Обзор научных публикаций по эндогенному и физиологическому этанолу.
Проблема существования эндогенного алкоголя (этанола) в организме человека не теряет актуальности с тех пор, как в России впервые был введен порог алкогольного опьянения для целей освидетельствований на состояние опьянения. Сейчас факт употребления вызывающих алкогольное опьянение веществ определяется наличием этанола в выдыхаемом воздухе в концентрации 0,16 миллиграмма на один литр. Как видим, пороговая концентрация довольно низкая, и возникает вопрос: может ли эндогенный алкоголь (тот, который синтезируется в организме человека) оказать влияние на результат измерения алкоголя в выдыхаемом воздухе?
Отдавая должное большому числу работ, посвященных исследованию влияния алкоголя на здоровье человека, отметим, что лишь немногие из них затрагивают вопрос присутствия в человеческом организме этанола, не связанного с потреблением алкоголя. Такой этанол носит общее название «эндогенный». Частично он синтезируется в организме человека в результате процессов ферментации углеводной пищи в желудочно-кишечном тракте. Такой этанол принято называть «физиологическим». Не являясь собственно эндогенной субстанцией, вырабатываемой клетками человеческого организма, физиологический алкоголь проникает в них из крови, так же как это происходит в случае с алкоголем, поступившем в организм извне.
Физиологический этанол
Вырабатывание физиологического этанола в организме человека привлекло внимание клинической и диагностической медицины как косвенный способ обнаружения дрожжевых инфекций в желудочно-кишечном тракте (Hunnisett, A., Howard, J., Davies, S., (1990) Gut fermentation (or the ‘Auto-brewery’) syndrome: A new clinical test with initial observations and discussion of clinical and biochemical implications. О Nutr Med 1, p. 33).
После предварительного отбора контрольного образца крови испытуемому, воздерживавшемуся от приема пищи, вводили 5 г глюкозы перорально. Повторный анализ крови брался спустя 1 час после приема глюкозы. Обнаруженное превышение массовой концентрации эндогенного этанола во втором образце по отношению к первому образцу свидетельствовало, по мнению исследователей, о возможности избыточного роста бактерий или дрожжей в желудке или тонком кишечнике, приводящего к реакции ферментации в желудочно-кишечном тракте. Необходимо понимать также, что значительная часть эндогенного этанола, формирующегося в желудочно-кишечном тракте, разлагается под влиянием ферментов, локализованных в печени. Этот процесс обеспечивается кровотоком, движущимся от области желудка и кишечника по воротной вене к печени, затем – в область сердца, легких и далее по большому кругу кровообращения.
Эндогенный этанол
Рассмотрим биохимические процессы образования эндогенного алкоголя (этанола) в тканях. В результате выявления эндогенного этанола в образцах крови и тканей стерильных крыс. Jones, A.W. было косвенно обнаружено присутствие других, по отношению к процессам пищеварения, исходных веществ его образования (Jones, A.W., Ostrovsky, Y.M., Wallin, A., Midtvedt, T., Lack of differences in blood and tissue concentrations of endogenous ethanol in conventional and germfree rats. Alcohol 1, 393, 1984). Действительно, в данном эксперименте присутствие этанола в тканях не может быть объяснено процессами переваривания углеводной пищи в желудочно-кишечном тракте.
Был проведен ряд других экспериментов, целью которых было определение метаболитов, выделяемых фибробластами во время их выращивания in vitro. С помощью методов газовой хроматографии и массовой спектрометрии было зафиксировано выделение этилового эфира пироглутаминовой кислоты и гидроксиэтилового эфира пальмитиновой кислоты (Antoshechkin, A. G., Tatur, V. Y., Maximova, L. A. and Perevesentseva, O. M. (1988a) Experimental evidence of the intracellular formation of ethanol and its role in the cell as an intermediate metabolite. Izvestia Academii Nauk SSSR, BiologyNo. 1, 139–142; Antoshechkin, A. G., Tatur, V. Y., Perevesentseva, O. M. and Maximova, L. A. (1988b) Determination of human fibroblasts metabolism in vitro by gas chromatography–mass spectrometry of cell-excreted metabolites. Analytical Biochemistry 169, 33–40). Эти результаты свидетельствуют о существовании внутриклеточно синтезируемого этанола и его последующих биохимических реакциях с некоторыми карбоксильными кислотами (Anatoly G. Antoshechkin, On intracellular formation of ethanol and its possible role in energy metabolism. Alcohol and Alcoholism, Volume36, Issue 6, p. 608)). Обнаруженное в экспериментах Anatoly G. Antoshechkin присутствие алкогольдегидрогензы и ацетальдегиддегидрогеназы во всех видах клеток, включая нейроны, также подтверждает присутствие этанола в клетках.
