Метаболизм этанола в организме человека

Министерство здравоохранения Республики Беларусь

Витебский государственный ордена Дружбы народов

медицинский университет

Кафедра общей и клинической биохимии

 

 

 

 

 

 

РЕФЕРАТ

по дисциплине «Биологическая химия»

на тему:

МЕТАБОЛИЗМ ЭТАНОЛА В ОРГАНИЗМЕ ЧЕЛОВЕКА

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Витебск,2014

 

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

1. Введение……………………………………………………………………3
2. Физические  свойства, получение, применение этилового спирта……..4 
3. Содержание этанола в алкогольных напитках и в организме человека..5 
4. Всасывание алкоголя………………………………………………………6 
5. Метаболизм  этилового спирта……………………………………………8 
6. Метаболизм  и токсичность ацетальдегида…………………….……….10
7. Влияние этанола и ацетальдегида на метаболизм ксенобиотиков и   лекарств в печени…………………………………………........................13 
8. Острое  и хроническое отравление этиловым спиртом…………...........14 
9. Заключение………………………………………………………………..17
10. Литература………………………………………………………………...18

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. ВВЕДЕНИЕ

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

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА,ПОЛУЧЕНИЕ,ПРИМЕНЕНИЕ ЭТИЛОВОГО СПИРТА

Этиловый  спирт С2Н5ОН— бесцветная, летучая жидкость с характерным запахом, жгучая на вкус. Обладает плотностью 0,813—0,816, температура кипения 77—77,5 °С. Этиловый спирт горит синеватым пламенем, смешивается во всех соотношениях с водой, диэтиловым эфиром и многими другими органическими растворителями, перегоняется с водяным паром. Вследствие высокой гигроскопичности максимальная концентрация не более 96%.   

Этиловый  спирт получают путем брожения крахмалсодержащих  продуктов (зерно, картофель), фруктов, сахара и т. д.   

С6Н12О6 -> 2СО2 + 2С2Н5ОН + 2АТФ  

 Полученный  брожением  этиловый спирт отгоняют и  получают спирт-сырец, который  очищают  путем ректификации. Спирт-сырец  и самогон, изготовленные в домашних  условиях, содержат некоторое количество  сивушных масел. Сивушные масла  относительно медленно метаболизируются  в организме. Поэтому продолжительность  действия их на организм большая, чем этилового спирта.   

Этиловый спирт широко используется в промышленности как растворитель и исходный продукт для получения многих химических соединений. Этот спирт используется в медицине как дезинфицирующее средство, а также как растворитель фармацевтических препаратов, экстрактов и настоек.   

Этанол является противоядием при отравлении некоторыми токсичными спиртами, такими как метанол и этиленгликоль. Его действие обусловлено тем, что фермент алкогольдегидрогеназа предпочтительно метаболизирует именно этанол, а не другие спирты, благодаря чему при приёме этанола уменьшается количество токсичных метаболитов метанола (формальдегида и муравьиной кислоты) или этиленгликоля (щавелевой кислоты).

 

 

 

 

 

3. СОДЕРЖАНИЕ ЭТАНОЛА В АЛКОГОЛЬНЫХ НАПИТКАХ И В ОРГАНИЗМЕ ЧЕЛОВЕКА

Следы этанола (этиловый спирт) можно обнаружить во фруктах. В алкогольных напитках этанол присутствует в существенно более высоких концентрациях. Содержание этанола принято указывать в объемных процентах. Нормы потребления этанола и концентрацию в крови целесообразно давать в граммах (плотность этанола 0,79 кг/л). Например, в одной бутылке пива (0,5 л, 4% EtOH) содержится 20 мл = 16 г этанола, в одной бутылке вина (0,7 л, 12% EtOH) — 84 мл = 66 г этанола.

