1. Поняття про пухлини
Пухлина – це паталогічний процес, який характеризується шаленим розмноженням клітин, при цьому порушення зростання і диференціювання клітин зумовлені змінами їх генетичного апарату. Нескінченний та неконтрольований ріст клітин – це перша основна властивість пухлини. Клітини пухлин набувають властивості, які відрізняють їх від нормальних клітин. Друга властивість клітин пухлини – це атиповість клітин, яка стосується структури, обміну речовин та функцій. Пухлини можуть виникати в різних тканинах та органах. Зовнішній вигляд пухлини різноманітній. Вона може мати форму вузла, шапки гриба, різнокольорової капусти. Поверхня її може бути гладенькою, горбатою або сосочковою. Пухлина може бути розташована у товщі органу або на поверхні органу. Розміри та консистенція пухлин можуть бути різноманітними, що залежить від швидкості та тривалості їх росту.
Клітини пухлини мають різний ступінь диференціації — від високого, коли вони мало відрізняються від аналогічних клітин здорових тканин, навіть продукують нормальні секрети (наприклад паратгормон, меланін, АКТГ, інсулін), до дуже низького, коли важко визначити, до якої тканини належать клітини пухлин, оскільки вони несхожі з первинними клітинами. Проте всі пухлини мають нижчу організацію, порівняно з нормальними тканинами, тобто вони атипові як за своєю структурою, так і за функцією. Від справжніх пухлин треба відрізняти припухлості, збільшення об'єму ділянок тканин за рахунок набряку, гематом, ретенційних кіст, гіпертрофії та гіперплазії клітин тощо.
2. Причини та види пухлин
Пухлини можуть бути доброякісними та злоякісними. Доброякісні пухлини складаються зі диференційованих клітин визначеної певної тканини органу. Ці пухлини відрізняються повільним ростом клітин та відсутністю метастазування. До цих пухлин відносяться папіломи, аденоми, ліпоми, фіброми, хондроми та інш. Злоякісні пухлини складаються з недиференційованих клітин, які втрачають подібність до тканини органа, з яких вони зростають. Злоякісні пухлини швидко зростають та дають метастазування. Ці метастази розповсюджуються кровоносним та лімфатичним шляхом і затримуються у капілярах різних органів та лімфатичних вузлах, де починають розмножуватися і створювати дочірні пухлинні вузли. До цих пухлин відносяться такі , як рак, аденокарцинома, саркома та інше.
Основні відмінності між доброякісними і злоякісними пухлинами.
1) Доброякісні пухлини складаються із добре диференційованих клітин і зберігають типову структуру тієї тканини, з якої виростають.
Злоякісні пухлини характеризуються втратою диференціювання клітин, спрощенням і атиповістю будови.
2) Доброякісні пухлини часто ростуть повільно, їхній ріст може зупинитися, а іноді спостерігається і зворотний розвиток (регресія).
Для злоякісних пухлин, як правило, характерний швидкий ріст, який спонтанно не зупиняється. Мимовільна регресія таких пухлин невідома.
3) Доброякісні пухлини мають капсулу і ростуть експансивно, тобто не проростають у навколишні здорові тканини, а розсовують їх.
Ріст злоякісних пухлин є інвазивним (інфільтративним). Вони не мають капсули і проростають у навколишні тканини.
4) Доброякісні пухлини не метастазують.
Злоякісні пухлини дають метастази.
5) Доброякісні пухлини добре лікуються хірургічним шляхом, летальних випадків, як правило, не буває.
Злоякісні пухлини при відсутності лікування приводять до смерті.
Пухлини – це поліетіологічне захворювання. Існує багато теорій та поглядів на виникнення пухлин. Основними теоріями виникнення пухлин є: вірусно-генетична, фізико-хімічна, генна теорія, поліетіологічна.
