Embora os princípios e métodos de avaliação de risco para produtos químicos não cancerígenos sejam semelhantes em diferentes partes do mundo, é surpreendente que as abordagens para avaliação de risco de produtos químicos cancerígenos variem muito. Não existem apenas diferenças marcantes entre os países, mas mesmo dentro de um país diferentes abordagens são aplicadas ou defendidas por várias agências reguladoras, comitês e cientistas no campo da avaliação de risco. A avaliação de risco para não-cancerígenos é bastante consistente e bem estabelecida, em parte por causa da longa história e melhor compreensão da natureza dos efeitos tóxicos em comparação com carcinógenos e um alto grau de consenso e confiança tanto dos cientistas quanto do público em geral nos métodos usados e seu resultado.
Para produtos químicos não cancerígenos, foram introduzidos fatores de segurança para compensar as incertezas nos dados toxicológicos (que são derivados principalmente de experimentos com animais) e em sua aplicabilidade a grandes populações humanas heterogêneas. Ao fazê-lo, os limites recomendados ou exigidos para exposições humanas seguras foram geralmente definidos em uma fração (a abordagem do fator de segurança ou incerteza) dos níveis de exposição em animais que poderiam ser claramente documentados como o nível de efeitos adversos não observados (NOAEL) ou o nível mais baixo nível de efeitos adversos observados (LOAEL). Supunha-se então que, desde que a exposição humana não excedesse os limites recomendados, as propriedades perigosas das substâncias químicas não se manifestariam. Para muitos tipos de produtos químicos, essa prática, de forma um tanto refinada, continua até hoje na avaliação de risco toxicológico.
Durante o final dos anos 1960 e início dos anos 1970, os órgãos reguladores, começando nos Estados Unidos, foram confrontados com um problema cada vez mais importante para o qual muitos cientistas consideravam a abordagem do fator de segurança inadequada e até mesmo perigosa. Esse era o problema com os produtos químicos que, sob certas condições, demonstraram aumentar o risco de câncer em humanos ou em animais experimentais. Essas substâncias foram operacionalmente referidas como cancerígenas. Ainda há debate e controvérsia sobre a definição de carcinógeno, e há uma ampla gama de opiniões sobre técnicas para identificar e classificar carcinógenos e também sobre o processo de indução de câncer por produtos químicos.
A discussão inicial começou muito antes, quando cientistas, na década de 1940, descobriram que os carcinógenos químicos causavam danos por um mecanismo biológico totalmente diferente daqueles que produziam outras formas de toxicidade. Esses cientistas, usando princípios da biologia de cânceres induzidos por radiação, apresentaram o que é chamado de hipótese “sem limiar”, que foi considerada aplicável tanto à radiação quanto aos produtos químicos cancerígenos. Foi levantada a hipótese de que qualquer exposição a um carcinógeno que atinja seu alvo biológico crítico, especialmente o material genético, e interaja com ele, pode aumentar a probabilidade (o risco) de desenvolvimento de câncer.
Paralelamente à discussão científica em curso sobre os limiares, houve uma crescente preocupação pública sobre o papel adverso dos carcinógenos químicos e a necessidade urgente de proteger as pessoas de um conjunto de doenças chamadas coletivamente de câncer. O câncer, com seu caráter insidioso e longo período de latência, juntamente com dados mostrando que a incidência de câncer na população em geral estava aumentando, era considerado pelo público em geral e pelos políticos como uma questão de preocupação que justificava proteção ideal. Os reguladores enfrentaram o problema de situações em que um grande número de pessoas, às vezes quase toda a população, foi ou poderia ser exposto a níveis relativamente baixos de substâncias químicas (em produtos de consumo e medicamentos, no local de trabalho, bem como no ar, água , alimentos e solos) que foram identificados como cancerígenos em humanos ou animais experimentais sob condições de exposições relativamente intensas.
