Метаболизм этанола в организме человека

МИНИСТРЕСТВО ЗДРАВООХРАНЕНИЯ  РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

УО «ВИТЕБСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  МЕДИЦИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

КАФЕДРА ОБЩЕЙ И КЛИНИЧЕСКОЙ  БИОХИМИИ

 

 

 

 

 

РЕФЕРАТ НА ТЕМУ:

«МЕТАБОЛИЗМ ЭТАНОЛА В  ОРГАНИЗМЕ ЧЕЛОВЕКА»

 

 

 

Подготовила:

студентка 10 группы 3 курса 

фармацевтического факультета

Гражинская В. Л.

 

Проверил:

старший преподаватель

Яцкевич В. В.

 

 

 

Витебск, 2013

Содержание:

1. Физические свойства и применение этилового спирта…………………3

2. Всасывание этанола…………………………………………………….…5

3. Метаболизм этилового спирта……………………………………….…..6

 4. Токсичность этанола и его производных……………………………….9

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Физические свойства  и применение этилового спирта

Этанол — одноатомный спирт с формулой C₂H₅OH (эмпирическая формулаC₂H₆O),  в обычных условиях представляет собой бесцветную летучую жидкость с характерным запахом и жгучим вкусом. Легко воспламеняется.

Этиловый спирт легче воды. Является хорошим растворителем других органических веществ, смешивается с бензолом, водой, глицерином, диэтиловым эфиром, ацетоном, метанолом, уксусной кислотой, хлороформом. Температура кипения – 78,39 ̊ С.

Этанол может использоваться как топливо, в т. ч. для ракетных двигателей, двигателей внутреннего сгорания в чистом виде. Ограниченно в силу своей гигроскопичности (отслаивается) используется в смеси с классическими нефтяными жидкими топливами.

В химической промышленности служит сырьём для получения многих химических веществ, таких, как ацетальдегид, диэтиловый эфир, тетраэлилсвинец, уксусная кислота, хлороформ, этилацетат, этилен и др.,; широко применяется как растворитель (в лакокрасочной промышленности, в производстве товаров бытовой химии и многих других областях); является компонентом антифризов и стеклоомывателей;

В медицине этанол используют как  обеззараживающее и подсушивающее  средство, наружно; для обработки  операционного поля или в некоторых  методиках обработки рук хирурга; как растворитель для лекарственных  средств (при приготовлении настоек  и экстрактов из лекарственного сырья); в согревающих компрессах; как  противоядие при отравлении некоторыми токсичными спиртами, такими как метанол  и этиленгликоль.

В пищевой промышленности наряду с  водой является основным компонентом спиртных напитков (водка, вино, джин, пиво и др.). Также в небольших количествах содержится в ряде напитков, получаемых брожением, но не причисляемых к алкогольным (кефир, квас, кумыс, безалкогольное пиво и др.). Содержание этанола в свежем кефире ничтожно (0,12 %), но в долго стоявшем, особенно в тёплом месте, может достичь 1 %.

Растворитель для пищевых ароматизаторов. Может быть использован как консервант для хлебобулочных изделий, а также в кондитерской промышленности.

Зарегистрирован в качестве пищевой добавки E1510.

Энергетическая ценность этанола — 7,1 ккал/г.

В зависимости от дозы, концентрации, пути попадания в организм и длительности воздействия этанол может обладать наркотическим и токсическим  действием. Под наркотическим действием  обозначается его способность вызвать  кому, ступор, нечувствительность к  боли, угнетение функций ЦНС, алкогольное  возбуждение, привыкание, а также  его наркозное действие.

Длительное употребление этанола может вызвать такие  заболевания, как цирроз печени, гастрит, язва желудка, рак желудка и рак пищевода, сердечно-сосудистые заболевания. Употребление этанола может вызвать оксидативное повреждение нейронов головного мозга, а также их гибель вследствие повреждения гемато-энцефалического барьера. Злоупотребление алкогольными напитками может привести к клинической депрессии и алкоголизму.

Хотя исследование механизма  действия этанола на организм представляется крайне актуальным, этот вопрос все  еще остается недостаточно изученным. Вместе с тем действие больших  количеств этанола напоминает действие наркотика, что можно объяснить  прямым воздействием этанола на мембраны нейронов.

 

 

2. Всасывание этанола

Этанол всасывается в  небольших количествах через  слизистую рта и пищевода, в  умеренных (около 20 %) - из желудка и толстой кишки, но в основном (около 80%) – из проксимального отдела тонкой кишки.

