Как организм защищается от ксенобиотиков

Содержание

К настоящему моменту собрано достаточно научных доказательств того, что в пище, окружающем воздухе, почве, воде имеются особые химические вещества, оказывающие негативное действие на человека, в том числе и на процессы репродукции. Ксенобиотики — это чрезвычайно токсичные вещества, и, как и следует из их названия, они «чуждые» жизни.

Это вещества, образующиеся из-за активного использования человеком строительного материала, различных электронных гаджетов, искусственных тканей, косметики, бытовой химии, пластика и лекарств, роста промышленного производства химических веществ.

В естественной природе синтезируются некоторые ксенобиотики «самостоятельно». Например, при извержении вулканов. Но все же источником большинства опасных ксенобиотиков является промышленная и сельскохозяйственная деятельность человека. Попадая в организм, гидрофильные (способные образовывать связи с водой) ксенобиотики выводятся с мочой человека. Однако, есть и ксенобиотики, содержащие в себе гидрофобные группы, которые очень хорошо задерживаются в тканях, главным образом, в жировых клетках. Как следствие этого, они вызывают токсические и аллергические реакции, а также некоторые специфические и даже онкологические заболевания (Lopez-Carrillo L, Environ Health Perspect. 2010; 539-544).

Для окружающей среды ксенобиотики представляют огромный вред, так как они имеют очень долгий период разложения. Например, одной пластиковой бутылке необходимо около 1000 лет для ее разложения. Сложно и представить, сколько по всему миру в настоящее время имеется неутилизированных пластиковых бутылок. В Тихом океане существует мусорный остров. Его называют «Большое тихоокеанское мусорное пятно» — это огромное скопление пластика и других отходов, принесенных сюда течением. Ученые подсчитали, что концентрация пластика в этой воде миллион частиц на 2.6 км2. От этого, прежде всего, страдают местные морские животные и птицы, которых в этом регионе 267 видов.

Многие ксенобиотики по своей структуре схожи с гормоном эстрогеном, т.е. они могут пагубно влиять на эндокринную систему человека . Такие ксенобиотики в литературе носят название ксеноэкстрогены, и их влияние на репродуктивную систему в настоящее время активно изучается.

Установлено несколько механизмов воздействия ксеноэстрогенов на организм. По одному из них эти вещества могут изменять работу гормональных рецепторов. Другой механизм показывает способность этих ксенобиотиков изменять активность ферментов, необходимых для синтеза половых гормонов яичников . В результате этого изменяется морфология и функция яичников, что приводит к ранней менопаузе. Таким образом, ксенобиотики могут влиять на детородную функцию и многие процессы во время внутриутробной жизни малыша.

Изучение механизмов воздействия этих веществ крайне важно для установления путей защиты от ксенобиотиков, выведения их из организма или их детоксикации. Об этом речь пойдет чуть ниже. А сейчас разберем основные группы ксенобиотиков.

Основные группы ксенобиотиков:

1. Тяжелые металлы (ртуть, мышьяк, кадмий, свинец)

Практически все тяжелые металлы являются сильнейшими токсинами, псевдоэстрогенами (ксеноэстрогенами), поэтому они влияют на репродуктивную функцию организма.
РТУТЬ – содержится в пестицидах и спермицидах. Воздействие ртути по сути и можно сравнить со средствами контрацепции, так как именно этот металл может стать причиной бесплодия или внутриутробной гибели плода. Ртуть также содержится в батарейках и аккумуляторах, энергосберегающих лампочках и во многих лекарственных средствах как консервант, поэтому внимательно читайте состав лекарств перед употреблением.
КАДМИЙ – содержится в некоторых красках, в сигаретном дыме, а также в фосфатных удобрениях. Кадмий также является псевдоэстрогеном, однако на внутриутробное развитие плода практически не влияет.

СВИНЕЦ – содержится в бензине и пестицидах, а оседает в организме человека главным образов в костях. Также является псевдоэстрогеном и вызывает различные опухолевые процессы.
МЫШЬЯК – содержится в пестицидах, сигаретном дыме, типографской краске, на кассовых чеках. Может вызывать нарушения в работе ДНК и серьезные изменения во внутриутробном развитии малыша.

2. Некоторые виды пластика, а именно, содержащие фталаты, которые используют в процессе производства пластмассовых изделий. Фталаты можно найти в одноразовой посуде, косметике, парфюмерии, упаковке, строительных материалах. Опасны они тем, что из-за своего строения могут очень сильно загрязнять пищевой пластик. . Фталаты, как и тяжелые металлы оказывают токсичное действие, влияют на репродуктивную систему. В 2012 году группа голландских ученых провела исследование, которое показало, что существует прямая связь наличия продуктов распада фталатов с задержкой роста плода во время беременности, и также уменьшением массы плаценты . Другое недавнее исследование показало, что у женщин с высоким уровнем продуктов распада фталатов в крови менопауза наступает раньше .
Особо опасен пластик, содержащий фенолы, главным образом, бисфенол-А.

3. Полициклические ароматические углеводороды — диоксины, бензпирен, хлорированные бифенилы, фенантрен, фураны.


Как правило, эти ксенобиотики образуются при сжигании и переработке нефти и угля, в выхлопных газах в результате работы двигателей, поэтому их можно встретить повсеместно в воздухе, почве и водоемах. Отсутствие сортировки мусора, а также неправильные пути его утилизации приводит к выделению диоксина и других опасных ароматических углеводородов в почву и воздух. Также большое количество этих веществ образуется в процессе химического производства, используемого высокие температуры и хлорорганику (поливинихлорид). Диоксины попадают в тело человека главным образом из воды и пищи (пищевая цепь), и лишь небольшая часть поступает с воздухом.

Диоксины настолько «умные» токсические вещества, что могут встраиваться в рецепторы и тем самым воздействовать на все жизненно важные системы организма, включая эндокринную, иммунную и репродуктивную. Известны случаи выкидыша у беременных женщин из Польши и Украины, в крови которых было обнаружено высокое содержания ароматических углеводородов .

4. Пестициды, как сами по себе, так и вещества из которых они синтезируются и продукты их распада — все они являются ксенобиотиками. Пестициды чрезвычайно токсичны и стойки по своей природе. Наиболее опасными признаны хлорорганические пестициды – хлордан, гексахлорциклогексан, дихлордифенил-трихлорэтан, гексахлорбензол, особенно для беременных женщин. Например, в исследовании, проведенном в 2010 году среди африканских женщин, занятых в сельском хозяйстве, был выявлен повышенный риск невынашивания беременности .

5. Политетрафлуороэтилен или тефлон, который содержится в антипригарном слое посуды. При производстве тефлона в качестве стабилизатора используется перфтороктановая кислота, которая распадается свыше 190 ºС. Данная кислота очень хорошо накапливается в организме и не выводится из него, при этом участвует в гормональных процессах, связанных с щитовидной железой и, как следствие, влияет на фертильность женщин. Мнения насчет безопасности тефлоновой посуды неоднозначны. Часть исследований показывает, что перфтороктановая кислота практически отсутствует в готовой посуде, то есть содержится, но в допустимых и безопасных пределах . Но есть и ученые, высказывающие мнения о том, что при высоких температурах такая посуда небезопасна. Поэтому особенно стоит быть аккуратными с такой посудой женщинам, планирующим зачатие. Им стоит ограничить использование тефлона в быту на 2-3 года. Также установлено, что продукты распада тефлона очень опасны для птиц, так как приводят к их смерти в течение 24 часов. В литературе имеются сведения о гибели домашних попугаев от вдыхания выделившихся продуктов распада тефлоновых сковородок.

6. Парабены также являются стойкими ксенобиотиками. Об их влиянии на эндокринную систему и общем токсическом действии известно уже долгое время. Подробнее…

7. Поверхностно-активные вещества в бытовой химии, особенно ионогенные ПАВ вызывают нарушения клеточных процессов и даже целостности клетки человека.

Как защититься от ксенобиотиков?

Мы не можем жить в стерильном мире, отгородившись от всего внешнего. Даже если уехать жить в глухую деревню где-нибудь в отдаленной Сибири, ксенобиотики все равно будут встречаться в воздухе, почве или воде. Например, такой опасны пестицид, как 1,1-Ди(4-хлорфенил)-2,2,2-трихлорэтан (ДДТ), который запрещен во многих стран, был обнаружен в Антарктике, хотя никогда там не использовался. К счастью, у человека выработались и некоторые механизмы их детоксикации. Одним из органов человека, который выполняет такую функцию, является печень. В 1950 году именно в печени было обнаружено функционирование мощной системы монооксигеназного окисления. Основной ее компонент – это цитохром Р-450, которые кодируется системой «супергенов».


Эти гены содержат в себе очень важную информацию. Например, один из них — CYPI — несет в себе информацию о ферментах, которые участвуют в детоксикации ароматических углеводородов. Знание таких биохимических механизмов детоксикации ксенобиотиков очень важно, так как в дальнейшем на основе них можно предложить и пути стимуляции этих процессов. Ученые уже внесли огромный вклад в развитие этой темы — им удалось установить, что D-глюкаровая кислота (сахарная кислота), которая содержится в некоторых фруктах, ускоряет реакции в сложном механизме детоксикации. Также и в наших силах сделать свой личный вклад по защите от ксенобиотиков не только своего организма, но и окружающей нас природы.

Таким образом, исходя из всего вышесказанного, сформулируем правила для защиты от ксенобиотиков:

1. Поддерживайте здоровье печени и регулярно проводите ее диагностику, так как это один из главных органов-фильтров от вредных веществ.

Вторым очень важным органом выделительной системы человека является кожа, и в народе есть такая поговорка: «Кожа – это вывернутая наизнанку печень». Исходя из этого, сформулируем следующее правило.

2. Не наносите на кожу ничего, что не рискнули бы положить в рот.
Естественно, это не касается согревающих и раздражающих мазей при радикулите. Здесь стоит вспомнить о том, что необходимо внимательно читать состав на коробочках. Производители часто идут на рекламных ход и пишут на упаковке слова «натуральный», «эко» и «био», но это совсем не обозначает, что в составе нет опасных парабенов или лаурет- и лаурилсульфатов. Если у вас нет аллергии, то можно заменить обычный крем для лица или тела на натуральные масла — кокосовое, оливковое, масло зародышей пшеницы, абрикосовое, миндальное. Можно постепенно перейти на натуральные шампуни для волос из хлеба, глины или кефира.

3. Минимизируйте свой контакт с пластиком в быту.

Кажется, что это правило в современных условиях выполнить очень сложно. Однако, каждый может носить с собой маленькую походную чашку, а не пользоваться одноразовыми пластиковыми стаканчиками. Кстати, одноразовые стаканчики в соприкосновении с горячей водой становятся еще более опасными. Можно брать с собой воду в стеклянной бутылке, а не покупать воду в пластиковых бутылках и не пользоваться кулером для воды. Готовую пищу лучше разогревать или хранить не в пластиковых контейнерах, а в стеклянной или керамической посуде.
Если вам необходимо пользоваться пластиковыми бутылками или контейнерами, например, детской посудой или бутылочками, то обратите внимание на значки на ее дне. Значки BPA, PC (поликарбонат), PVC (поливинилхлорид) говорят о том, что посуда содержит опасный бисфенол-А. Стоит отдать предпочтение полиэтилену — PE, причем он бывает двух видов — полиэтилен высокого давления (HDPE, PE-HD) и полиэтилен низкого давления (LDPE, PE-LD). Также более безопасны полипропилен (PP) и полистирол (PS).
Для приготовления используйте посуду из нержавеющей стали, чугуна, огнеупорной керамики, стекла, глины или дерева. Для здоровой кухни очень подходит такой процесс, как запекание в глиняных горшочках или формах.

