ТОКСИЧНОСТЬ, МЕТАБОЛИЗМ И ТОКСИКОКИНЕТИКА СПИРТОВ

В связи с ограниченной летучестью и относительно низкой токсичностью острые ингаляционные отравления спиртами в практике наблюдаются редко. Встречаются случаи ингаляци­онных отравлений эфирами ЭГ, преимущественно метило­вым, а также амиловыми спиртами и клеем БФ.

Общность физико-химических свойств спиртов в конеч­ном счете определяет сходство токсикокинетики этих соеди­нений. Все представители данной группы, поступая внутрь, быстро всасываются в кровь из желудка и верхних отделов тонкой кишки, достаточно равномерно распределяются в ор­ганизме. Исключением являются спирты, содержащие б и бо­лее углеродных атомов, которые могут накапливаться в жиро­вой ткани в связи с ее высокой липофильностью.

Кажущийся объем распределения у спиртов с короткой цепью колеблется около 1 л/кг, при увеличении количества атомов углерода он возрастает. В крови спирты находятся пре­имущественно в свободном (не связанном с белками) состоя­нии. Между эритроцитами и плазмой распределяются относи­тельно равномерно. Время полуочищения крови (Т_)/2) колеблется от 1—2 ч у этанола и пропанола до 12—16 у метано­ла. Выделение спиртов из организма осуществляется в неизме­ненном виде с мочой и выдыхаемым воздухом. Особенностью токсикокинетики многоатомных спиртов (этиленгликоля, пропиленгликоля и глицерина) является концентрирование этих веществ в моче (уровень яда в моче в 3-5 раз и более выше, чем в крови), в то время как для одноатомных спиртов этот показатель составляет 40—60%. Выделение самих спиртов не зависит от pH, в то время как их кислотные метаболиты значительно интенсивнее выводятся в щелочной моче.

Биотрансформация всех спиртов осуществляется преимуще­ственно в печени при участии этанолокисляющих ферментных систем с образованием продуктов, которые, в свою очередь, тоже выделяются в основном почками. Однако, несмотря на значительное сходство, метаболизм отдельных представителей класса спиртов может значительно различаться.

Ферментные системы окисления спиртов. По современным представлениям окисление первичных алкоголей в организме происходит по схеме: спирт альдегид -» кислота, вторич­ных — спирт кетон и осуществляется ферментативным пу­тем. В начальной стадии процесса принимают участие четыре ферментные системы: алкогольдегидрогеназа (АДГ), микросо- мальная этанолокисляющая система (МЭОС), каталаза и ксантиноксидаза. В группу АДГ входят два фермента, один использует в качестве кофактора НАД⁺, другой — НАДФ⁺. НАД-зависимая АДГ является основным энзимом, метаболи- зирующим алифатические спирты. Это — цитоплазматиче­ский цинксодержащий фермент с оптимумом pH около 11, широко представленный в различных тканях, однако основ­ная его активность обнаруживается в клетках печени. В пере­счете на 1 грамм сырой ткани она распределяется следующим образом: печень > тонкая кишка > легкое > почка > сердце > сетчатка, селезенка > головной мозг > скелетная мышца (Ма- ysoon S. M.-N., Yassar A. L.-Y., 1984). АДГ обладает широкой субстратной специфичностью, окисляя первичные и вторич­ные алифатические спирты и альдегиды, кетоны, ароматиче­ские алкоголи и альдегиды, полиеновые спирты, ретинол, фе­нолы, стероиды и т. д. Фермент особенно интенсивно

метаболизирует низшие и средние алифатические спирты. Окисление спиртов АДГ происходит по схеме:

В этой реакции генерируется значительное количество вос­становленного кофермента (НАДН).

Следует отметить, что АДГ содержится преимущественно в цитоплазме гепатоцитов, в то время как реокисление НАДН (до НАД⁺) происходит в митохондриях, мембраны которых непроницаемы для восстановленного кофермента.

Второй по значимости является микросомальная этаноло- кисляющая система — МЭОС, в функционировании которой участвуют кислород, флавопротеид, НАДФН и цитохром Р₄₅₀ (Lieber С. S. 1981, 1983).

