Абсорбция, элиминация и объем распределения алкоголя. Модели Видмарка, Михаэлиса-Ментена.
Фаза абсорбции. Молекулы этанола свободно диффундируют сквозь мембраны клеток. Процесс диффузии этанола из полости желудка и кишечника в кровь называется абсорбцией (всасыванием, резорбцией). Некоторая часть этанола метаболизируется ферментами слизистой желудочно-кишечного тракта или микрофлорой желудка («пресистемный метаболизм»), основная часть поступает в неизменном виде в кровь. В желудке всасывается около 20% этанола, остальные 80% - в тонком кишечнике. На скорость всасывания этанола влияют множество факторов: наличие и характер пищи в желудке, крепость и состав спиртного напитка, общая интенсивность метаболизма, психическое состояние человека и т.д. Так, некоторое количество этанола временно абсорбируется белками и липидами пищевых продуктов («временный дефицит алкоголя»), либо необратимо связывается аминокислотами («безвозвратный дефицит алкоголя»), пища, в особенности богатая белками и жирами, снижает скорость абсорбции. Наибольшее препятствие всасыванию этанола из желудка оказывает картофель, затем мясо, в меньшей степени жиры. В целом временный и безвозвратный дефицит алкоголя зависит от объема пищи в желудке и может достигать 33 – 39%. При гастрите и язве желудка скорость всасывания значительно выше, чем у здоровых людей. Влияние крепости спиртного напитка двояко: при низкой концентрации (3 – 4 об.%) всасывание происходит медленнее, чем при более высокой (10 – 20 об.%). Присутствие алкоголя в концентрации 30 – 40 об.% может вызвать спазм пилорического отдела желудка, в результате приостанавливается эвакуации содержимого желудка в тонкий кишечник. Поскольку именно в кишечнике резорбируется основная масса алкоголя, общая скорость всасывания при этом резко снижается. Особенно этот эффект характерен для интолерантных к алкоголю людей, в частности для юных и стариков. У толерантных к алкоголю лиц спазм пилорического отдела желудка не наблюдается, эвакуация происходит быстро, общее время резорбции, таким образом, существенно сокращается. При оценке влияния крепости напитка следует учитывать, что при разбавлении напитка жидкой пищей концентрация алкоголя в желудке снижается. Стресс, явление нередкое для испытуемых в условиях освидетельствования, приводит к торможению всасывания в результате рефлекторного спазма привратника и понижения моторной функции желудка. Различные вещества в составе спиртных напитков могут по-разному влиять на скорость абсорбции. Так, углекислый газ шипучих вин резко ускоряет всасывание, дубильные вещества – замедляют. У женщин, а также у больных алкоголизмом, пресистемный метаболизм выражен слабо, поэтому больше этанола всасывается в кровь, а всасывание в целом протекает быстрее, чем у мужчин. Из всего сказанного ясно, что сроки абсорбции варьируют в очень широких пределах: от 20 минут при приеме алкоголя натощак до 3 часов при одновременном употреблении пищи. Считается, что для каждого индивида скорость всасывания является постоянной величиной. У большинства людей в среднем максимум концентрации этанола в крови наступает через 1 час после приема спиртного напитка натощак. Скорость всасывания этанола неодинакова на протяжении фазы резорбции. В начале, до поступления алкоголя из желудка в кишечник, она невелика из-за ограниченной площади всасывания, затем, при увеличении площади всасывающей поверхности в желудке и кишечнике, быстро нарастает, а к концу фазы снижается. Существует прямая зависимость между скоростью абсорбции и максимальной концентрацией этанола во внутренней среде организма. Поскольку окисление этанола протекает с постоянной скоростью, то чем быстрее происходит всасывание, тем больше свободного этанола циркулирует в крови. Механизмы торможения всасывания, действующие у интолерантных к алкоголю людей, являются защитной реакцией организма на повреждающее действие внешнего агента, тогда как толерантность можно рассматривать как процесс разрушения этих механизмов, приводящий со временем при продолжении регулярного приема спиртных напитков к развитию алкоголизма. Фазу абсорбции можно