Снижение канцерогенного воздействия коптильного дыма

Поскольку в настоящее время не вызывает сомнения доминирующая роль факторов объектов внешней среды в происхождении большинства онкологических опухолей у людей, то после усовершенствования процесса копчения, направленного на снижение воздействий компонентов дыма на продукты и атмосферный воздух, вторым по важности аспектом данной проблемы является разработка профилактических мероприятий, предусматривающих уменьшение или предотвращение онкологических болезней.

Из существующих профилактических мероприятий в онкологии наиболее доступными являются аналитические и описательные методы, позволяющие определить роль отдельных факторов среды в развитии раковых заболеваний. Основным недостатком данных методов является невозможность прогнозировать канцерогенную опасность неисследованных или новых химических веществ.

Для предсказания канцерогенного риска различных соединений для человека наиболее достоверным и постоянно используемым способом является их изучение в экспериментах на грызунах. Главное достоинство данного способа заключается в возникновении у животных опухолей, т. е. того же патологического отклонения, что и у человека. К положительным аспектам следует также отнести схожесть биохимических процессов при активации канцерогенов, происходящих в организмах животных и людей.

В то же время известно, что результаты исследований на животных абсолютно предсказуемы только для особей того же вида. Например, в опытах, проводившихся на мышах и крысах, было испытано 200 различных соединений, и совпадение полученных данных не превышало 70% В другом случае из 250 соединений, протестированных на мышах и крысах, 17 веществ вызывали опухоли только у крыс, а 21 являлось канцерогенным только для мышей. В этой связи данный метод может предсказать канцерогенность химических соединений для человека с вероятностью не более 70—75%. Кроме того, основная часть подобных исследований выполняется, как правило, при дозах канцерогенов, значительно превышающих наблюдаемые во внешней среде. Поэтому, принимая во внимание нелинейность соотношения «доза-эффект», экстраполяция полученных результатов на реальные ситуации может привести к ошибкам как в сторону завышения, так и в сторону занижения реального риска.

Учитывая, что эксперименты на грызунах являются длительными и дорогостоящими, особое значение в этой ситуации приобретает разработка краткосрочных тестов, позволяющих с определенной долей вероятности предсказать канцерогенный риск для человека исследуемых соединений. Важно отметить, что данные тесты разрабатываются с учетом биологической активности агентов, связанных с канцерогенным потенциалом испытуемых соединений.

В то же время необходимо признать, что даже при равной экспозиции к канцерогенам злокачественные опухоли возникают только у некоторой части людей, что свидетельствует о существенных различиях в индивидуальной чувствительности организма к действию канцерогенов. Поэтому одной из наиболее важных задач в решении проблемы первичной профилактики злокачественных опухолей является выяснение молекулярнобиологических механизмов, лежащих в основе индивидуальных отличий в действии канцерогенных факторов на организм. Знание таких механизмов позволит идентифицировать биологические маркеры, дающие возможность прогнозировать индивидуальную чувствительность к канцерогенным агентам.

Принимая во внимание, что канцерогенез является многостадийным процессом, маркеры индивидуальной чувствительности теоретически могут быть выявлены на любом ключевом этапе развития онкологического заболевания. Однако для эффективной профилактики важно выявление данных биомаркеров к канцерогенам на самых начальных этапах онкологического заболевания до наступления в клетке необратимых изменений.

Известно, что поступление канцерогенных ПАУ в организм человека происходит только из внешней среды, в связи с чем к настоящему времени разработаны профилактические мероприятия, позволяющие снизить их попадание извне. Но поскольку в принципе невозможно вообще предотвратить попадание ПАУ в организм, то для снижения риска онкологического заболевания следует вести поиск ингибиторов данных соединений. Прежде всего, по мнению онкологов, необходимо предотвратить попадание канцерогенного агента в клетку, которое на практике осуществляется связыванием данного вещества с химическими агентами и выведением образовавшегося комплекса из организма. При попадании канцерогенного соединения в клетку следует использовать ингибиторы, способные тормозить или полностью прерывать окислительные реакции, а также ослаблять опухолевую прогрессию в клетке.

