Вещества обезвреживающие в организме человека чужеродные тела. Защитные силы организма человека

50. Механизм обезвреживания чужеродных веществ в печени.

Механизм обезвреживания токсинов

Обезвреживание веществ в печени заключается в их химической модификации, которая обычно включает две фазы.

В первой фазе вещество подвергается окислению (отсоединению электронов), восстановлению (присоединению электронов) или гидролизу.

Во второй фазе ко вновь образованным активным химическим группам присоединяется какое-либо вещество. Такие реакции именуются реакциями конъюгации, а процесс присоединения - конъюгированием.(см. вопрос 48)

51. Металлотионеин, обезвреживание ионов тяжелых металлов в печени. Белки теплового шока.

Металлотионеин - семейство низкомолекулярных белков с высоким содержанием цистеина. Молекулярная масса варьирует от 500 Да до 14 кДа. Белки локализуются на мембране аппарата Гольджи. Металлотионеины способны связывать как физиологические (цинк, медь, селен), так и ксенобиотические (кадмий, ртуть, серебро, мышьяк и др.) тяжёлые металлы. Связывание тяжёлых металлов обеспечивается наличием тиольных групп остатков цистеинов, которые составляют около 30% от всего аминокислотного состава.

При попадании в организм ионов тяжелых металлов Cd2+, Hg2+, Pb2+ в печени и почках происходит увеличение синтеза металлотионинов – белков, которые прочно связывают эти ионы, тем самым не давая им в дальнейшем конкурировать с необходимыми для жизнедеятельности ионами Fe2+, Co2+, Mg2+ за места связывания в ферментах.

Процессы микросомального окисления в печени – гидроксилирование вредных соединений, происходящее при участии фермента цитохрома P450 и завершающееся изменением первичной структуры молекул этих веществ. Очень часто данный способ аутодетоксикации оказывается самым главным, особенно, когда речь идет об обезвреживании органических отравляющих веществ и лекарственных препаратов. Вообще, именно в печени обезвреживается максимальное количество чужеродных веществ (ксенобиотиков), и уже оттуда они направляются к органам, через которые будут выведены.

Белки теплового шока - это класс функционально сходных белков, экспрессия которых усиливается при повышении температуры или при других стрессирующих клетку условиях. Повышение экспрессии генов, кодирующих белки теплового шока, регулируется на этапе транскрипции. Чрезвычайное усиление экспрессии генов, кодирующих белки теплового шока является частью клеточного ответа на тепловой шок и вызывается в основном фактором теплового шока. Белки теплового шока обнаружены в клетках практически всех живых организмов, от бактерий до человека.

52.Токсичность кислорода. Образование активных форм кислорода.

Во время роста и метаболизма, кислородные продукты сокращения произведены в пределах микроорганизмов и секретированы в окружающую питательную среду. Суперокисный анион, один кислородный продукт сокращения, произведен унивэлент сокращением кислорода: о2-→ о2- Это произведено во время взаимодействия молекулярного кислорода с различными клеточными элементами, включая сниженные рибофлавины, флэвопротеинс, хиноны, тиолы,и белки железной серы. Точный процесс, которым это наносит внутриклеточный ущерб, не известен; однако, это способно к участию во многих деструктивных реакциях, потенциально смертельных к клетке. Кроме того продукты вторичных реакций могут усилить токсичность.

Например, одна гипотеза считает, что суперокисный анион реагирует с перекисью водорода в клетке:

О2-+ H2O2 → О – + О. + O2

Эта реакция, известная как реакция Хабера- Вайса, производит свободного гидроксильного радикала (О ·), который является самым мощным биологическим известным оксидантом. Это может напасть фактически на любое органическое вещество в клетке.

Последующая реакция между суперокисным анионом и гидроксильным радикальным

кислородом майки продуктов (O2*), который также разрушителен для клетки:

О2-+ О → О + O2*

Взволнованная синглетная кислородная молекула является очень реактивной. Поэтому, суперокись должна быть удалена для клеток, чтобы остаться в живых в присутствии кислорода.