Молекула этанола слабо  поляризована и поэтому легко  проникает через клеточные мембраны и распределяется в жидких средах организма. Благодаря этому быстро достигается равновесие между уровнями этанола в крови и тканях. Эффект этанола зависит от дозы на единицу  веса.

Почти половина принятого  этанола всасывается через 15 минут  и полностью процесс всасывания завершается примерно через 1-2 часа. Всасывание замедляется в присутствии  воды в желудке. Задерживают всасывание углеводы, и жиры. Скорость всасывания возрастает при ускоренной эвакуации из желудка, в отсутствие белков, жиров и углеводов, а также примесей, препятствующих всасыванию, при разведении этанола до умеренных концентраций (скорость всасывания максимальна при концентрации 20%), а также при употреблении газированных спиртных напитков (например, шампанского).

Этанол обнаруживается во всех тканях и по мере уменьшения концентрации в крови диффундирует из них в  кровь.

 

 

 

 

 

 

3. Метаболизм этилового  спирта

Около 90% всосавшегося спирта метаболизируется, остальное количество экскретируется с выдыхаемым воздухом, мочой, потом.

Основным местом метаболической трансформации этанола является печень, в этом процессе может также  принимать участие эпителий желудка.

Окисление этилового спирта - сложный биохимический процесс, в который вовлекаются основные метаболические процессы клетки. Превращение  этанола в печени осуществляется тремя путями с образованием токсического метаболита – ацетальдегида.

Путь №1, клинически более значимый, осуществляется в цитозиле печени ферментом алкогольдегидрогеназой . Km этого пути равна 2 ммоль/л. Этот путь приводит к образованию ацетальдегида, который затем быстро расщепляется ферментом альдегиддегидрогеназой в цитозоле и митохондриях . Для обеих реакций необходим окисленный никотинамидадениндинуклеотид (НАД) в качестве кофактора. Именно повышенное соотношение восстановленного НАД (НАДН⁺) к окисленному – НАДН⁺/НАД - ответственно за многие из метаболических расстройств, вызываемых этанолом.

Скорость трансформации  этанола в печени лимитируется главным  образом активностью алкогольдегидрогеназы. Другим лимитирующим фактором является наличие НАД⁺. Максимальная скорость реакции наблюдается даже при небольших концентрациях этанола. Поэтому уровень этанола в организме понижается с постоянной скоростью (расщепление этанола — реакция нулевого порядка).

Путь №2 - окисление этанола при участии цитохром Р₄₅₀ - зависимой микросомальной этанолокисляющей системы системы.

Цитохром Р₄₅₀-зависимая микросомальная этанолокисляющая система (МЭОС) локализована в мембране гладкого эндоплазматического ретикулума гепатоцитов. МЭОС играет незначительную роль в метаболизме небольших количеств алкоголя, но индуцируется этанолом, другими спиртами, лекарствами типа барбитуратов и приобретает существенное значение при злоупотреблении этими веществами. Этот путь окисления этанола происходит при участии одной из изоформ Р₄₅₀ - изофермента Р₄₅₀ II E₁. При хроническом алкоголизме окисление этанола ускоряется на 50 - 70% за счёт гипертрофии ЭР и индукции цитохрома Р₄₅₀ II E₁.

С₂Н₅ОН + NADPH + Н⁺ + О₂ → СН₃СНО + NADP⁺ + 2Н₂О.

Путь №3 - окисление каталазой.

Этот фермент, находящийся в пероксисомах цитоплазмы и митохондрий клеток печени, расщепляет примерно 2% этанола, но при этом утилизирует пероксид водорода.

СН₃СН₂ОН + Н₂О₂ → СН₃СНО + 2Н₂О.

Ацетальдегид, образовавшийся из этанола, окисляется до уксусной кислоты  двумя ферментами: FAD - зависимой альдегидоксидазой и NAD⁺ - зависимой ацетальдегиддегидрогеназой.

СН₃СНО + О₂ + H₂O → СН₃СООН + Н₂О₂ .

Повышение концентрации ацетальдегида  в клетке вызывает индукцию фермента алъдегидоксидазы. В ходе реакции образуются уксусная кислота, пероксид водорода и другие активные формы кислорода, что приводит к активации перекисному окислению липидов.

Другой фермент ацетальдегиддегидрогеназа окисляет субстрат при участии кофермента NAD⁺.