4. Не пользуйтесь освежителями для воздуха в виде аэрозолей, а также парфюмерией, особенно если у вас есть маленькие дети. Как правило, все они содержат фталаты или полициклические ароматические вещества.

5. При выборе строительных материалов обращайте внимание на их запах. Если у материала есть характерный сильный запах, то скорее всего он токсичен. Особенно вредными являются материалы, содержащие поливинихлорид, фталаты и тяжелые металлы. Подробнее «Экология дома: как сделать дом безопасным?»

6. Регулярно проветривайте свое жилое помещение, желательно несколько раз в день.

7. Выбирайте моющие средства, в состав которых входят неионные ПАВ. Если в составе содержатся катионные или анионные ПАВ, то концентрация их не должна превышать 5%. Если есть возможность, то мойте посуду содой с лимонной кислотой.

8. Правильно утилизируйте мусор, особенно батарейки и аккумуляторы, так как в них содержится огромное количество тяжелых металлов, которые падают в почву и воду. Сдавать отработанные батарейки стоит только в специальные пункты приема, которые есть в крупных магазинах электроники.

9. Чтобы защититься от вредного воздействия пестицидов, тщательно мойте фрукты и овощи в воде с добавлением пищевой соды (1 столовая ложка), мыло при этом лучше не использовать, так как оно может вступить в реакцию с пестицидами. Картофель, морковь, свеклу сверху необходимо чистить щеткой перед варкой в очистках. Содержание пестицидов в овощах и фруктах можно уменьшить при их вымачивании в воде около двух часов.

10. Всегда снимайте верхний слой с листового салата, а с мясных продуктов срезайте жир, так как в нем накапливаются опасные ксенобиотики. Также стоит напомнить о грязной десятке овощей и фруктов, которые наиболее сильно подвержены проникновению пестицидов.

Будьте здоровы!

Мария Плетнёва

Защита организма от проникновения ксенобиотиков

Ксенобиотики – общее название всех чужеродных для организма веществ неживой природы. Система защиты, имеет 3 основных уровня:

1) барьерный – кожные покровы, особенности строения верхних дыхательных путей, избирательная проницаемость клеток эпителия, выстилающих внутреннюю поверхность путей организма;

2) ферментный – ферменты клеток различных тканей, ферменты пищеварительного тракта могут трансформировать проникшие в организм ксенобиотики в соединения типа органических оснований или органических кислот;

3) Транспортный – представлен специальными клетками различных тканей, имеющими в своей структуре белок переносчик. Он способен связываться с органическими основаниями или кислотами и переносить их внутрь клетки или из неё. По конвееру таких клеток трансформируемые ферментами ксенобиотики выносятся в кровь и присоединяются к эритроцитам. Эритроциты несут их в печень и там от них освобождаются.

Система защиты сформировалась в ходе биологической эволюции животных и человека за миллионы лет и высоко эффективна по отношению к природным ксенобиотикам. Развитие производства привело к накоплению и появлению в среде новых химических веществ, которые преодолевают барьеры организма. Многие, благодаря своим химическим свойствам, разрушают их, создавая условия для проникновения природных ксенобиотиков и открывая новые ворота для инфекций, что повышает возможности развития инфекций и аллергических заболеваний. Ферментная система организма ограничена наследственной информацией и поэтому в ее состав не входят ферменты, способные трансформировать большинство производственных ксенобиотиков. Транспортная система изначально способна к выведению из организма только определенных групп химических соединений и тесно связана с эффективностью ферментной системы. Поэтому многие современные ксенобиотики проникают во внутреннюю среду организма, не выводятся из него и накапливаются в определенных тканях, называемых депо (чаще всего жировая ткань). Проникновение ксенобиотиков в организм может привести к острому или хроническому отравлению, спровоцировать концерогенез, аллергию, повышать частоту мутаций.

12.7 Система контроля индивидуальности и целостности организма (Иммунная система)

Как известно, наследственная информация организма сводится к иформации о структуре его белков, т. е. все белки организма синтезируются на основе его индивидуальной информации. Система контроля индивидуальности и целостности организма называется иммунной системой. Реакции иммунной системы, направленные на распознавание, нейтрализацию и выведение из организма чужеродных белковых соединений, называются иммунитетом. Способность вызывать иммунные реакции при проникновении в организм называется иммуногенность. Иммуногенностью обладают только белки, их соединения и крупные углеводы. Однако при попадании в организм химического комплекса не иммуногенного вещества, например лекарственного препарата с белком, иммунная реакция тоже будет развиваться, причем продукты этой реакции будут взаимодействовать и со всем комплексом, и только с белком, и только с не иммунногенным веществом, входящим в комплекс. Т. е., если в силу случайных обстоятельств или неправильного применения лекарств образуется его комплекс с собственным или любым другим белком, то через некоторое время продукты иммунных реакций организма будут вырабатываться и при поступлении только лекарства. Таким образом, развивается иммунная (аллергическая) реакция на любые не иммуногенные вещества. Белковые соединения, вызывающие при проникновении в организм иммунные реакции и способные взаимодействовать с продуктами этих реакций, называются антигенами.

Иммунные реакции делят на 2 группы:

Неспецифические — это такие реакции, продукты которых постоянно вырабатываются в организме, постоянно присутствуют в нем и способны нейтрализовать большие группы возможных антигенов. В первую очередь к ним относят фагоциты — клетки иммунной системы, циркулирующие в крови или присутствующие в разных органах, способные поглощать частицы антигенов, переваривать их, расщепляя на безвредные вещества, выводимые из организма. К неспецифическим продуктам иммунной системы относится комплемент. Комплемент — это система ферментов в сыворотке крови, которая расщепляет чужеродные растворимые антигены. Возможности и фагоцитоза, и комплемента ограничены, т.к. они нейтрализуют только антигены, обладающие определенными общими свойствами. Например, наличие в химической структуре определенной химической группы. Антигены, не имеющие этих общих свойств, продуктами неспецифических реакций нейтрализоваться не будут.

Специфические иммунные реакции — это такие реакции, продукты которых вырабатываются только в ответ на проникновение антигена и могут взаимодействовать только с этим антигеном. Основным продуктом специфических иммунных реакций являются антитела (At) или иммуноглоблины (Ig). Иммуноглобулины – это белки сыворотки крови, вырабатываемые клетками иммунной системы в ответ на проникновение антигена, в молекуле которых есть участок, способный взаимодействовать только с этим антигеном. При взаимодействии иммуноглобулина с антигеном образуется комплекс – «антиген-антитело», который может:

а) прикрепляться к эритроцитам и вместе с ними, поступая в печень, затем выводиться из организма;

б) разрушаться фагоцитами или комплементом вне зависимости от исходных свойств антигена;

в) взаимодействовать со специализированными клетками организма, начинающими вырабатывать биологически активные вещества, угнетающие жизнедеятельность «паразитов».

В зависимости от формы нейтрализации антигена иммуноглобулины делят на классы: IgA, IgM, IgG, IgE. Главное отличие специфических иммунных реакций от всех других защитных реакций организма состоит в том, что генетически запрограммированы не определенные продукты, нейтрализующие определенные антигены, а способность вырабатывать антитела в ответ на проникновение любого антигена, способные нейтрализовать только этот антиген. Благодаря этому возможности специфических иммунных реакций безграничны и обеспечивают защитную реакцию против любого вероятного ифекционного агента. Однако, поскольку развиваются они только после проникновения антигена в организм и их развитие требует времени, возбудитель инфекции успевает размножаться в организме, разрушая его, что приводит к заболеванию. Иногда скорость размножения и разрушительное действие возбудителя успевают сделать организм не жизнеспособным до полного развития защитных реакций. Однако после выздоровления в организме остаются клетки «иммунологической памяти», которые при вторичном проникновении того же антигена приведут к очень быстрому накоплению необходимых антител, и заболевания может не быть вообще или оно будет проходить в легкой форме.

Иммунодефициты – нарушения в работе иммунной системы, приводящие к недостатку или полному отсутствию продуктов тех или иных иммунных реакций.

Первичные иммунодефициты – обусловлены наследственностью. К ним относят несколько редких наследственных заболеваний и физиологический иммунодефицит новорожденных. Так как к моменту рождения формирование иммунной системы не завершено, количество антител вырабатываемых в организме ребенка до 13 лет в 1000-10 раз меньше чем у взрослого.

Вторичные иммунодефициты – развиваются в результате взаимодействия организма со средой. Основные причины:

1) любая травма вызывает временный иммунодефицит пропорциональной тяжести травмы.

2) психотропные вещества подавляющие центральную нервную систему. Любая операция под общим наркозом вызывает иммунодефицит на 2,5 месяца.

3) недостаточное белковое питание или нарушение белкового обмена веществ.

4) любой стресс.

5) препараты, подавляющие паразитарные инфекции.

6) компоненты выбросов транспорта и производства подавляют иммунные реакции.

Широкое распространение всех перечисленных факторов в среде обитания современного человека привело тому, что, по данным ВОЗ до 80% населения Земли постоянно или периодически имеет ту или иную форму иммунодефицита, что и является главным фактором распространения ВИЧ-инфекции.

ВИЧ (вирус иммунодефицита человека) – единственная инфекция, которая не сопровождается иммунодефицитом, а вызывает его. ВИЧ инфицирует Т- лимфоциты – помощники (Th), главная роль которых в распознавании своих и чужих антигенов, без их сигнала антитела не начинают вырабатываться. После заражения клетки вирус непредсказуемо долго остается в ней малоактивным: не размножается и не разрушает зараженные клетки. Но такая клетка синтезирует некоторые вирусные белки, и, так как в этот период иммунная система работает еще нормально, эти вирусные белки распознаются как чужие антигены и на них вырабатываются антитела. По наличию в сыворотке крови антител и ставится диагноз на скрытое ВИЧ–носительство.

При активизации вируса зараженные клетки образуют множество новых вирусов. Они выходят из клетки, разрушая её, и тут же заражают и разрушает другие. Так как из-за массовой гибели Th иммунная система, перестает распознавать чужие антигены, прекращается выработка антител на все инфекции. Развивается СПИД, при котором человек заболевает множеством инфекционных заболеваний сразу, и его жизнь поддерживается только комплексом современных антибиотиков, сдерживающих размножение возбудителей.

Передача ВИЧ происходит половым путем или при попадании вируса в кровь. Однако проникновение вируса в кровь не всегда приводит к инфицированию. На 1999 год из 2003 человек (работников исследовательских учреждений, которым вирус в результате аварии гарантировано попадал в кровь), инфицированными оказались только 5 человек. Исследования показали, что инфицирование организма через кровь возможно в том случае, если иммунная система в состоянии иммунодефицита. Это объясняет высокий процент заражения половым путем, т.к. половые пути максимально изолированы от действия продуктов иммунных реакций. Большой % заражения в медицинских учреждениях объясняется тем, что стресс в результате болезни, оперативное вмешательство, различные препараты подавляют иммунную систему. Широкое распространение ВИЧ среди наркоманов также объясняется иммунодефицитом, вызванным постоянным потреблением наркотиков.

