Живые организмы защищаются от ксенобиотиков окружающей среды благодаря биотрансформации в относительно нетоксичные метаболиты с их последующим выведением. Термин детоксикация относится к целому ряду гоместатических функций печени, поддерживающих постоянство состава крови.
Существует единый универсальный двухстадийный механизм биотрансформации ксенобиотиков. В итоге этих превращений ксенобиотики и их метаболиты обезвреживаются и подготавливаются к безопасному выведению из организма. Основную роль в метаболизме ксенобиотиков играют процессы детоксикации, элиминации и метаболической активации экзогенных субстратов.
Метаболизм гидрофобных ядов, лекарств, канцерогенных веществ, стероидных гормонов, липидов происходит в микросомальной системе. Окисление гидрофобных субстратов идет путем включения атома кислорода в связь между атомом водорода и каким-либо другим атомом молекулы-субстрата (реакция гидроксилирования), добавления дополнительного атома кислорода в p-связь (эпоксидирование), присоединения атома кислорода в молекулу к паре свободных электронов (окисление).
За счет этих реакций осуществляются гидроксилирование алифатических и ароматических соединений, О- и М-деалкилирование, окисление первичных и вторичных аминов, образование сульфоксидов, N-оксидов.
Липофильные молекулы плохо выводятся из биологических мембран, так как образуют гидрофобные связи с молекулами мембранных структур. Окисление определенных групп молекулярным кислородом приводит к увеличению гидрофильности чужеродных соединений. Это способствует их выведению или ускоряет реакции следующей детоксикации с участием ферментов, осуществляющих их конъюгацию с белками.
Часто химическая модификация приводит к потере молекулой ее биологической активности, токсичности.
Однако в современной экологической обстановке большинство синтетических ксенобиотиков (пестициды, полихлорированные бифенилы, ряд лекарственных средств) способны трансформироваться в продукты и соединения более опасные, чем исходные. Такое явление получило название метаболической активации (летального синтеза). В результате метаболической активации образуются электрофильные продукты, основная опасность которых в их высокой реакционной способности с развитием отдаленных последствий в результате сенсибилизации, нарушений мембран, наследственной информации и пролиферативных клеточных процессов. Продукт реакции становится более активным соединением, чем молекула, из которой он образовался. Типичный пример такой реакции - образование в монооксигеназной системе из бенз[а]пирена окисленных производных (диалкогольэпоксид), способных связываться с ДНК, вызывая мутагенез и канцерогенез.
Другой способ детоксикации ксенобиотиков, их конъюгация, представляет собой комплексообразование с некоторыми соединениями, приводящее к образованию менее ядовитых и более растворимых легко выводимых веществ. Конъюгация может происходить с глутатионом, с глюкуроновой кислотой, сульфатом, глицином при участии глютатион-S-трансферазы. Глутатион, выступая в качестве донора протонов, активизирует глутатионпероксидазу (ГП) и глутатионтрансферазу (Г-S-Т) и нейтрализует свободные радикалы кислорода. При этом образуется его окисленная форма Г-S-S-Г (окисленный глутатион), которая восстанавливается глутатионредуктазой (ГР).
Существуют также неферментативные механизмы антиоксидантной защиты, связанные с действием природных адаптационных антиоксидантов α-токоферола, α-ретинола и β-каротина. Особое значение в настоящее время придается изучению роли аскорбиновой кислоты, биофлавоноидов и кальция в развитии адаптационного ответа организма. Кальций, являясь универсальным регулятором внутриклеточных процессов, обеспечивает устойчивость основных защитно-адаптационных систем.
Знание биохимических механизмов детоксикации ксенобиотиков позволяет предложить способы их стимуляции, которые будут способствовать снижению риска развития экологически зависимых заболеваний.
Пищевые добавки.
Пищевые добавки вносят в продукты питания искусственно с целью повышения качества, увеличения сроков хранения или придания продуктам определенных свойств. В качестве консервантов используют диоксид серы, бензойную и сорбиновую кислоты, пероксид водорода, гексаметилентетрамин и др. В качестве антиокислителей широкое распространение получили синтетические соединения бутилоксианизола (БОА) и бутилокситолуола (БОТ), которыми пропитывают упаковочный материал для жиров и изделий, содержащих их большое количество. По заключению Объединенного комитета экспертов ФАО/ВОЗ, ежедневное совместное или раздельное поступление с пищей БОА, БОТ или третичного бутилгидрохинона (ТБГХ) в дозах, не превышающих 0,5 мг/кг массы тела, безвредно для человека.
В качестве эмульгаторов используют моно- и диглицериды жирных кислот и продукт этерификации полиглицерина насыщенными жирными кислотами С16 и С18. Их добавляют к продуктам питания в количествах, не превышающих 2000 мг/кг продукта.
Для стабилизации в кондитерских изделиях допущены агар, агароид (фурцералан), альгинат натрия. В колбасном производстве широко используются фосфат натрия, одно-, дву-, три- и четырехзамещенный пирофосфорнокислый натрий. В качестве загустителей пищевых веществ используют целлюлозу, желатин, пектин, метилцеллюлозу. Они признаны относительно безвредными соединениями (ДСД этих веществ равна 30 мг/кг массы тела).
Солезаменители, как и сахарозаменители, применяются для диетического питания в качестве вкусовых веществ. Они относительно безвредны, ДСД их не установлена, а режим применения указан в рецептуре диетических блюд.
Ароматизирующие вещества представляют собой многокомпонентные смеси: настои, сиропы, экстракты из натурального сырья, эфирные масла растительного происхождения, синтетические соединения. В группу ароматизирующих веществ внесены также коптильные жидкости - препараты для копчения рыб и мяса.
Натуральные красители представляют собой смесь каротиноидов, антоцианов, флавоноидов, хлорофилла и других, т.е. натуральных компонентов растений, наделенных пигментами, и только донник - порошок растения. Все натуральные красители могут применяться для окрашивания пищевых продуктов. Донник и шафран обладают не только окрашивающими свойствами, но и ароматизирующими.
Среди синтетических красителей практически нет безвредных веществ. Это азо- и нитросоединения, дифенилметановые соединения, хиноны, хинолины, пиразолоны, ксантены и др. Синтетические красители не отличаются острой токсичностью, но многие из них являются канцерогенами, мутагенами, аллергенами.
Определенное место в совершенствовании технологических приемов отводится удешевлению, ускорению процессов переработки продовольственного сырья, что достигается с помощью ферментных препаратов. Ферменты, добавляемые к продуктам питания, позволяют ускорить тестообразование, созревание мяса и рыбы, выход сока из плодов и овощей, брожение крахмала и другие процессы. Ферментные препараты в настоящее время широко применяются при производстве пива, спирта, сока, консервов, в хлебопекарной, рыбо- и мясоперерабатывающей промышленности. Потребность в ферментных препаратах привела к развитию соответствующей отрасли микробиологического синтеза.
Большинство ферментных препаратов представляют собой комплексы жизнедеятельности микроорганизмов с питательной средой продуктов и преимущественным содержанием определенных ферментов. Бактериальные препараты менее опасны, чем препараты, полученные из микроскопических грибов, актиномицетов, плесени.