диагностировать путем сопоставления концентрации этанола в разных биологических средах: его уровнем в крови альвеолярных капилляров, определяемом при анализе выдыхаемого воздуха, или в слюне. В венозной крови концентрация этанола в этот период достоверно ниже, в моче – еще ниже, чем в венозной крови. Нарастание концентрации этанола в моче из мочеточников происходит настолько стремительно, что еще до окончания резорбции она достигает уровня других биосред или даже превосходит его. При анализе суммарной мочи из мочевого пузыря концентрация этанола может оказаться ниже, чем в моче из мочеточников за счет разведения порциями мочи, скопившимися до употребления спиртного напитка. Поэтому, при вынесении заключения о количестве алкоголя в моче следует учитывать время опорожнения мочевого пузыря. Известно, что выраженность клинических симптомов опьянения коррелирует с уровнем этанола в мозге. Мозг быстро насыщается этанолом, в период абсорбции концентрация этанола в нем равна концентрации в артериальной крови. Кровь альвеолярных капилляров по составу ближе к артериальной крови, чем любая другая биологическая среда, доступная для анализа. В связи с этим анализ выдыхаемого воздуха в период резорбции более информативен, чем, например, прямой анализ венозной крови. Из капилляров стенок желудочно-кишечного тракта этанол поступает через воротную вену в печень, где в основном протекают процессы его метаболизма Избыток этанола, неметаболизированного в печени, диффундирует в артериальную кровь и разносится по всем органам. В фазе абсорбции уровень этанола в артериальной крови повышается за счет поступления из желудочно-кишечного тракта. Скорость насыщения органов этанолом зависит от их васкуляризации - капиллярная сеть мозга, например, в 16 раз обширнее, чем в мышцах конечностей. По мере насыщения органов и тканей этанолом по окончании абсорбции этанол начинает поступать в венозную кровь. В определенный момент между кровью и органами наступает диффузное (динамическое) равновесие концентраций этанола. Этот период равенства концентраций этанола в артериальной и венозной крови в одной трети случаев быстро сменяется фазой элиминации, в остальных продолжается некоторое время (от 20 минут до 2 часов). Степень насыщения органов алкоголем связана с химическими свойствами этанола и зависит от структуры органов, в частности содержания в них воды. Видмарк для вычисления количества потребленного алкоголя предложил использовать величину, названную фактором редукции, равную отношению концентрации этанола в организме в целом к его концентрации в крови. Для каждого человека эта величина относительно постоянна и зависит от объема водной фазы, в популяции в целом предложенные Видмарком средние величины составляют 0,68 для мужчин и 0,55 для женщин. Видмарк обозначил скорость элиминации, т.е. величину, на которую снижается концентрация этанола в единицу времени, буквой β (в литературе принято понятие β60 ), отражающее падение уровня в единицах концентрации за 1 час. Зная величину β60, а также время, прошедшее после приема спиртного напитка до анализа, можно рассчитать количество потребленного этанола по формуле A = P * r * (Cкр + β60 * T), где T – время (в часах) от окончания приема спиртного напитка до анализа, A – общее содержание этанола в организме в граммах; Cкр - концентрация этанола в крови; P – масса тела в килограммах; r – фактор редукции, равный 0,68 у мужчин и 0,55 у женщин. К полученному результату следует прибавить величину возможного безвозвратного дефицита, которая обычно не превышает 5% всего потребленного алкоголя. По Видмарку скорость элиминации составляет 0,155‰/ч. На самом деле она широко варьирует в пределах от 0,10 (у интолерантных к алкоголю людей) до 0,30‰/ч и выше (у высокотолерантных или при интенсивной физической нагрузке). Кроме того, при насыщении ферментных систем скорость элиминации зависит от дозы этанола: чем больше принято алкоголя и, следовательно, выше его концентрация в крови, тем больше скорость элиминации. При расчетах по формулам Видмарка эта величина является вторым (после фактора редукции) фактором неопределенности, снижающим