Ксенобиотики

Ксенобиотики(от греч.xenos– чужой, чужеродный;bios– жизнь) – это чужеродные для организма химические соединения, которые попадая в окружающую среду в значительных количествах, могут вызывать в живых организмах нару­шения биохимических и физиологических процессов, структурных компонентов на молекулярно-генетическом, клеточ­ном и организменном уровнях.

Воздействие ксенобиотиков может привести к снижению жизнеспособности, плодовито­сти и вызвать гибель живых организмов, популяций или сооб­ществ. К их числу отно­сятся

  • продукты хозяйственной деятельности человека (промышленность, сельское хозяйство, транспорт);

  • вещества бытовой химии (моющие средства, вещества для борьбы с паразитами, косметические средства);

  • многие лекарственные препараты.

Поступление их в окружаю­щую человека среду с каждым годом возрастает. При этом если раньше контакт с подобными соединениями был характерен для ограниченного контингента людей, связанных с оп­ределенным видом производственной деятельности, то в настоящее время все большие массы населения контактируют с ними за счет их распространения в быту. В зависимости от интенсивности и времени воздействия неблагоприятных факторов среды на организм формируются разные нарушения здоровья – от донозологических форм до тяжелых заболеваний (А.С. Володин с соавт., 2008).

Пути поступления ксенобиотиков в организм человека

Пути поступления ксенобиотиков в организм могут быть различ­ными: через легкие, кожу и пищеварительный тракт. Самый простой путь проникновения – через дыхательные пути, так как легкие обладают большой поверх­ностью всасывания легочных альвеол (100-150 м2), малой толщиной альвеолярных мембран, интенсивным током крови по легочным капиллярам и отсутствием условий для значительного депонирования токсинов. Всасывание летучих соединений начинается уже в верхних дыхательных путях, но наиболее полно осуществляется в легких. Происходит оно по закону диффузии в соответствии с градиентом концентрации. Так поступают в организм многие летучие неэлектролиты: углеводороды, спирты, эфиры и другие соединения. Через легкие в организм могут попадать и быстро всасываться в кровь газы, пары, аэрозоли. Легкие постоянно подвергаются воздействию таких факторов, как сигаретный дым, озон, диоксид азота и другие летучие токсичные вещества.

Проникновение веществ через кожу осуществляется через эпидермис, сальные и потовые железы и через волосяные фолликулы. Через кожу хорошо проникают низкомолекулярные и липофильные соединения. Скорость и возможность проникновения ксенобиотиков через кожу зависят от состояния кожного покрова: повреждение рогового слоя и жировой смазки кожи приводит к увеличению всасывания.

Всасывание многих веществ происхо­дит через слизистую оболочку полости рта путем простой диффу­зии и оттуда, минуя печеночный барьер, в кровеносную систему. Жирорастворимые соединения достаточно легко проникают через слизистую оболочку желудка в кровь. На протяжении желудочно-кишечного тракта существующие градиенты pHопределяют скорость всасывания токсических веществ. На их всасывание также влияет кровоснабжение стенки желудка и кишечника, моторика желудочно-кишечного тракта. Из пустого желудка вещества всасываются лучше, чем из наполненного. Если ксенобиотик поступает в желудок с пищей, то возможно взаимодействие с ее компонентами: растворение в жирах и воде, абсорбция белками и т.д., что уменьшает их контакт со слизистой.

Некоторые ксенобиотики всасываются через слизистую оболочку желудочно-кишечного тракта путем пассивной диффузии неионизированных жирорастворимых молекул через мембрану клеток. Поэтому их всасывание после еды уменьшается за счет увеличения степени ионизации молекул. Другие соединения всасываются путем активного транспорта с помощью транспортных систем клеточных мембран. Если пища содержит компоненты также всасывающиеся путем активного транспорта (рибофлавин, аскорбиновую кислоту, препараты железа, мясной, растительный и молочный белок), то возникает конкуренция между элементами пищи и ксенобиотиками. Наибольшая скорость всасывания отмечена в тонкой кишке, наименьшая – в толстой. Причиной этого является меньшая площадь поверхности слизистой оболочки этого отдела, и, как правило, более низкая концентрация ксенобиотиков в сравнении с вышележащими отделами.

Влияние пищевых продуктов на всасывание ксенобиотиков:

  • молоко и молочные продукты на 20-80% снижают всасывание тетрациклиновых антибиотиков;

  • молоко увеличивает скорость всасывания нестероидных противовоспалительных средств (бутадион, вольтарен, индометацин и других), препаратов гормонов коры надпочечников (преднизолон, дексаметазон и других);

  • алкогольные напитки, раздражая слизистую желудка, стимулируют секрецию соляной кислоты, задерживают эвакуацию содержимого желудка, что может облегчать всасывание ксенобиотиков и повышать их токсичность.

Для уменьшения негативного влияния токсических веществ на слизистую желудка утром на завтрак полезно употреблять овсяную или рисовую крупу, которая при отваривании образует большое количество слизистого отвара. Кроме этого слизистый отвар образуют корень лопуха, ятрышник и другие диетические легкие каши, являясь эффективным средством защиты слизистой желудка от раздражающего действия токсических веществ.

После всасывания из желудочно-кишечного тракта, через кожу или легкие чужеродные соединения и их метаболиты могут проходить через барьерные ткани, например, гематоэнцефалический барьер и плаценту. Гематоэнцефалический барьер на уровнях «кровь – мозг» и «кровь – спинномозговая жидкость» – это типичные липопротеиновые мембраны, и чужеродные молекулы преодолевают их также путем простой диффузии, со скоростью, пропор­циональной растворимости в липидах. Плацента состоит из активно метаболизирующей ткани, образует сложный барьер между кровообращением матери и плода. Проходя через него, сложные соединения могут далее превращаться в различные мета­болиты или накапливаться.

Поступление ксенобиотиков в организм обусловлено, с одной стороны, с их собственными свойствами (способностью образовывать прочные связи с мембраной, характером этих связей, обеспечивающих длительность удерживания на белково-липидном комплексе, способностью конкурировать с обычными метаболита­ми), с другой – свойствами самого организма, определяющими из которых являются:

  • состояние иммунной системы;

  • половые различия;

  • возраст;

  • генетически обусловленная активность ферментов;

  • наличие соматических заболеваний и другие.

Многие ксенобиотики жирора­створимы (особенно пестициды), поэтому могут накапливаться в жировых депо. Другие (соли тяжелых металлов, тетрациклиновые антибиотики) – остеотропны, поэтому накапливаются в костях. Чужеродные соединения могут также связываться с белками (и в таком состоянии не могут выводиться через мембраны) и нуклеино­выми кислотами (некоторые антибиотики), приводя к мутациям.

Метаболизм ксенобиотиков

Превращение и накопление ксенобиотиков в организме чело­века представлено на рисунке 8. Несмотря на многообразие ксенобиотиков, механизм их воздействия на клеточном уровне одинаков. Прежде всего, они оказывают мутагенный или генотоксический эффект, в результате которого в организме человека возникают мутации в половых и соматических клетках, приводящие к развитию наследственных болезней, либо соматических заболеваний, которые не наследуются.

Ферментопатический эффект ксенобиотиков связан с повреждением ферментов тканевого дыхания, биоэнергетики, детоксикации и антиоксидантной защиты, что приводит к развитию патологических реакций.

В основе мембранопатологического действия лежит повреждение мембранных рецепторов нейромедиаторов, гормонов и других сигнальных молекул межклеточного взаимодействия, нарушение структуры мембран клеток, митохондрий и лизосом.

При метаболических нарушениях ксенобиотики связываются с клеточными рецепторами, медиаторами, гормонами, что приводит к снижению синтеза белков, нарушению окислительно-восстановительных процессов и метаболизма жирных или аминокислот.

Многие ксенобиотики могут вызывать иммунологическую сенсибилизацию организма и делать его более чувствительным к другим веществам, становиться причиной разнообразных аллергических состояний.

Рис.8. Превращение и накопление ксенобиотиков в организме человека (В.В. Маркина, 2006)

При поступлении небольших количеств ксенобиотиков в орга­низм их детоксикация осуществляется обычными путями – с по­мощью ферментативных и неферментативных превращений. Веду­щую роль в ферментативных превращениях играют две фазы детоксикации:

I фаза детоксикациипроисходит как окисление (реже восстановление) молекул ксенобиотиков, либо путем их гидролиза (фермен­ты локализуются в гладкой эндоплазматической сети печени) и осуществляется ферментами семейства цитохромаP-450. В ходе этой фазы возможно образование как биологически неактивных метаболитов, так и химически реактивных электрофильных соединений, бо­лее токсичных и даже обладающих канцерогенным действием (Д.В. Парк, 1973). Вступая в ковалентные связи с белками, нуклеиновыми кислотами и другими структурами, они могут оказывать также цитотоксическое и мутагенное действие.

Интенсивность метаболизма ксенобиотиков – субстратов изофермента цитохрома P-450 выше у женщин, чем у мужчин (Hunt C.M. et al., 1992; Harris R.Z. et al., 2003).

Таким образом, активация ферментов I фазы детоксикации

  • не всегда связана с уменьшением действия токсического эффекта на организм.

  • превращение молекул в I фазе биотрансформации усиливает их полярность и уменьшает способность растворяться в липидах, что способствует выделению уже на этом этапе некоторых ксенобиотиков с мочой.

Витамины и минералы оказывают существенное влияние на функционирование цитохрома P-450. Дефицит витаминов A, E, C, PP, B2, фолиевой кислоты приводит к снижению активности цитохром-P-450-зависимой системы и, следовательно, к снижению детоксицирующей функции тканей и органов, прежде всего печени. Важным фактором, снижающим активность цитохрома P-450, является голодание. У лиц пожилого и старческого возраста биотрансформация ксенобиотиков значительно угнетена. Это связано, прежде всего, с уменьшением массы печени на 17-35% и снижением печеночного кровотока на 21-50% Содержание цитохрома P-450 и его активность также снижается при развитии бактериальных и вирусных инфекций.

Для поддержания активности I фазы метаболизма ксенобиотиков имеет значение содержания в организме железа, магния, цистеина. Существует целая группа биологически активных веществ продуктов питания, индуцирующих активность цитохрома P-450, которые следует употреблять в пищу: изоцианаты и индолы (капуста, репа, брюква, редька, хрен); сульфиды, ди-, полисульфиды (чеснок, лук); катехины (чай, кофе, красное вино); биофлавоноиды (фрукты, овощи); терпеноиды (специи, фрукты, овощи). Важную роль в индуцировании цитохрома P-450 играют пряности и травы (лавр, розмарин, хмель, зверобой). Необходимо употреблять белковую пищу, содержащую глутатион, глицин (Т.Л. Пилат, Л.П. Кузьмина, Н.И. Измерова, 2012).