Считается, что участие МЭОС в метаболизме спиртов осу­ществляется двумя путями (Bocker Е. А., 1980). Первый из них (основной) заключается в непосредственном внедрении моле­кулярного кислорода в молекулу алкоголя с образованием со­ответствующего альдегида; второй связан с генерацией цито­хромом Р450 перекиси водорода, которая используется каталазой для окисления спирта. Оптимальные условия деяте­льности МЭОС отличаются от таковых для АДГ. Так, ее опти­мум pH равен 6,9—7,5. Среди алифатических спиртов МЭОС наиболее интенсивно метаболизирует этанол. Под влиянием длительного воздействия этилового спирта или высоких его концентраций активность МЭОС значительно возрастает. Считается, что этанол в МЭОС метаболизируется при участии Специфической ИЗОфорМЫ ЦИТОХрОМа Р₄₅о2Е1-

Кроме АДГ и МЭОС в метаболизме спиртов может участ­вовать и каталаза (Chance В. et al., 1974), локализованная, в основном, в пероксисомах гепатоцитов и эритроцитах (опти­мум pH фермента составляет 5,5). Необходимо отметить, что у грызунов каталаза — основной фермент, метаболизирующий метанол (Cederbaum A. I., Qureshe А., 1981), в то время как у приматов и человека ведущую роль в этом процессе играет АДГ. Каталаза так же, как и АДГ и МЭОС, превращает пер­вичные алифатические спирты в соответствующие альдегиды; она практически не взаимодействует с высшими спиртами.

Одним из основных источников перекиси водорода, испо­льзуемой каталазой для окисления спиртов, является ее гене­рация ксантиноксидазой при трансформации гипоксантина в ксантин. В нормальных условиях вклад каталазы и ксантинок- сидазы в метаболизм спиртов незначителен и составляет не более 5% от метаболизируемого без участия АДГ.

Следующий этап биотрансформации алифатических спир­тов состоит в превращении образующихся альдегидов и кето­нов. Метаболизм альдегидов в основном не связан с эндоп­лазматическим ретикулумом и осуществляется тремя группами ферментов: альдегидцегидрогеназами (АльДГ), аль- дегидоксидазами и альдегидлиазами, причем и у животных, и у человека окисление альдегидов преимущественно происхо­дит при участии неспецифической АльДГ. Этот фермент, ис­пользуя НАД⁺ (или НАДФ⁺), трансформирует альдегид в со­ответствующую кислоту:

Активность энзима обнаруживается в цитозоле, микросо- мах и особенно велика в митохондриях. По степени активно­сти в органах и тканях АльДГ их можно расположить в такой последовательности: печень > почки > надпочечники > поло­вые железы > тонкая кишка > мозг, сердце > жир > легкие. В состав активного центра фермента входит SH-rpynna. АльДГ существует во множественных молекулярных формах.

Кетоны также могут трансформироваться в кислоты, одна­ко их окисление протекает медленно и чаще всего сопровож­дается разрывом углеродной цепи.

Судьба кислот, образующихся в результате метаболизма спиртов, может быть различна: они подвергаются дальнейшей ферментной биотрансформации, вступают в реакции конъю­гации, включаются в обменные процессы, выводятся из орга­низма, главным образом с мочой.

Этиловый спирт быстро всасывается из желудочно-кишеч­ного тракта (причем 20% в желудке и остальные 80% в тонкой кишке) и уже через 5 мин обнаруживается в крови, а макси­мальной концентрации достигает через 1—2 ч (фаза резорб­ции). Считается, что максимальная концентрация этанола в крови (г/л) примерно равна принятому внутрь количеству эта­нола (мл/кг). Фаза элиминации наступает после всасывания более 90% алкоголя. Около 90% этилового спирта окисляется в организме до СО₂ и Н₂О, остальные 10% выводятся в неиз­мененном виде с мочой и выдыхаемым воздухом. Следует от­метить, что этиловый спирт в моче определяется значительно дольше, чем в крови.

Метаболизм этанола в печени происходит в несколько эта­пов: первый, окисление этанола до ацетальдегида; второй, окисление ацетальдегида до уксусной кислоты; третий, обра­зование из ацетата ацетил-коэнзима А, окисляющегося в цик­ле Кребса до воды и углекислого газа.