Суть вірусно-генетичної теорії полягає в ураженні геномів нормальної клітини екзо- та ендогенними онкогенними вірусами. Серед екзогенних вірусів, які викликають розвиток пухлин, велике значення посідає вірус герпеса, вірус гепатиту та інші. Фізико-хімічна теорія виникнення пухлин стверджує, що основним чинником їх є вплив на клітини організму людини різноманітних фізичних та хімічних факторів. Ця теорія підтверджується виникненням так званих професійних пухлин - рака легенів (вплив курива або пилу на рудниках), рак шкіри кінцівок у рентгенологів, рак сечового пухиря у робітників, які працюють з аніліновими фарбами. Ці фізичні та хімічні фактори є канцерогенними факторами, які викликають виникнення пухлин. Згідно генної теорії причинами виникнення пухлини у живій клітині є особливі гени - онкогени, які під впливом дії деяких факторів ризику можуть викликати злоякісне переродження клітин. Доведено, що злоякісні пухлини виникають під впливом хімічних речовин, ультрафіолетового проміння, дії вірусів, гормонів та іонізованого проміння. Поліетіологічна теорія підкреслює значення різноманітних факторів (хімічних, фізичних, вірусних, паразитарних, дисгормональних та інш.) у виникненні пухлин.
Існують 3 групи е т і о л о г і ч н и х факторів злоякісних пухлин: 1) хімічні, 2) фізичні, 3) біологічні.
Хімічні фактори або канцерогенні речовини (cancer - рак).
Вперше роль хімічних факторів у виникненні злоякісних пухлин довів у 1775 р. англійський лікар П.Потт, який спостерігав численні випадки раку шкіри мошонки молодих людей, які працювали сажотрусами (забруднення шкіри мошонки сажею і смолою).
Однак тільки в 1915 р. японські вчені Ямагіва і Ішикава підтвердили цей висновок в експерименті. Вони вперше відтворили злоякісну пухлину (рак шкіри) шляхом тривалого (протягом 6-ти місяців) втирання кам’яновугільної смоли в шкіру вуха кроликів.
На початку 30-х років тепер уже минулого століття з кам’яновугільної смоли був виділений 3,4-бензпірен - речовина, з дією якої пов’язаний канцерогенний ефект продуктів неповного згоряння вугілля.
Класифікація хімічних канцерогенів.
1) За хімічною будовою їх поділяють на: а) поліциклічні ароматичні вуглеводні (ПАВ): 3,4-бензпірен, діметилбензантрацен; б) ароматичні аміни - сполуки, які містять у своїй структурі бензольні кільця і аміногрупи (анілін і його похідні); в) нітрозосполуки (нітрозаміни і нітрозаміди). Нітрозаміни можуть утворюватися в шлунку людини з неканцерогенних попередників (нітритів, амінокислот, амідопірину) при наявності соляної кислоти; г) мікотоксини (афлатоксин В - гетероциклічна сполука, яка продукується цвіллю Aspergillus flavum); д) гетероциклічні вуглеводні; е) аміноазосполуки; ж) прості неорганічні сполуки: миш‘як та його сполуки, солі берилію, хрому, нікелю, кобальту (більшість із них мають тропність до кісток, виникаючи їх пухлини).
2) Стосовно організму хімічні канцерогени можуть бути: а) екзогенними і б) ендогенними.
3) За походженням їх поділяють на: а) природні і б) штучні.
4) За механізмом канцерогенного впливу - на: а) прямої дії і б) непрямої дії.*
Екзогенні хімічні канцерогени.
Канцерогени природного походження: а) продукти життєдіяльності деяких грибів (мікотоксини) і б) продукти вулканічної діяльності.
Канцерогени штучного походження: а) викиди промислових підприємств; б) вихлопні гази автомобілів; в) тютюновий дим; г) продукти неправильної кулінарної обробки їжі (використання пересмажених жирів, порушення технології копчення і т. ін.).*
Ендогенними називають канцерогени, які утворюються в організмі з його нормальних компонентів: а) канцерогенні поліциклічні ароматичні вуглеводні (метилхолантрен), які синтезуються із холестерину, жовчних кислот і стероїдних гормонів; б) канцерогенні речовини, які синтезуються при порушенні обміну деяких амінокислот, зокрема, триптофану; в) проліферація клітин і розвиток пухлин органів-мішеней при надмірній секреції тропних гормонів аденогіпофізом (наприклад, надмірне виділення фолікулостимулюючого гормона веде до надмірної продукції жіночих статевих гормонів: естрону, естріолу, естрадіолу, які стимулюють виникнення пухлин матки та інших статевих органів).