Esses funcionários reguladores foram confrontados com duas questões fundamentais que, na maioria dos casos, não puderam ser totalmente respondidas usando os métodos científicos disponíveis:
- Que risco para a saúde humana existe na faixa de exposição a produtos químicos abaixo da faixa de exposição relativamente intensa e estreita sob a qual um risco de câncer pode ser medido diretamente?
- O que se poderia dizer sobre os riscos à saúde humana quando os animais de experimentação eram os únicos sujeitos nos quais os riscos para o desenvolvimento de câncer haviam sido estabelecidos?
Os reguladores reconheceram a necessidade de suposições, às vezes baseadas cientificamente, mas muitas vezes também não apoiadas por evidências experimentais. Para obter consistência, foram adaptadas definições e conjuntos específicos de pressupostos que seriam aplicados genericamente a todos os carcinógenos.
A carcinogênese é um processo de vários estágios
Várias linhas de evidência suportam a conclusão de que a carcinogênese química é um processo de vários estágios conduzido por danos genéticos e mudanças epigenéticas, e esta teoria é amplamente aceita na comunidade científica em todo o mundo (Barrett 1993). Embora o processo de carcinogênese química seja frequentemente separado em três estágios – iniciação, promoção e progressão – o número de alterações genéticas relevantes não é conhecido.
A iniciação envolve a indução de uma célula alterada de forma irreversível e, para carcinógenos genotóxicos, é sempre equiparada a um evento mutacional. A mutagênese como um mecanismo de carcinogênese já foi levantada por Theodor Boveri em 1914, e muitas de suas suposições e previsões foram posteriormente comprovadas como verdadeiras. Como os efeitos mutagênicos irreversíveis e autorreplicantes podem ser causados pela menor quantidade de um carcinógeno modificador do DNA, nenhum limite é assumido. A promoção é o processo pelo qual a célula iniciada se expande (clonalmente) por uma série de divisões e forma lesões (pré)neoplásicas. Existe um debate considerável sobre se durante esta fase de promoção as células iniciadas sofrem alterações genéticas adicionais.
Finalmente, no estágio de progressão, a “imortalidade” é obtida e tumores malignos completos podem se desenvolver influenciando a angiogênese, escapando da reação dos sistemas de controle do hospedeiro. É caracterizada por crescimento invasivo e frequentemente disseminação metastática do tumor. A progressão é acompanhada por alterações genéticas adicionais devido à instabilidade das células em proliferação e à seleção.
Portanto, existem três mecanismos gerais pelos quais uma substância pode influenciar o processo carcinogênico em várias etapas. Um produto químico pode induzir uma alteração genética relevante, promover ou facilitar a expansão clonal de uma célula iniciada ou estimular a progressão para malignidade por alterações somáticas e/ou genéticas.
Processo de Avaliação de Risco
Risco pode ser definida como a frequência prevista ou real de ocorrência de um efeito adverso em seres humanos ou no meio ambiente, a partir de uma determinada exposição a um perigo. A avaliação de risco é um método de organização sistemática da informação científica e suas incertezas anexas para descrição e qualificação dos riscos à saúde associados a substâncias, processos, ações ou eventos perigosos. Requer avaliação de informações relevantes e seleção dos modelos a serem usados para fazer inferências a partir dessas informações. Além disso, requer reconhecimento explícito de incertezas e reconhecimento apropriado de que interpretações alternativas dos dados disponíveis podem ser cientificamente plausíveis. A terminologia atual usada na avaliação de risco foi proposta em 1984 pela Academia Nacional de Ciências dos Estados Unidos. A avaliação qualitativa do risco mudou para a caracterização/identificação do perigo e a avaliação quantitativa do risco foi dividida nos componentes dose-resposta, avaliação da exposição e caracterização do risco.
Na seção seguinte, esses componentes serão brevemente discutidos em vista de nosso conhecimento atual do processo de carcinogênese (química). Ficará claro que a incerteza dominante na avaliação de risco de carcinógenos é o padrão dose-resposta em níveis de dose baixos característicos da exposição ambiental.
