5.2. Особенности индукции полимерного канцерогенеза и их интерпретация

5.2.1. В масштабе макрофагов шероховатая поверхность пластинок пред-ставляет резко исчерченный рельеф с глубокими впадинами и высокими гребнями. Такая поверхность, по-видимому, не способствует образованию на ней непрерывного монослоя макрофагов, а секретируемые ими биоокислители, рассматриваемые здесь как факторы канцерогенеза, получают возможность стекать, отводиться в глубокие впадины на поверхности и тем самым снижать канцерогенную активность системы пластинка – макрофаг. С этой точки зре-ния, чем больше шероховата поверхность, тем меньшее количество опухолей и с большим латентным периодом и должно индуцироваться. Напротив, на глад-кой поверхности покрывающие её монослоем макрофаги могут секретировать указанные выше канцерогенные агенты только в направлении окружающей пластинку капсулы, т. е. возможности хотя бы частичного их стока и потерь в глубоких неровностях поверхности пластинки, как в предыдущем случае, здесь отсутствуют. Поэтому при имплантации инородных тел с гладкой поверхнос-тью вероятность возникновения опухолей соответственно повышается, а сроки их появления сокращаются.

С этих же позиций можно подойти к интерпретации другой группы фактов, согласно которым количество опухолей, индуцируемых перфорированными пластмассовыми пластинками, шариками, порошками или волокнами, по срав-нению со сплошными пластинками значительно уменьшается. Так, перфориро-ванные пластинки и миллипоровые фильтры с величиной пор 0, 45 мкм почти

АФК, NО, протеазы, факторы миграции, ангиогенеза и др.

АКТИВНЫЕ МАКРОФАГИ

TNF-

Ограничение митохондриального дыхания, повышение рО₂ и уровня АФК в клетках-мишенях

Участие АФК в активации PLC, специфической для PJs, и PLA₂; гидролиз фос-фолипидов, высвобождение арахидоновой кислоты

Активация LOX- и COX- путей

Избыточная пероксидация липидов, белков и нуклеиновых кислот

Цитолиз преимущественно гиперо-ксических трансформированных и опухолевых клеток при ц (ПО-АО)

Окислительный митогенез нормальных клеток, в т. ч. эндотелиальных, при п(ПО-АО)

Индукция канцероге-неза и образование пер-вых клеток неоплазмы

Рис.23. Некоторые эффекты макрофагов с позиций кислородно-перекисной модели

Активный рост новообразования

АНГИОГЕНЕЗ

не вызывали опухолей, сплошные же пластинки из поливинилхлорида оказа-лись высококанцерогенными (Мойжесс, Васильев, 1986). Нам представляется, что данный феномен принципиально не отличается от рассмотренного выше канцерогенного эффекта при имплантации пластинок с шероховатой поверх-ностью. Действительно, многочисленные поры перфорированной пластинки, щели и другие пространства между шариками, частицами порошка или волок-нами представляют по существу различные модификации шероховатой поверх-ности инородного тела и в этом своём качестве они оказывают антикан-церогенезное действие, вбирая в себя часть выделяемых макрофагами АФК, перекисей и других биоокислителей.

По-видимому, эти процессы происходят независимо от того, свободны ли указанные пространства или же они проросли соединительной тканью. Для пос-ледней условия существования в порах и щелях инородного тела ещё более неблагоприятны, чем в самой капсуле. Гипоксия в этих участках не способст-вует опухолевой трансформации оказавшихся здесь клеток, несмотря на отвод туда секретируемых макрофагами канцерогенных метаболитов. Очевидно, с увеличением диаметра пор пластинок, размера щелей или пространства между частицами канцерогенный эффект этих инородных тел должен соответственно уменьшаться. Это положение полностью согласуется с описанными в литера-туре экспериментальными данными и, в частности, с условным в какой-то мере разделением миллипоровых фильтров на канцерогенные при диаметре пор меньше некоторого критического – d ≤ 0,11 мкм и неканцерогенные, если диаметр этих пор больше другого критического значения – d ≥ 0,22 мкм (Karp et al., 1973).