Канцерогени прямої дії - високоактивні хімічні сполуки (лактони, хлоретиламіни, епоксиди), які безпосередньо взаємодіть із структурами тканин і викликають розвиток пухлини. *
Канцерогени непрямої дії - інертні за своїми хімічними властивостями сполуки (поліциклічні ароматичні вуглеводи, ароматичні аміни, нітрозосполуки, афлатоксини), які здатні накопичуватися в навколишнім середовищі і тому становлять велику небезпеку для людини. Канцерогенними ці сполуки стають в організмі тільки після ряду хімічних, ферментативних перетворень, в результаті яких утворяться їх активні форми - власне канцерогени, а саме: епоксиди (утворюються із ПАВ), гідроксиламіни (із ароматичних амінів), алкільні радикали (із нітрозамінів). *
М е х а н і з м дії хімічних канцерогенів.
У 60-і роки подружжя Міллер показали, що канцерогенна дія хімічних сполук пов’язана із наявністю в їх структурі позитивно зарядженої (електрофільної) групи, здатної приєднувати до себе атом кисню. В молекулах канцерогенів прямої дії така група з’являється відразу ж при розчиненні речовини у воді. У випадку канцерогенів непрямої дії електрофільна група утвориться в процесі їх ферментативних перетворень в організмі. Такі ”+”-заряджені групи подружжя Пульман назвали К-зонами (від німецького слова Krebs - рак) або bay-зони (бухта кисню). Під впливом кисню утворюються вільні радикали і пероксиди.*
У п е р е б і г у хімічного канцерогенезу виділяють 3 стадії: 1) ініціацію або трансформацію, 2) промоцію і 3) пухлинну прогресію.
1) Сутність ініціації полягає в тому, що під впливом хімічного канцерогену відбувається трансформація клітини, тобто перетворення її із нормальної в атипову (пухлинну).
Можливі наступні молекулярні зміни, які приводять до перетворення нормальної клітини в пухлинну:
крапкові мутації протоонкогенів;
мутації антионкогенів, які регулюють експресію протоонкогенів;
хромосомні аберації;
утворення дефектних вірусів із онкогенними властивостями;
пригнічення системи природної і специфічної протипухлинної резистентності, зокрема, розвиток стану імунодепресії.
2) Під час стадії промоції трансформована клітина одержує стимул до поділу, пухлина починає рости. Речовини, що стимулюють поділ трансформованих клітин, одержали назву промоторів. Сильними промоторами є форболові ефіри, які активують протеїнкіназу С, яка регулює клітинний поділ.
Слід відмітити, що більшість вивчених хімічних канцерогенів проявляють властивості і ініціаторів, і промоторів.
Між ініціацією і промоцією може пройти багато часу (іноді роки).
3) Пухлинна прогресія - якісні зміни властивостей пухлини в процесі її розвитку. У цей період пухлина набуває усе більш і більш злоякісних властивостей.
Пухлинні клітини відрізняються високою мінливістю, тому їх популяції неоднорідні. Відбувається постійна боротьба клітин за виживання в несприятливих умовах існування (дефіцит субстратів, кисню і т.д.). Є пухлини, у яких на 100 знову утворених клітин припадає 80-90 загиблих. Це є основою їх природного відбору - виживають тільки ті клітини, котрі найбільш пристосовані до існування в таких умовах. А найбільш пристосованими є найбільш просто збудовані пухлинні клітини, що втратили свої спеціалізовані функції і зберегли тільки властивість безмежного поділу. Тому, головним напрямком пухлинної прогресії є подальша малігнізація пухлини.
Фізичні фактори канцерогенезу включають в себе: 1) іонізуючу радіацію, 2) ультрафіолетове випромінювання, 3) механічний вплив (тривалий тиск на тканини), 4) високу температуру.
Роль іонізуючої радіації доводиться в експерименті і численних клінічних спостереженнях.
Радіаційний канцерогенез був виявлений уже через 7 років після відкриття рентгенівського випромінювання. Першою його жертвою став виробник рентгенівських трубок Фрікен, який перевіряв якість своєї продукції на власних руках. У нього виник рак шкіри.
Свідченням канцерогенного впливу іонізуючої радіації є трагедія жителів Хіросіми і Нагасакі, жителів забруднених територій після Чорнобильської катастрофи.