Identificação de perigo
Esse processo identifica quais compostos têm potencial para causar câncer em humanos – em outras palavras, identifica suas propriedades genotóxicas intrínsecas. A combinação de informações de várias fontes e sobre diferentes propriedades serve de base para a classificação de compostos cancerígenos. Em geral, as seguintes informações serão usadas:
- dados epidemiológicos (por exemplo, cloreto de vinila, arsênico, amianto)
- dados de carcinogenicidade animal
- atividade genotóxica/formação de aduto de DNA
- mecanismos de ação
- atividade farmacocinética
- relações estrutura-atividade.
A classificação de produtos químicos em grupos com base na avaliação da adequação das evidências de carcinogênese em animais ou no homem, se houver dados epidemiológicos disponíveis, é um processo fundamental na identificação de perigos. Os esquemas mais conhecidos para categorizar substâncias químicas cancerígenas são os da IARC (1987), UE (1991) e EPA (1986). Uma visão geral de seus critérios de classificação (por exemplo, métodos de extrapolação de baixa dose) é fornecida na tabela 1.
Tabela 1. Comparação de procedimentos de extrapolação de baixa dose
| Atual US EPA | Dinamarca | CEE | UK | Nederland | Noruega | |
| carcinógeno genotóxico | Procedimento multiestágio linearizado usando o modelo de baixa dose mais apropriado | MLE de modelos de 1 e 2 hits mais julgamento do melhor resultado | Nenhum procedimento especificado | Nenhum modelo, conhecimento científico e julgamento de todos os dados disponíveis | Modelo linear usando TD50 (método Peto) ou “método holandês simples” se não houver TD50 | Nenhum procedimento especificado |
| Carcinógeno não genotóxico | O mesmo que acima | Modelo de base biológica de Thorslund ou multiestágio ou modelo de Mantel-Bryan, baseado na origem do tumor e dose-resposta | Use NOAEL e fatores de segurança | Use NOEL e fatores de segurança para definir ADI | Use NOEL e fatores de segurança para definir ADI |
Uma questão importante na classificação de carcinógenos, às vezes com consequências de longo alcance para sua regulação, é a distinção entre mecanismos de ação genotóxicos e não genotóxicos. A suposição padrão da Agência de Proteção Ambiental dos EUA (EPA) para todas as substâncias que mostram atividade carcinogênica em experimentos com animais é que não existe limite (ou pelo menos nenhum pode ser demonstrado), portanto, há algum risco com qualquer exposição. Isso é comumente referido como a suposição de não-limiar para compostos genotóxicos (danos ao DNA). A UE e muitos de seus membros, como Reino Unido, Holanda e Dinamarca, fazem distinção entre carcinógenos genotóxicos e aqueles que se acredita produzirem tumores por mecanismos não genotóxicos. Para carcinógenos genotóxicos são seguidos procedimentos quantitativos de estimativa de dose-resposta que não assumem nenhum limite, embora os procedimentos possam diferir daqueles usados pela EPA. Para substâncias não genotóxicas, assume-se que existe um limite, e são usados procedimentos dose-resposta que assumem um limite. Neste último caso, a avaliação de risco é geralmente baseada em uma abordagem de fator de segurança, semelhante à abordagem para não cancerígenos.
É importante ter em mente que esses diferentes esquemas foram desenvolvidos para lidar com avaliações de risco em diferentes contextos e cenários. O esquema da IARC não foi produzido para fins regulatórios, embora tenha sido usado como base para o desenvolvimento de diretrizes regulatórias. O esquema da EPA foi projetado para servir como um ponto de decisão para inserir a avaliação de risco quantitativa, enquanto o esquema da UE é usado atualmente para atribuir um símbolo de perigo (classificação) e frases de risco ao rótulo do produto químico. Uma discussão mais extensa sobre este assunto é apresentada em uma revisão recente (Moolenaar 1994) cobrindo procedimentos usados por oito agências governamentais e duas organizações independentes frequentemente citadas, a Agência Internacional de Pesquisa sobre o Câncer (IARC) e a Conferência Americana de Pesquisas Governamentais. Higienistas Industriais (ACGIH).