достоверность результатов. В заключениях судебно-медицинских экспертиз обычно указываются два результата – при минимально и максимально возможной скорости элиминации, при этом имеется в виду, что реальный результат лежит внутри этих границ. Определение скорости элиминации для каждого индивида существенно повышает надежность заключения. В организме, однако, элиминация протекает с меняющейся скоростью, и на коротком промежутке времени может быть больше или меньше средней величины. Результаты, близкие к реальным, получаются только тогда, когда вычисляется β60 за длительный промежуток времени (несколько часов), что неприемлемо в условиях освидетельствования. Определив количество потребленного алкоголя (величину A), по формуле Видмарка, можно рассчитать концентрацию этанола в крови в любой другой момент времени, как до, так и после анализа крови. Например, чтобы оценить, насколько выраженным могло быть состояние опьянения в момент происшествия, т.е. за некоторое время до проведения освидетельствования, можно использовать формулу Cкр = A/(P * r) - β60 * T1, где T1 – промежуток времени от конца употребления спиртного напитка до момента, для которого требуется рассчитать концентрацию этанола. Результаты расчета могут быть достоверными (с учетом вышеупомянутых факторов неопределенности) только в том случае, если момент времени, для которого производится расчет, приходится на фазу элиминации. Иными словами, кинетическая модель Видмарка не учитывает изменения концентрации этанола, происходящие при всасывании алкоголя. В то же время, учитывая большую индивидуальную вариабельность времени абсорбции, а также его зависимость от внешних факторов, никогда нельзя быть уверенным, что при ретроградной экстраполяции полученный результат будет соответствовать фазе элиминации, а не фазе резорбции и (или) не состоянию равновесия. В последнем случае ошибка (в сторону завышения) будет слишком велика, чтобы выносить заключение о состоянии опьянения, имевшем место до проведения освидетельствования. Необходимо также учитывать, что используемому Видмарком фактору редукции присуща большая индивидуальная изменчивость, сильно снижающая точность расчетов. Для тучных людей фактор редукции больше средних величин, для худых и для детей – меньше, т.е. его величина сильно варьирует в зависимости от соотношения масс плотных и жидких тканей, которое может сильно различаться даже у людей с одинаковым ростом и весом.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Модель (уравнение) Михаэлиса-Ментена в упрощенном виде сходна с моделью Видмарка. Фаза элиминации. От 2 до 10% потребленного алкоголя выводится в неизменном виде с мочой, потом, калом и выдыхаемым воздухом, остальное количество метаболизируется. Элиминация, т.е. падение уровня этанола в организме, начинается после всасывания 90 – 98% потребленного алкоголя. Следует отметить, что процессы, обеспечивающие элиминацию (метаболизм и выделение), начинаются сразу по мере поступления в кровь первых порций этанола, а динамика концентраций отражает результирующую разнонаправленных процессов: в фазе абсорбции убыль перекрывается поступлением из желудочно-кишечного тракта, а после завершения абсорбции - доминирует. После насыщения алкоголем метаболизирующих этанол-ферментных систем организма человека, скорость реакции не меняется в течение всего периода элиминации, независимо от количества поступившего алкоголя, и составляет у человека с массой тела 70 кг примерно 8 г/ч или 0,19 промилле в час. Скорость элиминации определяется, следовательно, темпом выделения, зависящим от общей интенсивности обменных процессов, температуры тела, функционального состояния систем, через которые происходит выделение, а также от температуры окружающей среды. При большой мышечной нагрузке выделение происходит быстрее, в покое медленнее. В фазе элиминации особенно ярко проявляются различия в содержании этанола в разных биологических средах. Уровень в венозной крови достоверно выше, чем в крови альвеолярных капилляров (соотношение концентраций в венозной крови и крови альвеолярных капилляров равно 1,44) и слюне. Уровень