При тривалому перебуванні білих пацюків на сонці в них часто розвивається рак шкіри, що пов’язують із впливом ультрафіолетового випромінювання.
Прикладами можливого значення механічних факторів у канцерогенезі є розвиток пухлини в ділянці імплантації тваринам пластинок, виготовлених з хімічно інертного матеріалу ("пластмасовий" канцерогенез - розвивається від тиску на навколишні клітини пластмасових пластинок), виникнення раку в місці тривалого тиску на шкіру кангри (спеціальної сумки, у якій жителі Індії носять вугілля).
Нарешті, часте виникнення пухлин порожнини рота в пастухів гірських місцевостей, що п’ють дуже гарячий чай, наводить на думку про можливу роль високої температури в розвитку пухлин.
М е х а н і з м канцерогенної дії фізичних факторів є таким же, як і при дії хімічних канцерогенів.
Біологічні фактори канцерогенезу.
В 1945р. Зільбер сформулював вірусно-генетичну теорію виник-нення пухлинного росту, тим самим в центрі уваги поставив вірус.
Онкогенні в і р у с и класифікуються на: 1) ДНК-вмістні і 2) РНК-вмістні
1) До онкогенних ДНК-вмістних вірусів відносяться:
а) папова-віруси - викликають розвиток у тварин 3-х видів пухлин: папіломи, поліоми і пухлини, що виникає під дією вакуолізуючого вірусу SV-40;
6) аденовіруси: 12, 18 і 31-го типів;
в) герпес-віруси, зокрема, вірус Епштейна-Барр.
Що стосується людини, то в одних випадках доведено, а в інших є підстави думати, що причиною деяких пухлин є: а) вірус Епштейна-Барр (викликає лімфому Беркита, назофарінгеальний рак); б) вірус гепатиту В (може бути причиною раку печінки); в) вірус папіломи людини (викликає доброякісні пухлини шкіри, жіночих геніталій, гортані).
2) РНК-вмістні віруси відносяться до сімейства ретровірусів.
Загальною їх властивістю є наявність у вірусному геномі гена, що кодує структуру ферменту ревертази (відомого під назвою зворотна транскриптаза, або РНК-залежна ДНК-полімераза). Цей фермент забезпечує синтез двохспіральної ДНК на матриці односпіральної РНК ретровіруса. Внаслідок цього утвориться ДНК-копія ретровіруса, що одержала назву ДНК-провіруса.
У залежності від онкогенних властивостей ретровіруси поділяються на 2 групи:
1) Швидкотрансформуючі ретровіруси (віруси гострих лейкозів у птахів і мишей та саркоми Рауса у курей). Надзвичайно онкогенні, викликають розвиток пухлин після короткого латентного періоду. Ці віруси мають у своєму геномі онкоген, тому в основі трансформації клітин у пухлинни лежить епігеномний механізм.
2) Повільнотрансформуючі ретровіруси (віруси лімфолейкозів). Викликають розвиток пухлин після тривалого латентного періоду. Ці віруси не мають у своєму складі онкогена, тому основний механізм їх трансформуючої дії - мутаційний.
Онкогенним ретровірусом людини є вірус Т-клітинної лімфоми-лейкемії. Він передається від людини людині при тривалих інтимних контактах, переливанні крові. Слід зазначити, що цей лімфотропний вірус має велику подібність з вірусами імунодефіциту людини (ВІЛ), які викликають СНІД.*
Е т а п и вірусного онкогенезу: 1) Рецепція вірусу - взаємодія вірусу із визначеними структурами плазматичної мембрани клітини (рецепторами). Відсутністю відповідних рецепторів пояснюється видовий імунітет до вірусної інфекції.
2) Інтерналізація - роздягання і проникнення віруса в клітину.
3) Інтеграція (об’єднання) вірусного генома з геномом клітини. Це центральний і обов’язковий етап вірусного онкогенезу. У випадку ДНК-вмістних онковірусів відбувається вбудовування вірусної ДНК у ДНК клітини, у випадку РНК-вмістних вірусів - вбудовується ДНК-провірус, який утворюється під впливом ферменту ревертази.
