованог вишестепеног модела. Нажалост, ТД50 вредности ће се односити на МТД, што опет доводи у сумњу валидност мерења. Међутим, ТД50 често ће бити унутар или веома близу опсега експерименталних података.
Такав приступ као што је коришћење прага регулације захтевао би много више разматрања биолошких, аналитичких и математичких питања и много ширу базу података пре него што би могао да буде разматран. Даља истраживања потенцијала различитих канцерогена могу додатно осветлити ову област.
Циљеви и будућност процене ризика од карциногена
Осврћући се на првобитна очекивања о регулацији (еколошких) канцерогена, односно да се постигне значајно смањење рака, чини се да су тренутно резултати разочаравајући. Током година постало је очигледно да је број случајева рака за које се процењује да их изазивају регулисани карциногени био забрињавајуће мали. Узимајући у обзир висока очекивања која су покренула регулаторне напоре 1970-их, значајно очекивано смањење стопе смртности од рака није постигнуто у смислу процењених ефеката канцерогених материја у животној средини, чак ни ултраконзервативним процедурама квантитативне процене. Главна карактеристика ЕПА процедура је да се екстраполације малих доза врше на исти начин за сваку хемикалију без обзира на механизам настанка тумора у експерименталним студијама. Међутим, треба напоменути да је овај приступ у оштрој супротности са приступима других владиних агенција. Као што је горе наведено, ЕУ и неколико европских влада — Данска, Француска, Немачка, Италија, Холандија, Шведска, Швајцарска, УК — праве разлику између генотоксичних и негенотоксичних канцерогена и различито приступају процени ризика за ове две категорије. Генерално, негенотоксични карциногени се третирају као гранични токсиканти. Нивои ефекта нису одређени, а фактори несигурности се користе да би се обезбедила довољна граница сигурности. Одређивање да ли се хемикалија треба сматрати негенотоксичном или не је ствар научне дебате и захтева јасну стручну процену.
Основно питање је: Шта је узрок рака код људи и која је улога канцерогена из животне средине у том узроку? Наследни аспекти рака код људи су много важнији него што се раније очекивало. Кључ за значајан напредак у процени ризика од карциногена је боље разумевање узрока и механизама рака. Област истраживања рака улази у веома узбудљиву област. Молекуларна истраживања могу радикално да измене начин на који посматрамо утицај канцерогена у животној средини и приступе контроли и превенцији рака, како за ширу јавност тако и за радно место. Процена ризика од канцерогена треба да се заснива на концептима механизама деловања који се, у ствари, тек појављују. Један од важних аспеката је механизам наследног карцинома и интеракција канцерогена са овим процесом. Ово знање ће морати да се угради у систематску и доследну методологију која већ постоји за процену ризика од карциногена.