Токсикология: кривая познания

Современная интерпретация известного выражения Парацельса, которого часто называют отцом токсикологии, говорит, что доза и ее эффект взаимосвязаны и изменяются по предусмотренной линейной схеме, и чем меньше сталкиваться с отравителем, тем менее рискованными будут и последствия. Это не просто философская абстракция, это — главное предположение, лежащее в основе всей системы проверки безопасности химикатов, которая появилась в середине двадцатого века.

Обычно эксперты по риску смотрят на побочные эффекты вещества в ряде больших доз и экстраполируют полученные результаты, чтобы определить безопасные стандарты — предполагая при этом, как Парацельс, что химические вещества, токсичные в больших дозах, намного безопаснее в низких концентрациях, приближенных к реальной жизни.

Однако, как Парацельс ошибался? Если для большого класса соединений меньшие дозы означают больший риск? Все большее количество исследователей произносят именно такие претензии к веществам, разрушающим эндокринную систему — значительной группы синтетических химикатов, которые могут взаимодействовать с клеточными рецепторами гормонов. Такие соединения, у которых варьируется от распространенного гербицида атрацину (используется в очищающих средствах) и фунгицида для виноградников винклозолину, нарушают привычные правила токсикологии.

В основе обычного тестирования на высоких дозах регулирующие органы установили максимально допустимые уровни для каждого из них и сделали вывод, что все дозы, меньше этого уровень — безопасны для здоровья. Однако исследователи, которые изучили широкий круг дозировок, включая очень маленькими (которые встречаются в повседневной жизни) говорят, что результаты проведенных ими экспериментов не дают чистый и привычный для классической токсикологии график, «плавно снижается».

Зато, большинство разрушительных для эндокринной системы веществ имеют «неоднородные» кривые ответы на дозу, что означает, что график хотя бы раз меняет свое направление по снижению на рост или наоборот, и становится похож на параболу, обращенную параболу или более удивительные формы, как извилистые китайские драконы.

«Мы увидели, что каждая из соединений, которую мы проверили, будет иметь неоднородный график — каждая!», — Говорит Фредерик Вом Саал, нейробиолог из Университета Миссури-Колумбия, который бьет тревогу по разрушителей эндокринной системы еще с 1970х. «Низкие дозы разрушителей эндокринной системы действуют совсем не так, как это предусмотрено традиционными подходами токсикологии».

Вом Саал с коллегами верит, что низкие дозы таких компонентов в окружающей среде вносят свой вклад в большой круг проблем человеческого здоровья — включая избыточным весом, диабетом, онкологией, сердечно-сосудистыми заболеваниями, а также бесплодием и другими нарушениями, связанными с половым созреванием.

Однако многие токсикологи в этом не уверены — особенно те, кто работает на производстве или в государственных учреждениях и карьера которых была тесно связана с традиционными методами оценки рисков. Хотя они знают, что разрушительные для эндокринной системы вещества могут выбрасывать коньки, они все равно говорят, что работа Вом Саал и его сторонников проведена недостаточно глубоко, что она слишком сильно опирается на непроверенные опыты и слишком сильно фокусируется на таких результатах, как вес органа, пред-онкологические новообразования и изменения активности генов и белков, которые могут не достигать значительной опасности для здоровья.

«Если мы будем относиться к этому серьезно, то нам нужно больше убедительных доказательств того, что это действительно происходит, не только в руках одного исследователя или в течение одного теста. Нам нужно что-то повторяющееся, что сможет выдержать научную проверку того, как именно оно приводит к нежелательным эффектам », — говорит Лоренц Ромберг, токсиколог из кембриджской фирмы по вопросам окружающей среды« Gradient ». Ромберг также работает консультантом по разрушительным для эндокринной системы веществам в Американской химической рады, ассоциации химических производителей.