Большинство факультативных и аэробных организмов содержит высокую концентрацию фермента, названного суперокисной дисмутазой. Этот фермент преобразовывает суперокисный анион в кислород стандартного состояния и перекись водорода, таким образом избавляя клетку деструктивных суперокисных анионов:

2о2-+ 2H+Superoxide Дисмутаза O2 + H2 O2

Перекись водорода, произведенная в этой реакции, является окислителем, но это не повреждает клетку столько, сколько суперокисный анион и имеет тенденцию распространяться из клетки. Много организмов обладают каталазой или пероксидазой или обоими, чтобы устранить H2O2. Каталаза использует H2O2 в качестве оксиданта (электронный акцептор) и редактэнт (электронный донор), чтобы преобразовать пероксид в кислород стандартного состояния и воду:

H2O2 + H2O2Catalase 2H2O + O2

Пероксидаза использует редактэнт кроме H2O2: H2O2 + Пероксидаза H2R 2H2O + R

В основном состоянии молекулярный кислород представляет собой относительно стабильную молекулу, спонтанно не реагирующую с различными макромолекулами. Это объясняется его

электронной конфигурацией: основная форма кислорода в атмосфере (3О2) находится в триплетном состоянии.

В настоящее время к числу АФК относят производные кислорода радикальной природы (супероксид-радикал (анион-радикал) О2 -, гидроперекисный радикал НО2 , гидроксил-радикал НО ), а также его реактивные производные (перекись водорода Н2О2, синглетный кислород 1О2 и пероксинитрит).

Поскольку растения неподвижны и находятся под постоянным воздействием меняющихся условий среды, а также осуществляют оксигенный фотосинтез, в их тканях концентрация молекулярного кислорода оказывается намного более высокой, чем у других эукариот. Показано, что концентрация кислорода в митохондриях млекопитающих достигает 0,1 мкМ, в то время как в митохондриях растительных клеток – более 250 мкМ. При этом, по оценкам исследователей, примерно 1 % поглощаемого растениями кислорода преобразуется в его активные формы, что неизбежно связано с неполным пошаговым восстановлением молекулярного кислорода.

Таким образом, появление активных форм кислорода в живом организме связано с протеканием метаболических реакций в различных клеточных компартментах.

Под термином «иммунитет» (от лат. immunitas - избавление от чего-либо) подразумевают невосприимчивость организма к инфекционным и неинфекционным агентам. Организмы животных и людей весьма четко дифференцируют «свое» и «чужое», благодаря чему обеспечивается защита не только от внедрения патогенных микроорганизмов, но и от чужеродных белков, полисахаридов, липополисахаридов и других веществ.

Защитные факторы организма против инфекционных агентов и других чужеродных веществ подразделяются на:

- неспецифическая резистентность - механические, физико-химические, клеточные, гуморальные, физиологические защитные реакции, направленные на сохранение постоянства внутренней среды и восстановления нарушенных функций макроорганизма.

- врожденный иммунитет - резистентность организма к определенным патогенным агентам, которая передается по наследству и присуща определенному виду.

- приобретенный иммунитет - специфическая защита против генетически чужеродных субстанций (антигенов), осуществляемую иммунной системой организма в виде выработки антител.

Неспецифическая резистентность организма обусловлена такими факторами защиты, которые не нуждаются в специальной перестройке, а обезвреживают чужеродные тела и вещества в основном за счет механических или физико-химических воздействий. К ним относятся:

Кожа - являясь физической преградой на пути микроорганизмов, она одновременно обладает бактерицидным свойством в отношении возбудителей желудочно-кишечных и других заболеваний. Бактерицидное действие кожи зависит от ее чистоты. На загрязненной коже микробы сохраняются дольше, чем на чистой.

Слизистые оболочки глаз, носа, рта, желудка и других органов, подобно кожным барьерам, в результате непроницаемости их для различных микробов и бактерицидного действия секретов осуществляют противомикробные функции. В слезной жидкости, мокроте, слюне находится специфический белок лизоцим, который вызывает «лизис» (растворение) многих микробов.

Желудочный сок (в его состав входит соляная кислота) обладает весьма выраженными бактерицидными свойствами в отношении многих возбудителей, особенно кишечных инфекций.

Лимфатические узлы - в них задерживаются и обезвреживаются патогенные микробы. В лимфатических узлах развивается воспаление, губительно действующее на возбудителей инфекционных болезней.

Фагоцитарная реакция (фагоцитоз) - открыл ее И.И. Мечников. Он доказал, что некоторые клетки крови (лейкоциты) способны захватывать и переваривать микробы, освобождая от них организм. Такие клетки называют фагоцитами.

Антитела - особые специфические вещества микробной природы, способные инактивировать микробы и их токсины. Эти защитные вещества в различных тканях и органах (селезенке, лимфатических узлах, костном мозге). Они вырабатываются при внедрении в организм болезнетворных микробов, чужеродных белковых веществ, сыворотки крови других животных и т.д. Все вещества, способные вызывать образование антител - антигены.