этанола в слюне занимает промежуточное положение между венозной кровью и кровью альвеолярных капилляров, но ближе к последнему. Отсюда следует вывод о высокой диагностической ценности анализа слюны, к сожалению, редко реализуемого в практике из-за трудностей отбора и дозировки пробы. Уровень этанола в капиллярной крови занимает промежуточное положение между венозной кровью и слюной, но ближе к венозной крови. В моче из мочеточников и тем более в суммарной моче концентрация этанола в фазе элиминации всегда достоверно выше, чем во всех упомянутых средах – по этому признаку диагностируется фаза элиминации. Соотношение концентраций этанола в мочеточниковой моче и в венозной крови колеблется, по разным литературным источникам, от 1,15 до 1,40. Элиминация алкоголя из мозга и спинномозговой жидкости происходит медленнее, чем из любого другого органа. Этим объясняется наличие симптомов поражения ЦНС при низких концентрациях этанола в крови.
2.3.2. Токсикокинетические константы. Основные понятия о метаболизме алкоголя. Эндогенный алкоголь.
Метаболизм этанола 90% всего поступившего в организм алкоголя окисляется в печени. В других органах и тканях также обнаружено присутствие основного фермента метаболизма этанола – алкогольдегидрогеназы (АДГ), однако вклад других структур в процесс элиминации алкоголя считается незначительным. Окисление алкогольдегидрогеназой Основной путь окисления алкоголя – окисление алкогольдегидрогеназой (АДГ). На ее долю при малых дозах поступившего алкоголя приходится до 90% всего метаболизируемого этанола. Катализируемая АДГ реакция обратима; сдвиг равновесия в ту или другую стороны определяется концентрацией субстрата или продукта реакции. При отсутствии экзогенного этанола фермент предохраняет клетку от избыточного количества ацетальдегида как более токсичного метаболита этанола. АДГ мозга катализирует восстановление ацетальдегида даже в условиях интоксикации. При незначительном количестве принятого алкоголя, содержащегося в некоторых продуктах питания, а также в спиртосодержащих лекарственных препаратах при их приеме в медицинских дозах, весь поступивший этанол метаболизируется АДГ без повышения активности фермента, в результате чего алкоголь в крови не определяется (т.е. не поступает из печени в кровяное русло). Этот процесс называется уровнем базального метаболизма. При более высоких дозах фермент быстро насыщается, при этом его активность повышается до максимума. Насыщение фермента происходит при нарастании концентрации алкоголя в крови примерно до 0,3‰. В процессе насыщения фермента кинетика окисления этанола АДГ соответствует кинетике I-го порядка, т.е. скорость реакции прямо пропорциональна количеству субстрата (этанола). Период полувыведения этанола (Т0,5) составляет 1 ч при его концентрации в плазме крови до 0,1‰. После насыщения скорость реакции не меняется в течение всего периода элиминации независимо от количества поступившего алкоголя, что описывается как кинетика 0-го порядка, и составляет у человека с массой тела 70 кг примерно 8г/ч. АДГ представляет собой цинксодержащий димер из субъединиц с м. в. по 40000, состоит из полипептидов трех типов в различных комбинациях. Наличие атипичного полипептида β2, характерное для 85% монголоидов и лишь для 5% европейцев, обеспечивает повышенную скорость окисления этанола. Монголоиды обладают также изоформой альдегиддегидрогеназы (АдДГ) с пониженной активностью. Такое сочетание ферментов приводит к мгновенному накоплению продукта альдегиддегидрогеназной реакции - ацетальдегида (АцА), причине так называемой flush-reaction (покраснение лица, тошнота и рвота), которая рассматривается как защитная реакция от интоксикации. Правомерность этого вывода подтверждается тем фактом, что у лиц, продолжающих употреблять спиртные напитки, несмотря на flush-reaction, алкоголизм развивается очень быстро (северные народы). Впрочем, на общей скорости элиминации этанола присутствие указанных изоферментов никак не сказывается (даже наоборот, у северных народов и индейцев она несколько снижена, поскольку лимитирующим звеном в скорости метаболизма является не активность