Os esquemas de classificação geralmente não levam em consideração as extensas evidências negativas que podem estar disponíveis. Além disso, nos últimos anos, surgiu uma maior compreensão do mecanismo de ação dos carcinógenos. Acumulou-se evidência de que alguns mecanismos de carcinogenicidade são específicos da espécie e não são relevantes para o homem. Os exemplos a seguir ilustrarão esse importante fenômeno. Em primeiro lugar, foi recentemente demonstrado em estudos sobre a carcinogenicidade das partículas de diesel, que os ratos respondem com tumores pulmonares a uma carga pesada do pulmão com partículas. No entanto, o câncer de pulmão não é observado em mineradores de carvão com cargas pulmonares muito pesadas de partículas. Em segundo lugar, há a afirmação da não relevância de tumores renais no rato macho com base no fato de que o elemento-chave na resposta tumorgênica é o acúmulo no rim de α-2 microglobulina, uma proteína que não existe em humanos (Borghoff, Short e Swenberg 1990). Distúrbios da função da tireóide de roedores e proliferação de peroxissomos ou mitogênese no fígado de camundongos também devem ser mencionados a esse respeito.
Este conhecimento permite uma interpretação mais sofisticada dos resultados de um bioensaio de carcinogenicidade. Pesquisas para uma melhor compreensão dos mecanismos de ação da carcinogenicidade são incentivadas porque podem levar a uma classificação alterada e ao acréscimo de uma categoria na qual os produtos químicos são classificados como não carcinogênicos para humanos.
Avaliação da exposição
A avaliação da exposição é frequentemente considerada o componente da avaliação de risco com a menor incerteza inerente devido à capacidade de monitorar as exposições em alguns casos e à disponibilidade de modelos de exposição relativamente bem validados. No entanto, isso é apenas parcialmente verdadeiro, porque a maioria das avaliações de exposição não é realizada de maneira a aproveitar ao máximo a variedade de informações disponíveis. Por esse motivo, há muito espaço para melhorar as estimativas de distribuição de exposição. Isso vale tanto para avaliações de exposição externas quanto internas. Especialmente para carcinógenos, o uso de doses de tecido-alvo em vez de níveis de exposição externa na modelagem de relações dose-resposta levaria a previsões de risco mais relevantes, embora muitas suposições sobre valores padrão estejam envolvidas. Modelos farmacocinéticos de base fisiológica (PBPK) para determinar a quantidade de metabólitos reativos que atingem o tecido-alvo são potencialmente de grande valia para estimar essas doses teciduais.
Caracterização de risco
Abordagens atuais
O nível de dose ou nível de exposição que causa um efeito em um estudo com animais e a dose provável que causa um efeito semelhante em humanos é uma consideração importante na caracterização de risco. Isso inclui avaliação de dose-resposta de dose alta a baixa e extrapolação interespécies. A extrapolação apresenta um problema lógico, ou seja, que os dados estão sendo extrapolados muitas ordens de grandeza abaixo dos níveis de exposição experimentais por modelos empíricos que não refletem os mecanismos subjacentes de carcinogenicidade. Isso viola um princípio básico no ajuste de modelos empíricos, ou seja, não extrapolar fora do alcance dos dados observáveis. Portanto, essa extrapolação empírica resulta em grandes incertezas, tanto do ponto de vista estatístico quanto do ponto de vista biológico. Atualmente, nenhum procedimento matemático é reconhecido como o mais apropriado para a extrapolação de baixas doses na carcinogênese. Os modelos matemáticos que têm sido usados para descrever a relação entre a dose externa administrada, o tempo e a incidência do tumor são baseados na distribuição de tolerância ou em suposições mecanísticas e, às vezes, em ambos. Um resumo dos modelos citados com mais frequência (Kramer et al. 1995) está listado na tabela 2.