Приобретенный иммунитет может быть естественным, появляющимся в результате перенесенного инфекционного заболевания и искусственным, который приобретается вследствие введения в организм специфических биопрепаратов - вакцин и сывороток.

Вакцины представляют собой убитых или ослабленных возбудителей инфекционных заболеваний или их обезвреженные токсины. Приобретенный иммунитет является активным, т.е. возникшим в результате активной борьбы организма с возбудителем болезни.

В ПРОДУКТАХ ПИТАНИЯ

Чужеродные химические веществавключают соединения, которые по своему характеру и количеству не присущи натуральному продукту, но могут быть добавлены с целью совершенствования технологии сохранения или улучшения качества продукта и его пищевых свойств, или же они могут образоваться в продукте в результате технологической обработки (нагревания, жарения, облучения и др.) и хранения, а также попасть в него или в пищу вследствие загрязнения.

По данным зарубежных исследователей, из общего количества чужеродных химических веществ, проникающих из окружающей среды в организм людей, в зависимости от местных условий 30-80% и более поступает с пищей (К. Ноrn, 1976).

Спектр возможного патогенного воздействия ЧХВ, поступающих в организм с пищей, очень широк. Они могут:

1) неблагоприятно влиять на пищеварение и усвоение пищевых веществ;

2) понижать защитные силы организма;

3) сенсибилизировать организм;

4) оказывать общетоксическое действие;

5) вызывать гонадотоксический, эмбриотоксический, тератогенный и канцерогенный эффекты;

6) ускорять процессы старения;

7) нарушать функцию воспроизводства.

Проблема отрицательного влияния загрязнения окружающей среды на здоровье человека становится все более острой. Она переросла национальные границы и стала глобальной. Интенсивное развитие промышленности, химизация сельского хозяйства приводят к тому, что в окружающей среде появляются в больших количествах химические соединения, вредные для организма человека. Известно, что значительная часть чужеродных веществ поступает в организм человека с пищей (например, тяжелых металлов – до 70%). Поэтому широкая информация населения и специалистов о загрязняющих веществах в продуктах питания имеет большое практическое значение. Наличие в пищевых продуктах загрязняющих веществ, не обладающих пищевой и биологической ценностью или токсичных, угрожает здоровью человека. Естественно, что эта проблема, касающаяся как традиционных, так и новых продуктов питания, стала особенно острой в настоящее время. Понятие «чужеродное вещество» стало центром, вокруг которого до сих пор разгораются дискуссии. Всемирная организация здравоохранения и другие международные организации вот уже около 40 лет усиленно занимаются этими проблемами, а органы здравоохранения многих государств пытаются их контролировать и внедрять сертификацию пищевых продуктов. Загрязняющие вещества могут попадать в пищу случайно в виде контаминантов-загрязнителей, а иногда их вводят специально в виде пищевых добавок, когда это якобы связано с технологической необходимостью. В пище загрязняющие вещества могут в определенных условиях стать причиной пищевой интоксикации, которая представляет собой опасность для здоровья человека. При этом общая токсикологическая ситуация еще больше осложняется частым приемом других, не относящихся к пищевым продуктам, веществ, например, лекарств; попаданием в организм чужеродных веществ в виде побочных продуктов производственной и других видов деятельности человека через воздух, воду, потребляемые продукты и медикаменты. Химические вещества, которые попадают в продукты питания из окружающей нас среды, создают проблемы, решение которых является насущной необходимостью. В результате этого нужно оценить биологическое значение угрозы этих веществ для здоровья человека и раскрыть ее связь с патологическими явлениями в организме человека.

Одним из возможных путей поступления ЧХВ в продукты питания является включение их в так называемую пищевую цепь.

Таким образом, в пище, поступающей в организм человека, могут содержаться очень большие концентрации веществ, получивших название чужеродных веществ (ЧХВ).

Пищевые цепи представляют собой одну из основных форм взаимосвязи между различными организмами, каждый из которых пожирается другим видом, В этом случае происходит непрерывный ряд превращений веществ в последовательных звеньях жертва – хищник. Основные варианты таких пищевых цепей представлены на рисунке. Наиболее простыми могут считаться цепи, при которых в растительные продукты: грибы, пряные растения (петрушка, укроп, сельдерей и т.д.), овощи и фрукты, зерновые культуры – поступают загрязнители из почвы в результате полива растений (из воды), при обработке растений пестицидами с целью борьбы с вредителями; фиксируются и в ряде случаев накапливаются в них и затем вместе с пищей поступают в организм человека, приобретая возможность оказывать на него положительное или, чаще, неблагоприятное воздействие.