СН₃СНО + Н₂О + NAD⁺ → СН₃СООН + NADH + H⁺.

Полученная в ходе реакции  уксусная кислота активируется под  действием фермента ацетил-КоА-синтетазы с использованием кофермента А и молекулы АТФ. Образовавшийся ацетил-КоА, в зависимости от соотношения АТФ/АДФ и концентрации оксалоацетата в митохондриях гепатоцитов, может "сгорать" в цикле трикарбоновых кислот, идти на синтез жирных кислот или кетоновых тел.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Токсичность  этанола и его производных

Активное окисление этанола  и ацетальдегида приводит к увеличению отношения NADH/NAD⁺, что снижает активность NAD⁺-зависимых ферментов в цитозоле и менее значительно в митохондриях.

Равновесие следующей  реакции смещается вправо:

Дигидроксиацетонфосфат + NADH + Н⁺ ↔ Глицерол-3-фосфат + NAD⁺,

Пируват + NADH + Н⁺ ↔ Лактат + NAD⁺.

Восстановление дигидроксиацетонфосфата, промежуточного метаболита гликолиза и глюконеогенеза, приводит к снижению скорости глюконеогенеза. Образование глицерол-3-фосфата повышает вероятность синтеза жира в печени. Увеличение концентрации NADH по сравнению с NAD⁺ замедляет реакцию окисления лактата, увеличивается соотношение лактат/пируват и ещё больше снижается скорость глюконеогенеза. В крови возрастает концентрация лактата, это приводит к гиперлактацидемии и лактоацидозу.

NADH окисляется ферментом  дыхательной цепи NADH-дегидрогеназой. Возникновение трансмембранного электрического потенциала на внутренней митохондриальной мембране не приводит к синтезу АТФ в полном объёме. Этому препятствует нарушение структуры внутренней мембраны митохондрий, вызванное мембранотропным действием этилового спирта и повреждающим действием ацетальдегида на мембраны.

На начальных стадиях  алкоголизма окисление ацетил-КоА в цикле трикарбоновых кислот - основной источник энергии для клетки. Избыток ацетил-КоА в составе цитрата выходит из митохондрий, и в цитоплазме начинается синтез жирных кислот. Этот процесс, помимо АТФ, требует участия NADPH, который образуется при окислении глюкозы в пентозофосфатном цикле. Из жирных кислот и глицерол-3-фосфата образуются триацилглицеолы, которые в составе липопротеинов очень низкой плотности секретируются в кровь. Повышенная продукция липопротеинов очень низкой плотности печенью приводит к гипертриацилглицеролемии. При хроническом алкоголизме снижение синтеза фосфолипидов и белков в печени, в том числе и апобелков, участвующих в формировании протеинов очень низкой плотности, вызывает внутриклеточное накопление триацилглицеринов и ожирение печени.

Однако в период острой алкогольной интоксикации, несмотря на наличие большого количества ацетил-КоА, недостаток оксалоацетата снижает скорость образования цитрата. В этих условиях избыток ацетил-КоА идёт на синтез кетоновых тел, которые выходят в кровь. Повышение в крови концентрации лактата, ацетоуксусной кислоты и β-гидроксибутирата служит причиной метаболического ацидоза при алкогольной интоксикации.

Как уже было сказано ранее, реакция образования ацетальдегида  из этанола протекает под действием  алкогольдегидрогеназы. Поэтому при повышении концентрации ацетальдегида и NADH в клетках печени направление реакции меняется - образуется этанол. Этанол - мембранотропное соединение, он растворяется в липидном бислое мембран и нарушает их функции. Это негативно отражается на трансмембранном переносе веществ, межклеточных контактах, взаимодействиях рецепторов клетки с сигнальными молекулами. Этанол может проходить через мембраны в межклеточное пространство и кровь и далее в любую клетку организма.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список используемой литературы:

1. Биохимия: Учеб. для вузов, Под ред. Е.С. Северина., 2003. с. 631 – 636. 
2. Интернет-ресурс: Википедия – свободная энциклопедия http://ru.wikipedia.org/wiki/Этанол
3. Кольман Я., Рем К.-Г. Наглядная биохимия: Пер. с нем. — М.: Мир, 2000. - с. 312 – 313, ил.
4. Строев Е. А. Биологическая химия: Учебник для фармац. ин-тов и и фармац. фак. мед. Ин-тов. – М.: Высш. шк., 1986. – с. 230, ил.