II фаза метаболизма – конъюгирование (ферменты локализуются в шероховатой эндоплазматической сети). Основной функцией ферментов этой фазы является повышение гидрофильности соединений. Наиболее значимые ферменты относятся к классу трансфераз (глутатионтрансферазы, УДФ-глюкуронилтранферазы, ацетилтранферазы и другие). Повышение их активности защищает организм от химических канцерогенов и токсического воздействия электрофильных метаболитов.

Детоксикация имеет место и в нормальных условиях, но играет подчиненную роль. В случае проникновения в организм большого количества ксенобиотиков этих детоксикационных процессов ока­зывается недостаточно. Системы детоксикации в таком случае должны в короткие сроки перестроиться для включения ком­пенсационных механизмов. Особое значение приобретает при этом не только активация энергетических систем, но и усиленная экспрессия генов в сторону избирательного синтеза тех изоформ фер­ментов, которые соответствуют структуре ксенобиотиков. Большое значение имеет и осуществление принципа дублирования функций. Он может проявляться по-разному:

  • в способности эндогенных конъюгирующих веществ взаимно заменять друг друга. В частности, такие вещества, как фенол и аце­тон, метаболиты нафталина, могут вступать в реакции конъюгации с глюкуронидами, сульфитами, глютатионом, а толуол и ксилол, помимо перечисленных агентов, еще и с глицином. Реакции конъюгации обычно локализуются на эндоплазматической сети, а также в цитоплазме, митохондриях и лизосомах, т.е. внутриклеточное рас­пределение этой функции при необходимости может меняться и расширяться. Так, конъюгация с глютатионом возможна и на эндоплазматической сети, и в цитоплазме, а метилирование еще и в лизосомах (Д.С. Саркисов, 1987);

  • при детоксикации водорастворимых ксенобиотиков, не вступа­ющих в реакции конъюгации. Это достигается наличием несколь­ких путей биотрансформации. В нормальных условиях может использоваться основной путь, а в экстремальных – включаться дополнительные пути.

Во II фазе метаболизма ксенобиотиков важная роль принадлежит активации антирадикальной и антиперекисной защиты организма. В процессе биотрансформации ксенобиотиков образуются супероксидные анионы, перекись водорода, органические перекиси и т.д., которые обусловливают побочное действие ксенобиотиков (от нарушения проницаемости мембран до гибели клеток). Устранение этих эффектов производится системой антиоксидантов (соединений, предотвращающих образование свободных радикалов или обрывающих цепи свободнорадикального окисления). Ведущую роль в ней играют ферменты супероксиддисмутаза, каталаза и другие. Имеются и неферментативные антиоксидантные системы. Это липидорастворимые соединения: витамины А, Е, С, аминокислоты (цистеин, метионин, аргинин, гистидин), мочевая кислота, глютатион. Основным источником антиоксидантов в организме является пища.

В организме взрослого человека различным ток­сическим воздействиям противопоставлены системы детоксикации в виде групп ферментов, активность которых в наибольшей степени выражена на уровне барьерных тканей. Однако в разные периоды онтоге­неза активность этих ферментов различна. Так эмбрион и плод практически лишены собственной ак­тивности ферментов детоксикации – группа цитохрома Р-450. Лишь к моменту рождения их активность достигает половины от взрослого уров­ня, а полная активность осуществляется не раньше, чем через 2 месяца после рождения. Поэтому любые ксенобиотики, попадающие в организм плода трансплацентарно (все вещества, имеющие молекулярную массу меньше 1000), могут подвергаться детоксика­ции только за счет ферментов матери, у которой их активность снижена из-за высокого уровня эстроге­нов. Опасность многих ксенобиотиков состоит ещё и в том, что они могут искажать синтез ферментов. Так, вместо цитохрома Р-450 может синтезироваться фермент цитохром Р-448, усиливающий синтез веществ, обладающих выраженными мутагенными и канцерогенными свойствами.

Пути выведения ксенобиотиков из организма человека представлены на рисунке 9.

Рис.9. Пути выведения ксенобиотиков из организма человека (В.В. Маркина, 2006)

Выведение токсических веществ и их метаболитов из организма происходит в основном через кишечник и почки. Через кишечник удаляются вещества не всосавшиеся в кровь при алиментарном поступлении, выделенные из печени с желчью и поступившие в кишечник через его стенки. При этом ведущее значение имеет выделительная функция печени. В печени метаболизируется около ⅔ всех поступающих в организм ксенобиотиков. Метаболизм ксенобиотиков способствует превращению жирорастроримых веществ в водорастворимые, способные к выведению из организма. Через почки выводятся растворимые в воде соединения, в том числе те, которые стали растворимыми в процессе своей биотрансформации.

Степень влияния ксенобиотиков на человеческий организм находится в тесной взаимосвязи с такими факторами окружающей среды, как температура и влажность воздуха, шум, вибрация, различного рода излучения и многое другое. Такое воздействие называется сочетанным. При сочетанном воздействии нескольких химических факторов могут наблюдаться ряд эффектов:

  • независимое действие веществ;

  • взаимное ослабление;

  • взаимное усиление (синергизм).

Так, при одновременном воздействии вредных веществ и высокой температуры возможно усиление токсического эффекта за счет ускорения многих биохимических процессов, изменения тер­морегуляции, потери воды при усиленном потоотделении. Учащение дыхания и усиление кровообращения при этом ведут к увеличению посту­пления ксенобиотиков в организм через органы дыхания. Расширение сосудов кожи и слизистых повышает скорость всасывания токсичных веществ через кожу и дыхательные пути. Кроме того, высокая температура воздуха увеличива­ет летучесть различных вредных веществ и тем самым повышает их концентра­ции в воздухе.

При повышенной влажности воздуха возможно изменение агрегатного состояния некоторых ксенобиотиков: растворе­ние газов и образование мельчайших капелек кислот и щелочей, что способствуют возрастанию раздражающего действия.

Повышенное атмосферное давление усиливает действие на организм неблагоприятных факторов окружающей среды, так как происходит усиленное поступления вредного вещества в организм в связи с ростом парциального давления газов и паров в альвеолярном воздухе и ускоренным переходом их в кровь; а также вследствие изменения многих физиологических функций, в первую очередь, дыхания, кровообращения, состояния центральной нервной системы и ана­лизаторов.

Шум может усиливать токсическое действие ок­сида углерода, стирола, нефтяных газов, аэрозоля борной кисло­ты. Совместное воздействие оксидов азота, формальдегида и городского шума вызывало у детей более выраженный негативный эффект по ряду физиологи­ческих показателей.

Кремниевые пыли, оксид углерода и некоторые другие вещества оказывают более выраженный эффект при совместном с вибрацией воздействии.

Совместное действие диоксида серы, оксида углерода и электромагнитных полей уменьшает систолический объем кровообращения; сернистого газа, окисей углерода и азота вместе с электромагнитным полем ухудшает функ­цию внешнего дыхания; окись углерода и электромагнитное поле так же, как сероуглерод и шум, способствуют увеличению числа людей с пониженной работоспособностью.

Установлено, что гипоксия независимо от механизма ее развития является сильнейшим раздражителем нейрогуморальных регулирующих систем, включающих мобилизацию энергетических и структурных ресурсов организма, в частности, внутриклеточного энергетического аппарата, системы транспорта кислорода, ускорение диссоциации оксигемоглобина и др. (Пилат Т.Л., Кузьмина Л.П., Измерова Н.И., 2012).

Однако при длительном дефиците кислорода компенсаторные механизмы истощаются и включается ряд патогенных факторов гипоксии, и прежде всего гиперактивация перекисного окисления липидов, изменение работы системы транспорта Са2+ с накоплением его в цитоплазме клетки, дефицит АТФ (Хватова Е.М., 1975; Меерсон Ф.З., Абрикалиев Н.И., 1981; Безрукавникова Л.М., Гончаров И.А., 1990).

Применение наночастиц в медицине и их влияние на организм человека

Впервые термин «нанотехнология» применил Норио Танигучи, инженер из Токийского университета, в 1974 г. в статье, которая посвящалась обработке материалов. Сегодня нанотехнологии являются одной из наиболее интенсивно развивающихся областей науки и занимают лидирующие позиции в химии, биологии и медицине. Наиболее активные научные исследования в этом направлении проводятся в США и Японии. Начинают использование нанотехнологий и в России.

Под наномедициной на сегодняшний день понимают применение нанотехнологий в диагностике и лечении заболеваний. Развитие этой отрасли тесно связано с интенсивным развитием геномики и протеомики.

Наночастицы (от греческого nanos – «карлик»), величина которых составляет от долей нанометра до сотен нанометров, применяются для молекулярной диагностики различных заболеваний, направленной доставки лекарственных препаратов и генетических конструкций в поврежденные ткани, а также избирательного уничтожения патологических тканевых образований и даже отдельных измененных клеток.

Известно, что в зависимости от размера наночастицы способны приобретать разные функции. Это связано с тем, что при переходе от микро- к наноразмерам у большинства материалов появляются новые химические свойства. Уникальная особенность наночастиц состоит в их крайне развитой (по сравнению с традиционными материалами) поверхности, высокой химической реакционной способности и каталитической активности, легком перемещении в потоке воздуха или жидкости и т.д.).

Под «нанолекарствами» понимают наноразмерный (1-100 нм) переносчик, содержащий инкапсулированное, диспергированное, адсорбированное или конъюгированное лекарственное вещество (Коо et al., 2005). Такая система позволяет преодолеть проблемы, связанные с низкой растворимостью и всасываемостью медицинских препаратов.

Основные классы наночастиц и особенности их использования в биологии и медицине (Е. В. Шляхто, 2009) представлены в таблице 7:

Таблица 7.

>Что такое ксенобиотики и чем они опасны?

Ксена, ксенобиотики и все-все-все

Многим из нас с детства знаком сериал о непобедимой воительнице, принцессе Ксене (Зене), которая сражается с силами зла. А знаете ли вы, что «Ксена» в переводе с греческого языка означает «чужая»?

Помимо воинствующей принцессы такое же имя носит семейство вредных, чужеродных организму веществ.

Знакомьтесь — ксенобиотики!

Ксенобиотики — это антибиотики, пестициды, гербициды, синтетические красители, моющие вещества, гормоны и другие химические соединения. Они содержатся в грунте, воде, продуктах, воздухе. Эти чуждые для нашего организма вещества, попадая в организм, подрывают иммунитет и становятся причиной отравлений и аллергических реакций. К большому сожалению, полностью отгородиться от их вредного влияния сегодня попросту нереально.

Ксенобиотики вызывают нарушение работы многих органов, и, как следствие, становятся причиной болезней органов пищеварения, дыхания, сердечно-сосудистой системы, почек. При длительном влиянии на человека ксенобиотики становятся причиной злокачественных опухолей.

Матушка-природа предусмотрела механизмы защиты от чужаков. Они уничтожаются клетками иммунной системы, печени, существуют даже клеточные барьеры для различных токсических веществ.

А человечество, придумавшее эти ксенобиотики, придумало и кишечные сорбенты (Энтеросгель). Благодаря энтеросорбентам «вредные» молекулы поглощаются и выводятся из организма, обеспечивая полноценную работу печени, предохраняя клетки от вредных факторов воздействия.

