Ksenobiotikai (gr. xenos – svetimas + bios – gyvybė) – tai bet kokios svetimos organizmui cheminės medžiagos, kurios gali trikdyti biologinių procesų eigą: vaistai, nuodai, maisto priedai, insekticidai, pesticidai, įvairūs gamtoje pasitaikantys teršalai ir kitos medžiagos.

Yra žinoma daugiau kaip 200 000 tokių medžiagų. Ksenobiotikai yra medžiagos, užteršiančios maisto produktus įvairiais jų gaminimo etapais. Dauguma jų kenkia žmogaus sveikatai.

Daugumoje atvejų, ksenobiotikai patekę į gyvą organizmą arba atlieką įvairių tiesioginį nepageidaują poveikį, arba sudaro toksiškus metabolitus, kurie sukelia toksines arba alergines reakcijas, silpnina imunitetą, sukelia specifinius susirgimus, sukelia medžiagų apykaitos sutrikimus ar sutrikdo natūralių procesų eigą. Šios medžiagos organizme detoksinamos, vykstant jų biocheminei transformacijai – biotransformacijai.

Ksenobiotikų įvairovė.

Prigimtimi arba kiekiu ksenobiotikai nebūdingi natūraliam maisto produktui. Tai organiniai ir neorganiniai junginiai, augaliniame maiste susidarę iš trąšų liekanų, gyvuliniame – iš pašarų, jų priedų ar konservantų, vaistų (pvz., antibiotikų, antihelmintinių vaistų, augimo stimuliatorių), kurių duodama gyvuliams.

Ksenobiotikais yra ir įvairios medžiagos, patekusios į produktą iš įpakavimo, taros, indų, jei šie pagaminti iš netinkamų maistui laikyti metalų, polimerinių medžiagų, gumos. Toksinių medžiagų (pvz., benzpireno, policiklinių arom. angliavandenilių) produktuose gali susidaryti juos rūkant, kepant, fermentuojant, apšvitinus per didele jonizuojančiųjų spindulių doze. Kai nesilaikoma maisto atsargų ruošimo, laikymo, transportavimo sanitarinių reikalavimų, produktuose gali susidaryti grybelių gaminamų nuodingųjų medžiagų (mikotoksinų) arba bakterijų nuodų (pvz., botulizmo bakterijų, stafilokokų toksinų).

Daug nuodingų medžiagų patenka į maistą iš aplinkos, užterštos pesticidais, sunkiaisiais metalais, sintetinėmis skalbimo priemonėmis, policiklininiais arom. angliavandeniliais.

Ksenobiotikais gali būti ir maisto priedai (pvz., dažai, konservantai, antioksidantai), jei jų dedama per daug arba naudojamos ne tam tikslui skirtos medžiagos.

Ksenobiotikų poveikis žmogaus organizmui ir supančiai gamtai.

Patekę į organizmą nuodingieji ksenobiotikai veikia labai skirtingai, jų poveikis pasireiškia ne iš karto. Sutrinka virškinimas, maisto medžiagų pasisavinimas, jų apykaita, sumažėja organizmo imunitetas, padidėja jautrumas, apnuodijamas visas organizmas (ypač jei ksenobiotikai pažeidžia kepenis, inkstus arba nervų sistemą). Be to, ksenobiotikai skatina senėjimą, trikdo lytinę funkciją, gali skatinti vėžį (kancerogenai), pakenkti palikuonims (mutagenai, teratogenai). Susikaupę organizmo vidinėje terpėje, ksenobiotikai trikdo ląstelių medžiagų apykaitą.

Labiausiai ksenobiotikais teršia aplinką (kartu ir maisto produktus) pramoninės įmonės, šiluminės elektrinės, transporto priemonės (gamybos atliekomis, kuro degimo produktais), žemės ūkis (pesticidais, mineral. trąšomis, jei jų naudojama per daug, jei jos nesubalansuotos arba neleistinos), žmonės buityje vartojamais chemikalais.

Dauguma teršalų yra chemiškai atsparūs, kaupiasi dirvožemyje, vandenyje, augaluose, gyvūnuose; daug jų gali susikaupti ir žmogaus organizme. Dalis ksenobiotikų organizme palengva suyra.

Ksenobiotikų nukenksminimas.

Prieš pradedant analizę reiktų prisiminti tokį svarbų žmogaus organą kaip kepenys (stambiausia virškinimo liauka bei didžiausias vidaus gyvybinis organas). Šis organas organizme atlieka biocheminės laboratorijos funkcijas. Labai svarbi kepenų funkcija yra detoksikacijos arba dar vadinamos barjerinės funkcijos, kurios turi esminę reikšmę išsaugant organizmo gyvybę.

Kepenyse yra nukenksminamos tokios medžiagos kaip bilirubinas ir aminorūgščių katabolizmo produktai žarnyne. Taip pat vyksta vaistinių preparatų ir egzogeninės kilmės toksinių medžiagų inaktyvacija, amoniakas (NH₃) -azotinės apykaitos produktas, kuris fermentinių reakcijų metu perdaromas į netoksinį šlapalą.

Medžiagos, kurios patenka į organizmą iš supančios aplinkos ir nėra jame naudojamos organizmo audinių statybai arba kaip energijos šaltinis yra vadinamos svetimos organizmui  medžiagos – ksenobiotikai. Šios medžiagos į organizmą gali patekti su maistu, per odą ar su įkvepiamu oru.

Daugelio autobiotikų ir ksenobiotikų biotransformacija vyksta kepenų ląstelių endoplazminiame tinkle. autobiotikai ir panašios į juos struktūros ksenobiotikai metabolizuojami tais pačiais keliais, nes jie yra natūralūs metabolinių kelių fermentų substratai.