Европейские и американские официальные представители правительств все же прислушались. «Мне кажется, что Ванденберг достаточно убедителен», — говорит Линда Бирнбаум, директор Национального института экологических наук США (NIEHS) в исследовательском центре « Research Triangle Park », Северная Каролина. В апреле в статье от редакции в издании NIEHS « Environmental Health Perspectives »Бирнбаум заявил, что« пора начинать разговор »о включении малых доз и немонотонных отношений для принятия решений.

Во время научной конференции Еврокомиссии по эндокринным разрушителям, которая состоялась в июне этого года в Брюсселе, делегаты не смогли достичь консенсуса относительно важности немонотонности низких доз, однако они согласились, что существующие постановления нужно сделать строже, согласно словам Бьорна Гансена, председателя химического подразделения в комиссии генерального директората по окружающей среде в Брюсселе.

В то же время в США Управление охраны окружающей среды (EPA) и Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (FDA) демонстрируют новую готовность по крайней мере обсудить этот вопрос — хотя они и говорят, что большие регуляторные изменения вряд ли произойдут прямо сейчас .

Некоторые обозреватели считают, что больших изменений ожидать не стоит, пока мысли в этой области настолько противоположны. «Между теми, кто оценивает риски и учеными из эндокринной системы — пропасть», — говорит Томас Нелтнер, изучающий химические пищевые добавки в неприбыльной организации « Pew Health Group », расположенной в Вашингтоне. Эта организация пытается организовать сближение профессионалов через ряд научных встреч. «Нам кажется, что ни одна сторона не слушает противоположную».

Ранние признаки

Вом Саал находится в центре дискуссии, вообще встал вопрос о эффекта разрушительных для эндокринной системы веществ. Этот крепкий коренной житель Нью-Йорка уже 67 лет, выполняет любительские перелеты на своей «Цессна» на научные конференции и не стесняется вступать в диалог с критиками везде, где ему приведется приземлиться.

Будучи еще простдоком Техасского Университета в Остине в 1970-, Вом Саал с удивлением обнаружил, что незначительные вариации в уровне полового гормона в утробе могут иметь у мышей эффект, давать о себе знать всю жизнь. Он обнаружил, что если в матке самка мыши находилась между двумя самцами, то позже, во взрослом возрасте, она отчетливо проявляла более «маскулинные» черты характера, например, агрессию, чем самка, еще до рождения была окружена другими самками. Видимая причина такого явления кроется в почти незаметных дозах дополнительного тестостерона, который выделяют еще нерожденные самцы.

Вом Саал сначала проводил эксперименты с природными гормонами и синтетическим эстрогеном Диэтилстилбэстролом (DES) и обнаружил, что у самцов мышей, которые до рождения сталкивались с очень малыми дозами DES развивались большие простаты, чем у контрольной группы — это делало их в дальнейшем более склонными к заболеваниям простаты, включая онкологические. Однако, он обнаружил удивительную вещь — большие дозы DES не имели такого же эффекта.

Это было одно из первых зафиксированных проявлений немонотонной кривой зависимости дозы от ответа, зафиксированной для разрушителя эндокринной системы. Уэйд Велшонс обнаружил похожие немонотонной ответы для широкого ряда эндокринных разрушителей, преимущественно для ВРА, распространенного ингредиента поликарбонатных пластиков и эпоксидных покрытий, которые встречаются и в пищевой упаковке.

Ранняя работа Вом Саал помогла привлечь международное внимание к ВРА, включая чрезвычайно успешной кампанией активистов в США, Канаде и некоторых европейских странах. Кампания призывала прекратить использование этих веществ в производстве бутылочек и чашек-непроливаек для детей. Также она вдохновила целую армию исследователей на поиски — часто приводили находками — других связанных с эндокринной системой эффектов, которые встречались у животных под воздействием очень низких уровней ВРА и других веществ, которые действовали похожим на гормоны образом. Например, в Университете Тафтса клеточный биолог Ана Сото завоевала популярность за открытие того, что влияние ВРА может повредить нормальному развитию молочных желез у мышей и крыс, стимулируя увеличение рецепторов эстрогена и приводя к пред-раковым образованиям и неинвазивным онкозаболеваниям.

