Курсовая работа «Особенности кинетики метаболизма этанола»

Работа посвящена изучению кинетических закономерностей ферментативной реакции с NAD-зависимыми ферментами алкогольдегидрагеназой (АДГ) и альдегиддегидрогеназой (АльДГ) в процессе метаболизма этанола. Рассматривается сложная ферментативная реакция — биотрансформация этанола в организме человека. Это сложная двусубстратная реакция.

Причина изучения именно этой ферментативной реакции состоит в том, чтобы:

• 1) с точки зрения физической химии проследить, что происходит в организме при попадании в него алкоголя;
• 2) узнать, с какой скоростью развиваются процессы поступления спирта в кровь и вывода его из организма;
• 3) понять, что и каким образом влияет на скорость данных процессов.

Познакомившись с материалом по этому непростому ферментативному процессу — метаболизму этанола, студент способен самостоятельно выполнить расчеты, а проанализировав полученные результаты, сделать соответствующие выводы.

Что происходит в организме при попадании в него алкоголя

Алкоголизм является расстройством здоровья, имеющим серьезные социальные и биохимические последствия. Для лучшего понимания и лечения данного заболевания предпринято много исследований с целью установления природы биохимических изменений. Эти проблемы можно анализировать с помощью кинетических подходов.

Начальное количество этанола, попавшего в организм, определяется по формуле, учитывающей количество выпитого спиртового напитка (V, мл), крепость напитка (Ь = ^об°^/?{₀₀), плотность этанола (р, г/см³):

где /?_о — число молей спирта; М— мольная масса спирта, г/моль.

Принятый внутрь этанол быстро всасывается, так как легко взаимодействует с жирами и диффундирует из полости желудка и еще в большей степени из тонкого кишечника (20% принятого алкоголя всасывается в желудке, остальное количество — в тонкой кишке). Скорость всасывания зависит от многих факторов, среди которых площадь контакта этанола со слизистой оболочкой желудочно-кишечного тракта, ее васкуляризация, скорость эвакуации содержимого из желудка в кишечник, концентрация алкогольных напитков, характер пищи.

Максимально замедляют всасывание этанола такие продукты, как картофель, мясо (свинина и баранина), а также иные продукты, приготовленные с использованием растительных и животных жиров. Происходит это явление в силу того, что значительная часть этанола абсорбируется белками и клетчаткой, растворяется в пищевом жире и, будучи равномерно распределенной в объеме пищи, некоторое время нс имеет контакта со слизистыми оболочками желудочно-кишечного тракта.

Далее пища равномерными порциями поступает из желудка (за счет его регулярных сокращений — так называемых перистальтических движений) в двенадцатиперстную кишку и кишечник, где абсорбированный этанол последовательно высвобождается и всасывается в кровь. Скорость его поступления в кровоток в значительной степени определяется количеством съеденной пищи. Таким образом, обильная закуска защищает человека, принявшего алкоголь, от неожиданного «оглушающего» опьянения. А вот сода, содержащаяся в лимонадах, освежающих напитках и щелочных минеральных водах, при контакте с кислым содержимым желудка выделяет большое количество пузырьков углекислого газа, раздражающего слизистые оболочки, и усиливает всасывание этилового спирта. Поэтому употребление одновременно с крепкими алкогольными напитками газированной воды, пива, игристых вин способствует быстрому развитию алкогольного опьянения.

Транспорт этанола кровотоком в различные тканевые жидкости осуществляется очень быстро. Время от приема спиртных напитков до момента достижения максимальной концентрации в крови составляет период резорбции. Особенность резорбции у женщин состоит в том, что абсорбция и достижение в крови максимальной концентрации происходит быстрее, чем у мужчин. Алкоголь, принятый внутрь per os (перорально), переносится из желудочнокишечного тракта в кровоток по процессу первого порядка со временем полупревращения 4 мин (мужчины) и 3,8 мин (женщины). В этой фазе насыщение этанолом органов и тканей происходит быстрее, чем его метаболическое превращение и выделение, именно поэтому повышается концентрация этанола в крови.

Оценим кинетические особенности процесса метаболизма этанола в человеческом организме, представив этот процесс схемой обычной последовательной реакции и не вникая пока в тонкий механизм ферментативной реакции удаления этанола из организма человека:

Процесс выведения этанола из организма описывается сочетанием ряда закономерностей, определяемых конкретным уровнем спирта в крови и тканях. Кинетика периода элиминации (выведения из организма) спирта соответствует кинетике первого порядка при концентрации спирта до 0,1 г/л и кинетике нулевого порядка, если концентрация спирта в жидкости тела выше этой концентрации.

Удаление спирта происходит в результате процессов, протекающих в печени, где этанол окисляется, причем интенсивность его окисления не связана с его концентрацией в организме и согласно канонам биохимии является относительно постоянной величиной. Она зависит не от количества выпитого, а от массы тела. Эти показатели индивидуальны для каждого человеческого организма, однако для упрощения расчетов примем, что скорость элиминации этанола из женского организма равна 0,1 г этанола на 1 кг массы тела в час, а из мужского — 0,125 г этанола на 1 кг массы тела в час.

Весь цифровой материал, который приводится в учебном пособии, взят из медицинской литературы и может варьироваться в пределах ± 20% в зависимости от индивидуальных особенностей человеческого организма, от пола, расы человека. При выполнении расчетов в курсовой работе нужно использовать приведенные в тексте значения, понимая, что они условны, так как основаны на среднем уровне значений.

Обычно начальную концентрацию какого-либо вещества в растворе выражают, разделив количество этого вещества в молях на объем раствора. При расчете концентрации этанола в человеческом организме возникают некоторые сложности. Известен средний объем распределения, т. е. количество жидкости, приходящейся на единицу массы человека. Объем распределения для этанола (показатель несколько различается в работах различных авторов) составляет V_d = 0,64 л/кг, т. е. 64% от массы тела (Р, кг). Можно считать, что этанол распространяется во всем водном пространстве организма и, когда он весь перейдет в жидкость организма, его концентрация может быть рассчитана по формуле.

где с — концентрация этанола в молях на литр жидкости тела. Если перейти на терминологию химической кинетики, то определенная концентрация — это концентрация максимума на кинетической кривой промежуточного вещества. Из анализа расположения кинетических кривых мономолекулярной последовательной реакции следует, что, в случае если к_л «к₂, величина максимума на кривой промежуточного вещества практически равна начальной концентрации исходного вещества. Сравнение величин констант скоростей стадии всасывания этанола в кровь и стадии элиминации этанола (при одинаковых порядках реакции, т. е. при содержании этанола 0,1 г/л) позволяет приближенно считать, что по формуле (3.19) можно определить и необходимую для дальнейших приближенных расчетов начальную концентрацию этанола с_о= с_С7н₅он (^желУ^Д0К) — Можно считать, что нс будет большой ошибки, если этот вывод распространить и на случай, когда кинетика элиминации этанола соответствует нулевому порядку.

В табл. 3.3 приведены данные о динамике проявления интоксикации этанолом в зависимости от его содержания в крови.

Таблица 3.3

Проявление интоксикации этанолом

Как указывают авторы [3], употребление около 1 моля этанола официально считается интоксикацией. При этом достигается такая концентрация этанола в крови, которую иногда называют уровнем «легального опьянения». Этот уровень несколько отличается в разных странах. Время, которое необходимо для снижения концентрации этанола практически до нуля, — это время восстановления или период похмелья.