2. Ксенобіотики 
Печінка й епітелій шлунково-кишкового тракту людини здатні розпізнавати та знешкоджувати ксенобіотики, які надходять до організму. Проте важко уявити хімічно більш гетерогенну класифікаційну групу сполук. Яким чином організм  розпізнає та знешкоджує такі сполуки?

     В 50-і роки було дане  визначення поняттю "чужорідна речовина", "чужорідне з'єднання" - це речовина, яку даний організм не може використовувати ні для виробництва енергії, ні для побудови якихось  своїх частин. В останнє десятиліття в літературі все ширше вживається як синонім поняттю "чужорідна речовина" термін "ксенобіотик" (від грецького "ксенос" - чужий, "біос" - життя. Так як перші ксенобіотики, що привернули увагу вчених, були створені людиною, то цей термін закріпився за хімічними сполуками, здатними нашкодити  живій природі.

     Вчені виявили, що в організмі тварин і людини є досить багато різних механізмів захисту від ксенобіотиків. Головні з них:

- Система бар'єрів, що перешкоджають проникненню ксенобіотиків у внутрішнє середовище організму, а також захищають особливо важливі органи - мозок, статеві та деякі інші залози внутрішньої секреції, - від тих "чужинців", які все ж прорвалися у внутрішнє середовище;

- Особливі транспортні механізми для виведення ксенобіотиків з організму;

- Ферментні системи, які перетворюють ксенобіотики у сполуки менш токсичні і легше видаляються з організму;

- Тканинні депо, де ніби під арештом можуть накопичуватися деякі ксенобіотики.

    1.Розглянемо системи захисту трохи докладніше. Бар'єри, які стоять на сторожі внутрішнього середовища організму, утворені одно-або багатошаровими пластами клітин.

Як відомо, кожна клітина одягнена найтоншою жирової плівкою-ліпідною мембраною, майже непроникною для розчинних у воді речовин. Тим більше важко, а то й неможливо цим речовинам подолати один або кілька шарів клітин. Однак речовини, що добре розчиняються в ліпідах, природно, можуть подолати такий бар'єр. Його роль в організмі тварин і людини відіграють шкіра, епітелій, що вистилає внутрішню поверхню шлунково-кишкового тракту і дихальних шляхів, і т. п.

       Якщо все ж ксенобіотик прорвався в кров, то в найбільш важливих органах - центральній нервовій системі, деяких залозах внутрішньої секреції - його зустрінуть так звані гістогематичні бар'єри (від грецьких слів "гістос" - тканина і "гема" - кров), розташовані між тканиною і кров'ю.  Більше того, деякі ксенобіотики можуть пошкоджувати клітини, що утворюють гістогематичні бар'єри, і ті стають легко проникними. Це дуже небезпечно, так як позбавлені захисту статеві або нервові клітини спочатку "хворіють", а потім можуть і загинути.

       2.Транспортні системи, що виводять ксенобіотики з крові, виявлені в багатьох органах ссавців, у тому числі і людини. Найбільш потужні знаходяться в клітинах печінки і ниркових канальців. В органах, захищених гістогематичними  бар'єрами, є особливі просвіти, що відкачують ксенобіотики з тканинної рідини в кров.

     Додаток   Так, наприклад, в шлуночках головного мозку є так зване хоріоїдне сплетіння, клітини якого переміщують чужорідні сполуки з ліквору (рідини, що омиває мозок) в кров, що протікає по судинах сплетіння.

     Таким чином, є два типи систем виведення ксенобіотиків: ті, що підтримують чистоту внутрішнього середовища одного органу (наприклад, системи виведення в клітинах хоріоїдного сплетіння), і ті, що очищають внутрішнє середовище всього організму (наприклад, системи в клітинах печінки і канальців нирок).

Додаток  Однак загальний принцип роботи систем виведення однаковий: "транспортні" клітини утворюють шар (пласт), одна сторона якого межує з внутрішнім середовищем, а інша - із зовнішньої; ліпідна мембрана клітин цього шару не пропускає водорозчинні ксенобіотики, але в цій мембрані є спеціальний білок- переносник, який пізнає підмет видаленню речовина, утворює з ним транспортний комплекс і проводить через ліпідний шар з внутрішнього середовища в одну з клітин пласта. Потім інший переносник виводить небажаного гостя з клітки в зовнішнє середовище.

     Але ж ксенобіотики вкрай різноманітні за хімічною будовою - скільки ж треба мати на мембрані білків-переносників?  Основна маса чужорідних речовин виводиться двома системами-для органічних кислот і для органічних основ. Інакше кажучи, всі антропогенні органічні речовини, що утворюють у внутрішньому середовищі негативно заряджені іони (основи), виводяться однією системою, а утворюють позитивно заряджені іони (кислоти) – іншою.