ферментов, а дефицит кофермента (никотинамиддинуклеотида, НАД). Известная сопряженная реакция реокисления восстановленной формы НАД (НАДН) – образование сорбитола из фруктозы – обеспечивает лишь 30% реокисления при совершенно нереальном условии потребления фруктозы в эквимолярном с этанолом соотношении. Окисление микросомальной этанолокисляющей системой (МЭОС) Второй по значению путь метаболизма этанола – окисление микросомальной этанолокисляющей системой с участием цитохрома P-450. МЭОС представляет собой неспецифичную к этанолу ферментативную митохондриальную цепь, окисляющую большинство лекарственных препаратов и токсинов. При совместном употреблении этанола и лекарственных веществ конкуренция за места связывания приводит к потенцированию их действия, усиливая тем самым их токсичность, что хорошо известно судебным химикам. Тем не менее, МЭОС играет важную роль в механизме адаптации к этанолу: ее активность в отношении этанола, незначительная в норме (при ее участии окисляется обычно до 10% метаболизируемого этанола), при интоксикации во много раз возрастает и остается увеличенной при хроническом приеме, обеспечивая окисление до 50% всего метаболизируемого этанола. Окисление каталазой Третий путь метаболизма этанола – окисление каталазно-пероксидазной системой. Роль каталазы в окисление этанола в норме совершенно ничтожна (до 2% метаболизма), хотя этанол является удобным субстратом для нейтрализации перекиси. В условиях интоксикации, однако, активность каталазы значительно возрастает, что указывает на ее адаптационную роль. Степень активации каталазы характеризует уровень толерантности к алкоголю. Поскольку система каталазы присутствует во всех органах и тканях, общее значение системы каталазы в метаболизм этанола при интоксикации зависит от степени периферической резорбции этанола. Некоторые другие токсические вещества (например, этиленгликоль и метанол) помимо АДГ окисляются только каталазой, в их метаболизме она играет существенную роль. Поскольку отравляющим действием обладают именно метаболиты – оксалат и формальдегид, - то конкуренция с этанолом за места связывания может предохранить клетку от более жесткого воздействия, а сами субстраты выделяются при этом в неизмененном виде с мочой и дыханием. Другие пути метаболизма кроме окисления этанол может вступать в различные другие реакции: - конъюгация с глюкуроновой кислотой в легких; - неспецифическое образование этилсульфатов; - разрушение фосфорно-эфирных связей с образованием этилфосфатов; - ферментативное образование эфиров этанола с жирными кислотами (печень, сердце, др. ткани); - образование комплексов с белками плазмы (с различной природой химических связей). Суммарная доля этих путей при обширном приеме алкоголя составляет до 40%. Вопреки широкому мнению, согласно которому этанол не аккумулируется, он в виде сложных эфиров с жирными кислотами депонируется в жировой ткани с последующим гидролизом фосфорно-эфирных связей и поступлением высвобожденного этанола в кровь. Таким образом, этанол может определяться в крови спустя длительное время после употребления. В отношении конкретных сроков и концентраций этот процесс до конца еще не изучен. Известно, однако, что факт употребления алкоголя можно установить по титру антител к модифицированным этанолом (а также ацетальдегидом) белкам спустя неделю и более после употребления спиртного напитка. Метаболизм ацетальдегида Метаболизм продукта окисления этанола ацетальдегида (АцА) состоит в окислении с участием альдегиддегидрогеназы (АдДГ, КФ 1.2.1.3) до ацетата. АдДГ – тетрамер, имеет 6 изоферментов, состоящих из субъединиц трех типов, и три соответствующих им генных локуса. В отличие от АДГ, сосредоточенной в основном в печени а некоторых других органах, АдДГ обнаруживается в плазме крови. АцАд, при обширном употреблении спиртного, образующийся из этанола в печени, также поступает в кровь и определяется на протяжении всего времени элиминации. В то же время в мозг АцА не проникает благодаря гематоэнцефалическому барьру, которым является АдДГ капилляров и эндотелия мозговых сосудов. Ацетат в здоровом организме