Собаки – детекторы раковых опухолей
Автор Баскина Софья Статья впервые опубликована в журнале Мой Друг Собака №8-2010
В 1989 году в журнал Lancet пришло письмо от двух ученых Вильямса и Пемброка, которые предлагали обсудить интересный случай: женщина заметила, что ее собака проявляет необычайное внимание к пигментному, как ей казалось, пятнышку у нее на коже. Анализ клеток с этого пятнышка показал, что это ничто иное как злокачественная меланома, другое название которой – «черный рак».
Вслед за публикацией письма в Lancet, стали появляться аналогичные сообщения о случаях, когда собаки проявляли необычное поведение, чувствуя рак крови, легких, простаты или яичников у своих хозяев, причем на самых ранних стадиях развития опухолей.Чем раньше становится известно о том, что человек болен, тем больше шансов его спасти. В современной медицине существуют методы, которые позволяют ставить точный диагноз на ранних стадиях болезни – это рентгеновская компьютерная томография (CT), магнитно-резонансная томография (MRI), позитронно-эмиссионная томография (PET). Однако они очень дороги и в некоторых случаях сами представляют риск для здоровья человека. Рентгеновская компьютерная томография, например, связана с радиационным излучением и если его назначают несколько раз, то у врачей возникают сомнения – не метод ли диагностики вызвал перерождение доброкачественной опухоли в злокачественную[5]. Есть и более безопасные методы, но они не так точны и зачастую не позволяют выявлять болезнь на ранних стадиях. Поэтому новость о том, что собаки возможно способны по запаху замечать развитие раковой опухоли, была воспринята исследователями с воодушевлением.
Воодушевления хватило на 531 работу из которых только 11 были доведены до полностью законченной научной публикации [5]. Эти цифры говорят не о лености ученых, это нормальная скорость для науки, тем более, что исследователям предстояло и еще предстоит в будущем ответить на множество жизненно важных вопросов.
Какие собаки могут стать детекторами рака?
К сожалению, не во всех научных статьях сообщается о том, каких именно собак обучали распознавать рак. Интересно, впрочем, что в большинстве случаев это были собаки-домашние любимцы, чьи хозяева жили неподалеку от больниц или университетов, в которых проводилось исследование. Только в одном исследовании привлекали владельцев спортивных собак, чемпионов по послушанию. В работах, где были получены самые высокие результаты, ученые использовали золотистых ретриверов, лабрадоров, португальских водяных собак, ризеншнауцера и миттельшнауцера [3,4,6]. В работах, где собаки не способны были «поставить диагноз», ученые скромно умолчали о породной принадлежности питомцев, тем более, что в одной из работ это были собаки, принадлежавшие тренерам [2].
Как обучать собак?
Во всех случаях ученые использовали для обучения собак «кликер-тренинг». В нем собака обучается методом «проб и ошибок». Дрессировщик наблюдает за ней и в тот момент, как она делает нужное движение, он щелкает кликером и затем дает лакомство. Щелчок кликера как указка показывает собаке за какое именно действие ее хозяин даст ей лакомство. Если собака ошибается, ее не поправляют, но и не поощряют.
Последовательность обучения обычно такая: перед собакой раскладывают несколько предметов, обычно намертво закрепленных или очень тяжелых, чтобы у собаки не возникло желания их хватать или играть с ними. Среди этих предметов помощник кладет небольшую тряпочку, которую дрессировщик до этого держал в руках. Собака с небольшого расстояния наблюдает за этим, дрессировщик стоит рядом с ней. Потом он дает собаке понюхать свою ладонь и дает ей команду «Ищи!». Он бежит вместе с собакой к предметам. Обычно собака, учуяв знакомый запах, останавливается и начинает с интересом нюхать тряпочку. В этот момент дрессировщик щелкает кликером и дает собаке лакомство. Через несколько повторений дрессировщик, после щелчка кликера и дачи лакомства, начинает усаживать собаку возле тряпочки, снова щелкает и снова дает лакомый кусочек. Получается, что каждый раз, когда собака нашла тряпочку с запахом, она получает два кусочка – за то, что нашла, и за то, что села.
После многих повторов собака, найдя тряпочку, начинает время от времени сама садиться рядом с ней, а потом уже делает это каждый раз. Тогда дрессировщик посылает ее искать с небольшого расстояния, а сам не торопится бежать за ней. Если она нашла тряпочку и села, то он щелкает ей кликером, а затем подходит и дает лакомство.