В Испании другой клеточный биолог Анхель Надаль из Университета имени Михеля Эрнандеса в Эльче исследовал влияние ВРА на клетки человеческой поджелудочной железы и зафиксировал немонотонное соотношение между уровнями дозы и изменениями в метаболизме глюкозы, что является ключевым фактором риска для развития диабета и увеличения веса. Эпидемиологи также присоединились к этому процессу. Они обнаружили связь между уровнем ВРА в моче и ожирением у детей, а также между другими эндокринными разрушителями и увеличенной заболеваемостью диабетом.

Такие исследования и многие другие описывают удивительный мир эндокринных разрушителей, который отличается от традиционной токсикологии так же, как квантовая механика от уравновешенной ньютоновской физики. Если даже микроскопическая количество ВРА или других разрушителей взаимодействует с гормональным рецептором в переломные моменты развития — активируя, заглушая, атакуя или в других образом препятствуя их нормальной деятельности — то они могут выдавать очень странные на первый взгляд экспериментальные результаты, особенно если к этому добавляются и другие гормоны.

В Университете штата Иллинойс в Чикаго, например, врач-репродуктолог Гейл Принс вживили молодым мышам простатоподобные железы, выращенные из человеческих стволовых клеток, смешанных затем с тканями мыши, после чего кормила некоторых подопытных животных очень низкими дозами ВРА. Течении их роста, Принс также давала им небольшие дозы эстрадиола — гормона, который встречается и в повседневной жизни и с возрастом больше проявляется у мужчин, это известный фактор риска рака простаты. У 35% — 40% мышей, которых кормили ВРА с эстрадиолом развился рак простаты, при этом у мышей, получавших только эстрадиол этот процент достиг лишь 10.

Рабочей теорией было то, что ВРА связывается с эстрогеновыми рецепторами в стволовых клетках простаты, перепрограммирует гены таким образом, что они в дальнейшем становятся более чувствительными к эстрадиолу. «Стоит отметить и то, — говорит она, — что мы работали с очень небольшими дозами, которые безусловно находятся в безопасных для человека пределах». Исследовательница планирует опубликовать свои результаты в начале 2013 года, когда соберет больше данных.

Механизм взаимодействия таких рецепторов может создавать удивительные соотношения между дозами и ответами, многие из которых только начинают фиксировать. Ранее в этом месяце, группа Вом Саал с Миссури опубликовала первый график немонотонной взаимозависимости дозы и ответы для широко используемого компонента пластиков, известного как DEPH или ди (2-этилгексил) фталат . Команда из Миссури давала 78 беременным мышам DEPH в очень широком ряде доз — от 0,5 микгограма до 500 000 микрограммов на килограмм живого веса в день в течение всего периода. Они обнаружили, что уровень тестостерона у животных увеличивался странным образом и влиял на половое развитие в зависимости от полученной дозы.

Для самцов с потомства, например, график зависимости дозы и ответы напоминал очертаниями горный хребет. Сывороточные уровни тестостерона росли для доз от 0 до 0,5 микрограммов, затем несколько снижались на 1, снова росли в уровнях между 5 и 500, чтобы снова снизиться на 50 000 и стремительно упасли на 500 000. Результаты крупнейшей дозы, фактически совпали с результатами контрольной группы. Заранее готовясь к атаке будущих критиков, Вом Саал заключил: «статистический критерий» анализа показывает, что наилучшим отражением таких данных является как раз немонотонный график.

Какой именно биохимический механизм кроется за странным графиком DEHP — неизвестно (Вом Саал говорит, что для этого нужно провести дополнительные исследования), однако ученые уже работают над отдельными случаями других немонотонной кривых. В одном из лучше изученных примеров задействованы не загрязнитель, а лекарства: агент химиотерапии тамоксифен, который связывается с эстрогеновыми рецепторами в клетках молочной железы и имеет график зависимости дозы и ответы в виде обратной параболы.

