Начало >> Статьи >> Архивы >> Принципы оценки химического воздействия на пожилых людей

Химическое воздействие - подходы  к изучению эффектов - Принципы оценки химического воздействия на пожилых людей

Оглавление
Принципы оценки химического воздействия на пожилых людей
Обзор проблемы
Воздействие химических веществ
Стареющая популяция
Теории старения
Изменения структуры и функции генов при старении
Изменения в тканях, органах и системах при старении
Изменения в органах чувств при старении
Изменения в эндокринной системе при старении
Изменения в репродуктивной системе при старении
Изменения в иммунной системе при старении
Изменения в сердечно-сосудистой системе при старении
Изменения в дыхательной системе при старении
Изменения в почках и распределении жидкостей при старении
Изменения в пищеварительной системе при старении
Изменения в костно-мышечной системе при старении
Изменения в коже при старении
Фармакокинетика изменения чувствительности
Фармакодинамика изменения чувствительности
Эндокринная система - фармакодинамика изменения чувствительности
Почки, иммунная система, другие - фармакодинамика изменения чувствительности
Модифицирующие факторы изменения чувствительности
Взаимодействие химических веществ и заболеваемости
Экспериментальные подходы  к изучению эффектов
Химическое воздействие - подходы  к изучению эффектов
Эпидемиологические и клинические подходы
Биомаркеры старения
Выводы и дальнейшие исследования
Литература

Уровень доз

Выбор дозы — трудная задача. Обычно необходимо иметь минимальное количество тестируемых групп (3) плюс одну контрольную (vehicle) группу. Это позволяет построить кривую “доза-ответ” и провести статистическую оценку результатов. Наивысшая доза должна вызывать минимальные признаки токсичности, имея в виду, что максимальная недействующая доза для молодых животных может в некоторых случаях быть токсичной для старых особей и что высокие дозы способны изменить токсикокинетику химического соединения.
Учитывая, что масса тела молодых и старых животных различна, правильный расчет дозы изучаемых веществ в группах сравнения является важной проблемой, т. е. следует определить, выражать ли ее в расчете на единицу массы или поверхности тела или иа другие параметры, такие как тощая масса тела (без жира) (Travis et ah, 1990). Доступные данные показывают сходство результатов, когда расчет дозы проводился на единицу массы или поверхности тела. Следует принимать во внимание, что рост и развитие отдельных органов происходит с разной скоростью и что относительный вес органа (и соответственно эффективная поступившая доза вещества) может быть неодинаковым у. животных различного возраста. Если вещество вводится С пищей или водой, в расчет должна приниматься поступившая доза, поскольку она может быть неодинаковой у животных разного возраста. Если используется пероральный или чрезкожный путь введения, важны связанные со старением изменения в степени и скорости абсорбции. Возрастные изменения мощности легочной вентиляции также могут изменять поглощенную дозу химического вещества, если использован ингаляционный путь поступления. Если изучаются эффекты на месте поступления вещества (входные ворота), постоянная концентрация агента может быть использована во всех возрастных группах.

Путь введения

Существует общее мнение, что изучаемое соединение следует вводить в организм тем путем, который наиболее характерен для экспозиции человека. Для последнего главными путями являются поступление через рот, кожу и носовые ходы, в то время как в экспериментах на животных чаще используется пероральный путь. Однако, если фармакокинетические исследования показывают, что другое пути введения обеспечивают эквивалентный уровень вещества в тканях-мишенях, такие альтернативные пути введения могли бы быть использованы. Инъекции (подкожные, интраперитонеальные, внутримышечные или внутривенные) целесообразны при определенных обстоятельствах.

Продолжительность воздействия

Этот вопрос определяется целью исследования. Если предполагается оценить потенциальный риск острого воздействия на старый организм, требуется осуществление схемы острого эксперимента. Если воздействие на человека продолжительно, могут понадобиться долговременные последования. Воздействие изучаемого вещества в хронических условиях должно начинаться вскоре после прекращения грудного вскармливания и продолжаться большую часть жизни животного (по крайней мере пройдя середину жизни). МАИР (1986) рекомендовало 24-месячную экспозицию для крыс и мышей и 18-20-месячную для хомячков при изучении канцерогенного потенциала химических веществ. Выбор длительности экспозиции на основе характеристик продолжительности жизни был бы оптимальным. Однако это неприменимо для экспериментов, где в момент начала опыта используются животные различного возраста. В этом случае доза и продолжительность воздействия могут быть различными в группах молодых и старых животных. Однако предпочтительно по возможности использовать одинаковую продолжительность воздействия.