Следующий этап – среди неподвижных предметов кладут тряпочку, пропитанную каким-либо незнакомым собаке запахом. Такой же образец – в руках дрессировщика. Он предлагает ей понюхать образец, затем дает команду «Ищи!» и поощряет, если она сядет рядом с искомой тряпочкой. Если собака освоилась на этом этапе, то ей предлагают выбрать среди нескольких тряпочек, лишь одна из которых обладает тем же запахом, что и образец в руках дрессировщика.
На последнем этапе собаку обучают выбирать по запаху не только тряпочки, но и другие предметы. При обучении собак-детекторов рака это были фильтровальные бумажки или губки в банках Петри, пробирки с жидкостью и пр. Впрочем собаки любят нюхать от природы, и делают это с удовольствием, не только ради поощрения. В одном из исследований собаки раз за разом указывали на одну пробирку среди прочих, хотя им не давали поощрения за это. Пробирка содержала мочу здорового, как полагали ученые, человека. Настойчивость животных заставила врачей тщательнее обследовать человека и, к несчастью, оказалось, что правы были собаки.
Кликер-тренинг использовали для обучения всех собак–детекторов во всех исследованиях, но длительность и режим занятий различались очень сильно. Невозможно сказать, как это отразилось на результатах. Например, тренируя собак в течении 3 недель ежедневно и устраивая им короткие занятия по 20 раз в день, американские ученые получили очень высокие результаты. Такого же уровня достигли шведские ученые, занимаясь с собаками в течение года. Тренировки по 4-7 месяцев от 1 до 7 раз в неделю были практически безрезультатными, например, когда собаки делали правильный выбор лишь в 18% случаев. Однако нужно заметить, что и способы приготовления образцов запаха в этих работах существенно различались, а это могло сказаться на результатах сильнее, чем режим тренировок.
Не «лжет» ли собака?
Чтобы избежать ошибок в обучении собак кинологи используют «двойной слепой метод».
Все мы знаем, насколько внимательны собаки к лицу своего хозяина, к самым малейшим движениям своего дрессировщика. Бывает, что они выбирают образец не по запаху, а угадывая желание своего хозяина. Чтобы избежать таких ошибок кинологи используют «двойной слепой метод». В этом случае ни дрессировщик, ни наблюдатель не знают, какой из образцов, выбранных собакой, правильный, это выясняется после того, как собака прошла серию опытов. Закладывает образец «подозрительного» запаха и контрольные образцы (взятые от здоровых людей) человек, который не присутствует при тренировке и работе собаки. Тогда никто не может «подсказать» собаке и можно быть уверенным, что если она сделала правильный выбор, то сделала его благодаря своему нюху, а значит ее выбору можно доверять. Из 11 работ по определению собаками раковых опухолей только в 2 был использован двойной слепой метод [3,4].
Какие опухоли распознают собаки?
Только в одной работе собак тренировали определять по запаху рак крови. Образец приготавливали так: мочу пациента с известным диагнозом высушивали, затем снова разводили. Раствор наносили на фильтровальную бумагу. Точность, с которой собаки определяли запах ракового больного была всего 41% [7]. По расчетам стало ясно, что собаки улавливают запах, их выбор не был случайным, но все же собак нельзя использовать как биодетекторов. При таком подходе больше половины пациентов просто бы не узнали о своем заболевании.
В другой работе собакам предлагали определить, есть ли у женщины рак молочной железы, а у мужчины рак предстательной железы по запаху их мочи (в этом случае образцы не высушивали, а разливали в пробирки). В результате выяснилось, что собаки показывают образцы случайным образом, а не выбирают их по запаху [2]. Возможно, никакого специфического запаха заболевания они просто не обнаруживали. А может быть, наоборот, они показывали больше, чем ученые на тот момент способны были оценить, т.к. в то время у науки еще не было возможности определить особую форму, так называемую «агрессивность» рака предстательной железы, которая, возможно, дает специфический запах и хорошо заметна для собак [5].
Впечатляющие результаты были получены тогда, когда собакам давали понюхать образцы клеток меланомы. На злокачественную опухоль, развившуюся на коже человека, накладывали липкий бинт, затем его давали обнюхивать собакам. Одновременно с этим им давали обнюхивать бинты с образцами клеток кожи здоровых людей. В 75-86% случаев собаки были способны правильно показать образец запаха больного человека [6].
Рак молочной железы собаки определяли в 98% случаев, а рак легких в 99%.