Tabela 2. Modelos frequentemente citados na caracterização do risco cancerígeno
| Modelos de distribuição de tolerância | modelos mecanicistas | |
| Modelos de sucesso | Modelos de base biológica | |
| logit | Um golpe | Moolgavkar (MVK)1 |
| Probit | Multi-hit | Cohen e Elwein |
| Mantel-Bryan | Weibull (Lúcio)1 | |
| weibull | Multiestágio (Boneca Armitage)1 | |
| Gama Multihit | Multiestágio Linearizado, |
1 Modelos de tempo para tumor.
Esses modelos dose-resposta são geralmente aplicados a dados de incidência de tumores correspondentes a apenas um número limitado de doses experimentais. Isso se deve ao design padrão do bioensaio aplicado. Em vez de determinar a curva dose-resposta completa, um estudo de carcinogenicidade é geralmente limitado a três (ou duas) doses relativamente altas, usando a dose máxima tolerada (MTD) como dose mais alta. Essas altas doses são usadas para superar a baixa sensibilidade estatística inerente (10 a 15% sobre o fundo) de tais bioensaios, devido ao fato de que (por razões práticas e outras) um número relativamente pequeno de animais é usado. Como os dados para a região de baixa dose não estão disponíveis (isto é, não podem ser determinados experimentalmente), é necessária a extrapolação fora do intervalo de observação. Para quase todos os conjuntos de dados, a maioria dos modelos listados acima se ajusta igualmente bem na faixa de dose observada, devido ao número limitado de doses e animais. No entanto, na região de baixa dose, esses modelos divergem em várias ordens de grandeza, introduzindo assim grandes incertezas no risco estimado para esses baixos níveis de exposição.
Como a forma real da curva dose-resposta na faixa de baixa dose não pode ser gerada experimentalmente, a visão mecanicista do processo de carcinogenicidade é crucial para poder discriminar esse aspecto entre os vários modelos. Revisões abrangentes que discutem os vários aspectos dos diferentes modelos de extrapolação matemática são apresentadas em Kramer et al. (1995) e Park e Hawkins (1993).
Outras abordagens
Além da prática atual de modelagem matemática, várias abordagens alternativas foram propostas recentemente.
Modelos biologicamente motivados
Atualmente, os modelos de base biológica, como os modelos de Moolgavkar-Venzon-Knudson (MVK), são muito promissores, mas atualmente não são suficientemente avançados para uso rotineiro e requerem informações muito mais específicas do que atualmente são obtidas em bioensaios. Grandes estudos (4,000 ratos) como os feitos com N-nitrosoalquilaminas indicam o tamanho do estudo necessário para a coleta desses dados, embora ainda não seja possível extrapolar para doses baixas. Até que esses modelos sejam mais desenvolvidos, eles podem ser usados apenas caso a caso.
Abordagem do fator de avaliação
O uso de modelos matemáticos para extrapolação abaixo da faixa de dose experimental é de fato equivalente a uma abordagem de fator de segurança com um fator de incerteza grande e mal definido. A alternativa mais simples seria aplicar um fator de avaliação ao “nível sem efeito” aparente, ou ao “nível mais baixo testado”. O nível usado para este fator de avaliação deve ser determinado caso a caso, considerando a natureza do produto químico e a população exposta.
Dose de referência (BMD)
A base desta abordagem é um modelo matemático ajustado aos dados experimentais dentro do intervalo observável para estimar ou interpolar uma dose correspondente a um nível de efeito definido, como um, cinco ou dez por cento de aumento na incidência de tumor (ED01, E.D.05, E.D.10). Como um aumento de dez por cento é a menor alteração que estatisticamente pode ser determinada em um bioensaio padrão, o ED10 é apropriado para dados de câncer. Usar um BMD que esteja dentro da faixa observável do experimento evita os problemas associados à extrapolação de dose. As estimativas da DMO ou seu limite inferior de confiança refletem as doses nas quais ocorreram alterações na incidência do tumor, mas são bastante insensíveis ao modelo matemático utilizado. Uma dose de referência pode ser usada na avaliação de risco como uma medida da potência do tumor e combinada com fatores de avaliação apropriados para definir níveis aceitáveis para exposição humana.
