Ученые Пермского Политеха рассказали, почему опасны овощи и фрукты, выращенные в большом количестве удобрений, какие канцерогены содержатся в колбасах и копченостях, в чем опасность дыма и выхлопных газов, на каком масле нельзя готовить, почему северяне особенно подвержены меланоме и как онкология развивается от бактерии и вируса.
Как канцерогены приводят к раку?
Канцерогены — это вещества или агенты, которые могут вызывать рак или способствовать его развитию. Они бывают химическими (например, некоторые вещества в табачном дыме, асбест, бензол), физическими (например, ионизирующее излучение) или биологическими (например, некоторые вирусы, такие как 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 Сергей Солодников, научный консультант по вопросам фармакологии НОЦ ХимБИ ПНИПУ, кандидат медицинских наук.
Есть несколько механизмов воздействия канцерогенов. Во-первых, канцерогены могут взаимодействовать с ДНК, образуя аддукты — соединения, которые нарушают процессы деления и роста клеток. Во-вторых, окислительный стресс. 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.
— Вероятность онкологии увеличивается с возрастом из-за накопления повреждений ДНК и снижения эффективности механизмов восстановления клеток. Некоторые виды рака, например, груди и простаты, могут быть связаны с гормональными уровнями. Хронический стресс, нездоровый образ жизни (злоупотребление алкоголем, курение, недостаток сна), наличие ряда хронических патологий (диабет, гипоацидный гастрит и т.п.) также повышают риск заболевания раком, — отмечает Сергей Солодников.
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.
— Повышенное содержание нитратов в продуктах питания можно объяснить применением избыточных количеств азотных удобрений. К тому же некоторые пестициды, например, гербицид 2,4-Д, усиливают накопление вещества растениями в 10-20 раз, — рассказывает Юлия Кузнецова, доцент кафедры химии и биотехнологии ПНИПУ, кандидат технических наук.
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 Елена Шергина, магистрант кафедры химии и биотехнологии Пермского Политеха.
В чем опасность?
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 Дарья Нестерова, магистрант кафедры химии и биотехнологии ПНИПУ.
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 организме образуется примерно 2% этого вещества. Первые признаки (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 Даниил Зянчурин, студент кафедры химии и биотехнологии ПНИПУ.
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 жарения, 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 Любовь Меньшикова, студент кафедры химии и биотехнологии Пермского Политеха.
Как снизить воздействие нитритов и нитратов на организм? Потребляйте (или полностью откажитесь) от переработанных мясных продуктов, не пережаривайте пищу, избегайте подгорания. Ешьте больше свежих овощей и фруктов, особенно богатых витамином С (например, цитрусовые) — это отличные антиоксиданты, которые нейтрализуют свободные радикалы. Регулярные физические нагрузки повысят выносливость и помогут организму лучше справляться с токсинами.
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 Ирина Пермякова, доцент кафедры химии и биотехнологии ПНИПУ, кандидат технических наук.
Если вы живете в загазованной местности, задумайтесь об установке дома очистителей воздуха. В час пик, когда образуется большое количество выхлопных газов, закрывайте окна. Комнатные растения способны поглощать и нейтрализовывать некоторые объемы вредных частиц из воздуха. Почаще стирайте шторы, поскольку они накапливают загрязнения.
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.
— Опасность образования токсичных продуктов возникает в случае, когда компоненты масла начинают гореть, дымиться. Это может быть и в домашних, и в производственных условиях при несоблюдении режимов готовки. Обычно масла при жарке и запекании нагреваются до температуры 120-180 градусов. Если они при такой температуре не сгорают, то процесс приготовления можно считать вполне безопасным. При нагреве до более высоких температур жиры начинают разлагаться, образуя токсичные соединения, — поясняет Ирина Пермякова.
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.
— Зато для готовки на плите подходят рафинированные масла или топленые животные жиры. В ходе рафинации они очищаются от фосфолипидов, свободных жирных кислот, пигментов, воскообразных веществ. Именно эти примеси при нагреве начинают разлагаться первыми, поэтому после фильтрации термическая устойчивость продукта повышается. Очищенные подсолнечное, оливковое и кукурузное, топленое сливочное (гхи) масла уже имеют температуру дымления выше 230 градусов, и поэтому при классической термической обработке пищи не горят, — рассказывает Ирина Пермякова.
Солнце
— Ультрафиолетовое излучение — физический канцероген, 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 Иван Красняков, доцент кафедры прикладной физики ПНИПУ, кандидат физико-математических наук.
Хоть большая территория России находится 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. Не стоит также пренебрегать средствами защиты (SPF-кремами, очками и головными уборами), полагаясь на то, что мы находимся в северных широтах.
— В зимний период популярны солярии, которые также являются источником УФ-лучей. Люди стремятся восполнить нехватку солнца, но искусственное излучение несет не меньшую опасность, чем солнечное. А иногда оно более канцерогенно из-за высокой концентрации ультрафиолета, — добавляет Иван Красняков.
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.
— Например, бактерия Helicobacter pylori вызывает гастрит. Заразиться можно из-за грязных рук, поцелуев, использования чужой зубной щетки, посуды и др. В процессе хронического воспаления происходят изменения в клетках слизистой и их ДНК. Хронический гастрит может привести к атрофии (истощению) оболочки желудка, что снижает его защитные механизмы. В ответ на повреждение ткани желудка видоизменяются. Наступает предраковое состояние — дисплазия. Если клетки нового типа продолжают появляться, это может привести к образованию злокачественной опухоли — раку желудка, — рассказывает Сергей Солодников.
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.
Вакцинация против гепатита B является эффективным способом профилактики инфекции и, следовательно, снижения риска развития рака печени. Кроме того, регулярный мониторинг и лечение хронического гепатита B могут помочь предотвратить прогрессирование заболевания и развитие опухоли.