Более сложными являются цепи, при которых имеется несколько звеньев. Например, трава – травоядные животные – человек или зерно – птицы и животные – человек. Наиболее сложные пищевые цепи, как правило, связаны с водной средой. Растворенные в воде вещества извлекаются фитопланктоном, последний затем поглощается зоопланктоном (простейшими, рачками), далее поглощается «мирными» и затем хищными рыбами, поступая с ними после этого в организм человека. Но цепь может быть продолжена за счет поедания рыбы птицами и всеядными животными (свиньями, медведями) и лишь затем – поступления в организм человека. Особенностью пищевых цепей является то, что в каждом последующем ее звене происходит кумуляция (накопление) загрязнителей в значительно большем количестве, чем в предыдущем звене. Так, по данным В. Эйхлера, применительно к препаратам ДДТ водоросли при извлечении из воды могут увеличивать (накапливать) концентрацию препарата в 3000 раз; в организме ракообразных эта концентрация увеличвается еще в 30 раз; в организме рыбы – еще в 10-15 раз; а в жировой ткани чаек, питающихся этой рыбой, – в 400 раз. Конечно, степень накопления тех или иных загрязнений в звеньях пищевой цепи может отличаться весьма существенно в зависимости от вида загрязнений и характера звена цепи. Известно, например, что в грибах концентрация радиоактивных веществ может быть в 1000-10 000 раз выше, чем в почве.

Варианты поступления чужеродных веществ

2.4.7. Пути выведения чужеродных веществ из организма

Пути и способы естественного выведения чужеродных соединений из организма различны. По их практическому значению они располагаются следующим образом: почки – кишечник – легкие – кожа.

Выделение токсичных веществ через почки происходит с помощью двух основных механизмов – пассивной диффузии и активного транспорта.

В результате пассивной фильтрации в почечных клубочках образуется ультрафильтрат, который содержит многие токсичные вещества, в том числе неэлектролиты, в той же концентрации, что и в плазме. Весь нефрон можно рассматривать как длинную полупроницаемую трубку, через стенки которой происходит диффузный обмен между протекающей кровью и формирующейся мочой. Одновременно с конвективным потоком вдоль нефрона токсичные вещества диффундируют, подчиняясь закону Фика, через стенку нефрона обратно в кровь (так как внутри нефрона их концентрация в 3–4раза выше, чем в плазме) по градиенту концентрации. Количество вещества, которое покинет организм с мочой, зависит от интенсивности обратной реасорбции. Если проницаемость стенки нефрона для данного вещества высокая, то на выходе концентрации в моче и в крови выравниваются. Это означает, что скорость выведения будет прямо пропорциональна скорости мочеобразования, а количество выводимого вещества будет равно произведению концентрации свободной формы яда в плазме на скорость диуреза

l =kV м.

Это минимальное значение выведенного вещества.

Если стенка почечного канальца полностью непроницаема для токсичного вещества, то количество выделяемого вещества максимально, не зависит от скорости диуреза и равно произведению объема фильтрации на концентрацию свободной формы токсичного вещества в плазме:

l =kV ф.

Реальное выведение ближе к минимальным значениям, чем к максимальным. Проницаемость стенки почечного канальца для водорастворимых электролитов определяется механизмами «неионной диффузии», т. е. пропорциональна, во-первых, концентрации недиссоциированной формы; во-вторых, степени растворимости вещества в липидах. Эти два обстоятельства позволяют не только прогнозировать эффективность почечной экскреции, но и управлять, хотя и ограниченно, процессом реасорбции. В почечных канальцах неэлектролиты, хорошо растворимые в жирах, путем пассивной диффузии могут проникать в двух направлениях: из канальцев в кровь и из крови в канальцы. Определяющим фактором почечного выделения является концентрационный индекс (К):

К = С в моче / С в плазме,

где С – концентрация токсического вещества. Значение К<1 свидетельствует о преимущественной диффузии веществ из плазмы в мочу, при значении К>1 – наоборот.

Направление пассивной канальцевой диффузии ионизированных органических электролитов зависит от рН мочи: если канальцевая моча более щелочная, чем плазма, в мочу легко проникают слабые органические кислоты; если реакция мочи более кислая, в нее проходят слабые органические основания.