Модели немлекопитающих животных

При изучении возрастной чувствительности к экзогенным химическим веществам могут быть использованы многие виды. Сюда входят грибы (Neurospora crassa и Podospora anserina), простейшие (Paramecium tetraurelia и Tetrahymena puriformis), rotifers, нематоды (Caenorhabditis elegans, C.briggsae и Turbatrix aceti) и насекомые (Drosophila melanogaster, Musca domestica и Trlbolium confusum) (Committee on Chemical Toxicity and Aging, 1987). Виды немлекопитающих животных, такие как рыбы и земноводные, уже использовались в геронтологических исследованиях (Weindruch & Walford, 1988) и потенциально пригодны для токсикологических исследований. Несколько из этих моделей уже были взяты для изучения эффектов химических соединений на старение. Из-за короткой продолжительности жизни, легкости использования и относительно низкой стоимости немлекопитающие организмы могли быть важными на начальных стадиях тест-системы для идентификации экзогенных химических соединений, которые могут влиять на старение.

 Исследования in vitro

Использование для целей скрининга ксенобиотиков моделей in vitro может обеспечить существенную экономию и эффективность. Культура клеток, а в некоторых случаях тканевые эксплантаты могут сохраняться в замороженном состоянии в больших количествах. Это позволяет повторять исследования на сравнимом материале и делить общие культуры между несколькими лабораториями. Более того, эти культуры можно использовать для исследования взаимодействия между клетками (cell-to-cell mtraction), такие как метаболическая кооперация и метаболическая трансформация. Наконец, благодаря культурам тканей можно существенно сократить численность животных, необходимых для экспериментов. От таких методов, однако, не следует ожидать, что они заменят настоящий эксперимент на животных.
Существуют три главные категории методов исследований in vitro: органные культуры, тканевые эксплантаты и клеточные культуры. Органные культуры основаны на кратковременном поддержании жизни в различных интактных сегментах ткани, например полная толщина сегмента аорты. В тканевых эксплантатах можно наблюдать раннюю миграцию и пролиферацию эпителиальных клеток и фибробластов. Клеточные культуры бывают четырех основных типов:
а) первичные клеточные культуры и серийные культуры клеток, взятые прямо от животного, обычно после ферментной дисперсии биопсированной ткани;
б) устойчивые, серийно перевиваемые культуры, с относительно воспроизводимыми циклами роста на ранних фазах, но с ограниченной репликативной продолжительностью жизни и генетическим строением, отражающим возраст донора;
в) “трансформированные” клеточные культуры с неопределенным репликативным потенциалом и обычно с измененным генетическим строением;
г) устойчивые или трансформированные клеточные линии, в которых специфические последовательности ДНК ("трансгены") были поперечно рассечены.