Для того, чтобы защита была крепкой, организму нужны помощники — питательные вещества. Кто же это может быть?

Витамины

Витамины защищают иммунные клетки от повреждений.

Основные источники витаминов: овощи, фрукты, злаковые, морская капуста, зелёный чай.

Минералы

За иммунитет отвечают микроэлементы: селен, магний и цинк.

Эти минералы содержатся в злаковых, бобовых, в морепродуктах, в печени, яйцах.

Холестерин и фосфолипиды

Эти вещества — «кирпичики» для клеточных мембран, в частности — клеток печени. Достаточное поступление этих фосфолипидов с пищей обеспечивает «стойкость» печёночных клеток к «чужакам». Жирные кислоты, холин, «хороший» холестерин содержатся в морской рыбе, орехах, желтках, семенах льна.

Белки

Работа печени напрямую связана с тем, что мы ежедневно едим. При недостаточном употреблении белковой пищи активность работы печени снижается.

Где организму взять необходимые белки?

В орехах, зелени, бобовых, яйцах, мясе домашней птицы, в речной и морской рыбе, нежирном сыре, молоке.

Клетчатка

Начиная борьбу с ксенобиотиками, нельзя забывать и о пользе пищевых волокон. Они, как и Энтеросгель, удерживают на своей поверхности большое количество токсинов и канцерогенов.

Пищевыми волокнами (клетчаткой) богаты фруктовые и овощные пюре, мармелад, овсяные и пшеничные отруби, морская капуста.

Фитонциды

Всем известна польза фитонцидов. О них всегда много говорят в период борьбы с гриппом и другими вирусными инфекциями. Больше всего фитонцидов в луке и чесноке. Богаты фитонцидами:

  • Морковь, хрен, томат, болгарский перец, яблоки «Антоновка», цитрусовые.

  • Ягоды: черника, ежевика, кизил, калина;

  • Имбирь, куркума.

Вредные продукты: список

Немалая часть ксенобиотиков попадает в организм «благодаря» нашим кулинарным пристрастиям. Для того чтобы не подвергать себя неоправданному риску, давайте откажемся от вредной пищи!

Итак, в «чёрном» списке:

  • сосиски, колбасы, копчёности;

  • маргарин, майонез, уксус;

  • продукты, содержащие большое количество глутамата натрия и соли;

  • кондитерские изделия и сладкие газированные напитки;

  • продукты, содержащие консерванты и красители.

Значит ли это, что их стоит исключить из рациона? Здоровье ваше, так что «думайте сами, решайте сами!»

К сожалению, продуктов из «расстрельного» списка избежать удаётся не всегда — именно для таких случаев существует энтеросорбент №1 — Энтеросгель! Этот препарат, созданный по заказу Министерства Обороны СССР, помогает эффективно и безопасно для здоровья бороться с отравлениями, аллергией, похмельем, вредными пищевыми добавками и даже выводит радионуклиды.

Будьте здоровы!

>Биотрансформация ксенобиотиков

К.Е. БЕЗУХ,
учитель биологии, экологии, валеологии с.ш. № 43,
г. Ярославль

Урок экологии в 9-м классе (2 ч)

Цели урока: дать первоначальные представления о ксенобиотиках и их воздействии на организм человека; рассмотреть различные механизмы защиты организма от ксенобиотиков; способствовать развитию интереса школьников к своему здоровью и образу жизни; показать практическую значимость изучаемого вопроса; отработать умение устанавливать причинно-следственные связи и коллажировать информацию.

Оборудование: тексты «Организм защищается от загрязнений», «Новое дело доктора Квика».

ХОД УРОКА

1. Вводное слово учителя

Человек живет в окружении разнообразных веществ. Химическая деятельность человека вышла на уровень биосферных процессов. Более 7 млн веществ успел создать человек за всю историю цивилизации. Каждое из новых химических соединений способно стать причиной отравления (химической болезни).

Отравляющие вещества разделяют на две группы.

Антропогенные:

– лекарства;
– товары бытовой химии (клеи, красители, стиральные порошки, отбеливатели, инсектициды);
– промышленные яды;
– вредные газы.

Природные:

– бактериальные и грибковые токсины;
– растительные алкалоиды;
– гликозиды;
– хиноны;
– теннины;
– яды животных.

В России регистрируется более 1 млн отравлений в год, около 50 тыс. человек при этом не удается спасти. Тенденция к росту этих показателей сохраняется не только у нас в стране, но и во всем мире.

Причины острых отравлений (% от общего числа госпитализированных):

– лекарства (60%);
– прижигающие яды (12%);
– алкоголь и его суррогаты (11%);
– производственные отравления (2%);
– фосфорорганические инсектициды (3%);
– прочее (12%).

Как ни удивительно, но ученые в полной мере осо-знали значение постоянного присутствия чужеродных веществ в организме человека совсем недавно, в 1950-е гг. Тогда же было дано и определение этому понятию: «Чужеродное вещество (соединение) – это вещество, которое данный организм не может использовать ни для производства энергии, ни для построения каких-либо своих частей». В последнее десятилетие в литературе как синоним понятия «чужеродное вещество» все шире употребляется термин «ксенобиотик» (от греч. xenos – чужой, bios – жизнь).

Ученые обнаружили, что в организме животных и человека имеются различные механизмы защиты от ксенобиотиков. Каковы же эти механизмы?

(На доске или на листках бумаги записываются все ответы, предлагаемые школьниками, – составляется так называемый кластер (ни одна идея не отвергается). Если записи велись на листках, необходимо предусмотреть время для их зачитывания вслух.)

2. Изучение нового материала – работа с текстом «Организм защищается от загрязнений»

В настоящее время ученым удалось раскрыть некоторые механизмы защиты организма человека и животных от ксенобиотиков.

1. Барьеры, стоящие на страже внутренней среды организма: кожа, эпителий, выстилающий внутреннюю поверхность желудочно-кишечного тракта и дыхательных путей. Образованы эти барьеры одно- или многослойными пластами клеток. Как известно, каждая клетка окружена тончайшей пленкой – белково-липидной мембраной, почти непроницаемой для растворенных в воде веществ. Тем более трудно, а то и невозможно этим веществам преодолеть один или несколько слоев клеток. Однако вещества, хорошо растворимые в липидах, естественно, могут преодолеть такой барьер.
Если все же ксенобиотики проникли в кровь, то в наиболее важных органах – ЦНС, некоторых железах внутренней секреции – его встретят так называемые гистогематические барьеры (от греч. слов histos – ткань, паутина и haima – кровь), расположенные между тканью и кровью. К сожалению, и гистогематический барьер не всегда бывает непреодолимым для ксенобиотиков – ведь снотворные и некоторые другие лекарства действуют на нервные клетки, значит барьер они преодолевают!
Более того, некоторые ксенобиотики могут повреждать клетки, образующие гистогематические барьеры, и те становятся легко проницаемыми. Это очень опасно, т.к. лишенные защиты половые или нервные клетки сначала «болеют», а затем могут и погибнуть. Так, одной из причин бесплодия у мужчин является нарушение гистогематического барьера в семеннике.

2. Транспортные системы, выводящие ксенобиотики из крови, обнаружены во многих органах млекопитающих, в том числе и человека. Наиболее мощные находятся в клетках печени и почечных канальцев. Общий принцип работы систем выведения одинаков: «транспортные» клетки образуют слой (пласт), одна сторона которого граничит с внутренней средой, а другая – с внешней; липидная мембрана клеток этого слоя не пропускает водорастворимые ксенобиотики, но в этой мембране имеется специальный белок-переносчик, который опознает подлежащее удалению вещество, образует с ним транспортный комплекс и проводит через липидный слой из внутренней среды в одну из клеток пласта. Затем другой переносчик выводит нежелательного гостя из клетки во внешнюю среду. Опыты показали, что основная масса чужеродных веществ выводится всего двумя системами: одна из них выводит органические кислоты, другая – органические основания. При высокой концентрации ксенобиотиков в крови все молекулы переносчика в мембране будут заняты, и процесс переноса, достигнув определенной скорости, ею и ограничиться. Некоторые загрязнители, как и в случае с гистогематическими барьерами, могут повреждать и даже убивать «транспортные» клетки.

3. Ферментные системы превращают ксенобиотики в менее ядовитые и легче поддающиеся выведению соединения. Для этого используются ферменты, катализирующие разрыв какой-либо химической связи в молекуле ксенобиотика или соединение ее с молекулой другого вещества. Чаще всего в итоге получается органическая кислота, которая легко удаляется из организма. Наиболее мощные ферментные системы находятся в клетках печени – ведь кровь, оттекающая от кишечника, со всеми попавшими в нее питательными веществами и ксенобиотиками, поступает в печень, и клетки этого органа должны перехватить «чужаков», не дать им возможности прорваться в общий кровоток.

4. Депо ксенобиотиков – место избирательного накапливания некоторых из них в определенных тканях, где они могут длительное время сохраняться. В этих случаях говорят о депонировании ксенобиотика. Так хлоруглеводороды, предназначенные для борьбы с вредителями полей, хорошо растворимы в жирах и избирательно накапливаются в жировой ткани животных и человека, где в силу своей стойкости могут сохраняться очень долго.

(Прочитав текст, учащиеся должны заполнить таблицу.)

После заполнения таблицы проводится обсуждение внесенных данных (если работа велась по группам, текст таблицы зачитывает представитель группы), уточнение, исправление неточностей.

3. Применение полученных знаний – логическая задача «Новое дело доктора Квика»

Учитель зачитывает текст логической задачи и последовательно выписывает на доске всех действующих лиц. Учащиеся должны догадаться, кто эти роли может исполнять в организме, и записать исполнителей в правом столбце. Запись на доске должна выглядеть следующим образом.

Действующие лица и исполнители:

Банк – организм человека.
Грабитель – ксенобиотик.
Кассир – кровь (лимфа).
Мешок с деньгами – клетки организма.
Охранник – кожа (система барьеров).
Пистолет грабителя – яд (или другое вещество) ксенобиотика.
Доктор Квик – печень.

Доктор Квик – профессор криминалистики. Он уже на пенсии, но преподает в университете, а в свободное время консультирует полицейских и частных сыщиков. Все удивляются его умению быстро раскрывать многие, даже самые запутанные, преступления.

Когда доктор Квик подходил к банку, он увидел, как подъехала машина и остановилась рядом с оградой. Из автомобиля вышел водитель и, не запирая дверцу, направился к банку. Он шел, озираясь по сторонам. На нем был коричневый жилет, под ним – голубая рубашка с расстегнутым воротом. Рубашка торчала снизу из-под жилета. Правую руку незнакомец держал в кармане мешковатых штанов, а в левой у него был клочок бумаги. Довершала наряд зеленая бейсбольная кепка с длинным козырьком. Заходя в банк, водитель низко опустил голову. Доктор Квик зашел следом и стал наблюдать за этим человеком. Тот оглядывался по сторонам, ожидая кассиршу. Квик заметил растерянность на лице кассирши, и, когда она протянула посетителю большой мешок с деньгами, доктор сделал знак охраннику и выхватил пистолет.