Кроме того, в почечных канальцах осуществляется активный транспорт сильных органических кислот и оснований эндогенного происхождения (например, мочевой кислоты, холина, гистамина и пр.), а также чужеродных соединений сходной с ними структуры с участием тех же переносчиков (например, чужеродных соединений, содержащих аминогруппу). Образующиеся в процессе метаболизма многих ядовитых веществ конъюгаты с глюкуроновой, серной и другими кислотами также концентрируются в моче благодаря активному канальцевому транспорту.

Металлы выделяются преимущественно почками не только в свободном состоянии, если они циркулируют в виде ионов, но и в связанном, в виде органических комплексов, которые подвергаются клубочковой ультрафильтра­ции, а затем через канальцы проходят путем активного транспорта.

Выделение токсичных веществ, поступивших перорально, начинается уже в полости рта, где в слюне обнаруживаются многие электролиты, тяжелые металлы и т. д. Однако заглатывание слюны обычно способствует возвращению этих веществ в желудок.

Многие органические яды и образующиеся в печени их метаболиты с желчью поступают в кишечник, часть их выделяется из организма с калом, а часть повторно всасывается в кровь и выделяется с мочой. Возможен еще более сложный путь, обнаруженный, например, у морфина, когда из кишечника чужеродное вещество попадает в кровь и снова возвращается в печень (внутрипеченочная циркуляция яда).

Большинство металлов, задерживающихся в печени, может связываться с желчными кислотами (марганец) и с желчью выделяться через кишечник. При этом большую роль играет форма, в которой данный металл депонируется в тканях. Например, металлы в коллоидном состоянии длительно остаются в печени и выделяются преимущественно с калом.

Таким образом, удалению через кишечник с калом подвергаются: 1) вещества, не всосавшиеся в кровь при их пероральном поступлении; 2) выделенные с желчью из печени; 3) поступившие в кишечник через мембраны его стенки. В последнем случае основным способом транспорта ядов служит пассивная их диффузия по градиенту концентрации.

Большинство летучих неэлектролитов выделяется из организма в основ­ном в неизменном виде с выдыхаемым воздухом. Начальная скорость выделения через легкие газов и паров определяется их физико-химическими свойствами: чем меньше коэффициент растворимости в воде, тем быстрее происходит их выделение, особенно той части, которая находится в циркулирующей крови. Выделение их фракции, депонированной в жировой ткани, задерживается и происходит гораздо медленнее, тем более, что это количество может быть очень значительным, так как жировая ткань может составить более 20 % от общей массы человека. Например, около 50 % поступившего ингаляционным путем хлороформа выделяется в течение первых 8–12 ч, а остальная часть – во второй фазе выделения, которая продолжается несколько суток.

Многие неэлектролиты, подвергаясь медленной биотрансформации в ор­ганизме, выделяются в виде основных продуктов распада: воды и углекислоты, которая выходит с выдыхаемым воздухом. Последняя образуется при метаболизме многих органических соединений, в том числе бензола, стирола, четыреххлористого углерода, метилового спирта, этиленгликоля, ацетона и пр.

Через кожу, в частности с потом, выходят из организма многие вещества – неэлектролиты, а именно: этиловый спирт, ацетон, фенолы, хлорированные углеводороды и пр. Однако, за редким исключением (например, концентрация сероуглерода в поте в несколько раз выше, чем в моче), общее количество удаляемого таким образом токсичного вещества невелико и не играет существенной роли.

При кормлении грудью возникает опасность попадания с молоком некоторых жирорастворимых токсичных веществ в организм ребенка, в особенности пестицидов, органических растворителей и их метаболитов.

Многогранность воздействия пищи на организм человека обусловлена не только наличием энергетических и пластических материалов, но и огромного количества пищевых, в том числе минорных компонентов, а также соединений неалиментарного характера. Последние могут обладать фармакологической активностью или оказывать неблагоприятное действие.

Понятие биотрансформации чужеродных веществ включает с одной стороны процессы их транспорта, метаболизма и реализации токсичности, с другой - возможность влияния отдельных нутриентов и их комплексов на эти системы, что в конечном счете обеспечивает обезвреживание и элиминацию ксенобиотиков. Вместе с тем некоторые из них обладают высокой стойкостью к биотрансформации и наносят ущерб здоровью. В этом аспекте следует также отметить термин детоксикация - процесс обезвреживания внутри биологической системы попавших в нее вредных веществ. В настоящее время накоплен достаточно большой научный материал о существовании общих механизмов токсичности и биотрансформации чужеродных веществ с учетом их химической природы и состояния организма. Наиболее изучен механизм двухфазной детоксикации ксенобиотиков.