Применительно к канцерогенным НА ситуация значительно сложнее, поскольку подавляющее количество данных соединений синтезируется в объектах окружающей среды и организме человека из поступающих с питанием, водой и воздухом нитратов и окислов азота. Легкость образования НА из предшественников не позволяет в настоящее время рассчитывать на возможность изготовления копченых, а также соленых и консервированных продуктов, совершенно не содержащих этих канцерогенов. В то же время необходимо принимать меры по снижению содержания НА в пищевых продуктах и других объектах окружающей среды до уровня, не представляющего опасность для здоровья человека.

Одним из важных доказательств существенного влияния технологии производства на количество НА в пищевых продуктах является резкое колебание содержания и частоты их обнаружения в одних и тех же видах продуктов. Это подтверждает возможность изыскания условий, при которых возможно резкое уменьшение количества продуктов, содержащих НА, и снижение концентрации последних.

Одной из мер по снижению содержания НА в продуктах является уменьшение количества добавляемых в них нитритов. Данные меры совершенно реальны и эффективны, поскольку ПДК нитритов в мясных продуктах колеблется в различных странах в значительных пределах, что позволяет сделать вывод о возможности некоторого снижения их уровня в пищевых изделиях.

Снижение уровня содержания НА в копченых продуктах может быть достигнуто уменьшением концентрации окислов азота в дымовоздушной смеси, снижением температуры дымообразования и совершенствованием процесса копчения, например заменой коптильного дыма, содержащего нитрозирующие агенты, коптильными препаратами.

Удаление части НА из пищевых продуктов происходит в процессе термической обработки, в частности при определенных условиях варки, что необходимо учитывать при совершенствовании технологии изготовления некоторых продуктов. Принимая во внимание летучесть многих НА целесообразно сочетание процессов термической обработки с вакуумированием.

В пищевых продуктах содержится большое количество ингредиентов, которые при определенных условиях блокируют реакцию нитрозирования, снижая или предотвращая образование НА. К их числу относятся некоторые витамины, пищевые добавки, природные вещества, выделяемые из пищевых растений, и некоторые другие компоненты.

Аскорбиновая кислота. Ингибирующее действие данной кислоты при синтезе НА заключается в ее взаимодействии с нитритом, который восстанавливается в окись азота и выводится из реакции. Заслуживает специального внимания применение аскорбиновой кислоты для снижения образования НА в пищевых продуктах. Так, при добавлении 150 мг/кг нитрита натрия в беконе после поджаривания при 180 °C образуется около 100 мкг/кг N-нитрозопирролидина и небольшое количество НДМА. Если в обработанный нитритом натрия бекон перед поджариванием ввести раствор аскорбиновой кислоты, то образование N-нитрозопирролидина блокируется на 100%. Менее выраженный эффект оказывали аскорбилпальинтат, пропилгаллат, цистеин и «-крезол.

Образование НДМА отмечено в сосисках после добавления перед их копчением 150 и 1500 мгк/кг нитрита натрия. При этом в готовых сосисках определяли примерно 10 мкг/кг НДМА. Добавление вместе с нитритом натрия аскорбиновой кислоты в количестве 550 мг/кг полностью предотвращало появление НДМА в сосисках.

Токоферол. Противоопухолевая и антиканцерогенная активность форм данного витамина хорошо известна, однако в отличие от аскорбиновой кислоты он блокирует образование НА в неводной (неполярной) фазе, где возможен их синтез. Токоферол превращает N₂0 в N0 в органических растворах и липидах, а его эмульсия в воде восстанавливает нитрит в N0.

Токоферол активно ингибирует образование нитрозоамидов и подавляет синтез липофильного нитрозированного агента под влиянием атмосферной двуокиси азота. Добавление токоферола при кулинарной обработке в пищевые продукты вместе с нитритом натрия уменьшает образование в них НА. Так, присутствие этого витамина в количестве 250—500 мг/кг резко уменьшает образование НА при поджаривании бекона. Такой же эффект отмечен при добавлении витамина в рыбу перед ее копчением и в некоторые пищевые продукты, получаемые при процессах ферментации.

Способность к взаимодействию или связыванию нитрата натрия и подавлению реакции нитрозирования обнаружена у многих природных веществ, ингредиентов пищи, пищевых продуктов и напитков, к которым относятся:

• — витамины — А, К, Р, цитрин, холин;
• — аминокислоты — метионин, глутатион, цистеин, глицин, аи (3-аланин;
• — пищевые добавки — сорбиновая кислота, бисульфит натрия, бутилгидрокситолуол, бутилгидроксианизол;

• — фенолы, полифенолы — пирокатехин, гидрохинон, танин, галловая кислота, ванилин, сквален;
• — спирты — этанол, этиленгликоль;
• — углеводы — сахароза, глюкоза;
• — ненасыщенные жирные кислоты, мочевина, тиолы и другие вещества.