Для оценки скорости биотрансформации этилового спирта в организме введено понятие «исходного» метаболизма. Это количество этанола, которое может быть утилизировано за единицу времени с учетом того, что весь образовавшийся аце-

тальдегид успевает окислиться в тканях (печени и почек) и не попадает в общий кровоток. Для здорового человека величина «исходного» метаболизма этанола равна 1—2 г/кг в сутки.

Скорость метаболизма этанола в организме человека со­ставляет в среднем 90—120 мг/кг массы тела в час, однако, этот показатель может значительно колебаться в зависимости от индивидуальных особенностей. По другим данным ско­рость метаболизма этанола печенью человека равна 2 ммоль/мин (Braggins Т. J. et al., 1981), в то время как внепе­ченочная биотрансформация составляет всего 0,4 ммоль/мин.

В метаболизме этанола в организме принимают участие в той или иной степени все спиртокисляющие ферментативные системы. Основной из них является НАД-зависимая АДГ пе­чени, которая окисляет до 90% этилового спирта, на долю МЭОС и каталазы приходится не более 10%.

Следует также отметить, что скорость метаболизма этанола в присутствии средних спиртов значительно уменьшается, что обусловлено снижением активности алкогольокисляющих си­стем печени (в частности АДГ). Так, следовые концентрации изопропанола и пропанол (3,5 г/л.

Метиловый спирт так же, как и все представители этой группы, быстро всасывается из желудочно-кишечного трак­та, максимальная концентрация в крови обнаруживается уже через час после его перорального приема. Он достаточно рав­номерно распределяется в тканях, наибольшая его концент­рация определяется в богатых жидкостью органах. В неизме­ненном виде метанол обнаруживается в биосредах, по разным данным, в течение 3-5 и даже 7 суток. В течение не­скольких суток он может элиминироваться слизистой желуд­ка и повторно всасываться в кровь. Выделение метанола осу­ществляется легкими с выдыхаемым воздухом и почками — на их долю приходится 50 и 10% от общего количества посту­пившего вещества соответственно. Примерно 20% принятого метилового спирта выделяется с мочой в виде муравьиной кислоты, которая определяется в моче до 5—7 суток с момен­та приема яда.

Метанол окисляется в организме значительно медленнее этанола со скоростью 25 мг/кг массы тела в час. Наибольшей окислительной способностью обладает ткань печени (Cederba­um А. I., 1982). Основными продуктами окисления являются формальдегид и муравьиная кислота. Формальдегид частично связывается с белками, а частично окисляется до муравьиной кислоты. Метаболизм формальдегида протекает по двум основным направлениям — с участием тетрагидрофолиевой кислоты и восстановленного глутатиона (рис. 3). Окисление формальдегида до муравьиной кислоты протекает быстро, в то время как кислота метаболизируется очень медленно.

Индивидуальная чувствительность к метиловому спирту различна. Наибольшее количество летальных случаев отмеча­ется при употреблении 100 мл и более метанола. В то же вре­мя описаны случаи с летальным исходом при употреблении 30 мл метилового спирта. Большинство авторов считают ми­нимально токсичной дозу 7—8 мл, а минимальной смертель­ной — 30—100 мл. Летальным считается уровень метанола в крови, равный 0,8 г/л.

Пропиловые спирты. До 82% пропанола всасывается в же­лудочно-кишечном тракте в течение первого часа, а через 2 ч

Рис. 3. Схема биотрансформации метилового спирта

этот процесс уже практически заканчивается. Вследствие бо­льшей липотропности содержание пропанола и изопропанола в жирах выше, чем этанола. В организме человека пропило- вые спирты метаболизируются с различной скоростью. Так, пропанол окисляется в 1,5 раза быстрее, а изопропанол в 2 ра­за медленнее этанола.

