Министерство здравоохранения Республики Беларусь
Учреждение образования
«Гомельский государственный медицинский университет»
Кафедра общей, биоорганической и биологической химии
Реферат
Механизм токсического действия этанола
Выполнил: студент 2 курса
группы Л-201
Данилюк Т.С.
Проверила: преподаватель
Скрыпникова Любовь Петровна
Гомель 2019
Содержание
Введение………………………...………..…………..…………………………….2
Содержание этанола в напитках и организме……………………………………3
Метаболизм этанола……………………………………………………………….4
Токсическое действие этанола на организм……………………………………...6
Заключение…………………………………………………………………………8
Введение
Этано́л (эти́ловый спирт, метилкарбино́л, ви́нный спирт или алкого́ль, часто в просторечии просто «спирт») — одноатомный спирт с формулой C2H5OH (эмпирическая формула C2H6O), рациональная формула: CH3-CH2-OH, аббревиатура EtOH, второй представитель гомологического ряда одноатомных спиртов, при стандартных условиях летучая, горючая, бесцветная прозрачная жидкость.
Действующий компонент алкогольных напитков. Является депрессантом — психоактивным веществом, угнетающим центральную нервную систему человека. Он имеет наркотические и токсические свойства, что выражается в способности вызывать ступор, нечувствительность к болевым ощущениям, возбуждение. Этанол – канцероген сильного действия, чрезмерное употребление этилового спирта и продуктов, его содержащих, приводит к гастриту, язве желудка, раку пищевода и желудка, циррозу печени и обострению сердечно-сосудистых заболеваний. Наиболее частые заболевания, связанные с употреблением спирта – алкоголизм и клиническая депрессия.
В химической промышленности служит сырьём для получения многих химических веществ, таких, как ацетальдегид, диэтиловый эфир, тетраэтилсвинец, 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.
Этанол является энергетически богатым соединением: при метаболизме 125 г этанола количество образующегося НАДН такое же, как при окислении 500 г глюкозы. При полноценном питании и частом потреблении этилового спирта, например, в виде пива, "этанольный" ацетил-SКоА не столько сгорает в ЦТК, сколько используется для синтеза холестерола и триацилглицеролов, то есть происходит переход энергии этанола в запасную форму, что приводит к гиперлипидемии, "пивному ожирению" и жировой инфильтрации печени.
Содержание этанола в алкогольных напитках и в организме человека
Следы этанола 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.
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.
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).
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.
Метаболизм этанола
В организм поступают и в результате метаболизма образуются в клетках головного мозга и печени, в других тканях, при жизнедеятельности микрофлоры кишечника различные спирты и альдегиды которые могут являться промежуточными метаболитами или конечными продуктами.
Метаболизм поступающего этанола в организме происходит преимущественно в печени.
Метаболизм поступающего этанола в организме происходит в печени тремя путями.
Первый путь начинается в цитозоле и заключается в окислении спирта по алкогольдегидрогеназному пути до уксусной кислоты, которая в виде ацетил-S-КоА поступает в ЦТК. Через этот путь проходит от 70% до 90% всего этанола.
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.
Ацетальдегид, который переходит в митохондрии затем альдегиддегидрогеназой переводится в ацетат. Уксусная кислота в реакции, катализируемой ацетат-КоА-лигазой (тиокиназой) в присутствии АТФ, превращается в ацетил-КоА (ацетил-СоА). Следует отметить, что весь процесс промежуточного метаболизма хорошо согласован. Наряду с цитоплазматической алкогольдегидрогеназой в метаболизме этанола принимают ограниченное участие каталаза и "индуцибельная" микросомальная алкогольоксидаза.
Алкогольоксидаза (цитохром P450), также называемая микросомальная этанолокисляющая система (МЭОС) отвечает за окисление 10-20% этанола.
Второй путь - 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%.
С2Н5ОН + NADPH + Н+ + О2 → СН3СНО + NADP+ + 2Н2О.
Третий путь - 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.
Токсическое действие этанола на организм человека
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+.
Поскольку при утилизации этанола образуется большое количество НАДН, то в цитозоле гепатоцитов активируется 11-я реакция гликолиза (превращение пирувата в лактат) и восстановление диоксиацетонфосфата в глицерол-3-фосфат. Это приводит к гипогликемии в постабсорбтивный период, так как пировиноградная кислота и диоксиацетонфосфат являются субстратами глюконеогенеза.
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, и ещё больше снижается скорость глюконеогенеза. В крови возрастает концентрация лактата, это приводит к гиперлактацидемии и лактоацидозу.
Если запасы гликогена в печени изначально невелики (голодание, недоедание, астеническое телосложение) или израсходованы (после физической работы), то при приеме алкоголя натощак гипогликемия наступает быстрее и может быть причиной потери сознания. К этому стоит добавить сильный диуретический эффект этанола, ведущий к быстрому обезвоживанию организма и снижению кровоснабжения головного мозга со всеми вытекающими последствиями.
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. 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.