Ksenobiotikų metabolizmas organizme priklauso nuo to, ar yra fermentų, galinčių katalizuoti jų pokyčius. Dažnai fermentai, katalizuojantys ksenobiotikų pokyčius, yra mažai specifiški substratui, nes substratas yra organizmui svetima medžiaga. Jeigu nėra tam tikrą ksenobiotiką metabolizuojančių fermentų, jis yra metaboliškai neaktyvus (inertiškas).

Daugeliu atvejų biotransformacijos metu ksenobiotikai ir autobiotikai virsta labiau poliniais metabolitais. Polinių metabolitų susidarymas yra labai svarbus, nes jie pašalinami iš organizmo daug greičiau negu nemetabolizuoti lipofiliniai ksenobiotikai. Lipiduose tirpūs ksenobiotikai pereina pro ląstelių membranas ir yra lengvai reabsorbuojami inkstų kanalėliuose, todėl ilgiau išlieka organizme.

Labai hidrofobiniai ksenobiotikai gali išlikti riebaliniame audinyje beveik neribotą laiką, jeigu jie nepaverčiami labiau poliniais. Poliniai metabolitai lengvai nepereina pro ląstelių membranas, yra filtruojami pro inkstų kamuolėlius, nėra lengvai rezorbuojami inkstų kanalėliuose, todėl greičiau pašalinami su šlapimu.

Ksenobiotikų pašalinimas iš organizmo

Ksenobiotikai paprastai dalinami į dvi grupes: tai žmogaus ūkinės veiklos produktai (medžiagos naudojamos pramonėje, žemės ūkyje, transporte ir pan.), taip pat kita grupė, buitinės chemijos medžiagos – plovimo priemonės, priemonės prieš kenkėjus, parfumerija ir kt.

Hidrofiliniai ksenobiotikai yra pašalinami iš organizmo nepakeisto pavidalo su šlapimu, hidrofobiniai – gali užsilaikyti audiniuose, jungtis su baltymais arba sudaryti kompleksus su ląstelių membranų lipidais.

Laikui bėgant, svetimų medžiagų kaupimas audinių ląstelėse prives prie jų funkcijų sutrikdymo. Evoliucijos proceso metu, išsivystė tokių nereikalingų organizmui medžiagų šalinimo mechanizmai (detoksikacija, nukenksminimas, pašalinimas iš organizmo). Daugumos ksenobiotikų nukensminimas vyksta cheminės modifikacijos keliu per dvi fazes.

Šių reakcijų rezultate ksenobiotikai tampa labiau hidrofiliški ir išskiriami su šlapimu. Medžiagos, kurios yra labiau hidrofobinės arba turi didesnę molekulinę masę, dažniausiai išvedamos su tulžimi į žarnyną ir po to pašalinamos su fekalijomis. Nukenksminimo sistema įtraukia daugybę įvairių fermentų, kuriems veikiant praktiškai bet koks ksenobiotikas gali būti modifikuotas.

Ksenobiotikų metabolizme gali dalyvauti inkstų, plaučių, odos ir žarnyno fermentai, bet labiausiai jie aktyvūs yra kepenyse. Mikrosominiams fermentams priklauso specifinės oksidazės, įvairios hidrolazės ir konjugacijos fermentai. Pirmos fazės reakcijos apima oksidaciją, redukciją ir hidrolizę, o antros fazės reakcijos apima konjugacijos reakcijas.

Pirmos fazės reakcijose svetimi ląstelei junginiai bendrai paverčiami į labiau vandenyje tirpius, ir pirminė šių reakcijų funkcija yra suteikti junginiui sekančias grupes: -OH, -SH, -NH₂, -COOH. Šios funkcinės grupės leidžia junginiui toliau dalyvauti antros fazės (biosintetinėse) reakcijose.

  Antroje fazėje – konjugacijos reakcijose, kuriose modifikuotas endoplazminio tinklo sistemos fermentais svetimas junginys yra sujungiamas su endogenine ląstelės molekule (endogeniniais substratais – gliukuronine rūgštimi, sieros rūgštimi, glicinu, glutationu ir kt.) susidarant konjugatui, kuris yra iš organizmo pašalinamas.

Apsisaugojimas nuo ksenobiotikų.

Maisto produktų apsaugojimas nuo ksenobiotikų – viena aktualiausių pasaulio agrotechnologinių ir medicinos problemų. Įvairiose šalyse ji sprendžiama šiek tiek skirtingai. Pagrindiniai principai: visoms kenksmingoms cheminėms medžiagoms ore, dirvoje, maisto produktuose turi būti nustatytos ir sveikatos apsaugos organų aprobuotos higieninės normos, vykdoma jų kontrolė.

Pramonės įmonėse ir žemės ūkyje turi būti naudojamos tik pažangios technologijos, minimaliai teršiančios aplinką (pvz., gamyba be atliekų, uždaras gamybos ciklas;

vietoj pesticidų kovai su žemės ūkio kenkėjais naudojami biologiniai ir agrotechniniai metodai);

į atmosferą išmetamas oras turi būti grynas, o nutekamieji vandenys valomi biotechnologijos metodais;

nebeturi būti gaminamas švino turintis etiliuotas benzinas;

aplink teršiančius aplinką objektus turi būti sanitarinės zonos, vykdoma šių objektų sanitarinė higieninė priežiūra;

į maisto produktus neturi būti dedama sanitarinių organų neaprobuotų priedų.