Промежуточными продуктами окисления пропанола явля­ются пропиловый альдегид и пропиловая (пропионовая) кис­лота. Конечный продукт метаболизма изопропанола — аце­тон, который определяется в организме в течение длительного времени. Ферментативному окислению подвергается от 30 до 50% поступившего в организм спирта. Остальная часть выво­дится в неизмененном виде почками и легкими. Следует от­метить, что, по мнению ряда авторов, пропанол токсичнее изопропанола. Клинические проявления интоксикации про­панолом и изопропанолом отмечаются при их содержании в крови на уровне 0,5 г/л, а при концентрациях 1,0—2,0 г/л на­блюдается развитие сопора и комы. Для изопропанола леталь­ной считается концентрация в крови, равная 4 г/л.

Смертельная доза точно неизвестна. По мнению ряда авто­ров, таковой для изопропанола является 3—4 г/кг. По нашим наблюдениям она составляет около 250—400 мл.

Бутиловые спирты так же, как и пропиловые, имеют раз­личные токсикокинетические показатели. Метаболизм бути­ловых спиртов осуществляется теми же ферментными систе­мами с образованием соответствующих альдегидов и кислот или кетонов, которые могут в дальнейшем конъюгировать с белками и другими биологически активными веществами. Так, бутанол быстро метаболизируется в организме человека и животных, до 1% выделяется в виде глюкуронида (рис. 4).

До 77% изобутанола окисляется в изомасляный альдегид и далее в изомасляную кислоту (Bechtel D. et al., 1975). Конеч­ными продуктами окисления являются СО₂ и вода. Втор-бута­нол задерживается в легких и частично превращается в метил- этилкетон, который выводится в виде глюкуронида с мочой (около 14%). Трет-буганол медленно метаболизируется, в виде глюкуронида с мочой выделяется до 24%.

Рис. 4. Схема метаболизма бутилового спирта

Концентрация в крови бутанола, свидетельствующая о тя­желом отравлении, составляет 1,0 г/л и более. Прием 150 мл бутилового спирта может вызвать тяжелые отравление, смер­тельная доза составляет около 200—250 мл.

Амиловые спирты в организме человека также подвергают­ся метаболизму с образованием промежуточных продуктов: альдегидов, кетонов, кислот. В неизмененном виде выделяет­ся до 25% от принятой дозы.

В практике отравления чистым амиловым спиртом встре­чаются редко; главным образом речь идет об отравлениях раз­личными спиртсодержащими жидкостями с высокой концен­трацией сивушных масел (спирт-сырец, самогон и др.). Описаны также отравления тормозной жидкостью АСК, со­держащей до 50% амилового спирта.

Возможны ингаляционные отравления амиловым спиртом, запах которого ощущается уже при концентрации 0,0004 мг/л. Прием всего 0,5 г сивушного масла вызывает выраженное со­стояние отравления с головной болью, головокружением, бо­лью в животе и т. д. Алкогольное опьянение в случае приема этанола даже с небольшой примесью амилового спирта отли­чается тяжелым течением с последующим состоянием тяжело­го похмелья. Амиловые спирты обладают наркотическим дей­ствием и, вместе с тем, вызывают сильный местно раздражающий эффект.

Концентрация в кровй при тяжелых отравлениях колеблет­ся около 0,3—0,5 г/л. При пероральном приеме смертельная доза составляет около 30—50 мл амилового спирта.

Этиленгликоль при поступлении в желудок быстро всасы­вается в кровь. Метаболизм этого соединения исследован в настоящее время достаточно подробно (рис. 5). Большая часть поступающего в организм ЭГ подвергается биотрансформа­ции в печени и почках с образованием более токсичных про­дуктов. На первом этапе ЭГ метаболизируется НАД-зависи- мой АДГ в гликолевый альдегид (McChesney Е. W. et al., 1972). В этом процессе возможно также участие МЭОС, однако ее реальный вклад остается недостаточно ясным. Дальнейший распад ЭГ происходит под влиянием альдегидоксидазы или АльДГ, которые трансформируют гликолевый альдегид в гли­колевую кислоту, а последняя при участии ЛДГ превращается в глиоксиловую кислоту. Трансформация глиоксаля в глиок- силат может происходить как ферментативным (с помощью АльДГ), так и неэнзиматическим путями. Превращения гли- оксиловой кислоты осуществляются по несколькими направ­лениям: трансформацией в щавелевую кислоту под влиянием ЛДГ или альдегидоксидазы; образованием муравьиной кисло­ты с последующим окислением до угольной и разложением последней на Н₂О и СО₂; трансформацией в глицин путем трансаминирования при участии витамина В₆ и далее, при взаимодействии с бензойной кислотой — в гиппуровую; конъ­югацией с образованием оксаломалата, а-гидрокси-Р-кетоади- пината, а-гидрокси-Р-кетоглютарата, формил-S-CoA.

