Что такое канцерогены, почему они могут вызывать рак и с какими из них мы имеем дело каждый день

О том, что канцерогены могут стать причиной онкологического заболевания знают все. Но как именно они влияют на наше здоровье? Об этом, а также о том, с какими канцерогенами мы имеем дело практически каждый день, Vokrugsveta.ru рассказали ученые из Пермского национального исследовательского политехнического университета (ПНИПУ).

Как канцерогены приводят к раку?

Канцерогены — это вещества или агенты, которые могут вызывать рак или способствовать его развитию. Они бывают химическими (например, некоторые составляющие табачного дыма, асбест, бензол), физическими (например, ионизирующее излучение) или биологическими (например, некоторые вирусы, включая вирус папилломы человека).

— Врачи и ученые изучают связь между воздействием определенного вещества и частотой возникновения рака. Сопоставляют группы людей, подвергшихся воздействию канцерогена, с теми, кто не подвергался ему. Аналогичные опыты проводятся на культурах клеток и животных. Изучают способность вещества вызывать генетические мутации, изменять клеточный цикл, — рассказывает научный консультант по вопросам фармакологии НОЦ ХимБИ ПНИПУ, кандидат медицинских наук Сергей Солодников.

Существует несколько механизмов воздействия канцерогенов:

• Во-первых, канцерогены могут взаимодействовать с ДНК, образуя аддукты — соединения, которые нарушают процессы деления и роста клеток.

• Во-вторых, некоторые агенты способствуют образованию свободных радикалов, что повреждает клеточные структуры, включая ДНК, белки и липиды.

• В-третьих, хроническое воспаление, вызванное канцерогенами, способствует развитию рака путем мутации и усиленного деления клеток.

• В-четвертых, опасные вещества могут вызвать активацию онкогенов или дезактивировать супрессоры, отвечающие за профилактику опухолевой трансформации клеток.

Человек подвергается воздействию канцерогенов, вдыхая их, поглощая кожей или пищеварительным трактом. Вещества попадают в кровь и распределяются по различным органам и тканям. В результате взаимодействия с ДНК возникают мутации. Аномальные клетки бесконтрольно делятся, образуя опухоль.

Почему при общих факторах один заболевает раком, а другой нет?

Некоторые люди могут унаследовать мутации в генах, повышающие риск развития определенных типов рака, например, молочной железы и яичников. Сильная иммунная система помогает организму распознавать и уничтожать аномальные клетки, снижая риск рака. У людей с ослабленным иммунитетом, например, из-за ВИЧ, риск выше.

Главные канцерогены, с которыми мы сталкиваемся каждый день

Веществ, однозначно и вероятно канцерогенных для человека, насчитывают более 500. С некоторыми из них мы контактируем ежедневно.

Нитраты и нитриты

Это основные компоненты минеральных удобрений. Нитрат-анион не поглощается почвой, поэтому весь нитратный азот находится в растворе, легкодоступном для растений. Нитриты — соли азотистой кислоты — содержатся в растениях в небольшом количестве.

Нитраты и нитриты могут присутствовать не только в растениях и плодах. Обе эти группы веществ обладают свойством сдерживать размножение бактерий, и поэтому являются консервантами, применение которых разрешено при производстве продуктов питания.

— Их добавляют в некоторые виды сыров, а также в мясную продукцию — колбасу, ветчину, копчености. Помимо продления сроков хранения мясопродуктов, нитриты еще придают им приятный глазу покупателя розовый цвет, — отмечает магистрант кафедры химии и биотехнологии Пермского Политеха Елена Шергина.

В больших количествах нитраты опасны для здоровья. Человек легко переносит дозу нитратов в 150–200 мг в сутки. 500 мг — это предельно допустимый объем на день, а 600 мг — мера, токсичная для взрослого человека.

— Канцерогенность повышенного содержания нитратов заключается в том, что они могут восстанавливаться до нитритов, проникая вместе с пищей в слюну и тонкий кишечник. В результате в крови образуются нитрозил-ионы, — рассказывает магистрант кафедры химии и биотехнологии ПНИПУ Дарья Нестерова.

Токсическое действие нитритов в человеческом организме проявляется в форме метгемоглобинемии. Нитрозил-ионы окисляют двухвалентное железо гемоглобина в трехвалентное. В результате такого окисления гемоглобин, имеющий красную окраску, превращается в NO-метгемоглобин с темно-коричневой окраской. При нормальном физиологическом состоянии в крови образуется примерно 2% этого вещества. Первые признаки его избытка (головокружение, одышка) наблюдаются при содержании в крови 6-7%. При тяжелой форме (более 40%) возможен летальный исход, так как метгемоглобин теряет способность переносить кислород по организму.

— Нитраты также могут угнетать активность иммунной системы организма, снижать устойчивость к отрицательному воздействию факторов окружающей среды. При избытке веществ чаще возникают простудные заболевания, а сами болезни приобретают затяжное течение, — поясняет студент кафедры химии и биотехнологии ПНИПУ Даниил Зянчурин.