Limite de regulação
Krewski et ai. (1990) revisaram o conceito de “limiar de regulação” para carcinógenos químicos. Com base nos dados obtidos do banco de dados de potência cancerígena (CPDB) para 585 experimentos, a dose correspondente a 10-6 risco foi aproximadamente log-normalmente distribuído em torno de uma mediana de 70 a 90 ng/kg/d. A exposição a níveis de dosagem superiores a este intervalo seria considerada inaceitável. A dose foi estimada por extrapolação linear do TD50 (a toxicidade indutora de dose é de 50% dos animais testados) e estava dentro de um fator de cinco a dez do valor obtido a partir do modelo multiestágio linearizado. Infelizmente, o DT50 valores serão relacionados ao MTD, o que novamente lança dúvidas sobre a validade da medição. No entanto, o TD50 frequentemente estará dentro ou muito próximo da faixa de dados experimentais.
Uma abordagem como o uso de um limite de regulação exigiria muito mais consideração de questões biológicas, analíticas e matemáticas e um banco de dados muito mais amplo antes que pudesse ser considerado. Uma investigação mais aprofundada sobre as potências de vários carcinógenos pode lançar mais luz sobre esta área.
Objetivos e futuro da avaliação de risco cancerígeno
Olhando para trás, para as expectativas originais sobre a regulamentação de carcinógenos (ambientais), ou seja, para alcançar uma grande redução do câncer, parece que os resultados atuais são decepcionantes. Ao longo dos anos, tornou-se aparente que o número de casos de câncer estimados como produzidos por carcinógenos reguláveis era desconcertantemente pequeno. Considerando as altas expectativas que lançaram os esforços regulatórios na década de 1970, uma grande redução esperada na taxa de mortalidade por câncer não foi alcançada em termos dos efeitos estimados de carcinógenos ambientais, nem mesmo com procedimentos de avaliação quantitativa ultraconservadores. A principal característica dos procedimentos da EPA é que as extrapolações de baixa dose são feitas da mesma forma para cada produto químico, independentemente do mecanismo de formação do tumor em estudos experimentais. Deve-se notar, no entanto, que essa abordagem contrasta fortemente com as abordagens adotadas por outras agências governamentais. Conforme indicado acima, a UE e vários governos europeus - Dinamarca, França, Alemanha, Itália, Holanda, Suécia, Suíça, Reino Unido - distinguem entre carcinógenos genotóxicos e não genotóxicos e abordam a estimativa de risco de maneira diferente para as duas categorias. Em geral, os carcinógenos não genotóxicos são tratados como tóxicos limiares. Nenhum nível de efeito é determinado e fatores de incerteza são usados para fornecer uma ampla margem de segurança. Determinar se um produto químico deve ou não ser considerado não genotóxico é uma questão de debate científico e requer um julgamento claro de especialistas.
A questão fundamental é: qual é a causa do câncer em humanos e qual é o papel dos carcinógenos ambientais nessa causa? Os aspectos hereditários do câncer em humanos são muito mais importantes do que se previa anteriormente. A chave para um avanço significativo na avaliação de risco de carcinógenos é uma melhor compreensão das causas e mecanismos do câncer. O campo da pesquisa do câncer está entrando em uma área muito excitante. A pesquisa molecular pode alterar radicalmente a forma como vemos o impacto dos carcinógenos ambientais e as abordagens para controlar e prevenir o câncer, tanto para o público em geral quanto para o local de trabalho. A avaliação de risco de carcinógenos precisa ser baseada em conceitos dos mecanismos de ação que estão, de fato, apenas surgindo. Um dos aspectos importantes é o mecanismo do câncer hereditário e a interação de carcinógenos com esse processo. Este conhecimento terá de ser incorporado na metodologia sistemática e consistente que já existe para a avaliação de risco de agentes cancerígenos.