Каждый из этих типов моделей может оказаться полезным для изучения эффектов экзогенных агентов на старение. Один подход состоит в том, чтобы выразить токсический эффект агента как функцию донорского возраста, с тем, чтобы выявить необычную чувствительность клеток и тканей старых субъектов. Другой предусматривает культивирование клетки in vitro после воздействия in vivo. Если сдвиги в поведении или фенотипах наблюдались в тканях от молодых, подвергавшихся воздействию особей и сравнимы с теми, которые наблюдались в тканях старых животных, не подвергавшихся воздействию, можно сделать вывод об эффекте воздействия in vivo на процесс старения.
Совершенно иной экспериментальный подход мог бы базироваться на гипотезе, что устойчивая культура с конечной репликативной продолжительностью жизни повторяет естественный анамнез сравнимых клеточных типов in vivo. Хорошо известна “модель клеточного старения in vitro”, впервые разработанная Hayflick и Moorhead (1961). Пригодность таких моделей для изучения старения противоречива, поскольку предполагается, что истощение роста, наблюдаемое in vitro, соответствует терминальной дифференцировке in vivo (Norwood & Smith, 1985; Bayreuther et al„ 1988).
Особый интерес представляет оценка агентов, которые проявляют необычную токсичность в отношении предполагаемых стволовых клеток. Выраженное подавление стволовых клеток может серьезно подвергнуть риску регенеративный потенциал тканей старых субъектов. В таких исследованиях было бы важно изучить различные типы клеток. Большинство исследований в настоящее время сконцентрировалось на старении In vitro культуры клеток фибробластов, полученных из легких зародыша или из кожи отдельных особей различного возраста. Точный источник таких клеток неясен. То есть с такими клетками будет трудно сравнивать изменения, вызванные старением in vivo с аналогичными перестройками in vitro.
Последний экспериментальный подход состоит в использовании пострепликативных окончательно дифференцированных клеток, чтобы исследовать агенты с точки зрения их способности ускорять возрастные изменения in vivo. Такие типы клеточных культур могут быть выделены при происходящей in vitro терминальной дифференцировке или из нормальных, или трансформированных эмбриональных нейробластов либо миобластов. Главным, однако, остается вопрос, насколько экспериментальная среда отражает условия in vivo.

Статистическая обработка

Для статистической обработки результатов краткосрочных тестов можно воспользоваться общепринятыми статистическими методами. Однако для статистического анализа результатов длительного тестирования, особенно тестирования на канцерогенность, сравнения результатов подопытных групп с различными уровнями выживаемости весьма сложно подобрать способ. В этих случаях можно следовать рекомендациям МАИР (Peto et al., 1980; Gart et al., 1986). Все опухоли, обнаруженные при некроскопии, необходимо классифицировать либо как “фатальные”, либо как “случайные”. Этот подход позволяет проводить сравнение между молодыми и старыми животными, несмотря на очень различные ожидаемые параметры выживаемости. Непродуманный анализ, игнорирующий тот факт, что молодые животные живут дольше, чем старые, будет завышать оценку соотношения опухолей у молодых и старых животных. Наоборот, анализ “скорости смерти”, учитывающий опухали как будто все они были фатальными, будет завышенным для эффектов, отличающих выживших животных, в сравнении с опухолями, обнаруженными при аутопсии животных, погибших от других причин. Отношение может быть элиминировано только если опухоли, которые были обнаружены случайно, анализируются методом распространенности (prevalence method), в то время как опухоли, выявленные как фатальные, анализируются методом death-rate (Peto et al., 1980; Gart et al., 1986).

Экстраполяция данных, полученных в эксперименте на животных, относительно человека

Экстраполяция данных, полученных в эксперименте на животных, относительно человека может носить как качественный, так и количественный характер. На основе результатов экспериментов, подход weight-of-evi dance (весомость доказательства) может помочь предсказать, можно ли считать данное вещество опасным для человека. Такая информация включает данные по фармакокинетике химического вещества, его цитотоксичности и другим токсическим свойствам наряду с результатами, полученными в опытах in vitro и в краткосрочных тестах. Первостепенную важность для количественной экстраполяции представляет необходимость определения зависимости доза—ответ у экспериментальных животных. Важной стадией количественной оценки является экстраполяция данных, полученных при воздействии широкого диапазона доз от довольно высоких до более низких и тех, которым может подвергаться человек в окружающей среде. Необходимо принимать во внимание биологические различия как фармакокинетики, так и фармакодинамики между тестируемыми животными и человеком. Например, доза вещества, получаемая в расчете на единицу поверхности тела, и его концентрация в дневном рационе включает корректировочный фактор на видовую чувствительность и делает возможно экстраполяцию экспериментальных доз на человека (Mantel Scbneiderman, 1975; Турусов, Парфенов, 1986; Travis et а 1990). Конечно, видовая чувствительность к действию некоторых химических веществ может также значительно варьировать.
Предложено множество физиологических математических  моделей для экстраполяции токсикологических эффектов. Большинство этих моделей относится к канцерогенезу (Турусов, Парфенов, 1986; Swenberg et al., 1987; Clayson, 1988). Прогностически ценность этих моделей для неканцерогенных эффектов требует дальнейшего изучения.



 
« Принципы организации биологических систем   Принципы терапии шока и терминальных состояний »