Когда грабитель повернулся, на него смотрели дула двух пистолетов. Выронив мешок с деньгами, бедолага медленно достал из кармана свой пистолет и бросил его на пол.

4. Закрепление информации (коллажирование)

Проводится индивидуально, в парах или по группам. На данном этапе суммируется вся полученная информация, исправляется первоначальный кластер (все лишние детали стираются с доски или зачеркиваются на листках).

В качестве вывода составляется схема, поясняющая поступление, преобразование (биотрансформацию) и выведение ксенобиотиков из организма человека. (Данный этап работы может быть преобразован в домашнее задание.)

Схема (в упрощенном виде) может выглядеть следующим образом:

5. Домашнее задание.

Если успели на занятии проследить все 4 этапа, то в качестве домашнего задания можно дать следующее: пользуясь таблицей и схемой, определить возможные методы детоксикации ксенобиотиков (освобождения организма от яда).

Повышение оригинальности

Министерство образования и науки Российской Федерации
Государственное общеобразовательное учреждение высшего профессионального образования
«Южно – Уральский Государственный Университет»
Кафедра «Экология и природопользование»
Реферат
Ксенобиотики и защитные возможности организмов

                Руководитель
                ________________________________(Ф.И.О.)
                Автор реферата
                Студент группы Хим – 214
                Голованова Алина Александровна
                Работа защищена с оценкой
                _____________________________________
                __________________________________2011 г.

Аннотация

          Голованова А. А. Ксенобиотики и защитные возможности живых организмов.- Челябинск: ЮУрГУ, Хим – 214, 22 с.., 4 рис., 1 табл., библиогр. список –17 наим.

Реферат написан с целью изучения воздействия ксенобиотиков на живые организмы с помощью литературных источников.
В данной работе поставлены задачи:

      изучить литературу, посвящённую данной области;
      рассмотреть классификацию ксенобиотиков;
      рассмотреть воздействия ксенобиотиков на живые организмы, выявить возможные последствия;
      описать защитные возможности живых организмов от различных загрязнителей;
      осветить пути решения данной проблемы;

Оглавление
Введение 4
1. Понятие «ксенобиотики», их классификация 5
1.1. Загрязнения химическими элементами 6
1.2. Загрязнение радионуклидами 9
1.3. Загрязнение веществами, применяемыми в растениеводстве 9
и животноводстве 9
1.4. Полициклические ароматические и хлорсодержащие углеводороды, диоксины и диоксиноподобные соединения 11
1.5. Метаболиты микроорганизмов 13
2. Механизмы защиты организмов от ксенобиотиков 14
3. Пути решения проблемы 19
Заключение 22
Библиографический список 23

Введение

Данная работа посвящена изучению ксенобиотиков и защитных свойств организмов. В современном мире каждый живой организм подвергается значительным воздействиям различных загрязнителей, так как с развитием химической промышленности в биосферу стало поступать более тысячи различных ксенобиотиков. Известно, что соединения, вносимые человеком в окружающую среду в последнее время помимо того, что очень токсичны, ещё и устойчивы в среде, что представляет опасность для человека и животных, так как нагрузка на естественные процессы самоочищения биосферы является избыточной, и параллельно с деструкцией загрязнений идёт их постепенное накопление в окружающей среде. Они могут вызвать аллергические реакции, гибель организмов, изменить наследственные признаки, снизить иммунитет, нарушить обмен веществ, нарушить ход процессов в естественных экосистемах вплоть до уровня биосферы в целом. Изучение превращений ксенобиотиков путём детоксикации и деградации в живых организмах и во внешней среде важно для организации санитарно-гигиенических мероприятий по охране природы. Изучение влияния ксенобиотиков на иммунную систему дает возможность предупредить вредноносное действие этих веществ на организм или ликвидировать его последствия, вернув иммунитет человека в норму. Специальные исследования показали, что причиной уменьшения численности диких животных и рыб стало длительное воздействие загрязнителей, вызывающее репродуктивные эффекты, проявляющиеся снижением или прекращением воспроизводства. Наши пищевые цепи непосредственно связаны с животными и растениями, поэтому решение данной проблемы имеет огромное практическое значение.

1. Понятие «ксенобиотики», их классификация

Чужеродные вещества, поступающие в человеческий организм с пищевыми продуктами и имеющие высокую токсичность, называют ксенобиотиками, или загрязнителями. «Под токсичностью веществ понимается их способность наносить вред живому организму. Любое химическое соединение может быть токсичным. По мнению токсикологов, химические вещества безвредны при предлагаемом способе их применения. Решающую роль при этом играют: доза (количество вещества, поступающего в организм в сутки); длительность потребления; режим поступления; пути поступления химических веществ в организм человека». Нечаев А.П. Пищевые добавки: Учеб. / А.П. Нечаев, А.А. Кочеткова, А.Н. Зайцев. — М.: Колос; Колос-Пресс, 2002. — С. 15.
При оценке безопасности пищевой продукции базисными регламентами являются предельно допустимая концентрация (далее ПДК), допустимая суточная доза (далее ДСД), допустимое суточное потребление (далее ДСП) веществ, содержащихся в пище. ПДК ксенобиотика в продуктах питания измеряется в миллиграммах на килограмм продукта (мг/кг) и указывает на то что, более высокая его концентрация несёт опасность для организма человека. ДСД ксенобиотика — максимальная доза (в мг на 1 кг веса человека) ксенобиотика, ежедневное поступление которой на протяжении всей жизни безвредно, т.е. не оказывает неблагоприятного воздействия на жизнедеятельность, здоровье настоящего и будущих поколений. ДСП ксенобиотика — максимально возможное для потребления количество ксенобиотика для конкретного человека в сутки (в мг в сутки). Определяется умножением допустимой суточной дозы на массу человека в килограммах. Поэтому ДСП ксенобиотика индивидуально для каждого конкретного человека, и очевидно, что для детей этот показатель значительно ниже, чем для взрослых.
Наиболее распространённая в современной науке классификация загрязнителей продовольственного сырья и продуктов питания сводится к следующим группам:

    1) химические элементы (ртуть, свинец, кадмий, др.);
    2) радионуклиды;
    3) вещества, применяемые в растениеводстве (пестициды, нитраты, нитриты и нитрозосоединения) и животноводстве;
    4) полициклические ароматические и хлорсодержащие углеводороды;
    5) диоксины и диоксинподобные вещества;
    6) метаболиты микроорганизмов.

1.1. Загрязнения химическими элементами

Рассматриваемые ниже химические элементы широко распространены в природе, они могут попадать в пищевые продукты, например, из почвы, атмосферного воздуха, подземных и поверхностных вод, сельскохозяйственного сырья, а через пищу — в организм человека. Они накапливаются в растительном и животном сырье, что обусловливает их высокое содержание в пищевых продуктах и продовольственном сырье.
Следует отметить, что химические элементы проявляют биохимическое и физиологическое действие только в определенных дозах. В больших количествах они обладают токсическим влиянием на организм. Так, например, известны высокие токсические свойства мышьяка, однако в небольших количествах он стимулирует процессы кроветворения.
Кадмий, попадая в организм в больших дозах, проявляет сильные токсические свойства. Главной мишенью биологического действия являются почки. Известна способность кадмия в больших дозах нарушать обмен железа и кальция. Все это приводит к возникновению широкого спектра заболеваний: гипертоническая болезнь, анемия, снижение иммунитета и др. Отмечены тератогенный, мутагенный и канцерогенный эффекты кадмия.
Ртуть является одним из самых опасных и высокотоксичных элементов, обладающий способностью накапливаться в организме растений, животных и человека. Загрязнение пищевых продуктов ртутью может происходить в результате: естественного процесса испарения из земной коры в количестве 25-125 тыс. т ежегодно; использования ртути в народном хозяйстве — производство хлора и щелочей, зеркал, электротехническая промышленность, медицина и стоматология, сельское хозяйство и ветеринария; образование некоторыми группами микроорганизмов метилртути, диметилртути, других высокотоксичных соединений, поступающих в пищевые цепи.
Необходимость олова для организма человека не доказана. Вместе с тем в организме взрослого человека около 17 мг олова, что указывает на возможность его участия в обменных процессах. Основным источником загрязнения пищевых продуктов оловом являются консервные банки, фляги, железные и медные кухонные котлы, другая тара и оборудование, которые изготавливаются с применением лужения и гальванизации. Опасность отравления оловом увеличивается при постоянном присутствии его спутника — свинца. Не исключено взаимодействие олова с отдельными веществами пищи и образование более токсичных органических соединений. Отравление оловом может вызвать признаки острого гастрита (тошнота, рвота и др.), отрицательно влияет на активность пищеварительных ферментов.
В таблице 1 Позняковского В.М. «Гигиенические основы питания, качество и безопасность пищевых продуктов.» — 4-е изд., испр. и доп. — Новосибирск: Сиб. унив. изд-во, 2005. — С. 183. приводятся допустимые уровни содержания металлов в пищевых продуктах и продовольственном сырье, определенные санитарными правилами и нормами.

Таблица 1. Допустимые уровни содержания химических элементов в
пищевых продуктах и продовольственном сырье, мк/кг.

1.2. Загрязнение радионуклидами

Влияние радионуклидов на живой организм. Большие дозы радиации убивают клетку, останавливают ее деление, угнетают ряд биохимических процессов, лежащих в основе жизнедеятельности, повреждают структуру ДНК и тем самым нарушают генетический код и лишают клетку информации, лежащей в основе ее жизнедеятельности. Радиоактивные элементы, попадающие в организм, вызывают возникновение свободных радикалов — частиц, обладающих высоким повреждающим действием на живую клетку. При больших дозах происходят серьезнейшие повреждения тканей, а малые могут вызвать рак и индуцировать генетические дефекты, которые, возможно, проявятся у детей и внуков человека, подвергшегося облучению, или у его более отдаленных потомков. Это проявляется как при наружном, так и при внутреннем облучении, когда в организм попадают радионуклиды: стронций-90, рубидий-87, цезий-137 и другие.

1.3. Загрязнение веществами, применяемыми в растениеводстве

Пестициды — химические соединения, применяемые для защиты культурных растений от вредных организмов. Пестициды различаются по объектам применения. Например: гербициды используются для борьбы с сорными растениями, зооциды — для борьбы с грызунами, инсектициды — для борьбы с вредными насекомыми. Больше всего пестицидов может содержаться в овощах, молочных продуктах, зерне и зернобобовых, меньше всего — в рыбе и растительных маслах. Острые отравления пестицидами встречаются довольно редко. Гораздо чаще наблюдаются хронические отравления пестицидами и их метаболитами.
Применение химических средств защиты растений ставит ряд проблем. Первая из них связана с тем, что определенные пестициды, например ДДТ и ртутьорганические соединения, имеют тенденцию накапливаться в живых организмах. В некоторых случаях пестициды не только накапливаются в организме в количестве большем, чем в окружающей среде, но их концентрация возрастает по мере продвижения по пищевым цепям. Это явление называют эффектом биологического усиления.
Вторая проблема связана с продолжительностью сохранения пестицидов в почве и на культурных растениях после обработки. ДДТ и пестициды, содержащие мышьяк, свинец и ртуть, относятся к группе устойчивых, они не разрушаются за время одного вегетационного сезона под действием солнца, ферментов или микроорганизмов.
Третья проблема — это способность вредителей становиться устойчивыми к пестицидам: пестициды перестают их убивать. Устойчивость организма к пестициду — это биологическое свойство организма сопротивляться отравляющему действию пестицида, способность выживать и размножаться в присутствии химического вещества, которое раньше подавляло его развитие.
С четвёртой проблемой столкнулись сравнительно недавно. Пестициды основное влияние оказывают на почвенную биоту, т.е. — живую фазу почвы. Почвенные микроорганизмы либо адаптируются к пестицидам и начинают разрушать или использовать их, либо угнетаются и погибают. В любом случае это усложняет соблюдение технологии использования пестицида, что отрицательно сказывается на чистоте получаемого растительного и животного продовольственного сырья.
Пестициды обладают высокой токсичностью для организма человека, опасны в связи с возможностью мутагенного, тератогенного и канцерогенного действия. Они могут оказать токсическое действие на плод, не принося вреда организму матери и, выделяясь с молоком, затем отрицательно влиять на рост и развитие младенца.