Выделение яда из организма осуществляется как в неизме­ненном виде, так и в форме продуктов его биотрансформа­ции. Максимальная концентрация в крови при пероральных отравлениях ЭГ определяется в первые 6 ч после приема яда, а его уровень при тяжелых отравлениях в первые часы и к кон­цу первых суток составляет соответственно 3—7 и 0,5 г/л. Бо­льшинство авторов придерживается мнения, что длительность циркуляции ЭГ равна 24—48 ч. Имеются также данные, свиде­тельствующие о том, что в течение суток с момента приема яда с мочой выводится до 20% принятой дозы в виде ЭГ и 1% — в форме щавелевой кислоты. Концентрация ЭГ и его метаболитов в моче в фазе элиминации превышает их уровни в крови.

Рис. 5. Схема метаболизма этиленгликоля (Рапу М., Wallach R., 1974)

Так же, как и для других спиртов, токсичность ЭГ значи­тельно зависит от индивидуальной чувствительности. В соот­ветствии с нашими данными дозы ЭГ, вызывающие отравле­ния легкой, средней и тяжелой степени, в среднем составляют 58 ± 33, 132 ± 29, 315 ± 43 мл содержащих его жидкостей со­ответственно. В случаях, закончившихся неблагоприятным исходом, дозы ЭГ превышали 350,0 мл.

Эфиры этиленгликоля так же, как ЭГ, быстро всасываются в кровь и относительно равномерно распределяются в биосре­дах. Выделение происходит как в неизмененном виде, так и в форме метаболитов. Элиминация целлозольвов с мочой, по данным ряда авторов, осуществляется преимущественно в форме соответствующих оксикислот и аминокислотных ко­нъюгатов.

Существуют два основных пути метаболизма этих веществ, главным из которых является окисление спиртовой группи­ровки через стадию альдегида в оксиуксусную кислоту, вто­ростепенным — разрыв эфирной связи с образованием соот­ветствующего спирта (альдегида) и ЭГ. В обоих случаях в метаболизме эфиров ЭГ принимает участие АДГ, окисляя их до соответствующих альдегидов, которые затем превращают­ся в кислоты. Образовавшиеся кислоты в свою очередь могут конъюгировать с ацетилглицином или под воздействием кар- болидазы и деалкилазы окисляться до углекислого газа и воды (рис. 6). Целлозольвы с длинной цепью также могут превращаться в организме под действием соответствующих ферментативных систем в глюкуроновые и сульфатные про­изводные.

По нашим данным, дозы метилцеллозольва, вызывающие отравления средней и тяжелой степени, составляют соответст­венно 50 ± 12 и 80 ± 23 мл, а смертельным является употреб­ление 100 мл и более. Этилцеллозольв характеризуется мень­шей токсичностью; интоксикации легкой, средней и тяжелой степени наблюдаются при приеме 50 ± 13, 100 ±29 и 140 ± 39 мл соответственно. Отравления ЭЦ со смертельным исходом отмечались при употреблении более 250 мл чистого вещества.

Рис. б. Схема биотрансформации эфиров этиленгликоля (Ghanayem В. J., Burka J., 1987)

Метаболизм тетрагидрофурфурилового спирта (ТГФС) в ор­ганизме недостаточно изучен. Данные по токсикокинетике практически отсутствуют. Считается, что ТГФС подвергается биотрансформации при участии АДГ с образованием фурфу­рола, который частично выделяется в неизмененном виде почками и легкими (Житков В. С., 1969). Смертельные дозы при приеме внутрь составляют от 30 до 60 мл при наличии резко выраженной индивидуальной чувствительности.