Майкл МакКуллоч, Тадеуш Джезерски, Майкл Брофман вместе со своими коллегами предложили собакам определить рак молочной железы и рак легких по запаху выдыхаемого пациентами воздуха, собранного на полипропиленовые губки и хранившегося 60 дней при комнатной температуре. Рак молочной железы собаки определяли в 98% случаев, а рак легких в 99% — поистине потрясающая точность! [4] Аналогичного результата (97,5%) достиг Джорджи Хорват и его коллеги из Швеции, когда приготовили в качестве образцов для определения кусочки ткани здорового яичника и пораженного опухолью [3].
Могут ли собаки отличить запах рака от запаха другой болезни того же органа?
В 3 из работ ученые проверяли, насколько легко запутать собаку. Они поставили эксперименты, где собаке давали нюхать образцы запаха людей, пользующихся сильными духами или курящих, людей, страдающих диабетом или кариесом. В случаях, когда собакам давали нюхать выдыхаемый человеком воздух, собранный на полипропиленовую губку, никакие посторонние запахи не могли сбить их с толку [4]. В одном из исследований все образцы высушенной и заново разведенной мочи были взяты от пациентов с различными заболеваниями почек и мочевого пузыря [7]. В результате собаки все же справились с задачей, они выбирали образцы мочи раковых больных и не обращали внимания на образцы мочи с ненормальным химическим составом из-за других заболеваний. Однако при попытках определить рак молочной железы и рак предстательной железы, собаки показали очень низкие результаты. Невозможно сказать, повлиял ли на их выбор запах пищи, которую употребляли люди перед тем, как сдавать анализы [2].
Что же дальше?
Если раковое заболевание дает специфический запах, это означает что существуют какие-то химические элементы, его определяющие, что и было доказано экспериментально [1]. Природа наделила собаку уникальным чутьем. Ей не нужна химическая лаборатория, для того, чтобы различить по запаху один химический элемент от другого и эти два элемента от их соединения. К тому же, собака всей душой стремится быть полезной своему хозяину и, если только мы научаемся ее слушать, предупреждает нас о всевозможных опасностях. И все же собаке не так просто рассказать хозяину, что она чувствует. Если мы хотим быть уверенными в том, что мы поняли ее правильно, нужны постоянные проверки и тренировки. Это не может стать частью больничной практики – слишком хлопотно и ненадежно.
Гораздо больше перспектив в этом отношении оказывается у «искусственного носа» – прибора, улавливающего и анализирующего различные запахи. В отличие от собаки, «искусственный нос» не устает, не требует «двойного слепого метода» или набора образцов с запахами здоровых людей. Такие приборы, улавливающие опасные газы, например, в шахте. Но «искусственный нос» по определению показывает наличие в воздухе только того вещества, к которому у них есть встроенный сенсор. Для того, чтобы сконструировать прибор для определения раковой опухоли, как минимум нужно знать, какое химическое вещество он должен улавливать, а для этого — где такое вещество искать и можно ли отличить его от запахов других заболеваний. И это именно то, о чем собаки могут рассказать нам в будущих исследованиях.
- Gallagher M., Wysocki C.J., Leyden J.J., Spielman A.I., Sun X., Preti G. Analyses of volatile organic compounds from human skin // British Journal of Dermatology, 159, 780-791
- Gordon, R.T., Schatz, C.B., Myers, L.J., Kosty, M., Gonczy, C., Kroener, J., Tran, M., Kurtzhals, P., Heath, S., Koziol, J.A., Arthur, N., Gabriel, M., Hemping, J., Hemping, G., Nesbitt, S., Tucker-Clark, L., Zaayer, J., 2008. The use of canines in the detection of human cancers. // J. Altern. Complement Med. 14, 61-67.
- Horvath, G., Jarverud, G.A., Jarverud, S., Horvath, I., 2008. Human ovarian carcinomas detected by specific odor. // Integr. Cancer Ther. 7, 76-80.
- McCulloch, M., Jezierski, T., Broffman, M., Hubbard, A., Turner, K., Janecki, T., 2006. Diagnostic accuracy of canine scent detection in early- and late-stage lung and breast cancers.// Integr. Cancer Ther. 5, 30-39.
- Moser E., McCulloch M., 2010. Canine scent detection of human cancers: A review of methods and accuracy // Journal of Veterinary Behavior () 5, 145-152
- Pickel, D.P., Manucy, G.P., Walker, D.B., Hall, S.B., Walker, J.C., 2004. Evidence for canine olfactory detection of melanoma. // Appl. Anim. Behav. Sci. 89, 107-116.
- Willis, C.M., Church, S.M., Guest, C.M., Cook, W.A., McCarthy, M., Bransbury, A.J., Church, M.R.T., Church, J.C.T., 2004. Olfactory detection of human bladder cancer by dogs: proof of principle study. // BMJ 329, 712-718.