На первом этапе, в качестве ответной реакции организма, происходят их метаболические превращения в различные промежуточные соединения. Этот этап связан с реализацией ферментативных реакций окисления, восстановления и гидролиза, протекающих, как правило, в жизненноважных органах и тканях: печени, почках, легких, крови и др.

Окисление ксенобиотиков катализируют микросомальные ферменты печени при участии цитохрома Р-450. Фермент имеет большое количество специфичных изоформ, что объясняет многообразие токсикантов, подвергающихся окислению.

Восстановление осуществляется с участием НАДОН-зависимого флавопротеида и цитохрома Р-450. В качестве примера можно привести реакции восстановления нитро- и азосоединений в амины, кетонов - во вторичные спирты.

Гидролитическому распаду подвергаются, как правило, сложные эфиры и амиды с последующей деэтерификацией и дезаминированием.

Вышеуказанные пути биотрансформации приводят к изменениям в молекуле ксенобиотика - увеличиваются полярность, растворимость и др. Это способствует их выведению из организма, уменьшению или исчезновению токсического эффекта.

Однако первичные метаболиты могут обладать высокой реакционной способностью и большей токсичностью по сравнению с исходными токсическими веществами. Такой феномен получил название метаболической активации. Реакционноспособные метаболиты достигают клеток-мишеней, запускают цепь вторичных катобиохимических процессов, лежащих в основе механизма гепатотоксического, нефротоксического, канцерогенного, мутагенного, иммуногенного действий и соответствующих заболеваний.

Особое значение при рассмотрении токсичности ксенобиотиков имеет образование свободнорадикальных промежуточных продуктов окисления, что наряду с продукцией реакционноспособных метаболитов кислорода приводит к индукции перекисного окисления липидов (ПОЛ) биологических мембран и поражению живой клетки. В этом случае немаловажная роль отводится состоянию антиоксидантной системы организма.

Вторая фаза детоксикации связана с так называемыми реакциями конъюгации. Примером могут служить реакции связывания активных -ОН; -NH 2 ; -СООН; SH-групп метаболитов ксенобиотика. Наиболее активное участие в реакциях обезвреживания принимают ферменты семейства глутатионтрансфераз, глюкоронилтрансфераз, сульфотрансфераз, ацилтрансфераз и др.

На рис. 6 представлена общая схема метаболизма и механизма токсичности чужеродных веществ.

Рис. 6.

На метаболизм ксенобиотиков могут оказывать влияние многие факторы: генетические, физиологические, факторы окружающей среды и т.д.

Представляет теоретический и практический интерес остановиться на роли отдельных компонентов пищи в регуляции процессов метаболизма и реализации токсичности чужеродных веществ. Такое участие может осуществляться на этапах всасывания в желудочно- кишечном тракте, печеночно-кишечной циркуляции, транспорта кровью, локализации в тканях и клетках.

Среди основных механизмов биотрансформации ксенобиотиков важное значение имеют процессы конъюгации с восстановленным глютатионом - Т-у-глутамил-Б-цистеинил глицин (TSH) - основным тиоловым компонентом большинства живых клеток. TSH обладает способностью восстанавливать гидроперекиси в глутатионперокси- дазной реакции, является кофактором в составе формальдегидде- гидрогеназы и глиоксилазы. Его концентрация в клетке (клеточный пул) в существенной степени зависит от содержания в рационе белка и серосодержащих аминокислот (цистеина и метионина), поэтому дефицит указанных нутриентов повышает токсичность широкого круга опасных химических веществ.

Как было отмечено выше немаловажная роль в сохранении структуры и функций живой клетки при воздействии активных метаболитов кислорода и свободнорадикальных продуктов окисления чужеродных веществ отводится антиоксидантной системе организма. Она состоит из следующих основных компонентов: супероксидисмутазы (СОД), восстановленного глутатиона, некоторых форм глутатион-Б-трансферазы, витаминов Е, С, р-каротина, микроэлемента селена - как кофактора глутатионпероксидазы, а также неалиментарных компонентов пищи - широкого круга фитосоединений (биофлавоноидов).