После поступления в организм этанол быстро всасывается за счет диффузии; максимальная концентрация в крови достигается спустя 60-90 мин. Кроме того, скорость всасывания зависит от самых разных факторов. Так, пустой желудок, высокая температура напитка (например, грога), наличие сахара и углекислоты (например, в шампанском) стимулируют всасывание этанола. Напротив, всасывание этанола замедлено при обильной трапезе. В организме этанол очень быстро распределяется, поступая преимущественно в мышцы и мозг, существенно меньше в жировую и костную ткани, т. е. в ткани и органы, которые составляют примерно 70% общей массы тела. При быстром и полном всасывании этанола, содержащегося в одной бутылке пива (16 г), и массе тела 70 кг (этанол поступает в ткани организма, масса которых составляет 70 г х 0,7= 49 кг) в крови создается концентрации 16 г/49 кг = 0,33 промилле (7,2 мМ). Летальная концентрация составляет примерно 3,5 промилле (76 мМ).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. ВСАСЫВАНИЕ АЛКОГОЛЯ

Этиловый спирт, поступая в организм, начинает всасываться в полости рта, пищеводе, по мере его прохождения (особенно при употреблении небольшими дробными дозами), быстро всасывается в желудке и всасывание около 80 % происходит в тонком кишечнике. Натощак всасывание происходит быстрее, при наличии пищи происходит его растворение в массе пищевого комка и всасывание замедляется, иногда на несколько часов.   

Многие, для того, чтобы как можно меньше опьянеть, перед каким-то мероприятием с ожидаемым приемом большого количества алкогольных напитков, начинают кушать большое количество сливочного масла (чтобы этанол растворился в жире и не всосался), и ставить прочие опыты над своим организмом.

 Пожалейте себя, не  делайте этого. Этиловый спирт, растворяясь  в жирах, вызывает резкое усиление  их совместного всасывания и  кроме дополнительного тяжелейшего  удара по поджелудочной железе  и печени ничего другого не  будет. А есть ли масло, которое  не всасывается в желудочно-кишечном  тракте? Да есть. Это вазелиновое  масло. Но нужно не забывать, что  это слабительное средство, и  приняв его можно получить  незабываемые впечатления от  застолья. Если не получается  провести застолье с одним  бокалом красного вина, тогда  нужно отвечать на вопрос «пить  или не пить?».

Смертельной дозой для взрослого считается 400 мл этилового спирта, выпитого натощак. Однако эта доза довольно условна, поскольку существует множество индивидуальных факторов, учесть которые в полном объеме практически невозможно, влияющих на величину этой дозы.

Максимальный подъем уровня алкоголя в крови на­блюдается через 1 – 2 часа. В дальнейшем – около 10 % выводится в неизмененном виде почками, через легкие и кожу, а около 90 % подвергаются метаболизму печени. В печеночных клетках существуют три ферментные системы, окисляющие алкоголь: уже известная нам алкогольдегидрогеназа, микросомальная система, каталазная система. Но ведущая роль принадлежит алкогольдегидрогеназе. Под ее воздействием этанол метаболизируется до ацетальдегида: Н3С–Н2С–ОН → Н3С–НС═О, а затем ацетальдегид альдегиддегидрогеназой переводится в уксусную кислоту (ацетат): Н3С–НС═О → Н3С–СООН, ее конечные продукты распада – углекислый газ и вода с образованием соответствующего количества энергии. При «сгорании» 1 грамма этанола образуется 7 ккал/г (29,4 кДж/г) энергии. Учитывая то, что организм получает мощный источник «легкой и доступной» энергии, при злоупотреблении этанолом организм довольно быстро перестраивается на «алкогольную энергетику» и бывает очень сложно, когда больного выводится из запоя, привести его энергетические процессы к нормальному функционированию.Скорость превращения этанола в ацетальдегид является относительно постоянной величиной, и не зависит от его концентрации в организме и главным образом определяются активностью алкогольдегидрогеназы, которая у каждого человека индивидуальна.

Считается, что средняя скорость расщепления этанола до углекислоты и воды составляет у мужчин 0,1 г чистого алкоголя на 1 кг массы тела в час, у женщин - на 10% меньше.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. МЕТАБОЛИЗМ ЭТИЛОВОГО СПИРТА

Часть этилового спирта (2—10 %) выделяется из организма в неизмененном виде с мочой, выдыхаемым воздухом, потом, слюной, калом и т. д. Остальное количество этого спирта подвергается метаболизму.    

Катаболизм этилового спирта осуществляется главным образом в печени. Здесь окисляется от 75% до 98% введённого в организм этанола.    

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

    Окисление этанола NAD-зависимой алкогольдегидрогеназой.    

Основную  роль в метаболизме этанола играет цинксодержащий NAD+-зависимый фермент — алкогольдегидрогеназа, локализующаяся в основном в цитозоле и митохондриях печени (95%). В ходе реакции происходит дегидрирование этанола, образуются ацетальдегид и восстановленный кофермент NADH.    