 Додаток    До 1983 року було описано більше 200 з'єднань різної хімічної будови, які здатна пізнавати і виводити система транспорту органічних кислот у нирці. На ділі ж їх число, мабуть, значно більше.Подібна широта охоплення дуже вигідна для організму. Було б чудово довести до такого рівня технічні системи очищення.

      На жаль, і системи виведення ксенобіотиків не всесильні. При високій концентрації ксенобіотиків в крові всі молекули переносника в мембрані (а число їх, природно, обмежена) будуть зайняті, і процес перенесення, досягнувши певної швидкості, змушений буде нею й обмежитися. Крім того, з'ясувалося, що деякі антропогенні забруднювачі, як і у випадку з гістогематическими бар'єрами, можуть пошкоджувати і навіть вбивати "транспортні" клітини. Так, у 70-ті роки американські дослідники створили напівсинтетичні антибіотики пеніцилінового ряду (цефалоридин), які при випробуванні в пробірках виявилися набагато ефективнішими, ніж пеніцилін. Але, потрапивши в організм, цефалоридин стали смертоносними - тварини вмирали через загибель клітин ниркових канальців. Справа в тому, що система транспорту органічних кислот починає виводити цефалоридин,  лише коли його концентрація в клітині багато вище, ніж у крові. Але при цій концентрації антибіотик починає руйнувати структури клітини, і вона гине. Так захисна система стає воротами для смерті!. Ця історія показує, наскільки небезпечними можуть бути синтез і застосування складних органічних сполук, як важко передбачати біологічні наслідки використання таких речовин. Але чи знають цю історію хіміки?

3. Наступний механізм захисту - ферментні системи, які перетворюють ксенобіотики в менш отруйні, що полегшує  їх виведення. Для цього використовуються ферменти, що каталізують або розрив  хімічного зв'язку в молекулі ксенобіотика, або, навпаки, з'єднання її з молекулами інших речовин. Найчастіше в підсумку виходить органічна кислота, яка легко видаляється з організму. Найбільш потужні ферментні системи знаходяться в клітинах печінки.

    Додаток  Це природно, адже кров, відтікає від кишечника, з усіма що потрапили в неї поживними речовинами і ксенобіотиками надходить в печінку, і клітини цього органу повинні перехопити "чужаків", не дати їм по можливості прорватися у загальний кровообіг. Треба сказати, що в більшості випадків печінка добре справляється з цим складним завданням. У печінці можуть знешкоджуватися навіть такі небезпечні речовини, як поліциклічні ароматичні вуглеводні, здатні викликати рак. Однак і тут, як кажуть, не все слава богу: іноді в результаті роботи цих ферментних систем утворюються продукти, набагато більш отруйні та небезпечні, ніж вихідний ксенобіотик. Сумний парадокс: система знешкодження іноді спрацьовує як виробник отрути.

       4. Ну і, нарешті, про депо для ксенобіотиків. Деякі з них вибірково накопичуються в певних тканинах і тривалий час у них зберігаються, у цих випадках і говорять про депонування ксенобіотика.

     Так, хлоровані вуглеводні, що призначалися для боротьби з шкідниками полів, добре розчиняються в жирах і тому вибірково накопичуються в жировій тканині тварин і людини, де в силу своєї стійкості можуть зберігатися дуже довго.

  Додаток   Одне з таких з'єднань, так званий ДДТ, до цих пір виявляється в жировій тканині людини і тварин, хоча його застосування в більшості країн світу заборонено років 20 тому. Сполуки тетрациклінового  ряду подібні  до  кальцію і тому вибірково депонуються в кістковій  тканині, і т. д. Чи є таке депонування надійним способом захисту від ксенобіотиків? І так, і ні. Коли ксенобіотик збирається в одній тканини, очищаючи інші, то це сприяє нормального життя організму. Але якщо він "застряє" там надовго, то врешті-решт його отруйна дія позначається.

       В даний час робляться спроби знизити рівень забруднення навколишнього середовища, але всі ми знаємо, як повільно і непросто йде ця справа. Вивчення властивостей систем захисту від ксенобіотиків може допомогти нам виграти час - дати можливість послабити шкідливу дію забруднень, підвищивши ефективність роботи захисних систем (фармацевтичним шляхом). Особливо важливо це для дітей - вони дуже чутливі до чужорідних хімічних речовин, а механізми захисту у них ще не розвинені в повній мірі. Знання можливостей захисних систем дозволяє також встановити, які  речовини не повинні потрапляти в їжу людини і сільськогосподарських тварин.     

    Таким чином, вивчення систем захисту від ксенобіотиків може дати дуже багато для боротьби за здоров'я природи, за здоров'я людини. Хімічна екологія дає нам шанс гідно впоратися з проблемою антропогенних забруднень середовища, з порушеннями екологічної рівноваги. Чи використовуємо ми цей шанс?