Способность указанных выше витаминов, аминокислот, пищевых добавок и других ингредиентов взаимодействовать с нитритом натрия, как правило, приводит к подавлению реакции нитрозирования, однако последняя наблюдалась не всегда. Например, витамин, А и другие витамины окисляются нитритами, но их нельзя считать ингибиторами нитрозирования.

Пищевые добавки, реагируя с нитритами, подавляют образование НДМА. В частности, метионин ингибирует синтез НДЭА на 90%, глутатион — на 98,7%, а цистеин — на 99% при pH 3,5. Однако при pH 5,5 метионин не задерживает нитрозирование, а эффект действия двух других аминокислот значительно меньше.

Активно блокируют реакцию нитрозирования природные фенольные соединения, которые окисляются в хиноны под влиянием нитрозирующих агентов, причем последние превращаются в окись азота. Такой путь превращения связан с блокированием синтеза НС. Фенолы могут нитрозироваться до нитрозофенолов, которые, взаимодействуя с нитритом, образуют такие соединения, как нитрозохиноноксиды, сами являющиеся активными НС.

При наличии ОН-группы в ои п-положении фенолы легко окисляются, образуя хинон или оксид нитрита. Последний при взаимодействии с азотистой кислотой превращается в активный нитрозирующий агент N₂0₃.-K таким веществам относятся галловая кислота, резорцин, катехин, пирогаллол, а также содержащие дубильные вещества напитки типа черного кофе, чая, яблочного вина, некоторых сортов пива.

Как и фенолы, активно нитрозируются некоторые тиолы, после чего они приобретают нитрозирующую способность. При этом возможны следующие модифицирующие эффекты:

• — ингибирование — кофеиновая кислота, галловая кислота, феруловая кислота, катехин, хлорогеновая кислота, пирогаллол, таниновая кислота, резорцин, 1,2- и 1,3-дигидрооксифенол, 4-метилкатехол;
• — отсутствие эффекта — кофеиновая кислота, хлорогеновая кислота, феруловая кислота, физетин, нарингин;

— катализ — катехин, хлорогеновая кислота, гваякол, кемферол, фенол, флороглюцинол, кверцетин, резорцин.

Следовательно, одни и те же фенольные соединения (катехин, хлорогеновая кислота, резорцин) могут оказаться и ингибиторами, и катализаторами нитрозирования, а иногда не проявлять действия. Последнее нередко зависит от значений pH. Высокое содержание нитрозирующего агента и высокие значения pH сочетаются с ослаблением нитрозирующих свойств фенолов. Так, галловая кислота ингибирует нитрозирование при pH 2—3 и катализирует при pH 4 и выше. Аналогично действие хлорогеновой кислоты, которая в некоторых условиях усиливает катализирующий эффект тиоцианата при образовании НС.

Представляет интерес способность ряда фенолов усиливать синтез НС в присутствии N0₂. Как уже отмечалось, нитрозирование в присутствии нитрита натрия происходит в кислой среде, тогда как N0₂ взаимодействует с аминами в нейтральной и неводной средах с образованием НС.

Микромолярные концентрации ванилина усиливали синтез N-нитрозоморфолина при пропускании N0₂ через раствор морфолина при pH 7,4. Возможно, определенную роль в усилении нитрозирования играет наличие в молекуле фенола гидроксильных групп, поскольку гваякол и резорцин оказывали тот же эффект. Наоборот, гидроксихинон и катехол ингибируют нитрозирование, по-видимому, из-за окисления под влиянием N0₂ в соответствующие хиноны, что ограничивает образование НС. Кроме нитрофенола, все фенолы эффективно связывали в растворе, продуваемом воздухом, N0₂ и превращали его в нитрит. Для ванилина эта реакция ускорялась при значениях pH раствора более 6. Механизм усиления нитрозирования аминов под влиянием фенолов в присутствии N0₂ или нитрита натрия в кислой среде оказывается различным и может быть связан в первом случае с образованием алкилнитрита.

