Предмет ксенобиологии, проблемы и задачи, связь с другими науками
Ксенобиотиками называют чужеродные, ранее не встречавшиеся в организме органические и неорганические соединения. К таким веществам относятся, например, лекарственные препараты, пестициды, промышленные яды, отходы производств, пищевые добавки, косметические средства и пр. Так как в тканях обычно в следовых количествах присутствуют многие неорганические элементы, биологическая функция которых неизвестна, поэтому неорганические вещества можно относить к ксенобиотикам только в том случае, если они не являются необходимыми для метаболических процессов.
Живой организм - это открытая система. Среди веществ, поступающих из окружающей среды в организм, различают естественный поток (питательные вещества) и поток веществ природного и синтетического происхождения, которые не входят в состав данного организма. Эти потоки взаимодействуют на всех уровнях организма (молекулярном, клеточном, органном). Избыток токсических чужеродных соединений (ксенобиотиков) вызывает замедление или остановку процессов роста, развития, размножения. Для поддержания гомеостаза в организме существуют регуляторные механизмы.
Ксенобиология изучает закономерности и пути поступления, выведения, распространения, превращения чужеродных химических соединений в живом организме и механизмы вызываемых ими биологических реакций.
Ксенобиология подразделяется на более узкие области - ксенобиофизику, ксенобиохимию, ксенофизиологию и др. Задачами ксенобиофизики являются изучение процессов взаимодействия экзогенных ксенобиотиков с транспортными системами организма, с различными клеточными структурами, в первую очередь с плазмолеммой, и механизмов поступления ксенобиотиков.
Предметом изучения ксенобиохимии является метаболизм ксенобиотиков в организме. Это направление ксенобиологии включает ряд разделов биологической, органической и аналитической химии, фармакологии, токсикологии и других наук. В задачу статической ксенобиохимии входит установление структуры молекул метаболитов ксенобиотиков, образующихся в организме, изучение их распространения, локализации в организмах и тканях. Динамическая ксенобиохимия исследует механизмы превращения ксенобиотиков в организме, структуру и каталитические свойства ферментов, участвующих в этих превращениях.
Ксенофизиология изучает процессы жизнедеятельности, и функции живых организмов на всем протяжении их развития в условиях действия ксенобиотиков. Ксенофитофизиология изучает особенности поступления и выделения, специфику процессов биотрансформации и аккумулирования ксенобиотиков в растительном организме.
Ксенобиология связана с биотехнологией, которая использует принципы метаболизма ксенобиотиков, в частности ферментный катализ, в синтезе органических веществ. Связь ксенобиологии с медициной обеспечивает безопасность лечения в результате изучения механизма действия и метаболизма новых лекарственных препаратов.
Возрастание актуальности проблем, рассматриваемых в ксенобиологии, обусловлено быстрым увеличением количества синтетических соединений, вовлекаемых в круговорот веществ в природе. Среди ксенобиотиков существует ряд полезных веществ, необходимых медицине, растениеводству, животноводству и т. д. Поэтому одной из задач ксенобиологии является разработка приемов и подходов для создания системы определения биологической активности ксенобиотиков.
Виды ксенобиотиков, их классификация по степени опасности и токсичности
Выделяют следующие типы веществ, вызывающих глобальное химическое загрязнение биосферы:
-газообразные вещества;
-тяжелые металлы;
-удобрения и биогенные элементы;
-органические соединения;
-радиоактивные вещества (радионуклиды) — предмет изучения радиобиологии.
Многие из ксенобиотиков и поллютантов являются сильнодействующими ядовитыми веществами.
В самом широком смысле яды — это химические вещества экзогенного происхождения (синтетические и природные), которые после проникновения в организм вызывают структурные и функциональные изменения, сопровождающиеся развитием характерных патологических состояний.
В зависимости от источника происхождения и практического применения токсические вещества (яды) подразделяют на следующие группы:
-промышленные яды: органические растворители (дихлорэтан, тетрахлорметан, ацетон и др.), вещества, применяемые в качестве топлива (метан, пропан, бутан), красители (анилин и его производные), фреоны, химические реагенты, полупродукты органического синтеза и др.;
-химические удобрения и средства защиты растений, в том числе пестициды;
-лекарственные средства и полупродукты фармацевтической промышленности;
-бытовые химикаты, используемые в качестве инсектицидов, красителей, лаков, парфюмерно-косметических средств, пищевых добавок, анти-оксидантов;
-растительные и животные яды;
-боевые отравляющие вещества.
В зависимости от преимущественного поражения соответствующих органов и тканей человека яды подразделяют на следующие категории: сердечные яды, нервные яды, печеночные яды почечные яды, кровяные (гемические) яды, желудочно-кишечные яды, легочные яды, яды, поражающие иммунную систему, яды, поражающие кожу.
Токсичность — мера несовместимости вещества с жизнью, величина, обратная абсолютному значению среднесмертельной дозы или концентрации.
Величины LC50 или LD5o - это соответственно концентрация или доза вещества, вызывающая половинное подавление регистрируемой реакции (например, гибель 50 % организмов).
Опасность чужеродного вещества - вероятность появления вредных для здоровья эффектов в реальных условиях их производства и применения.
Вредные вещества, с которыми контактирует человек, по степени опасности (токсичности) подразделяют на четыре класса:
I.чрезвычайно опасные (чрезвычайно токсичные);
II.высокоопасные (высокотоксичные);
III.умеренно опасные (умеренно токсичные);
IV.низкоопасные (низкотоксичные).
Критерии классификации ксенобиотиков по степени их токсичности:
-значение величин LD5o или LC50;
-пути поступления (ингаляционно, через кожу);
-время воздействия;
-свойство разрушаться в окружающей среде или претерпевать превращения в живых организмах (биотрансформация).
Помимо токсичности и опасности всякое влияние ксенобиотика на объект можно охарактеризовать по некоторым особенностям его биологического действия:
-по типу биологического воздействия на мишень
-по показателям LD5o или LC50;
-по видам токсичности и опасности
-по избирательности действия ксенобиотиков (вещества могут быть токсичными для одних организмов и нетоксичными - для других);
-по концентрационным пределам (пороговым значениям) токсического и/или опасного воздействия;
-по характеру фармакологического действия (снотворные, нейролептики, гормональные и т. д.).