Каждое из этих соединений обладает специфичностью действия в общем метаболическом конвейере, формирующем антиоксидантную систему защиты организма:

• СОД, в двух своих формах - цитоплазматической Cu-Zn-СОД и митохондриально-Мп-зависимой, катализирует реакцию дисмутации 0 2 _ в перекись водорода и кослород;
• ESH (с учетом его вышеизложенных функций) реализует свое действие по нескольким направлениям: поддерживает сульфгидрильные группы белков в восстановленном состоянии, служит донором протонов для глутатионпероксидазы и глутатион-Б-трансферазы, действует в качестве неспецифического неферментативного гасителя свободных радикалов кислорода, превращаясь, в конечном счете, в окислительный глутатион (TSSr). Его восстановление катализируется растворимой НАДФН-зависимой глутатионредуктазой, коферментом которой является витамин В 2 , что определяет роль последнего в одном из путей биотрансформации ксенобиотиков.

Витамин Е (ос-токоферол). Наиболее значимая роль в системе регуляции ПОЛ принадлежит витамину Е, который нейтрализует свободные радикалы жирных кислот и восстановленных метаболитов кислорода. Протекторная роль токоферола показана при воздействии целого ряда загрязнителей окружающей среды, индуцирующих ПОЛ: озона, N0 2 , СС1 4 , Cd, Pb и др.

Наряду с антиоксидантной активностью витамин Е обладает антиканцерогенными свойствами - ингибирует в желудочно-кишечном тракте N-нитрозирование вторичных и третичных аминов с образование канцерогенных N-нитрозаминов, обладает способностью блокировать мутагенность ксенобиотиков, оказывает влияние на активность монооксигеназной системы.

Витамин С. Антиоксидантное действие аскорбиновой кислоты в условиях воздействия токсичных веществ, индуцирующих ПОЛ, проявляет в повышении уровня цитохрома Р-450, активности ее редуктазы и скорости гидроксилирования субстратов в микросомах печени.

Важнейшими свойствами витамина С, связанными с метаболизмом чужеродных соединений, являются также:

• способность ингибировать ковалентное связывание с макромолекулами активных промежуточных соединений различных ксенобиотиков - ацетомиоонофена, бензола, фенола и др.;
• блокировать (аналогично витамину Е) нитрозирование аминов и образование канцерогенных соединений в условиях воздействия нитрита.

Многие чужеродные вещества, например компоненты табачного дыма, окисляют аскорбиновую кислоту до дегидроаскорбата, снижая тем самым ее содержание в организме. Этот механизм положен в основу определения обеспеченности витамином С курильщиков, организованных коллективов, в том числе рабочих промышленных предприятий, контактирующих с вредными чужеродными веществами.

Для профилактики химического канцерогенеза лауреат Нобелевской премии Л. Полинг рекомендовал использование мегадоз, превышающих суточную потребность в 10 и более раз. Целесообразность и эффективность таких количеств остается спорным, поскольку насыщение тканей человеческого организма в этих условиях обеспечивается ежедневным потреблением 200 мг аскорбиновой кислоты .

Неалиментарные компоненты пищи, формирующие антиоксидантную систему организма включают пищевые волокна и биологически активные фитосоединения.

Пищевые волокна. К ним относят целлюлозу, гемицеллюлозу, пектины и лигнин, которые имеют растительное происхождение и не подвергаются воздействию пищеварительных ферментов.

Пищевые волокна могут оказывать влияние на биотрансформацию чужеродных веществ по следующим направлениям:

• влияя на перестальтику кишечника, ускоряют прохождение содержимого и уменьшают тем самым время контакта токсических веществ со слизистой оболочкой;
• изменяют состав микрофлоры и активность микробных ферментов, участвующих в метаболизме ксенобиотиков или их конъюгатов;
• обладают адсорбционными и катионообменными свойствами, что дает возможность связывать химические агенты, задерживать их всасывание и ускорять выведение из организма. Эти свойства оказывают также влияние на печеночно-кишечную циркуляцию и обеспечивают метаболизм ксенобиотиков, поступающих в организм различными путями.

Экспериментальными и клиническими исследованиями установлено, что включение в рацион целлюлозы, каррагинина, смолы гуара, пектина, пшеничных отрубей приводит к ингибированию (3-глюкоронидазы и муциназы микроорганизмов кишечника. Такой эффект следует рассматривать как еще одну способность пищевых волокон трансформировать чужеродные вещества путем препятствия гидролизу конъюгатов этих веществ, удаления их из печеночно-кишечной циркуляции и усиления экскреции из организма с продуктами обмена.

Имеются данные о способности низкометоксилированного пектина связывать ртуть, кобальт, свинец, никель, кадмий, марганец и стронций. Однако такая способность отдельных пектинов зависит от их происхождения, требует изучения и избирательного применения. Так, например, пектин цитрусовых не проявляет видимого адсорбционного эффекта, слабо активирует (3-глюкоронидазу микрофлоры кишечника, характеризуется отсутствием профилактических свойств при индуцированном химическом канцерогенезе.