В связи с обсуждением роли различных форм полимерных пластинок в канцерогенезе возникает вопрос: необходима ли сплошная пластинка на протя-жении всего периода индукции канцерогенеза или же на какой-то стадии можно пойти на «послабление» и заменить её перфорированной? Ответ на него дан в работе Мойжесс и Васильева (1986). Если на первой стадии присутствие сплошной поливинилхлоридной пластинки было обязательным, то через 3,5 мес. для продолжения процесса достаточно было только перфорированной. Факт этот не объяснён. Между тем логично полагать, что: 1) к моменту удаления сплошной пластинки под влиянием покрывающих её макрофагов в клетках капсулы уже произошли определённые сдвиги в направлении их транс-формации; 2) по мере созревания в указанном смысле капсулы первоначальная высокая концентрация канцерогенных окисляющих веществ может быть нес-колько уменьшена без особого ущерба для продолжения процесса. Несмотря на то, что новая (теперь перфорированная) пластинка как бы «съедает» часть про-дукции оккупировавших её макрофагов, остального его количества, по-види-мому, достаточно для дальнейшего развития процесса канцерогенеза в капсуле. Наконец, приходит момент, когда пластинка и вовсе уже не нужна, поскольку достигнуты необходимые степень индукции и условия для самоподдержания в капсуле новообразовательного процесса. Такой результат при удалении плас-тинки на завершающем этапе латентного периода известен (Мойжесс, 1981).

Более наглядно роль пор как ёмкостей для аккумулирования канцероген-ных окисляющих агентов проявляется в опытах по индукции опухолей трёх-слойными «сэндвичами» – пластинками, составленными из среднего полимер-ного слоя без пор и миллипоровых фильтров с обеих сторон от него (Ferguson, 1977). Закономерности возникновения опухолей при введении в ткани этих «сэндвичей» и просто миллипоровых фильтров оказались одинаковыми. «Сэнд-вичи» с диаметром пор фильтров 0,45 мкм образовывали саркомы лишь в 5 % случаев, при 0,1 мкм – примерно в 50 % случаев, а при 0,05 мкм этот процент увеличивался до 60. Кажется очевидным, что, несмотря на наличие непроница-емого среднего слоя, «сендвич» не работает здесь как сплошная пластинка, индуцирующая опухоль во многих случаях. В механизме его антиканцероген-ного действия отчётливо просматривается значение пространства в виде пор, в данном варианте даже не сквозных и потому аналогичных по функции углуб-лениям на шероховатой поверхности полимерной пластинки.

Таким образом, все неровности поверхности, поры, щели и другие прос-транства между дискретными элементами инородного тела выполняют по существу роль факторов, в определённой степени отвлекающих на себя и депо-нирующих в себе канцерогенные кислородно-перекисные продукты макрофа-гального происхождения. В этом, на наш взгляд, и состоит их антикан-церогенная функция. Реализация данного свойства пористых и дисперсных материалов, по-видимому, в значительной мере обусловлена капиллярными явлениями, в частности капиллярным впитыванием канцерогенных окисляю-щих веществ, секретируемых макрофагами.

В связи с указанным мы склонны рассматривать в иной интерпретации результаты давней работы Пустогаровой (1969), в которой изучали бласто-могенное действие поликапролактамовых дисков, имплантированных в ткани животных. Одни диски предварительно облучали γ-лучами, а другие – покры-вали тонким слоем парафина. В первом случае опухоли возникали у 34,1 % животных, во втором же – только у 5 % животных по сравнению с 41,4 % в контроле, где использовали необлученные и не покрытые парафином диски. По мнению автора, придерживающегося химического механизма полимерного канцерогенеза, в обоих вариантах эксперимента снижается химическое влияние полимера на окружающую его ткань. В облучённых дисках это достигается, в частности, преобразованием линейных молекул полимера в трёхмерную струк-туру и связанным с ним повышением химической устойчивости соединения. Согласно же нашему мнению, получаемые здесь эффекты могут быть выз-ваны увеличением шероховатости или пористости дисков после облучения и защитой их от оккупации макрофагами парафином, который сам для них, по-видимому, индифферентен или вреден.