Алкогольдегидрогеназа катализирует обратимую реакцию, направление которой зависит от концентрации ацетальдегида и соотношения NADH/NAD+ в клетке.    

С2Н5ОН + NAD+ ->СН3СНО + NADH + Н+.    

Фермент алкогольдегидрогеназа — димер, состоящий из идентичных или близких по первичной структуре полипептидных цепей, кодируемых аллелями одного гена. Существуют 3 изоформы алкогольдегидрогеназы (АДГ): АДГ,, АДГ2, АДГ3, различающиеся по строению протомеров, локализации и активности. Для европейцев характерно присутствие изоформ АДГ, и АДГ3. У некоторых восточных народов преобладает изоформа АДГ2, характеризующаяся высокой активностью, это может быть причиной их повышенной чувствительности к алкоголю. При хроническом алкоголизме количество фермента в печени не увеличивается, т.е. он не является индуцируемым ферментом.   

 Окисление этанола  при участии  цитохром Р450-зависимой  микросомальной этанолокисляющей  системы.    

Цитохром Р450-зависимая микросомальная этанолокисляющая система (МЭОС) локализована в мембране гладкого эндоплазматического ретикулума гепатоцитов. Микросомальная этанолокисляющая система 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 Е. При хроническом алкоголизме окисление этанола ускоряется на 50-70% за счёт гипертрофии эндоплазматического ретикулума и индукции цитохрома Р450 II Е.    

С2Н5ОН + NADPH + Н+ + 02 -> СН3СНО + NADP+ + 2 Н20.   

 Кроме основной реакции, цитохром Р450 катализирует образование  активных форм кислорода (0, Н202), которые  стимулируют ПОЛ в печени и  других органах.    

Окисление этанола каталазой.    

Второстепенную  роль в окислении этанола играет каталаза, находящаяся в пероксисомах цитоплазмы и митохондрий клеток печени. Этот фермент расщепляет примерно 2% этанола, но при этом утилизирует пероксид водорода.    

СН2СН2ОН + Н202 -> СН3СНО +2 Н20. 

 

 

 

 

 

6. МЕТАБОЛИЗМ И ТОКСИЧНОСТЬ АЦЕТАЛЬДЕГИДА

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

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 ПОЛ.

Другой фермент ацетальдегиддегидрогеназа (АлДГ) 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. Реакция протекает с использованием кофермента А и молекулы АТФ. Образовавшийся ацетил-КоА, в зависимости от соотношения АТФ/АДФ и концентрации окса-лоацетата в митохондриях гепатоцитов, может "сгорать" в ЦТК, идти на синтез жирных кислот или кетоновых тел. 

В разных тканях организма человека встречаются полиморфные варианты АлДГ. Они характеризуются широкой субстратной специфичностью, разным распределением по клеткам тканей (почки, эпителий, слизистая оболочка желудка и кишечника) и в компартментах клетки. Например, изоформа АлДГ, локализованная в митохондриях гепатоцитов, обладает более высоким сродством к ацетальдегиду, чем цитозольная форма фермента.

Ферменты, участвующие в окислении этанола, - алкогольдегидрогеназа и АлДГ по разному распределены: в цитозоле - 80%/20% и митохондриях - 20%/80%. При поступлении больших доз алкоголя (более 2 г/кг) из-за разных скоростей окисления этанола и ацетальдегида в цитозоле резко повышается концентрация последнего. Ацетальдегид - очень реакционно-способное соединение; он неферментативно может ацетилировать SH-, NH2- группа белков и других соединений в клетке и нарушать их функции. В модифицированных (ацетилированных) белках могут возникать "сшивки", нехарактерные для нативной структуры (например, в белках межклеточного матрикса - эластине и коллагене, некоторых белках хроматина и липопротеинов, формирующихся в печени). Ацетилирование ядерных, цитоплазматических ферментов и структурных елков приводит к снижению синтеза экспортируемых печенью в кровь белков, например альбумина, который, удерживая Na+, поддерживает коллоидно-осмотическое давление, а также участвует в транспорте многих гидрофобных веществ в крови. Нарушение функций альбумина в сочетании с повреждающим действием ацетальдегида на мембраны сопровождается поступлением в клетки по градиенту концентрации ионов натрия и воды, происходит осмотическое набухание этих клеток и нарушение их функций.