Существование этих ферментов в нескольких изоэнзимных формах (всего их имеется восемь), неравномерно распределенных среди органоидов клеток, указывает на протекание некоторых процессов окисления этанола и ацетальдегида.
При дальнейшем рассмотрении мы не будем разделять этанол на физиологический и эндогенный. Будем условно называть его эндогенным.
Концентрация эндогенного алкоголя в плазме крови здоровых обследуемых имеет большой разброс значений, однако его концентрации редко превышают 1 мг/л, что более чем в 1000 раз меньше, чем официальная предельно допустимая концентрация алкоголя в крови водителей, разрешенная в странах, принявших Международную Венскую конвенцию о дорожном движении от 8 ноября 1968 года (ПДК устанавливается странами-участниками конвенции самостоятельно, но она не должна превышать 0.08 г/дл = 0.8 г/л = 800 мг/л).
Так, например, в одном из экспериментов значения массовых концентраций этанола лежали в пределах от 50 нг/мл (чувствительность метода) до 1600 нг/мл. В среднем по группе испытуемых массовая концентрация эндогенного этанола в плазме крови составила 0.39 ± 0.45 мкг/мл (Jones, A. W., Mardh, G. and Anggard, E. (1983) Determination of endogenous ethanol in blood and breath by gas chromatography– mass spectrometry. Pharmacology, Biochemistry and Behaviour 18 (Suppl. 1), p. 267). Значительный разброс результатов вызван, скорее всего, малым количеством обследуемых лиц. В пересчете на принятые в России единицы измерения среднее значение концентрации этанола составило 0.00039 ± 0.00045 промилле в крови, или 0.000195 ± 0.000225 мг/л в пересчете на выдыхаемый воздух, исходя из эмпирического коэффициента соотношения концентрации алкоголя в крови и в выдыхаемом воздухе – 2000 раз. Такие малые концентрации, в силу ограниченной чувствительности, не могут быть выявлены с помощью профессиональных алкометров. Таким образом, эндогенный этанол в общем случае не окажет влияния на результаты освидетельствования на состояние алкогольного опьянения, медицинского освидетельствования на состояние опьянения, а также предрейсового или предсменного осмотра.
Как измеряют такие маленькие концентрации?
Для определения концентрации эндогенного алкоголя в организме человека применяются специальные высокоточные методы газовой хроматографии и массовой спектрометрии. Данные методы направлены на выявление маломолекулярных эндогенных летучих соединений в образцах выдыхаемого воздуха, взятых у здоровых индивидуумов, по времени удержания хроматографируемого вещества сорбентом.
Так, в исследовании Jones, A.W. (1985) (Excretion of low-molecular weight volatile substances in human breath: focus on endogenous ethanol. Journal of analytical toxicology, Nov-Dec; 9(6): 246–50.) для анализа проб выдыхаемого воздуха использовалась модель газового хроматографа, оснащенная пламенно-ионизационным детектором.
На детектор подавали водород (30 мл/мин.) и воздух (330 мл/мин.). Газом-носителем был азот (20 мл/мин.). При данных условиях время удержания хроматографируемого вещества сорбентом для метанола, ацетальдегида, этанола, ацетона и изопрена составило 1.5, 2.0, 3.4, 5.9 и 8.6 минут, соответственно. Кран-дозатор для ввода газовых проб с шестью патрубками был встроен в термокамеру газового хроматографа и, таким образом, находился при температуре 130°С, так же как и сама колба газового хроматографа. Кран-дозатор мог управляться посредством рычага, расположенного с внешней стороны термокамеры.
Ответный сигнал пламенно-ионизационного детектора направлялся на электрический записывающий накопитель. Для того чтобы записывать массовые спектры эндогенных субстанций использовался массовый спектрометр. Устройство запускалось в режиме ионизации электронным импульсом (70 электрон-вольт). Эндогенные концентрации этанола, метанола и ацетона определялись в образцах выдыхаемого воздуха десяти здоровых людей. Отмечались индивидуальные различия эндогенных концентраций, в особенности ацетона. Концентрация эндогенного метанола в наименьшей степени варьировала между испытуемыми. Эндогенные концентрации этанола, метанола и ацетона в выдыхаемом воздухе находились в диапазоне от 0.07 до 0.39, от 0.21 до 0.70 и от 0.57 до 4.00 мкг/л, соответственно (что соответствует 0,00007÷0,00039 мг/л, 0,00021÷0,00070 мг/л, 0,00057÷0,004 мг/л.