Биологически активные фитосоединения. Обезвреживание токсических веществ с участием фитосоединений связано с их основными свойствами:

• влияют на процессы метаболизма и обезвреживают чужеродные вещества;
• обладают способностью связывать свободные радикалы и реакционно-способные метаболиты ксенобиотиков;
• ингибируют ферменты, активирующие чужеродные вещества и активируют ферменты детоксикации.

Многие из природных фитосоединений обладают конкретными свойствами индукторов или ингибиторов токсических агентов. Органические соединения, содержащиеся в кабачках, цветной и брюссельской капусте, броколли, способны индуцировать метаболизм чужеродных веществ, что подтверждается ускорением обмена фенацетина, ускорением периода полужизни антипирина в плазме крови испытуемых, получавших с рационом овощи семейства крестоцветных.

Особое внимание обращают на себя свойства этих соединений, а также фитосоединений чая и кофе - катехинов и дитерпенов (ка- феола и кафестола) стимулировать активность монооксигеназной системы и глутатион-S-трансферазы печени и слизистой оболочки кишечника. Последнее лежит в основе их антиоксидантного эффекта при воздействии канцерогенов и противораковой активности.

Представляет целесообразным остановиться на биологической роли других витаминов в процессах биотрансформации чужеродных веществ, не связанных с антиоксидантной системой.

Многие витамины выполняют функции коферментов непосредственно в ферментных системах, связанных с обменом ксенобиотиков, а также в ферментах биосинтеза компонентов систем биотрансформации.

Тиамин (витамин B t). Известно, что недостаточность тиамина является причиной повышения активности и содержания компонентов монооксигеназной системы, что рассматривается как неблагоприятный фактор, способствующий метаболической активации чужеродных веществ. Поэтому обеспеченность рациона витаминами может играть определенную роль в механизме детоксикации ксенобиотиков, в том числе промышленных ядов.

Рибофлавин (витамин В 2). Функции рибофлавина в процессах биотрансформации чужеродных веществ реализуются главным образом через следующие обменные процессы:

• участие в метаболизме микросомальных флавопротеидов НАДФН-цитохром Р-450 редуктазы, НАДФН-цитохром-Ь 5 - редуктазы;
• обеспечение работы альдегидоксидаз, а также глютатионре- дуктазы через коферментную роль ФАД с осуществлением генерации TSH из окисленного глутатиона.

В эксперименте над животными показано, что дефицит витамина приводит к снижению активности УДФ-глюкоронилтрансферазы в микросомах печени на основании показателя снижения скорости глюкуронидной конъюгации /7-нитрофенола и о-аминофенола. Имеются данные о повышении содержания цитохрома Р-450 и скорости гидроксилирования аминопирина и анилина в микросомах при алиментарной недостаточности рибофлавна у мышей .

Кобаламины (витамин В 12) и фолиевая кислота. Синергическое действие рассматриваемых витаминов на процессы биотрансформации ксенобиотиков объясняется липотропным действием комплекса этих нутриентов, важнейшим элементом которого является активация глутатион-Б-трансферазы и органические индукции моноксигена- зной системы.

При проведении клинических испытаний показано развитие дефицита витамина В 12 при воздействии на организм закиси азота, что объясняется окислением С0 2+ в СО э+ корриновом кольце коба- ламина и его инактивацией. Последнее вызывает недостаточность фолиевой кислоты, в основе которой лежит отсутствие регенерации ее метаболически активных форм в данных условиях.

Коферментные формы тетрагидрофолиевой кислоты наряду с витамином В 12 и Z-метионином участвуют в окислении формальдегида, поэтому дефицит этих витаминов может привести к усилению токсичности формальдегида, других одноуглеродных соединений, в том числе метанола.

В целом можно заключить, что пищевой фактор может играть важную роль в процессах биотрансформации чужеродных веществ и профилактике их неблагоприятного воздействия на организм. В этом направлении накоплены большой теоретический материал и фактические данные, однако многие вопросы остаются открытыми, требуют дальнейших экспериментальных исследований и клинических подтверждений.

Необходимо подчеркнуть необходимость практических путей реализации профилактической роли фактора питания в процессах метаболизма чужеродных веществ. Это включает разработку научнообоснованных рационов для отдельных групп населения, где присутствует риск воздействия на организм различных ксенобиотиков пищи и их комплексов в форме биологически активных добавок, специализированных продуктов питания и рационов.