моментально улавливается коэнзимом А (КоА) с образованием ацетилкоэнзима А (КоА) (естественный субстрат цикла трикарбоновых кислот) и окисляется до углекислого газа и воды. Таким образом, этанол является естественным энергетическим источником. Однако у больных алкоголизмом ацетат существует в свободном виде, что является маркером заболевания, и вызывает снижение pH крови. Кроме окисления ацетальдегид способен конденсироваться с катехоламинами с образованием лигандов опиатных и бензодиазепиновых рецепторов. Этот процесс лежит в основе развития зависимости от алкоголя. Ацетальдегид, обладая исключительно высокой алкилирующей способностью, образует также ковалентные связи с большим спектром веществ, в частности, с белками, как свободными (в плазме крови), так и белками мембранных структур, нарушая их функцию. Как и в случае с этанолом, образование модифицированных ацетальдегидом белков приводит к синтезу антител, повышенный титр которых сохраняется несколько недель. Эндогенные этанол и ацетальдегид. Этанол является естественным эндогенным метаболитом организма. У животных он образуется исключительно путем восстановления АцА. АцА синтезируется в ходе обмена трикарбоновых и аминокислот, фосфорных эфиров. Одна из главных функций АцА - образование путем неэнзиматической конденсации с дофамином и катехоламинами, а также их метаболитами, морфиноподобных веществ-лигандов опиатных и бензодиазепиновых рецепторов, модулирующих эмоциональный фон. У людей с низкой от природы способностью к формированию эндогенного АцА дефицит подобных лигандов выражается в пониженном настроении, чувстве дискомфорта и тревожности. Компенсация дефицита за счет приема алкоголя снимает эти симптомы, однако хроническая алкоголизация приводит к метаболической адаптации, в результате которой способность к собственному синтезу еще более снижается, в результате чего развивиается зависимость – потребность в экзогенных метаболитах, необходимый уровень которых не обеспечивается эндогенными источниками. При вынесении диагноза «факт употребления алкоголя…» встает вопрос дифференцировки эндогенного и экзогенного этанола. В литературе чрезвычайно широкий диапазон концентраций этанола считается эндогенным: от 0,001 до 0,3 – 0,4‰. Результаты определения эндогенного алкоголя зависят, прежде всего, от применяемого метода, и наиболее высокие значения выявляются при использовании неизбирательных к алкоголю методов, при газохроматографическом исследовании эндогенный этанол не превышает 0,02 – 0, 07‰. Естественно, что фактическая концентрация эндогенного этанола в организме не может зависеть от метода исследования. В этом случае приходиться констатировать подмену понятий: термином «эндогенный» обозначается этанол, присущий исследуемой пробе, иначе говоря, артефакт. При неизбирательных методах множество других веществ имитирует наличие этанола, и его концентрация искусственно завышается. При применении газовой хроматографии (ГХ) также имеется артефактный пик этанола, определяемый в пробе, не содержащей биологического материала (т.н. «фоновой пробе»), связанный с «памятью колонки». Эти артефакты характеризуются величиной порога количественного определения этанола, характерного для каждого метода исследования. При использовании алкометра Lion S-D2, например, а также для ГХ (алкилнитритный метод) порог количественного определения этанола составляет 0,05‰. Что касается собственно эндогенного этанола, то с физиологической точки зрения более обоснованными являются значения порядка 1 мг/л и ниже, поскольку именно этот уровень сопоставим с концентрацией предшественников и метаболитов этанола. Такие количества этанола можно выявить только исключительно чувствительными методами (ГХ-МС, ГЖХ с капиллярной колонкой и пламенно-ионизационным детектором и т.п.). Поскольку используемые при освидетельствовании методы имеют порог чувствительности, заведомо превышающий возможные концентрации эндогенного этанола, можно считать любые достоверно рассчитанные результаты признаком потребления алкоголя.
Дата добавления: 2018-05-12; просмотров: 1406; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!