5.2.2. Для обнаружения активации фагоцитов инородными телами нередко используется хемилюминесцентный метод. Он основан на том факте, что окис-лительные реакции с участием АФК и их производных, продуцируемых фаго-цитами, сопровождаются выделением световой энергии – хемилюминесценцией (ХЛ). Величковский и соавт. (1982) обнаружили, в частности, два типа ХЛ-ответа макрофагов крыс на введение в измерительную ячейку частиц фибро-генных пылей: медленный, с незначительной величиной ХЛ-сигнала, сохра-нявшегося длительное время на постоянном уровне, и быстрый, с высокой амплитудой и последующим быстрым снижением сигнала. По их мнению, кинетика ХЛ-ответа макрофагов на пылинку отражает особенности взаимодей-ствия её с клеточной мембраной, определяющиеся свойствами поверхности частиц. Сделан вывод, что кинетика и амплитуда ХЛ-сигнала макрофагов на частицы пыли зависят не только от их химического состава, но и от кристал-лического строения, размеров и концентрации частиц, следовательно, и от их суммарной поверхности.

В свете этих данных, казалось бы, далёких от событий полимерного канце-рогенеза, целесообразно обсудить и другие известные закономерности этого процесса, так и не получившие в своё время удовлетворительного объяснения. Прежде всего, привлекают внимание факты обратной корреляции между ин-тенсивностью начальной воспалительной реакции вокруг инородного тела и его канцерогенным действием (Brand et al., 1975). Можно думать, что имплантат, способный быстро активировать макрофаги и приводить к концентрированной секреции ими кислородно-перекисных продуктов, определяет относительно кратковременное, но интенсивное воздействие на окружающие его ткани этими токсическими продуктами. Интенсивное начальное воспаление и слабый блас-томогенный эффект – результат именно такого, «импульсного» воздействия. К числу инородных тел, дающих подобный эффект, относится обыкновенное стекло. Для индукции же опухоли необходим другой тип макрофагального ответа – медленный, относительно постоянный в течение длительного времени, по мощности не ниже определённого уровня, однако ему будет соответствовать и сравнительно низкая интенсивность хронической воспалительной реакции. Такое разное бластомогенное действие различных веществ с одинаковой фор-мой имплантата связывают с различием их структуры или поверхностных свойств, которые влияют на степень взаимодействия с макрофагами и окружа-ющей тканью (Carter et al., 1971).

Рассмотренное только что различие в результатах индукции канцерогенеза инородным телом в зависимости от интенсивности воспалительного процесса вокруг имплантата согласуется с другим хорошо известным феноменом: острое воспаление, в отличие от хронического, «никакими способствующими разви-тию опухоли свойствами не обладает» (Нейман, Гулиева, 1990). Сходство эф-фектов здесь не случайно и отражает тот факт, что вообще сильное воспаление, независимо от природы вызывающего его фактора, «не работает» на канце-рогенез, и пример с интенсивным воспалением, индуцируемым некоторыми инородными телами, – лишь частный случай. Одной из причин неканцероген-ности острого воспалительного процесса является слишком высокий уровень пероксигеназных реакций, превышающий, во всяком случае, необходимый для опухолевой трансформации и потому действующий главным образом как цито-токсический фактор, т. е. в большинстве клеток воспалённой ткани дисбаланс ∆ (ПО – АО) превышает значения ∆_К, приближаясь к апоптозным ∆_А2 и даже окислительно-цитолизным ∆_Ц (см. п. 7.1.1).

Важно ещё отметить, что в воспалительной фазе иммунного ответа на имплантацию инородного тела активируются те же свободнорадикальные про-цессы пероксидации липидов и белков, что и в постулируемой нами кисло-родно-перекисной модели канцерогенеза. Развитие воспаления поддерживается замкнутой последовательностью процессов: активация макрофагов → секреция АФК и NO → повышение уровней ПОЛ и окисленных белков → образование новых антигенов и хемоаттрактантов → миграция фагоцитов в зону имплантата и их активация → новая продукция АФК и NO и т. д. Поэтому полимерный канцерогенез начинается фактически с этапа воспаления, оксидативный харак-тер которого одновременно имеет и канцерогенную направленность, а окисли-тельный стресс при воспалении в действительности поддерживается на всём протяжении этого вида канцерогенеза – вначале только за счёт продукции фагоцитами активных метаболитов О₂, позже условиями гипероксии и перок-сигенации в клетках активно растущих участков опухоли (совместно с дейст-вующими на эти клетки фагоцитами).