Способность некоторых о-метоксифенолов (ванилина, сурингола, феруловой кислоты) угнетать нитрозирование нитрита в кислой среде и усиливать этот процесс в нейтральной и неводных средах в присутствии N0₂ указывает на различную роль фенолов. Данные соединения подавляют эндогенное нитрозирование в желудке, но могут катализировать синтез НС при приготовлении пищи или воздействии на организм окислов азота.

Помимо приведенных выше основных мероприятий, предусматривающих снижение поступления нитрозосоединений и их предшественников из внешней среды, существует проблема ингибирования образования данных соединений в организме, сущность которой заключается в связывании ионов нитрита различными антиоксидантами.

При исследовании действия лигнина, полученного из хвойных пород древесины, в среде желудочного сока человека наблюдалась его высокая способность ингибировать нитрозоамины, причем у некоторых образцов она достигала до 92%. Лигнин, полученный из лиственных пород древесины, также проявлял высокую ингибирующую способность, однако его активность была ниже лигнина, полученного из хвойных пород древесины, более чем в 2 раза.

Из соединений лигнина высокая активность связывания ионов нитрита наблюдалась у феруловой, кофейной и гидрокоричной кислот, ванилинового спирта, некоторых фенолов и параоксибензальдегида. Например, ингибирующее действие кофейной и феруловой кислот почти в 2,0—2,5 раза превышало активность витаминов С и Е. Более высокая ингибирующая активность по сравнению с витамином С оказалась и у сиреневой кислоты. Приведенные факты представляют большую ценность прежде всего потому, что основная часть составляющих лигнина идентифицирована в составе коптильного дыма.

В то же время практическое применение полученных данных несколько затруднено. Более прикладной характер имеют исследования, где программой эксперимента предусматривалось введение в желудок крыс 1 мл водных растворов предшественников НА (нитрата натрия и диэтиламина) совместно с соками, полученными из сырых и отварных моркови и капусты, в объеме 2—3 мл. Ингибирующую способность овощных соков оценивали по содержанию НДЭА, содержащемуся в желудочном соке крыс.

При введении нитрата натрия и диэтиламина совместно с соками моркови и капусты, полученными из сырых овощей, количество образовавшихся НА снижалось по сравнению с контролем соответственно на 89,4 и 80,0%. Соки, полученные из отварных овощей, проявляли лишь тенденцию к ингибированию синтеза НДЭА из предшественников, причем при щелочных значениях pH 7—8 отмечалось некоторое увеличение образования НА из предшественников, посту пивших с соками из отварной капусты.

Содержание нитратов в соках из отварных овощей было на 51—64% меньше, чем в соках из сырых овощей. Но во всех случаях количество НА, образовавшихся из поступивших предшественников с соками из свежих овощей, было в 2—3 раза меньше, чем при поступлении с соком, полученным из вареных овощей. Следовательно, термообработка овощей, с одной стороны, приводила к снижению содержания нитратов в продукте, а с другой — к потере биологически активных веществ, что сказывалось на ингибирующих свойствах продуктов в отношении их синтеза нитрозоаминов.

На основании проведенных исследований авторы делают вывод, что соки, выделенные из сырых овощей и введенные вместе с предшественниками НА, способствуют снижению образования НДЭА в желудке животных. Соки, полученные из отварных овощей, проявляют лишь тенденцию к ингибированию синтеза НА из предшественников, что связано с потерей части витаминов, фенолов и других ингибиторов нитрозирования в процессе их термообработки.

Приведенные методы профилактики онкологических заболеваний, как правило, не моделируют в полной мере реальные жизненные ситуации, в связи с чем полученные результаты имеют вероятностный характер. В повседневной жизни и производственных условиях человек подвергается одновременному действию нескольких вредных факторов, а эффект такого комбинированного воздействия соединений различной природы зависит от дозы воздействующих агентов и может быть мутагенным, канцерогенным, токсическим, тератогенным и т. п. При анализе материалов по нормированию веществ в воде, пище и воздухе рабочей зоны было установлено, что при одновременном воздействии данных соединений на уровне ПДК из нескольких объектов вклад каждого из них в формирование суммарной дозы может отличаться в десятки и сотни раз. В большинстве случаев вещества при ингаляционном поступлении в организм оказывали более выраженное токсическое действие, чем при поступлении через желудочнокишечный тракт.