Очень малые дозы имеют незначительный эффект на раковые клетки, однако когда лекарства встраиваются в ткани молочной железы, то стимулируют образование опухолей и запускают очень неприятный для пациентов «период вспышек». Когда уровень тамоксифена увеличиваются настолько, что могут занять все доступные эстрогеновые рецепторы, то эффект меняется на противоположный и лекарства начинают подавлять рост раковых клеток. «Все это очень хорошо известно эндокринологам», — говорит Томас Золлер из Массачусетского университета в Армхарсти, изучавший влияние эндокринных разрушителей на щитовидную железу. «Немонотонной график зависимости дозы и ответы — жизненный факт».

Переломный момент произошел в 2009 году, когда ученые сделали заявление в Обществе эндокринологов в Чеви Чейз, Мериленд, впервые за его 95-летнюю историю. В этом заявлении вещества, разрушающие эндокринную систему называли «веществами, которые представляют собой значительный интерес для здоровья человечества»; одобрялись жесткие правила для таких веществ; утверждались немонотонной ответы и провозглашалось, что «даже бесконечно малые дозы — собственно, любые дозы вообще — могут стать причиной аномалий эндокринной или репродуктивной системы ».

Семь других научных учреждений впоследствии присоединились к Обществу эндокринологов в письме, опубликованном в прошлом году в журнале Science . «Это настолько нужна для всех тем, насколько только возможно. Она действительно может изменить всю природу игры », — говорит другой исследователь, много лет работает в этой области, молекулярный биолог Брюс Бламберг из Университета Калифорнии, Ирвин.

Следует проверить

Однако критики говорят, что сам факт существования немонотонного ответа и эффектов от низких доз это еще не доказательство. Важно то, через какое время они начинают влиять на здоровье. «Пусть монотонность существует, но вопрос в том, она действительно зависит от токсина?», — Спрашивает Джейсон Ангст, надзорный токсиколог из американского Центра безопасности пищи и пищевых добавок (CFSAN FDA). Он и главный токсиколог с ЭРА, Эрл Грей, заявляют, что влияние на здоровье от низкой дозы веществ, о котором говорится в работах Вом Саал, Сото и других пока встречается довольно редко и его можно однозначно связать со значительными проблемами здоровья. Эффекты низких доз, которые можно увидеть яснее — как изменения органов — обычно монотонны и их можно определить по современным протоколам нормативных испытаний, согласно словам Грея. «Нельзя говорить, что немонотонность не происходит, однако высококачественные исследования по оценке рисков мы еще не увидели», — говорит он.

Раскол в этой области отчасти является результатом различных типов тестов, которые проводят исследователи и эксперты по оценке рисков. Многие частные тестовые лаборатории, которые проводят исследования по заказу производителей для получения нормативного утверждения новых продуктов не оборудованы необходимыми установками для проведения радиоиммунного анализа, предназначенных на выявление очень малых концентраций химикатов. Частные лаборатории также не всегда смотрят на комплексные биологические изменения, такие, как изменение уровней белков, хотя сейчас это исследование обязательно проводится такими исследователями, как Золлер, Сото и Вом Саал.

Зато, ведущие тесты подобных агентств стандартизированные, они проводят простые испытания которые легче повторить в другой лаборатории, они используют больше подопытных животных и обычно пытаются определить более тяжелые последствия для здоровья, такие, как острая токсичность, канцерогенность и изменение физических параметров.

«Мы проводим утвержденные исследования, в отличие от основных ученых», — говорит Рошель Тел, эволюционный токсиколог из организации «RTI International» из исследовательского центра «Research Triangle Park», которая проводит исследования для таких клиентов, как регулирующие органы и химические производители. «Это не означает, что другие исследователи ошибаются, просто они делают такую работу, валидация которой невозможна».