Требует также объяснения прямая зависимость между диаметром пор миллипоровых фильтров и фагоцитарной активностью макрофагов на имплан-тате, на первый взгляд, противоречащая излагаемому нами представлению. Действительно Карп и соавт. (Karp et al., 1973) отмечали, что на поверхности канцерогенных имплантатов макрофаги были менее активными, чем на поверх-ности неопухолеродных миллипоровых фильтров с большими порами. Эти дан-ные, кстати, привели к важному предположению: менее активные макрофаги создают микроокружение, способствующее появлению и размножению пред-опухолевых клеток. Однако более глубокой разработки и обоснования этой идеи они не дали, что можно было бы сделать, по нашему мнению, лишь на базе кислородно-перекисной модели канцерогенеза.

Указанная прямая зависимость есть, очевидно, следствие изменения порами структуры поверхности и возрастания её суммарной величины, приводящих к увеличению степени взаимодействия с макрофагами. Однако эти же поры, спо-собствуя активации макрофагов, одновременно выполняют, как уже отмеча-лось, антиканцерогенную функцию, которая тем эффективнее, чем больше величина пор – своего рода резервуаров для сбора кислородных и перекисных продуктов фагоцитов и тушения там их активности.

Примечательно, что имплантируемые в различные органы и ткани инород-ные тела как очевидные объекты атаки и активации на их поверхности макро-фагов и других эффекторов вызывают также изменения форменных элементов крови, аналогичные наблюдающимся в опухолевом организме (см. главу 6). Высокая концентрация эффекторных клеток на месте расположения инород-ного тела приводит, по-видимому, к повышенной и весьма сосредоточенной на этом участке продукции ими АФК и их производных. Подобная массированная и долговременная секреция не может остаться без негативных последствий для различных клеток крови, многократно проходящей через участок локализации имплантата или возле него. Вероятно, по этой причине имплантация, например, искусственного сердца уже в ранние сроки повышает адгезивно-агрегационные свойства тромбоцитов и создаёт предпосылки для возникновения тромбозов в более поздние сроки эксперимента (Бурыкина и др., 1981).

Основные положения изложенных выше представлений о полимерном кан-церогенезе отражены на упрощенной функциональной схеме (см. рис. 24). Как видно из неё, начальные стадии процесса перерождения клеток связаны с макрофагово-оксидативным воздействием, в дальнейшем же про- и пренеоплас-тическое состояние поддерживается и развивается, по нашему мнению, вглубь и вширь в основном в соответствии с кислородно-перекисным механизмом канцерогенеза.

Секреция макрофагами АФК ( , ОН^, Н₂О₂)

Адгезия макрофагов на имплантированную в живую ткань полимерную пластину

Рис.24. Функциональная схема полимерного канцерогенеза

Секреция макрофагами: факторов миграции моноцитов в очаг воспаления и усиления синтеза коллагена; коллагеназы и гликозидаз; оксида азота и факторов ангиогенеза

Образование вокруг пластинки капсулы слоистой структуры

Деградация части мито-хондрий в клетках кап-сулы в условиях перво-начальной гипоксии и при недостаточности дыхания

Значительное снижение уровней АТP и cАМP и повышение содержания cGМP в этих клетках

Падение активности cАМP-стимулируемых ферментов дыхательной цепи митохондрий

Комплекс промитогенных и проканцерогенезных эффектов при дефиците АТP и cАМP и низком соотношении cАМP/cGМP

Развитие хронического воспалительного процесса вокруг имплантированной пластинки

Формирование в образо-вавшейся капсуле сети капилляров (ангиогенез), необходимой для реализации макрофагами фагоцитоза, в том числе с помощью «кислородного взрыва»

Низкое потребление О₂, поступающего по ново-образованным сосудам, митохондриями и клет-ками капсулы в целом

Появление в капсуле участков с гиперокси-ческими клетками

Избыточное ПОЛ в плаз-матической мембране, мембранах митоходрий, микросом и ядра таких клеток; дестабилизация этих структур и проте-кающих в них процессов

Кислородно-перикисный механизм развития предопухолевых изменений и формирования опухолевых узлов в участках диффузной пролиферации