Системи и механизми за защита на организма срещу ксенобиотици
Разработени системи и механизми за защита на организма срещу ксенобиотици - раздел Електроника, Основи на токсикологията за запазване на хомеостазата Разработени биологични обекти в процеса на еволюция.
За да поддържат хомеостазата, биологичните обекти в процес на еволюция са разработили специални системи и механизми за биохимична детоксикация. Механизмите за защита срещу ефектите на ксенобиотиците при различните видове биологични обекти могат да бъдат различни. Защитните системи на организма обаче са еднакви и се класифицират според целта и механизмите на действие.
По предварителна уговорка има:
- системи, служещи за ограничаване на токсичните ефекти на ксенобиотиците (бариери, тъканни депа);
- системи, служещи за премахване на токсичните ефекти на ксенобиотиците (транспортни и ензимни системи).
Механизмите на действие на защитните системи зависят от пътищата на проникване на ксенобиотици в организма.
Бариери. В тялото на животните и хората има две системи за бариерна защита:
- бариери, които пречат на ксенобиотиците да навлязат във вътрешната среда на тялото;
- бариери, защитаващи особено важни органи (мозък, централна нервна система, жлези с вътрешна секреция и др.).
Роля бариери, които защитават вътрешната среда на тялото, извършват кожата и епитела на вътрешната повърхност на стомашно-чревния тракт и дихателните пътища. Кожата на животните и хората е повече от една четвърт от телесното тегло (за средностатистически човек до 20 кг). Кожата се състои от три основни слоя: епидермиса (най-горния слой на кожата), дермата (вътрешния слой или самата кожа) и подкожната мастна тъкан (фиг. 9). Горният слой на кожата има сложна структура и се състои от рогови, прозрачни, гранулирани, подобни на шипове и зародишни слоеве. Функцията на бариерата се изпълнява от дълбоката част на роговия слой и прозрачните слоеве. Основният структурен компонент на бариерите са структурните протеини. Роговият слой се образува от a-кератини (от гр. keras horn), съдържащи остатъци от всичките 20 естествени аминокиселини в молекулата.
Прозрачният слой е оформен от еднослойни и многослойни клетъчни плочи. Всяка клетка е заобиколена от най-тънкия мастен филм - липидна мембрана, непропусклива за водоразтворими вещества. Веществата, които се разтварят добре в липидите, могат да преодолеят тази бариера. Основният структурен компонент на липидната мембрана е глицеролипидът.
Липиди (от гр. lipos fat) - мастноподобни вещества, които са част от всички живи клетки. В съответствие с химическата структура има три основни групи липиди:
- мастни киселини и продукти от тяхното ензимно окисление;
- глицеролипиди (съдържат глицеролов остатък в молекулата);
- липиди, които не съдържат глицеринов остатък в молекулата (с изключение на първия).
Способността на кожните бариери да предпазват вътрешната среда на тялото от проникването на ксенобиотици в нея зависи от:
- естеството на ксенобиотиците (състав, химични свойства, реактивност, хидрофилност и др.) Хидрофилните вещества се разтварят във водни разтвори на тъкани, а мастноразтворимите - в липиди. Кожните бариери предпазват вътрешната среда на тялото от проникването на водоразтворими вещества в него, от въздействието на водни разтвори на киселини, хидроксиди и соли. Въпреки това органичните разтворители и веществата, които се разтварят в тях, проникват през тези бариери. Веществата с дифилен характер са особено опасни.;
- размерите на молекулите (частиците) на ксенобиотиците определят възможността за тяхното проникване във вътрешната среда на тялото през кожата и кожните канали на потните и мастните жлези. Основният път е чрез абсорбция на кожата. Големи молекули (белтъчни) остават на повърхността на кожата, без да проникват дълбоко, докато частици с малки размери могат да проникнат вътре;
- възраст на тялото Водопропускливостта на кожата не се променя с възрастта.
В случаите, когато ксенобиотиците проникват през роговия слой и липидните мембрани, епитела на вътрешната повърхност на стомашно-чревния тракт и дихателните пътища и навлизат в кръвта, се изпълнява функцията на бариери, защитаващи особено важни органи хистохематогенни бариери (от гр. хистос тъкан + хайма кръв), разположен между тъкан и кръв. Някои ксенобиотици могат да увредят клетките, които образуват хистохематогенни бариери. Най-вече хистохематологичните бариери са повредени от йони на преходни метали, които образуват органични комплекси с протеини, аминокиселини (йони на кадмий, цинк, хром, живак).
За поддържане на жизнените функции на организма старите бариерни клетки се заменят с нови. Червените кръвни клетки се обновяват напълно ежемесечно, роговият слой се отстранява от кожата ежедневно (до 6 g) и цялата кожа се обновява в рамките на един месец. Епителът на вътрешната повърхност на стомашно-чревния тракт и дихателните пътища се обновява ежеседмично.
Депо за ксенобиотици. Някои ксенобиотици се натрупват в определени тъкани на тялото и могат да се съхраняват там дълго време. Депата за тъкани, събирайки ксенобиотик в една тъкан, предпазват вътрешната среда на тялото от нея и спомагат за поддържането на хомеостазата. Ако обаче ксенобиотик престоява дълго време в депото и концентрацията му се увеличава значително с течение на времето, тогава неговият токсичен ефект от хроничен до остър.
Способността на ксенобиотиците да се натрупват в определени тъкани или органи се определя от техния състав, структура и физикохимични свойства.
Неелектролитите, които са относително инертни метаболитно и имат добра разтворимост в липидите, се натрупват във всички органи и тъкани. В този случай, в първата фаза от навлизането на отровата в тялото, кръвоснабдяването на органа ще бъде решаващо, което ограничава постигането на динамично равновесие кръвна тъкан. Въпреки това, в бъдеще основният фактор, влияещ върху разпространението на отровата, е сорбционната способност на органа (статично равновесие). За разтворимите в липиди вещества най-голям капацитет имат мастната тъкан и органите, богати на липиди (костен мозък и др.). За много липидоразтворими вещества мастната тъкан е основното депо, което задържа отрова както в големи количества, така и за по-дълго време, отколкото други тъкани и органи. Освен това продължителността на запазването на отровите в депата за мазнини се определя от техните физикохимични свойства. Например десатурацията на мастната тъкан след отравяне на животни с бензен се случва в рамките на 30-48 часа, а с инсектицида ДДТ - в продължение на много месеци.