И даже если государственные или наемные ученые ищут эффекты низких доз, они не всегда их находят. Например, Тел, которая проводила исследование для двух промышленных групп и Грей независимо друг от друга проанализировали очень маленькие дозы ВРА и не нашли те значительные эффекты в развитии, которые нашли Вом Саал, Принс и другие. Вом Саал и его сторонники вместе отвечают, что Тел и Грей не увидели эффекта от малых доз потому, что животным их контрольной группы давали чистый эстрадиол в слишком больших дозах.

Этот диспут был непростым и открытым для общественности, разворачивался на всех конференциях и в бесконечных острых газетных статьях, был опровергнут, тогда полученные результаты еще раз опровергнуты и новые — снова опровергнуты. Аргументы стали настолько горячими, что Тел прекратила работать с ВРА. «Я оставила ВРА, потому что это уже стало не вопросам науки, а личным, — говорит она. — Дискуссия переходила все границы и пыталась перерасти в политику».

Во многом из-за работы Тел и Грея, ни FDA ни EPA не изменить свою оценку риска для BPA. FDA продолжает говорить, что BPA не оказывает вредного эффекта в дозах, ниже 50 мг на килограмм живого веса в день — при этом Вом Саал настаивает, что этот уровень должен быть в два миллиона раз меньше и равен 25 нанограммов. Однако оба управления сейчас совместно работают над масштабным исследованием, которое должно положить конец диспуту. Недавно начато, оно рассчитано на 20 миллионов долларов и проводится совместно NIEHS и Национальным центром исследований токсикологии (FDA NCTR).

Это исследование — наиболее масштабное из всех, которые когда-либо проводились для исследования немонотонной графиков соотношение дозы и ответы в случае использования очень малых доз. В прошлом месяце, исследователи начали скармливать BPA примерно тысяче крыс в пяти вариантах дозирования от 2,5 микрограмм на килограмм живого веса до 25 000 микрограммов, плюс положительная контрольная группа (которая получит гораздо меньшие дозы эстрадиола, чем использовали Тел но Грэй) и контрольная группа, которой не дают никаких приложений.

Вом Саал, Золлер и другие исследователи примут участие в анализе тканей, что позволит им исследовать ряд различий в здоровье животных — например, метаболические изменения в простате и молочных железах, которые выходят далеко за рамки стандартных протоколов.

И из-за того, что в течение ближайших пяти лет результаты этого мега-исследования по ВРА еще не появятся, и на значительные изменения в химических правилах, связанные с немонотонными изменениями от малых доз тоже надеяться не стоит. Еврокомиссии нужно до самовстановленого конечного срока (декабрь 2013 года) сделать черновой вариант первого правительственного критерия, где определялись бы вещества, которые вредят эндокринной системе, однако не имея научного консенсуса в этом вопросе такие критерии могут в конце концов учесть только эффекты от больших доз, предсказывает Андреас Кортенкамп, токсиколог из Университета Брунеля (Великобритания), который был советником по этому вопросу в Еврокомиссии.

Зато EPA и FDA созвали совместную рабочую группу для рассмотрения доказательств по реферируемых литературы, однако «не только жюри до сих пор отсутствует, в жюри до сих пор не хватило времени даже ознакомиться с доказательствами», — говорит Рита Скуни, главный советник по вопросам науки в ЭРА, Вашингтон.

Некоторые ветераны этой отрасли решили не ждать и сотрудничают над тем, чтобы совместными усилиями обойти регуляторную систему. Они написали статью, которая должна быть опубликована в январе в журнале Green Chemistry . В этой статье промышленным химикам даются подробные советы по тщательному изучению компонентов на связанные с эндокринной системой эффекты, как их проверить в очень малых дозах и как искать немонотонной графики зависимости доз и ответов.

04.05.2015

Поделиться в соц. сетях

Опубликовать в Google Buzz
Опубликовать в Google Plus
Опубликовать в LiveJournal
Опубликовать в Мой Мир
Опубликовать в Одноклассники

Добавить комментарий