4) Персистенція (постійне перебування) вірусу в геномі клітини. При цьому вірус розмножується разом із клітиною. Такий перебіг вірусної інфекції називається абортивним. Абортивний перебіг є неодмінною умовою перетворення нормальної клітини в пухлинну під впливом вірусу.
5) Трансформація клітини: а) епігеномна викликається вірусами, які містять онкогени, які порушують регуляцію клітинного поділу і таким чином викликають трансформацію клітини, б) мутаційна, коли онковіруси не містять онкогенів, але самі здатні викликати мутацію (перетворення) клітинного протоонкогена в онкоген, який зумовлює супресію (подавлення) гена-репресора і експресію (активацію) гена-ініціатора трансформованого поділу клітин.
Про таке явище дещо д е т а л ь н і ш е.
Згідно гіпотези Х‘югса нормальна клітина трансформується у пухлинну в результаті активації гена-ініціатора поділу клітин (клітина постійно ділиться - ефект “натиснутого дзвоника”). За нормальних умов цей ген гальмується діяльністю ще двох генів: гена-репресора І і гена-репресора ІІ. Зокрема, ген-репресор ІІ відповідає за синтез білка, який є активатором гена-репресора І, під впливом якого синтезується білок, який здатний пригнічувати ген-ініціатор поділу. Таким чином, мутації гена-репресора ІІ ведуть до активації гена-ініціатора..
Ця гіпотеза була взята на озброєння іншими вченими-дослідниками і в 1989 році Бішоп і Вармус отримали Нобелівську премію за встановлення ролі протонкогенів і онкогенів у канцерогенезі.
Протоонкогени - власні гени клітин, які несуть інформацію про структуру білків, які приймають участь у регуляції клітинного поділу. Протоонкогени, які позначаються літерою “С” (від слова cell - клітина) є клітинними аналогами (прототипами) вірусних онкогенів, які позначаються літерою “V” (virus - вірус). Трансформація клітинних протоокогенів в вірусні онкогени відбувається під час перебування останніх у клітинах під час фази персистенції (абортивного перебігу). У цей час вірус “обкрадає” геном клітини. Тому:
а) С-sis - протоонкоген, який кодує фактор росту тромбоцитарного походження, а V-sis - онкоген вірусу саркоми мавп.
б) С-erb-B - протоонкоген, який кодує епідермальний фактор росту, а V-erb-B - онкоген вірусу лейкозу курей.
в) С-scr - протоонкоген, який кодує синтез тирозинспецифічної протеінкінази, а V-scr - онкоген вірусу саркоми Рауса.
г) С-ras - протоонкоген, який кодує структуру білків (G-білків), які переносять інформацію від рецепторів плазматичної мембрани клітини до ядра, а V-ras - онкоген вірусу саркоми пацюків, який несе інформацію про цитоплазматичний ГТФ-пов'язаний білок.
д) C-myc, C-jun, C-fos - протоонкогени клітин, які кодують зміни хромосом під час мітозу за нормальних умов, а V-myc, V-jun, V-fos - онкогени вірусів, які кодують такі зміни під час пухлинного росту.
Клітинні онкогени (трансформуючі гени) - це протоонкогени, які придбали здатність трансформувати клітину - перетворювати її в пухлинну. Перенос таких генів в інші, здорові клітини викликає трансформацію останніх.*
В даний час доведено існування наступних механізмів перетворення протоонкогенів у клітинні онкогени.
Дерепресія протоонкогену, яка відбувається: а) або в результаті порушення структури, а отже, і функції відповідного антионкогена, б) або внаслідок мутацій у генах-репресорах, завдання яких блокувати експресію протоонкогену. Антионкогени - клітинні гени, продукти яких викликають репресію протоонкогенів.
Підвищення експресії протоонкогену, що зумовлюється:
а) ампліфікацією генів (збільшенням кількості їх копій);
6) хромосомними мутаціями, головним чином, транслокацією;
в) впливом вірусних промоторів і підсилювачів (так діють ретровіруси, які не мають у своєму складі онкогена);
г) впливом мігруючих генів самої клітини (транспозонів).
Якісні зміни протоонкогену, обумовлені крапковими мутаціями протоонкогена.
6) Промоція - стимул пухлини до росту.
7) Пухлинна прогресія - набуття пухлиною нових (більш малігнізованих) якостей.