1.4. Полициклические ароматические и хлорсодержащие углеводороды, диоксины и диоксиноподобные соединения

Полициклические ароматические углеводороды (ПАУ) образуются в процессе горения органических веществ (бензина, др. видов топлива, табака), в т. ч., при копчении, подгорании продуктов питания. Они содержатся в воздухе (пыль, дым), проникают в почву, воду, а оттуда — в растения и животных. ПАУ являются устойчивыми соединениями, поэтому обладают способностью накапливаться.
По своему действию на организм человека ПАУ являются канцерогенами, т.к имеют углубление в структуре молекулы, характерное для многих канцерогенных веществ (рис.1).

Рис.1. Строение канцерогенных веществ
В организм человека ПАУ попадают через дыхательную, пищеварительную систему, через кожу. большому риску попадания в организм ПАУ подвергаются курильщики и пассивные курильщики.
Хлорсодержащие углеводороды (хлорированные алканы и алкены) широко используются в качестве растворителей, есть пестициды. Они летучи, растворимы в воде, липофильны, поэтому встречаются повсеместно и включаются в пищевые цепи. Попадая в организм человека хлорсодержащие углеводороды разрушают печень, повреждают нервную систему.
К диоксинам — полихлорированным дибензодиоксинам (далее ПХДД) относится большая группа ароматических трициклических соединений, содержащих от 1 до 8 атомов хлора. Кроме этого существует две группы родственных химических соединений — полихлорированные дибензофураны (далее ПХДФ) и полихлорированные бифенилы (далее ПХБ), которые присутствуют в окружающей среде, продуктах питания и кормах одновременно с диоксинами. В настоящее время выделено 75 ПХДД, 135 ПХДФ и более 80 ПХБ. Они являются высокотоксичными соединениями, обладающими мутагенными, канцерогенными и тератогенными свойствами.
Источники поступления диоксинов и диоксиноподобных соединений в окружающую среду, их круговорот, пути попадания в организм человека, воздействие на него схематично представлены на рисунке 2.
Рис.2. Источники поступления диоксинов и диоксиноподобных соединений в окружающую среду, их круговорот, пути попадания и
воздействие на организм человека

1.5. Метаболиты микроорганизмов

Все чужеродные соединения, попадая в организм человека или животных, распределяются в различных тканях, накапливаются, подвергаются метаболизму и выводятся. Различные биохимические реакции метаболизма ксенобиотиков осуществляются в печени, почках, лёгких, кишечнике, мочевом пузыре, др. органах, что зачастую приводит к заболеваниям этих органов: циррозу и раку печени, раку мочевого пузыря, проч. Например стафилококковые интоксикации — наиболее типичные пищевые бактериальные интоксикации. «Они регистрируются практически во всех странах мира и составляют более 30% всех острых отравлений бактериальной природы с установленным возбудителем» Донченко Л.В., Надыкта В.Д. Безопасность пищевой продукции: Учебник. 2-е изд., перераб. и доп. — М.: ДеЛи принт, 2005. — С. 85.. Пищевые отравления вызываются в основном токсинами золотистого стафилококка. Основными факторами, влияющими на развитие бактерий золотистого стафилококка, являются температура, присутствие кислот, солей, сахаров, некоторых других химических веществ, а так же — прочих бактерий. Причиной вспышек пищевых стафилококковых отравлений являются, как правило, продукты животного происхождения, такие как мясо, рыба и птицепродукты.

2. Механизмы защиты организмов от ксенобиотиков

Все чужеродные соединения, попадая в организм человека или животных, распределяются в различных тканях, накапливаются, подвергаются метаболизму и выводятся. Эти процессы требуют отдельного рассмотрения.

      система барьеров, препятствующих проникновению ксенобиотиков во внутреннюю среду организма, а также защищающих особо важные органы — мозг, половые и некоторые другие железы внутренней секреции,— от тех “чужаков”, которые все же прорвались во внутреннюю среду;
      особые транспортные механизмы для выведения ксенобиотиков из организма;
      ферментные системы, которые превращают ксенобиотики в соединения менее токсичные и легче удаляемые из организма;
      тканевые депо, где как бы под арестом могут накапливаться некоторые ксенобиотики.

Рассмотрим системы защиты чуть подробнее.
Барьеры, стоящие на страже внутренней среды организма, образованы одно- или многослойными пластами клеток. Как известно, каждая клетка одета тончайшей жировой пленкой — липидной мембраной, почти непроницаемой для растворимых в воде веществ. Тем более трудно, а то и невозможно этим веществам преодолеть один или несколько слоев клеток. Однако вещества, хорошо растворяющиеся в липидах, естественно, могут преодолеть такой барьер. Его роль в организме животных и человека играют кожа, эпителий, выстилающий внутреннюю поверхность желудочно-кишечного тракта и дыхательных путей, и т. п.
Если все же ксенобиотик прорвался в кровь, то в наиболее важных органах — центральной нервной системе, некоторых железах внутренней секреции — его встретят так называемые гистогематические барьеры (от греческих слов “гистос” — ткань и “гема” — кровь), расположенные между тканью и кровью. К сожалению, и гистогематический барьер не всегда бывает непреодолимым для ксенобиотиков — ведь снотворные и некоторые другие лекарства действуют на нервные клетки, а значит, они барьер преодолевают. Это очень опасно, так как лишенные защиты половые или нервные клетки сначала “болеют”, а затем могут и погибнуть. Так, одной из причин бесплодия у мужчин является нарушение гистогематического барьера в семеннике. Из года в год число лиц с повреждением барьера растет, причем стали преобладать тяжелые формы повреждения, сопровождающиеся полной гибелью половых клеток. Стало быть, с ростом загрязнения воздуха, воды и пищи различными ксенобиотиками не у всех мужчин барьер в семеннике выдерживает. Опыты на животных показали, что сильнее всего повреждают барьер соединения кадмия. Загрязнение окружающей среды кадмием в последние годы растет во всем мире, поэтому можно думать, что именно он действует в данном случае на людей. Во всяком случае, возможность такой взаимосвязи следует изучить.
Транспортные системы, выводящие ксенобиотики из крови, обнаружены во многих органах млекопитающих, в том числе и человека. Наиболее мощные находятся в клетках печени и почечных канальцев. В органах, защищенных гистогематическим барьером, имеются особые образования, откачивающие ксенобиотики из тканевой жидкости в кровь. Так, например, в желудочках головного мозга есть так называемое хориоидное сплетение, клетки которого перемещают чужеродные соединения из ликвора (жидкости, омывающей мозг) в кровь, протекающую по сосудам сплетения.
Рис. 3. Метаболизм и выведение ксенобиотиков
из организма. КсБ — ксенобиотик; R – радикал,
используемый при коньюгации; Гфб – гидрофобные
и Гфл – гидрофильные метаболиты ксенобиотиков,
М – молекулярная масса
Следующий механизм защиты — ферментные системы, которые превращают ксенобиотики в менее ядовитые и легче поддающиеся выводу соединения. Для этого используются ферменты, катализирующие или разрыв какой-либо химической связи в молекуле ксенобиотика, или, наоборот, соединение ее с молекулами других веществ. Чаще всего в итоге получается органическая кислота, которая легко удаляется из организма.

Некоторые из ксенобиотиков избирательно накапливаются в определенных тканях и длительное время в них сохраняются; в этих случаях и говорят о депонировании ксенобиотика. Так, хлорированные углеводороды, предназначавшиеся для борьбы с вредителями полей, хорошо растворимы в жирах и поэтому избирательно накапливаются в жировой ткани животных и человека, где в силу своей стойкости могут сохраняться очень долго. Одно из таких соединений, так называемый ДДТ, до сих пор обнаруживается в жировой ткани человека и животных, хотя его применение в большинстве стран мира запрещено около 20 лет назад. Соединения тетрациклинного ряда сродни кальцию, и потому избирательно депонируются в растущей костной ткани, и т. д. Является ли такое депонирование надежным способом защиты от ксенобиотиков? И да, и нет. Когда ксенобиотик собирается в одной ткани, очищая другие, то это способствует нормальной жизни организма. Но если он “застревает” там надолго, то, в конце концов его отравляющее действие сказывается.
Существует также две стратегии защиты, выработанные в процессе коэволюции растений и животных. Первая стратегия — выбор индивидуального механизма защиты. Растения научаются синтезировать мощные защитные токсины — такие, как сердечные гликозиды, никотин, атропин, стрихнин. Подавляющее большинство животных не в состоянии защититься от них. Но у одного-двух видов возникает какой-то механизм защиты, такой вид животных может даже питаться данным растением — и здесь он не имеет конкурентов. Дальнейшая коэволюция закрепляет связь между животным и растением, токсин последнего становится для животного аттрактантом.
Вторая стратегия защиты — избегание причин гибели. Животное научается отличать ядовитые растения, узнавая их токсины по запаху или вкусу. Такие токсины становятся для животного репеллентами. Оно выискивает пищу, в которой подобных репеллентов нет, и круг пищевых растений при этом может быть достаточно широким.
Некоторые факты:
Спиртные напитки известны издавна. Предполагается, что прием спиртного был приурочен нашими предками к таким событиям, как праздник полнолуния, удачная охота, и символизировал психическое родство, «единство крови». Человек долгое время не переступал опасной черты употребления алкоголя, однако сегодня алкоголизм стал одной из самых серьезных проблем.
Если собственные механизмы защиты от ксенобиотиков оказываются бессильными и возникает сильное отравление, то, чтобы спасти человеку жизнь, в больнице применяют различные методы детоксикации его организма.
Веществом, выступающим разрушителем естественных защитных механизмов человека, является алкоголь.
Алкоголь вызывает нарушения психики, обмена веществ. Он обжигает эпителий пищеварительного тракта и делает его проницаемым для других чужеродных веществ; разрушает клетки печени, которая теряет способность обезвреживать ксенобиотики; разрушает эпителий почечных канальцев, в результате чего почки оказываются неспособными выводить вредные вещества из организма.