Если в продукте? кроме нитратов и нитритов? присутствуют еще в значительном количестве белки, под действием желудочного сока аминокислоты, из которых белки и состоят, могут образовывать с нитритами нитрозамины. Они формируются также при технологической или кулинарной обработке пищевых продуктов, в том числе в процессе их жарки, копчения, при консервировании мяса и рыбы и т. п. При длительном хранении пищевых продуктов содержание нитрозаминов может заметно увеличиваться. Их опасность — в канцерогенном воздействии.

— Помимо метгемоглобинемии и онкологического риска, в ряде исследований подчеркивается, что нитраты способствуют развитию патогенной кишечной микрофлоры, снижают содержание витаминов в пище, уменьшают количество йода (это приводит к увеличению щитовидной железы), — добавляет студентка кафедры химии и биотехнологии Пермского Политеха Любовь Меньшикова.

Выхлопные газы, дым от табака и сжигания мусора

Полициклические ароматические углеводороды и их производные — это вещества, образующиеся в результате горения бытовых отходов, неполного сгорания нефтепродуктов и угля. Они также присутствуют в выхлопных газах и табачном дыме.

— Исходные компоненты, содержащиеся в мусоре, как правило, не летучи и относительно безопасны. Чаще всего их вред заключается в наличии патогенной микрофлоры. При сгорании происходит комплекс окислительных реакций, в результате которых образуются продукты горения. При частичном недостатке кислорода, что часто случается при тлении, горении большой массы отходов или в закрытых помещениях, сырье окисляется не полностью. Некоторые неполные продукты сгорания органических материалов являются крайне токсичными, канцерогенными. Кроме того, многие из них летучи, что создает особую опасность для всех окружающих, контактирующих с дымом, — объясняет доцент кафедры химии и биотехнологии ПНИПУ, кандидат технических наук Ирина Пермякова.

Масло для готовки

При сильном перекаливании жиров (например, при жарке и копчении пищи) могут образовываться полиароматические углеводороды, пероксидные соединения. Это группы веществ, обладающие канцерогенным действием.

Каждое растительное масло или животный жир имеет свою температуру дымления, при данной температуре как раз начинаются процессы разложения веществ и появление дыма. Самые низкие показатели в 110-170 градусов имеют нерафинированные масла (оливковое, особенно extra virgin, подсолнечное, кукурузное, рапсовое), а также продукты с большим числом полиненасыщенных жирных кислот (омега-3), например, льняное. Их не рекомендуется использовать для термической обработки, лучше употреблять в свежем виде.

Солнце

— Ультрафиолетовое излучение — физический канцероген, который воздействует на кожу, передавая энергию молекулам ДНК и вызывая химические изменения в их структуре. Происходит образование димеров между соседними основаниями ДНК (например, тиминовых димеров). Это способствует сбоям в копировании молекул и возникновению мутаций. В случае массивного повреждения или хроническом воздействии восстановление затрудняется, и в клетке начинают накапливаться мутации. Постепенное их увеличение и отказ системы апоптоза (программируемой гибели поврежденных клеток) приводит к тому, что они начинают бесконтрольно делиться, образуя опухоль, — объясняет доцент кафедры прикладной физики ПНИПУ, кандидат физико-математических наук Иван Красняков.

Хотя территория Россия находится в основном в северных широтах, про защиту от УФ-излучения забывать не стоит. В зимнее время солнечная активность снижена. Но снег, лед и вода отражают лучи, усиливая их воздействие. Возникает явление интерференции света — усиления светового потока при наложении отраженных лучей друг на друга.

Жители северных широт, как правило, имеют более светлый тип кожи, который хуже адаптирован к воздействию УФ-лучей. Вырабатывается меньше меланина — пигмента, который защищает от солнца. Это делает людей с более светлым тоном кожи уязвимее к ожогам и долгосрочному накоплению УФ-повреждений.

Летом в северных широтах день длиннее, чем на юге, и продолжительное пребывание на солнце может привести к накоплению вредного воздействия даже при более низком уровне излучения. Это актуально в период с мая по август, когда солнце светит до позднего вечера.

Вирусы и бактерии

К биологическим канцерогенам относятся вирусы и бактерии, которые могут способствовать развитию рака, подрывая иммунитет или вызывая хронические воспалительные процессы. Эти микроорганизмы провоцируют изменения в клетках.

Гепатит B (HBV) — одна из основных причин развития рака печени. Вирус передается через кровь и другие биологические жидкости, чаще всего половым путем или при контакте с зараженной кровью. После первичного инфицирования он вызывает острый гепатит, но иногда (в 5-10% случаев) инфекция становится хронической. Постоянные воспалительные процессы вызывают активное деление клеток печени в ответ на повреждение. Это увеличивает вероятность ошибок в ДНК, что может привести к мутациям.

HBV умеет встраиваться в геном хозяина, что грозит нарушением нормальных генетических процессов и экспрессии генов, связанных с контролем клеточного цикла и апоптозом (программируемой клеточной смертью). Хроническое воспаление и репликация вируса приводят к накоплению мутаций в генах печени, повреждению ее ткани.