Результаты, полученные в результате исследования эндогенных концентраций тех же летучих соединений в выдыхаемом воздухе больных алкоголизмом, воздерживающихся от потребления алкоголя, в целом совпадают с результатами, полученными по здоровым испытуемым.
На Рис. 1 представлены типичные примеры хроматограмм, полученных по результатам анализа образцов выдыхаемого воздуха четырех здоровых испытуемых, воздерживающихся от потребления алкоголя. Пики, от одного до пяти, были определены как метанол (1), ацетальдегид (ниже порога обнаружения) (2), этанол,(3) ацетон (4) и изопрен (5), соответственно.
Рис. 2 дает пример изменения с течением времени концентраций эндогенного этанола, метанола и ацетона у одного здорового обследуемого. В период проведения тестирования, с 9:00 до 14:00, участники исследования воздерживались от приема пищи и воды. На этом временном интервале наименьшим разбросом значений характеризовалась концентрация эндогенного метанола.
Возможны ли «выбросы?»
Возможны ли существенные отклонения значений концентрации эндогенного алкоголя от среднего значения у отдельных индивидуумов? – Да, возможны. Как и любой биологический объект, эндогенный этанол может демонстрировать так называемые «выбросы». Если, по какой-либо причине, в желудочно-кишечном тракте синтезируется значительное количество этанола, и печень, в свою очередь, не способна переработать весь его объем, в таком случае в периферической венозной крови могут быть зафиксированы намного более высокие концентрации эндогенного этанола.
Такие результаты наблюдались в группе, составленной из японских обследуемых, которые страдали от различных расстройств желудочно-кишечного тракта (Hunnisett, A., Howard, J., Davies, S., (1990) Gut fermentation (or the ‘Auto-brewery’) syndrome: A new clinical test with initial observations and discussion of clinical and biochemical implications. О Nutr Med 1, p. 33). Некоторые из них предварительно жаловались на характерные симптомы опьянения, появлявшиеся независимо от приема алкоголь-содержащих продуктов. Такое состояние, по-видимому, являлось результатом потребления субъектами исследования богатой углеводами пищи, такой как рис. Результаты исследования из Японии сложно признать ошибочными, поскольку этанол был обнаружен в крови, в урине и в выдыхаемом воздухе с помощью надежного метода газовой хроматографии, применяющегося для количественного анализа. Для обозначения завышенного по отношению к среднему уровня эндогенного этанола используется термин «синдром автоброжения».
Официально подтвержденных данных, свидетельствующих о существовании людей с постоянным аномально высоким уровнем эндогенного этанола, при подготовке данной статьи выявлено не было.
Концентрации эндогенного этанола в крови людей, больных диабетом, а также другими системными нарушениями метаболизма, незначительно отличаются от аналогичных значений здоровых испытуемых (Sprung, R., Bonte, W., Rudell, E., Domke, M., Frauenrath, C., (1981) Zum Problem des endogenen Alkohols. Blutalkohol 18, p. 65).
При подготовке данной статьи использовались работы Jones A. W. За 36 лет плодотворной работы этот автор создал более 340 работ, посвященных развитию различных аспектов алкометрии. Его труды были опубликованы на нескольких языках в ведущих мировых научных изданиях по медицине, таких как Journal of Analytical Toxicology, Wiley Encyclopedia of Forensic Science, Journal of Forensic Science и т.д.
Заключение
На основании рассмотренных выше экспериментальных материалов с высокой степенью достоверности можно сделать следующие выводы:- Практически у всех привлеченных к исследованиям лиц уровень эндогенного этанола (алкоголя) был значительно ниже того, который может быть обнаружен и измерен анализаторами паров этанола как с электрохимическими, так и с инфракрасными датчиками этанола.
- У больных диабетом и хронических алкоголиков не обнаружено отличий уровня эндогенного этанола от его уровня у здоровых людей.
- В рассмотренном случае автоброжения повышенный уровень эндогенного (физиологического) этанола может быть объяснен этническими отличиями в активности алкогольдегидрогеназы — в качестве обследуемых рассматривались японцы, у которых, как и у других народов монголоидной группы, преобладают именно пассивные изоформы алкогольдегидрогеназы. Тем не менее уровень был достаточно низким, чтобы обнаруживаться только методами газовой хроматографии/масс-спектрометрии.
- При составлении обзора не удалось обнаружить документированные свидетельства постоянного присутствия в организме уровня эндогенного этанола, достаточно высокого для обнаружения с помощью профессиональных алкометров.
Следовательно, эндогенный этанол не может оказать влияние на результаты освидетельствования.
Автор: П. А. Сидорова, 2010 год