3. Пути решения проблемы

Мероприятия по снижению загрязнения химическими элементами пищевых продуктов должны включать государственный и ведомственный контроль над их промышленными выбросами в атмосферу, водоемы, почву.
Например, в борьбе с загрязнением свинцом необходимо снизить или полностью исключить применение соединений свинца в бензине, стабилизаторах, изделиях из поливинилхлорида, красителях, упаковочных материалах. Немаловажное значение имеет гигиенический контроль над использованием луженой пищевой посуды, а также глазурованной керамической посуды, недоброкачественное изготовление которых ведет к загрязнению пищевых продуктов свинцом.
В профилактике интоксикации кадмием важно правильное питание: преобладание в рационе растительных белков, богатое содержание серосодержащих аминокислот, аскорбиновой кислоты, железа, цинка, меди, селена, кальция. Необходимо профилактическое УФ — облучение.
Концентрация ртути в рыбе и мясе снижается при их варке, при аналогичной обработке грибов — остается без изменений. Защитным эффектом при воздействии ртути на организм человека обладают цинк и особенно селен. Токсичность неорганических соединений ртути снижают аскорбиновая кислота и медь при их повышенном поступлении в организм, органических — протеины, цистин, токоферолы.
В борьбе с внутренним облучением важны пищевые вещества, обладающие профилактическими радиозащитным действием или способностью связывать и выводить из организма радионуклиды. К ним относятся полисахариды (пектин, декстрин), фенольные и фитиновые соединения, этиловый спирт, некоторые жирные кислоты, микроэлементы, витамины, ферменты, гормоны, а также липополисахариды, находящиеся в листьях винограда и чая. Радиоустойчивость организмов повышают некоторые антибиотики (биомицин, стрептомицин). К очень важным радиозащитным соединениям относятся так называемые «витамины противодействия». В первую очередь это относится к витаминам группы В и С.
Технологические способы снижения остаточных количеств пестицидов в пищевой продукции можно вкратце свести к следующим: мойка продуктов, в большом количестве воды (1: 5); очистка растений от их наружных частей; тепловая обработка продуктов, особенно мяса;
и т.д……………..

Ксенобиотики — это что такое? Классификация и характеристика

Ксенобиотики – это термин, используемый для условного обозначения химических соединений, чужеродных для живого организма. Слово имеет греческие корни. В буквальном переводе оно означает «чуждая жизнь». Рассмотрим подробнее, что такое ксенобиотики. Классификация этих веществ также будет приведена в статье.

Общие сведения

Как показывает практика, повышение концентрации и биотрансформация ксенобиотиков в природе косвенно или прямо связаны с хозяйственной деятельностью людей. Попадая во внешнюю среду, они способны вызвать гибель организмов, изменение наследственных признаков. Под действием этих соединений повышается частота аллергических реакций, нарушаются обменные и другие процессы, протекающие в естественных экосистемах.

Характеристика ксенобиотиков

Ключевой особенностью этих веществ является их способность оказывать продолжительное влияние. При этом их концентрации могут быть незначительными. К примеру, серьезные изменения в детском организме могут обуславливаться минимальным содержанием гормоноподобных соединений во внутриутробный период. Большинство ксенобиотиков обладают липофильностью (гидрофобностью). Они способны проникать сквозь мембраны посредством диффузии, перемещаться в крови при помощи липопротеинов, скапливаться в жировой ткани. Ксенобиотики могут попасть в организм через ЖКТ, легкие, кожу.

Механизмы действия

Ксенобиотики – это соединения, способные:

  1. Изменять метаболизм в клетках или тканях. В результате нарушаются естественные процессы в организме, проявляется определенная симптоматика.
  2. Воздействовать на клеточную ДНК, изменять генетическую информацию. В результате происходит злокачественная трансформация.
  3. Подражать действию естественных соединений, к примеру, гормонов. Это обуславливает нарушение нормального роста, развития тканей, органов, иммунной, нервной систем.
  4. Изменять активность защиты организма. В этом случае негативное воздействие проявляется в иммунной модуляции, выражающейся в развитии гиперчувствительности, увеличении количества В- или Т-лимфоцитов, стимулировании аутоиммунных процессов.

Если говорить простыми словами, ксенобиотики – это токсины. Наиболее изученным их свойством считается воздействие эффекторов эндокринной системы. Большинство из них провоцирует определенные экологически зависимые патологии. Однако есть среди этих соединений лекарственные (полезные) ксенобиотики. В целом же последствиями влияния веществ на организм являются:

  1. Нарушения репродуктивной функции.
  2. Злокачественные образования в половой системе мужчин.
  3. Эндометриоз.
  4. Раковые опухоли молочной железы.
  5. Угнетение иммунитета.
  6. Гипертрофия щитовидки.
  7. Расстройство психомоторного развития в детском возрасте.

Виды ксенобиотиков

Рассматриваемые вещества разделяют на следующие категории:

  1. Естественного происхождения.
  2. Образующиеся в организме под влиянием определенных факторов.
  3. Поступающие извне при получении, обработке, хранении продуктов питания.

К последним относят:

  1. Пищевое сырье, полученное в результате микробиологического или химического синтеза.
  2. Соединения, поступающие при создании исходных материалов.
  3. Пищевые добавки.
  4. Соединения, поступающие в процессе контакта с полимерными и прочими материалами.
  5. Вещества, образующиеся в ходе кулинарной обработки.

Бактериальные токсины

Такие ксенобиотики – это высокомолекулярные соединения липополисахаридной, полипептидной или белковой природы. Они обладают антигенными свойствами. Сегодня изучено больше 150 таких токсинов. Многие из них считаются самыми ядовитыми. Основные ксенобиотики этой группы: стафилококковые, холерные, дифтерийные токсины, тетанотоксин, ботулотоксин. Бактериальные вещества оказывают влияние на различные системы и органы млекопитающих, в частности, человека. Как правило, основные нарушения отмечаются в работе ЦНС, сердца и сосудов. Бактерии способны вырабатывать токсины сравнительно простой структуры. К ним, например, относят бутанол, ацетальдегид, формальдегид.

Микотоксины

Особый интерес в практическом смысле представляют соединения, вырабатываемые микроскопическими грибами. Они могут заражать продукты питания. К числу этих веществ относят некоторые эрготоксины. Они вырабатываются грибами из группы Claviceps. Кроме этого, в состав микотоксинов входят и афлатоксины, а также близкие к ним соединения. Они выделяются грибами Aspergillus. Вещества, являющиеся аналогами эрготамина, оказывают влияние на ЦНС, вызывают спазмы в сосудах, сокращения мышц матки. В прежние времена отравления зерном, инфицированным спорыньей, зачастую носили эпидемический характер. Сегодня массовая заболеваемость почти не выявляется, однако вероятно поражение КРС. Токсические вещества вырабатываются многими высшими грибами. Эти соединения отличаются широким спектром активности. К самым опасным относят аманины, аманитины, фаллоидины, присутствующие в бледной поганке. При случайном употреблении этого гриба поражаются почки и печень. Среди других известных отравляющих соединений можно отметить мускарин, ибонетовую кислоту, гиромитрин. Некоторые грибы синтезируют вещества, обладающие высокой галлюциногенной активностью.

Фитотоксины

Большое количество соединений, опасных для человека и животных, вырабатывается растениями. Выступая в качестве продуктов метаболизма, фитотоксины зачастую выполняют функции защиты. Но в основном их задачи остаются неизвестными. Фитотоксины – вещества, обладающие разной биологической активностью и строением. К ним относят органические кислоты, сапонины, гликозиды, терпеноиды, кумарины, флавоноиды, алкалоиды и пр. многие соединения растительного происхождения применяют в медицине. К таким веществам, в частности, относят галантамин, атропин, дигитоксин, строфантин, физостигмин и пр. Некоторые фитотоксины вызывают зависимость. Среди них никотин, кокаин, морфин, гармин и пр. Ряд фитотоксинов отличается канцерогенной активностью. Отдельные соединения присутствуют в культурах в незначительном количестве и способны оказывать эффект в составе приготовленных специально препаратах.

Зоотоксины

В любом живом организме синтезируется большое число активных соединений. После выделения, обработки и введения в другие организмы они могут провоцировать тяжелые интоксикации. В тканях некоторых животных присутствуют опасные вещества. Это позволяет отнести их к особой группе ядовитых существ. Отдельные животные считаются вторично-опасными. Они не вырабатывают, а аккумулируют яды, которые поступают извне. К таким существам относят, например, моллюсков, накапливающих сакситоксин, вырабатываемый одноклеточными. Отдельные группы соединений, продуцируемых животными, считаются пассивными зоотоксинами. Они активируются при поедании носителя.

Неорганические соединения

Особое значение среди многочисленных веществ имеют металлы, их соединения, поллютанты внешней среды и воздуха производственных площадей. В естественных условиях первые встречаются в виде минералов и руд. Они обнаруживаются в воде, почве, воздухе. Содержание токсичных соединений значительно повысилось вследствие человеческой деятельности (выплавки металла из руд). Наивысшей токсичностью обладают ртуть, мышьяк, цинк, свинец, таллий, медь, бериллий, хром, кадмий и пр. Последний сегодня рассматривается как один из самых опасных ксенобиотиков. Ртуть, несмотря на ее токсичность, широко применяется в производстве фунгицидов и электронной промышленности. В прежние времена эпидемии отравления этим соединением были привычным делом на целлюлозно-бумажных предприятиях. Бериллий используется в металлургии. Свинец также широко применяется в хозяйственной деятельности. В последнее время его концентрации в окружающей среде стали очень высокими.

Ксенобиотики — что к ним относится?

Ксенобиотики – это вредные вещества антропогенного происхождения. Делятся они на две большие группы:

  1. Первые целенаправленно используются человеком в процессе сельскохозяйственного и пищевого производства, они экологически обусловленные. К ним нужно отнести пестициды, нитраты, кормовые добавки (антибиотики, гормоны).
  2. Вторые – это вещества, которые попадают в пищевые продукты помимо желания человека, из-за плохой экологической обстановки. Это тяжелые металлы, мышьяк, радионуклиды. Химический способ защиты растений от вредителей сегодня является самым активным из-за его простоты и дешевизны. Пестициды и нитраты как раз и используют для уничтожения бактерий, вирусов, грибов, насекомых, грызунов, растений, которые причиняют вред сельскохозяйственным культурам и животным.

Однако при попадании большой дозы пестицидов и нитратов в организм человека развивается отравление, которое сопровождается диареей, тошнотой, рвотой, недомоганием.

Конечно же ксенобиотики имеют гигиенические нормативы (МДУ – максимально допустимые уровни, ПДК – предельно допустимые концентрации), которые определяют безопасность продукта. Например, превышение МДУ и ПДК во много раз может привести к пищевым отравлениям химического происхождения. Многие пестициды запросто проникают через плацентарный барьер и пагубно влияют на развитие плода. В период лактации пестициды могут попасть в организм младенца с молоком матери и даже вызвать у него отравление. Однако радует, что сегодня в продаже есть продукты, которые выращивают и производят без помощи химических соединений. Но и цена экологически чистых продуктов питания достаточно высокая (на них обычно стоит логотип ЭКО), и поэтому продаются они в специализированных экомаркетах. Понятное дело, что не всегда есть возможность питаться только экологически чистыми продуктами, но хотя бы внимательно изучать этикетки мы можем себе позволить.

Оставить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *