del Etanol

Farmacocinética y Aspectos
Forenses del Alcohol
Arthur I. Cederbaum
Mount Sinai School of Medicine
New York 10029, NY
1
Farmacocinética
Farmacocinética del
del Etanol,
Etanol,
Metabolismo
Metabolismo yy Aspectos
Aspectos Forenses
Forenses
•• El
El objetivo
objetivo de
de esta
esta conferencia
conferencia es
es describir
describir las
las vías
vías bioquímicas
bioquímicas
que
quejuegan
jueganalgún
algúnrol
rolen
enel
elmetabolismo
metabolismodel
deletanol.
etanol.
•• Las
Las vías
vías se
sedescribirán
describiráncon
conrespecto
respectoaa las
lasenzimas
enzimasinvolucradas,
involucradas,
los
los factores
factores que
que regulan
regulan elel flujo
flujo por
por estas
estas vías,
vías, yy cómo
cómo éstas
éstas
tienen
tienen un
un impacto
impacto sobre
sobre las
las vías
vías fisiológicas
fisiológicas normales
normales que
que
participan
participanen
enel
elmetabolismo
metabolismode
denutrientes
nutrientesyydrogas.
drogas.
•• Se
Se revisarán
revisarán los
los efectos
efectos del
del consumo
consumo crónico
crónico de
de etanol
etanol sobre
sobre el
el
metabolismo
metabolismo del
del etanol
etanol yy del
del acetaldehído,
acetaldehído, incluyendo
incluyendo los
los
factores
factores que
que podrían
podrían ser
ser responsables
responsables de
de la
la tolerancia
tolerancia
metabólica.
metabólica.
•• Se
Se revisarán
revisarán los
los factores
factores que
que influyen
influyen en
en la
la absorción
absorción yy
eliminación
eliminacióndel
deletanol.
etanol.
Farmacocinética del Etanol, Metabolismo y Aspectos Forenses
•El objeto de esta conferencia es el de describir las vías bioquímicas que cumplen un papel en el
metabolismo del etanol.
•Estas vías se describirán en relación con las enzimas correspondientes, los factores que regulan el
flujo por estas vías y cómo éstas influyen en las vías fisiológicas normales que participan en el
metabolismo de nutrientes y fármacos.
•Se revisarán los efectos que el consumo crónico de etanol ejerce sobre el metabolismo de éste y del
acetaldehído, con los factores que pueden ser los causantes de la tolerancia metabólica.
•Se revisarán los factores que influyen en la absorción y eliminación del etanol.
2
¿Por
¿Por qué
qué es
es Importante
Importante Entender
Entender las
las
Vías
Vías del
del Metabolismo
Metabolismo del
del Etanol
Etanol?
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••
••
••
••
••
Aprender
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metabolitos.
metabolitos.
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Discerniralgunos
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influyenen
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este
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proceso.
Aprender
Aprendercómo
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etanolinfluye
influyeen
enel
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metabolismode
de
nutrientes
y
drogas,
y
cómo
modula
la
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eficacia
terapéutica
terapéuticade
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éstas.
Podría
Podríaayudar
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cómoel
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etanoldaña
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órganos.
Podría
Podríapermitir
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identificaciónde
depersonas
personasque
que
presentan
alto
o
bajo
riesgo
de
toxicidad
presentan alto o bajo riesgo de toxicidadpor
poralcohol.
alcohol.
.
3
Distribución
Distribución del
del Etanol
Etanol en
en el
el Cuerpo
Cuerpo
•• La
La concentraión
concentraión de
de equilibrio
equilibrio del
del etanol
etanol en
en un
un tejido
tejido depende
depende del
del
contenido
contenido relativo
relativo de
de agua
agua de
de ese
ese tejido.
tejido. La
La velocidad
velocidad de
de equilibrio
equilibrio del
del
etanol
etanolcon
conun
untejido
tejidodepende
dependede:
de:
Permeabilidad
Permeabilidad(contenido
(contenidode
deagua)
agua)
Flujo
sanguíneo
Flujo sanguíneo
Masa
Masadel
deltejido
tejido
•• El
Eletanol
etanoles
esprácticamente
prácticamenteinsoluble
insolubleen
engrasas
grasasyyaceites,
aceites,aunque
aunquetal
talcomo
como
elelagua,
agua,puede
puedepasar
pasarfácilmente
fácilmenteaatravés
travésde
demembranas
membranasbiológicas.
biológicas.
•• El
Eletanol
etanolse
sedistribuye
distribuyede
delalasangre
sangreaalos
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tejidosyylíquidos
líquidosen
enproporción
proporciónaa
su
su contenido
contenido relativo
relativo de
de agua.
agua. La
La concentración
concentración de
de etanol
etanol en
en un
un tejido
tejido
depende
dependedel
delcontenido
contenidorelativo
relativode
deagua
aguadel
deltejido,
tejido, yyalcanza
alcanzarápidamente
rápidamente
elelequilibrio
equilibriocon
conlalaconcentración
concentraciónde
deetanol
etanolen
enelelplasma.
plasma.No
Nohay
hayproteínas
proteínas
plasmáticas
que
se
unan
al
etanol.
plasmáticas que se unan al etanol.
Distribución del Etanol en el Organismo
La concentración de equilibrio del etanol en un tejido depende del contenido relativo de agua de ese
mismo tejido. La velocidad de equilibrio del etanol con un tejido depende de lo siguiente:
Permeabilidad (contenido de agua)
Velocidad del flujo sanguíneo
Masa del tejido
El etanol es prácticamente insoluble en grasas y aceites, aunque, como el agua, puede atravesar
rápidamente las membranas biológicas. El etanol se distribuye desde la sangre a todos los tejidos y
fluidos, en proporción a su contenido relativo de agua. La concentración del etanol en un tejido depende
del contenido relativo de agua de éste y alcanza con rapidez el equilibrio con respecto a la concentración
de etanol en el plasma. No existen proteínas plasmáticas transportadoras de etanol.
La misma dosis de etanol por unidad de peso corporal puede producir concentraciones sanguíneas de
etanol muy diferentes en individuos diferentes, debido a las grandes variaciones en las proporciones de
grasa y agua de sus cuerpos, y el bajo coeficiente de partición de lípidos:agua en el etanol. Las mujeres
generalmente presentan un volumen de distribución más bajo que los hombres debido a su mayor
porcentaje de grasa corporal. En las mujeres, el nivel máximo de etanol sanguíneo será más alto que en
los hombres al ingerir la misma dosis de etanol en gr por kg de peso corporal, pero no habrá diferencias
cuando se administra la misma dosis por litro de agua corporal. El metabolismo de primer paso del etanol
ocurre en el estómago, que puede ser mayor en hombres y también puede contribuir a los niveles
sanguíneos más altos de etanol que se encuentran en las mujeres.
La prueba del aliento para estimar las concentraciones de etanol sanguíneo depende de la difusión del
etanol desde la sangre arterial pulmonar hacia el aire alveolar. El vapor del etanol en el aliento está en
equilibrio con el etanol disuelto en el agua de la sangre con un coeficiente de partición sangre:aliento de
2100:1, aproximadamente.
La interacción entre la cinética de absorción, distribución y eliminación, determina la magnitud de la
exposición sistémica al etanol.
4
Factores
Factores que
que Afectan
Afectan la
la Absorción
Absorción
del
del Etanol
Etanol
1.
1.Concentración
Concentraciónde
deetanol
etanol
3.
3.Propiedades
Propiedadesirritantes
irritantes
del
deletanol
etanol
5.
5.Tipo
Tipode
debebida
bebida
2.
2.Flujo
Flujosanguíneo
sanguíneoal
al
sitio
de
absorción
sitio de absorción
4.
4.Velocidad
Velocidadde
deingesta
ingesta
6.
6.Alimentos
Alimentos
La
Laabsorción
absorcióndel
deletanol
etanoldesde
desdeel
elduodeno
duodenoyyyeyuno
yeyunoes
esmucho
mucho
más
rápida
que
desde
el
estómago,
por
lo
tanto,
la
velocidad
más rápida que desde el estómago, por lo tanto, la velocidad
de
devaciamiento
vaciamientogástrico
gástricoes
esun
undeterminante
determinanteimportante
importantede
dela
la
velocidad
de
absorción
del
etanol
administrado
por
vía
oral.
velocidad de absorción del etanol administrado por vía oral.
Factores que Afectan la Absorción del Etanol
1. Concentración de etanol
2. Flujo sanguíneo al sitio de absorción
3. Propiedades irritantes del etanol
4. Velocidad de la ingesta
5. Tipo de bebida alcohólica
6. Alimentos
La absorción del etanol en el duodeno y en el yeyuno es mucho más rápida que en el estómago, por lo
que la velocidad de vaciamiento gástrico es un factor determinante importante en la velocidad de
absorción del etanol administrado por vía oral. El etanol atraviesa membranas biológicas mediante
difusión pasiva, según su gradiente de concentración. Por lo tanto, cuanto mayor es la concentración de
etanol, mayor es el gradiente de concentración resultante y más rápida es la absorción.
La eliminación rápida del etanol desde el sitio de absorción, mediante un flujo sanguíneo eficaz, ayudará a
mantener el gradiente de concentración y así favorecerá la absorción. El etanol tiene propiedades
irritantes y las concentraciones altas pueden causar erosiones superficiales, hemorragias y parálisis de la
musculatura lisa del estómago, lo que disminuirá la absorción del etanol.
La máxima concentración sanguínea de etanol se alcanza más lentamente si la bebida alcohólica se
ingiere con rapidez, quizás como reflejo de las propiedades irritantes del etanol. No obstante, los niveles
máximos de etanol sanguíneo son más altos si se ingiere una dosis de etanol de una sola vez y no en
varias dosis pequeñas, probablemente porque en el primer caso el gradiente de concentración del etanol
será más alto.
Ciertos congéneres presentes en las bebidas alcohólicas pueden disminuir la absorción del etanol; pero
no se trata de un efecto significativo. En general, hay poca diferencia en la velocidad de absorción de la
misma dosis de etanol, administrada en forma de diferentes bebidas alcohólicas. Esto es importante en
aspectos forenses, esto es, la concentración sanguínea de etanol no varía significativamente con el tipo
de bebida alcohólica consumida.
La presencia de alimentos en el estómago retarda el vaciamiento gástrico y así disminuye la absorción de
etanol; es el concepto de “no beber con el estómago vacío”. Estudios recientes indican que las comidas
ricas en grasas, hidratos de carbono o proteínas tienen la misma eficacia para retardar el vaciamiento
gástrico.
5
Otros factores que influyen en la absorción del etanol son el tabaco, ciertos medicamentos y el ejercicio
Metabolismo
Metabolismo de
de Primer
Primer Paso
Paso del
del
Etanol
Etanol en
en el
el Estómago
Estómago
Una
Una parte
parte del
del etanol
etanol que
que se
se ingiere
ingiere por
por vía
vía oral
oral no
no
entra
a
la
circulación
sistémica,
sino
que
puede
entra a la circulación sistémica, sino que puede
oxidarse
oxidarse en
en el
el estómago
estómago por
por isoformas
isoformas de
de la
la ADH
ADH
como
σ(o
µ)-ADH
y
la
ADH
de
clase
I
y
clase
como σ- (o µ)-ADH y la ADH de clase I y clase III.
III.
Este
Este metabolismo
metabolismo de
de primer
primer paso
paso podría
podría modular
modular la
la
toxicidad
toxicidad del
del etanol
etanol pues
pues su
su eficiencia
eficiencia determina
determina la
la
biodisponibilidad
del
etanol.
biodisponibilidad del etanol.
Metabolismo de Primer Paso del Etanol en el Estómago
Una parte del etanol que se ingiere por la vía oral no entra en la circulación sistémica sino que
puede oxidarse en el estómago por acción de isoformas de la ADH, como la s- (o m)- ADH-s y la
ADH clase I y ADH clase III. Este metabolismo de primer paso podría modular la toxicidad del
etanol, pues su eficacia determina la biodisponibilidad del etanol.
El etanol pasa rápidamente al duodeno desde el estómago en ayunas. Este hecho reducirá al
mínimo el metabolismo de primer paso, por lo que cumple un papel en las altas concentraciones
sanguíneas de etanol que se observan en estado de ayuno frente a cuando se ha comido.
Se ha descrito que este metabolismo de primer paso es bajo en los alcohólicos, especialmente
en las mujeres alcohólicas, debido a baja actividad de la ADH. Lo anterior puede tener
importancia en la mayor sensibilidad al etanol y en las concentraciones sanguíneas de etanol
más altas en mujeres que en hombres, después de una dosis equivalente de etanol oral.
Diversos fármacos, entre ellos los bloqueadores de los receptores H2, como la cimetidina o
ranitidina, o la Aspirina, inhiben la actividad de la ADH estomacal. Con esto disminuirá el
metabolismo de primer paso estomacal y se elevarán las concentraciones de etanol sanguíneo.
La importancia global del metabolismo de primer paso por el estómago es discutible. También
puede ocurrir metabolismo de primer paso en el hígado, especialmente cuando el paso del
alcohol hacia la vena porta es lento, como ocurre en el estado postprandial. La contribución
relativa del metabolismo de primer paso del estómago y del hígado no está definida. La
velocidad del vaciamiento gástrico modula el metabolismo de primer paso gástrico y hepático
del etanol.
Frezza y cols. N. Engl. J. Med. 322, 95-9, 1990.
Gentry y cols. J. Lab. Clin. Med. 123, 21-6, 1994; discussion 27.
Ammon y cols. Clin. Pharmacol. Ther. 59, 503-13, 1996.
Levitt y cols. Alcohol Clin. Exp. Res. 21, 293-7, 1997.
6
Esquema
Esquema General
General de
de la
la Oxidación
Oxidación
del
del Etanol
Etanol
11. . Menos
Menosde
deun
un10
10%%del
deletanol
etanol
es
esexcretado
excretadoen
enrespiración,
respiración,
sudor
sudoryyorina.
orina.
2.2. ~~90
90%%del
deletanol
etanoles
esremovido
removido
por
poroxidación.
oxidación.
3.3. La
Lamayoría
mayoríade
delalaoxidación
oxidacióndel
del
etanol
etanolocurre
ocurreen
enelelhígado.
hígado.
4.4. ElEletanol
etanolno
nose
sepuede
puede
almacenar
almacenaren
enelelhígado.
hígado.
OH
O
OH
5.5. No
Nohay
haygrandes
grandesmecanismos
mecanismos
de
deretroalimentación
retroalimentaciónpara
para
regular
la
velocidad
regular la velocidadde
de
metabolismo
etílico
según
metabolismo etílico segúnlas
las
condiciones
condicionesfisiológicas
fisiológicasdel
del
hepatocito.
hepatocito.
+
+
+
NAD
+
NAD
ADH
+
O
ALDH
NADH
+H+
OH
O
+
NADH
+
H+
SCoA
CO 2
O
O
Fatty
acids
Ácidos
grasos
Ketone
Cuerposbodies
cetónicos
Colesterol
Cholesterol
Metabolismo del Etanol – Principios Generales
Los principales sistemas enzimáticos responsables de la oxidación del etanol, que son el sistema de la
alcohol-deshidrogenasa (ADH) y, en menor medida, el sistema de oxidación del etanol dependiente del
citocromo p450, están presentes, en máxima medida, en el hígado. El daño hepático retarda la velocidad
de oxidación del etanol y, por tanto, su eliminación del cuerpo. El etanol es un nutriente y tiene valor
calórico (alrededor de 7 kcal/gr; los hidratos de carbono y las proteínas producen 4 kcal por gr y la grasa,
9 kcal por gr); pero, al contrario de los hidratos de carbono (glicógeno en el hígado y músculo) y las grasas
(triglicéridos en el tejido adiposo e hígado), que se pueden almacenar y luego utilizar en caso de
necesidad, por ejemplo, en ayuno, el etanol no se almacena y permanece en el agua corporal hasta que
se elimina. Si bien el metabolismo de los principales nutrientes se realiza bajo control hormonal, por
ejemplo, con insulina/glucagón, leptinas, catecolaminas, hormonas tiroídeas, en general, hay escaso
control hormonal que regule la velocidad de eliminación del etanol. En vista de estas consideraciones,
pesa sobre el hígado una carga importante para oxidar el etanol y eliminarlo del organismo.
En general, los animales cuyo peso corporal es bajo metabolizan el etanol a velocidades más rápidas que
los animales más grandes. Por ejemplo: la velocidad de eliminación del etanol en ratones es cinco veces
mayor que en seres humanos.
Estas velocidades del metabolismo del etanol se correlacionan con la tasa metabólica basal de estas
especies, lo que indica que la capacidad de oxidar etanol es paralela a la capacidad de oxidar los
nutrientes típicos. Con todo, es importante notar que las calorías derivadas del etanol se producen a
expensas del metabolismo de nutrientes comunes, puesto que el etanol se oxidará con preferencia sobre
otros nutrientes.
7
Cinética
Cinética de
de Eliminación
Eliminación del
del Etanol
Etanol
In-vivo
In-vivo
1 2 3
4
BAC or BrAC
Co
β
Tiempo [Horas]
Cinética de Eliminación del Etanol in vivo
En un principio se pensó que la eliminación del etanol era un proceso de orden cero, lo que
significa que el etanol se elimina del organismo a velocidad constante, independiente de la
concentración del etanol.
Numerosos estudios han demostrado un descenso lineal de la concentración sanguínea de etanol
en el tiempo. Ya que el Km de la ADH es bajo en el etanol (aproximadamente 1 mM), la ADH se
satura a concentraciones relativamente bajas de etanol; por esto, el proceso global de eliminación
procede a velocidad máxima y es independiente de la concentración del etanol.
Esta linealidad no se observa con concentraciones bajas de etanol, ya que en estas condiciones la
ADH no se encuentra saturada de etanol. En este caso, la eliminación del etanol sigue la cinética
de Michaelis-Menten; la velocidad de cambio en la concentración del etanol depende de la
concentración del etanol y de las constantes cinéticas Km y Vmáx.
Además, puesto que el metabolismo del etanol mediante CYP2E1 refleja una Km alta del sistema
etílico, se puede observar una velocidad de eliminación etílica dependiente de la concentración,
con velocidades más altas de eliminación a concentraciones sanguíneas más altas. Estas últimas
están exageradas luego del consumo crónico de etanol, ya que se induce el sistema CYP2E1 con
Km alta. Debido a esta dependencia de la concentración, no es posible estimar un valor único de la
velocidad del metabolismo etílico.
En algunos estudios referentes a eliminación, pero no en todos, se ha observado metabolismo de
etanol dependiente de la concentración. Algunos estudios han comunicado un descenso más
rápido de la concentración sanguínea de etanol con inicio más precoz, inmediatamente después de
haber alcanzado la concentración sanguínea máxima de etanol, lo que puede reflejar ya sea un
metabolismo etílico dependiente de concentración o bien una reoxidación más rápida del NADH.
Si bien las velocidades varían ampliamente, la capacidad metabólica “promedio” de eliminar el
etanol del organismo es aproximadamente 170 a 240 g/día en una persona que pesa 70 kg. Esta
cifra sería equivalente a una velocidad metabólica promedio de alrededor de 7 g/hr, lo que equivale
a un trago por hora. Como los alcohólicos pueden consumir 200 a 300 g de etanol/día, el
equivalente de 1400 a 2100 kcal, disminuye significativamente el consumo de nutrientes normales
(generalmente 2000-3000 kcal consumidas por día).
8
Alcohol
Alcohol Deshidrogenasa
Deshidrogenasa
Constante
Km NAD+, µM
Km etanol, mM
Ki 4-metilpirazol, µM
Vmax min-1
pH-óptimo
αα
β1β1
β2β2
β3β3
13
4,2
1,1
27
10,5
7,4
0,049
0,13
9,2
10,5
180
0,94
400
8,5
530
24
2,1
300
7,0
γ1γ1
7,9
1
0,1
87
10,5
γ2γ2
8,7
0,63
35
10,5
ππ
14
34
2000
20
10,5
Crabb y cols. 1987 & Bosron y cols. 1993
¿Función Fisiológica?
Isoformas-¿Por qué tantas?
Localización-consecuencia en la función
hepática.
Desarrollo.
Alcohol Deshidrogenasa (ADH)
La ADH es una enzima que contiene zinc, constituida por dos subunidades de 40 kDa cada una. Las
funciones de la ADH pueden ser la oxidación de las pequeñas cantidades de etanol endógeno producido
por microorganismos, la oxidación de etanol exógeno y otros alcoholes consumidos en la dieta, y tal vez la
de oxidar sustratos que participan en el metabolismo de esteroides y ácidos biliares. La enzima tiene una
gran especificidad de sustrato y oxida diversos alcoholes primarios o secundarios. La ADH se localiza en
el citoplasma de las células. Se encuentra principalmente en el hígado, luego en el tracto gastrointestinal,
riñones, mucosa nasal, testículos y útero.
Existen formas múltiples de ADH en el hígado humano. Hasta el momento se conocen siete genes de la
ADH, dos de los cuales presentan polimorfismo. La ADH Clase I contiene tres genes: ADH1, ADH2 and
ADH3, los cuales codifican las siguientes subunidades: α, β1, β2 y β3, y γ1 y γ2,. Estas diferentes
subunidades y formas polimórficas pueden combinarse para producir una variedad de homo o
heterodímeros, por ejemplo: αα, β1β1, αβ2. Las formas se encuentran principalmente en el hígado
ADH Clase II: El gen ADH4 codifica la subunidad π, la que produce homodímeros π π en el hígado y, en
una proporción menor, en los pulmones y riñones. La Km elevada para etanol puede hacer de esta
enzima una de las más importantes en el metabolismo de concentraciones altas de etanol.
ADH Clase III: El gen ADH5 codifica la subunidad X, la que produce homodímeros XX. Esta enzima se
conocía anteriormente como la formaldehído deshidrogenasa dependiente de glutatión y se encuentra en
la mayoría de los tejidos. Esta isoforma tiene una Km muy alta para el etanol (>2M).
ADH Clase V: El producto del ARN mensajero, producido por el gen ADH6, está presente en el hígado y
estómago, pero la proteína no ha sido caracterizada.
ADH Clase IV: El gen ADH7 codifica la subunidad sigma, la que es muy eficaz en oxidar el retinol a
retinal. Esta isoforma se encuentra en el estómago. Hace poco se encontró una ADH de clase VI, pero
aún no ha sido caracterizada.
Las isoformas de la ADH clase I cumplen el papel más importante en la oxidación del etanol. La ADH se
encuentra, en concentraciones bajas, en el hígado fetal; el homodímero αα se puede observar en etapas
precoces de la gestación, la subunidad β comienza a expresarse en la gestación tardía; y la subunidad γ
se expresa después del nacimiento. El feto elimina el etanol con mucha lentitud, debido a esta maduración
tardía de los genes de la ADH. La capacidad de formar varias isoformas, con distintas propiedades
cinéticas, probablemente contribuya a la gran variabilidad en la capacidad de metabolizar etanol que
muestran las poblaciones humanas. La gran sensibilidad de la ADH clase I a la inhibición por pirazoles
explica la fuerte inhibición del metabolismo etílico que tienen estos agentes.
9
Factores
Factores que
que Modifican
Modifican la
la Velocidad
Velocidad
de
de Eliminación
Eliminación del
del Etanol
Etanol
Hay
Hayuna
unavariabilidad
variabilidadde
de3-4
3-4veces
vecesen
enla
lavelocidad
velocidadde
de
eliminación
eliminacióndel
deletanol
etanolen
enlos
losseres
sereshumanos
humanosdebido
debidoaa
factores
factoresgenéticos
genéticosyyambientales,
ambientales,que
queson
son sexo,
sexo,edad,
edad,
raza,
raza,alimentación,
alimentación,ritmos
ritmosbiológicos,
biológicos,ejercicio,
ejercicio,
alcoholismo
alcoholismoyydrogas.
drogas.
Factores que Modifican la Velocidad de Eliminación del Etanol
Existe una variabilidad de 3 a 4 veces en la velocidad de eliminación del etanol en los seres humanos, debido a factores
genéticos y ambientales, que son sexo, edad, raza, alimentación, ritmos biológicos, ejercicio físico, alcoholismo y
fármacos.
Sexo: Las primeras publicaciones, en general, no comunicaron efectos del sexo en la velocidad de eliminación del etanol.
Estudios recientes demuestran una eliminación más rápida del etanol en mujeres, cuando los índices se corrigen por
masa corporal magra. Como el tamaño corporal de las mujeres es más pequeño y, por tanto, la masa corporal magra es
menor, la eliminación del etanol por unidad de masa magra es más alta en las mujeres. En hombres y mujeres, en
general, las velocidades de eliminación son similares cuando los resultados se expresan en gr/hr o gr/lt de volumen
hepático. Debido al metabolismo de primer paso gástrico, es posible que una dosis oral de etanol pueda producir una
concentración sanguínea de etanol más alta en mujeres que en hombres (ver figura de Metabolismo de Primer Paso).
Edad: Los animales muy jóvenes presentan velocidades bajas de eliminación del etanol, porque la ADH (y CYP2E1) no
están completamente desarrolladas. El hígado fetal elimina muy mal el etanol, lo que puede tener consecuencias en el
síndrome alcohólico fetal. Puede haber un pequeño descenso en la eliminación de etanol con la edad, quizá debido a una
disminución de la masa hepática, o del contenido de agua corporal.
Raza: La literatura es poco clara. La eliminación del etanol puede ser más alta en individuos portadores de la isoforma b3
de la ADH I, comparada con la isoforma b1(véase diapositiva de los alelos de la ADH). Algunos estudios, pero no todos,
plantean que la velocidad de eliminación del etanol sería más alta en los indios americanos, comparados con los
caucásicos. La velocidad de eliminación de etanol en chinos es similar a la de los caucásicos. Un estudio comunicó que la
velocidad de eliminación etílica de los afroamericanos es más baja que en los caucásicos, lo que refleja un peso hepático
más bajo por unidad de peso corporal. La masa hepática puede explicar las diferencias étnicas y sexuales en la velocidad
de eliminación del etanol (véase diapositiva relativa al Metabolismo del Acetaldehído, en lo referente a las variantes
activas e inactivas de la ALDH.
Alimentación: El metabolismo del etanol es más alto en estado postprandial que en estado de ayuno, porque los niveles
de ADH son más altos y la capacidad de los mecanismos de transporte de sustratos, para llevar equivalentes reductores
hacia las mitocondrias, es alta. La comida también puede aumentar el flujo sanguíneo hepático. Los alimentos ricos en
hidratos de carbono son más eficaces para aumentar la eliminación del etanol que los que son ricos en grasas o en
proteínas. Una explicación de este fenómeno es “efecto de la fructosa”. La fructosa aumenta el metabolismo del etanol
porque proporciona substratos que ayudan a convertir el NADH a NAD+, y produce ADP, lo que aumenta la captación
mitocondrial de oxígeno. Los alimentos también afectan la absorción del etanol (diapositiva).
Ejercicio: Literatura poco clara. En la mayoría de los estudios referentes al tema se describe un leve aumento de la
velocidad de eliminación etílica, tal vez secundaria a un aumento de la temperatura o de la liberación de catecolaminas.
Fármacos: Los agentes que inhiben la ADH (pirazoles, isobutiramida) o compiten con el etanol por la ADH (metanol,
etilenglicol), o los que inhiben la cadena respiratoria mitocondrial disminuirán la velocidad de eliminación etílica. En la
mayoría de los casos, las hormonas no afectan significativamente el metabolismo del etanol; puede haber un pequeño
aumento producido por las hormonas tiroídeas.
10
Alcohol
Alcohol Deshidrogenasa
Deshidrogenasa
•• El
Elcontrol
controlde
de la
laactividad
actividad de
dela
la ADH
ADHes
es
complejo
complejo
•• La
La disociación
disociacióndel
delproducto
productoNADH
NADHes
esel
elpaso
paso
limitante
limitantede
de la
lavelocidad.
velocidad.
•• Sujeta
Sujetaaa inhibición
inhibicióndel
delproducto
productopor
porNADH
NADHyy
acetaldehído.
acetaldehído.
•• Sujeta
Sujetaaa inhibición
inhibiciónde
desustrato
sustratopor
poraltas
altas
concentraciones
de
etanol.
concentraciones de etanol.
Alcohol Deshidrogenasa
La oxidación del etanol está limitada, generalmente, por la capacidad máxima de la ADH. La cantidad de
ADH en el hígado es más alta en estado postprandial que en ayunas, lo que desempeña un papel
principal en la velocidad de oxidación más alta en el estado postprandial.
Los inhibidores de la ADH, como el 4-metilpirazol o la isobutiramida, inhiben la oxidación del etanol en
proporción directa a su potencia como inhibidores de la ADH. Los efectos hormonales sobre la ADH son
complejos; se ha observado cierto grado de estimulación luego de tratamiento con hormona del
crecimiento, epinefrina o estrógenos. Las hormonas tiroídeas y los andrógenos inhiben la actividad de la
ADH.
Edenberg y cols. Pharmacogenetics 9: 25-30, 1999.
Crabb y cols. Arch. Biochem. Biophys. 224: 299-399, 1983.
Dawson, A. G. Trends Biochem. Sci. 8: 195-197, 1983.
11
Frecuencia
Frecuencia de
de alelos
alelos de
de ADH
ADH
en
en Poblaciones
Poblaciones Raciales
Raciales
Frecuencia de Alelos de ADH en Poblaciones Raciales
Blancos Americanos
Blancos Europeos
Japoneses
Negros Americanos
Bosron y cols. 1993 & Crabb 1995
Frecuencia de alelos de ADH Según Poblaciones Raciales
(Bosron et. al. 1993 & Crabb 1995).
Las formas polimórficas de la ADH (genes para Clase I ADH1, ADH2 and ADH3) varían en alguna medida
en los diferentes grupos raciales, como se ve en el cuadro anterior. Hasta el momento no hay
asociaciones claras entre las diferentes isoenzimas de ADH y el desarrollo de enfermedad hepática
alcohólica ni la susceptibilidad a las acciones del alcohol, ni la propensión al consumo de etanol. Hace
falta más investigación al respecto y también acerca de otros sustratos que las diversas isoenzimas de la
ADH oxidan, y de la influencia que ejercen la nutrición y las hormonas en la cantidad y actividad de estas
isoformas de ADH. En vista de la alta Vmax de las isoformas β2 y β3 , comparadas con las isoformas β1 β1,
en teoría, las velocidades de oxidación del etanol deben ser más altas en los individuos que tengan los
alelos β2 o β3. Algunos estudios han apoyado esta teoría, pero faltan estudios. Un estudio reciente muy
interesante plantea que los individuos portadores de 1 ó 2 copias del alelo β2 y una copia del alelo inactivo
ALDH 2 (véase la diapositiva sobre el acetaldehído) tienen el riesgo mínimo de alcoholismo, seguidos por
los individuos con el alelo β 2 y el alelo ALDH normalmente activo; los individuos más sensibles son
aquellos con el alelo β1 más el alelo ALDH normalmente activo. Esta “protección” contra el alcoholismo
que aportan los alelos β2 más el ALDH inactivo se vería reflejada en altos niveles de acetaldehído, el que
se acumularía y provocaría reacciones de aversión ante el consumo de etanol.
Crabb et. al. J. Lab-Clin. Med 122: 234-240, 1993.
McCarver et. al. J. Pharmacol Exp. Ther. 283: 1095-1101, 1997.
Chen et. al. Amer J. Human Genet. 65: 795-807, 1999.
12
Estado
Estado Redox
Redox Hepático
Hepático
•• Las
Las reacciones
reacciones ADH
ADHyy ALDH
ALDHusan
usan
+
+
NAD
producenNADH.
NADH.
NAD yyproducen
•• Estado
EstadoRedox
RedoxCitosólico.
Citosólico.
•• Estado
Redox
Mitocondrial.
Estado Redox Mitocondrial.
•• Efectos
Efectos sobre
sobre el
el Metabolismo
Metabolismo
Hepático.
Hepático.
El Estado Redox Hepático
Debido a que las reacciones de la ADH y ALDH reducen el NAD+ a NADH, la relación redox celular de
NAD+/NADH disminuye como consecuencia del metabolismo del etanol. Esto tiene efectos importantes en
otras vías metabólicas hepáticas que necesitan NAD+.
Ya que las reacciones de la ADH ocurren en el citosol, la razón redox citosólica de NAD+/NADH
disminuirá. Esta relación se refleja en la razón piruvato/lactato debido a la reacción.
LDH
Piruvato + NADH----------------------------------------------------------->> lactato + NAD+
La gran actividad de la lactato deshidrogenasa (LDH) mantiene la razón piruvato/lactato en equilibrio con
la relación NAD+/NADH. Debido a que la reacción ALDH ocurre principalmente en la mitocondria, la razón
redox mitocondrial NAD+/NADH disminuirá. Esta reacción se refleja en la relación βhidroxibutirato/acetoacetato según la reacción siguiente:
BOHBDH
Acetoacetato + NADH---------------------------------------------------------->>β -Hidroxibutirato + NAD+
La LDH es una enzima citoplasmática; en cambio, la β-hidroxibutirato deshidrogenasa es mitocondrial.
Algunas de las reacciones importantes que se inhiben con esta disminución de la razón redox NAD+/
NADH son las siguientes:
Glicólisis
Ciclo del ácido cítrico (se favorece la cetogénesis)
Piruvato Deshidrogenasa
Oxidación de ácidos grasos
Gluconeogénesis
Williamson y cols. J. Biol. Chem. 246: 7632-7641, 1971.
Veech y cols. Biochem. J. 127: 387-397, 1972.
13
Reoxidación
Reoxidación de
de NADH
NADH Generada
Generada por
por la
la
Reacción
Reacción ADH
ADH
• Es necesario reoxidar el NADH para convertirlo nuevamente en NAD+.
• Las vías citosólicas no son suficientes.
• NADH debe ser reoxidado por la vía de transferencia
de electrones mitocondrial que se muestra abajo.
Reoxidación de NADH generado por la reacción de la ADH
·
Es necesario reoxidar NADH a NAD+
·
Las vías citosólicas no son suficientes
•El NADH debe ser reoxidado por la cadena mitocondrial de transferencia de electrones que se muestra a
continuación.
Para mantener índices eficaces de oxidación etílica por la ADH, es importante regenerar NAD+ del NADH
producido por la reacción de la ADH.
C2H5OH + NAD+
------------------>> CH3 CHO + NADH
Bajo ciertas condiciones, la velocidad de oxidación del etanol puede estar limitada a causa de la
reoxidación del NADH. El sistema principal para reoxidar NADH es el sistema mitocondrial de
transferencia de electrones. Al acoplar la reoxidación del NADH a este sistema, se producirá energía a
partir del metabolismo del etanol (7 kcal/gr de etanol).
14
Transportadores
Transportadores de
de Sustratos
Sustratos
Transportadores de Sustratos
Como las mitocondrias intactas no son permeables al NADH, es necesario transferir los equivalentes
reductores del NADH presente en el citosol a las mitocondrias mediante mecanismos transportadores de
sustratos. Los dos principales transportadores de sustratos son el a-glicerofosfato y el malato-aspartato,
que se muestran más arriba. Basados en estudios con inhibidores enzimáticos, inhibición del
transportador y cálculos de flujo, el transportador malato-aspartato desempeña el papel principal en
transferir los equivalentes reductores hacia las mitocondrias.
La velocidad de oxidación del etanol puede estar limitada por la transferencia de los equivalentes
reductores hacia las mitocondrias (capacidad del transportador) o por la capacidad real de la cadena
respiratoria mitocondrial para oxidar estos equivalentes reductores. La capacidad de transferencia se
puede ver limitada, en estados metabólicos de ayuno, al disminuir los niveles de los componentes del
transportador. Esto podría contribuir a los bajos índices de oxidación etílica (además de un bajo contenido
de ADH) en el estado metabólico de ayuno. Los agentes o condiciones que pueden aumentar la
reoxidación del NADH por la cadena respiratoria pueden aumentar la velocidad del metabolismo etílico;
por ejemplo, los agentes no acoplados pueden acelerar la oxidación del etanol en el estado metabólico
postprandial.
Meijer y cols. Biochem. J. 150: 205-209, 1975.
Cederbaum y cols. Arch. Biochem. Biophys. 183: 638-646, 1977.
15
Oxidación
Oxidación de
de Etanol
Etanol Dependiente
Dependiente
de
de Catalasa
Catalasa
CH
CH33CH
CH22OH
OH++HH22OO22→
→CH
CH33CHO
CHO++2H
2H22OO
La
Lacatalasa,
catalasa,una
unaenzima
enzimahem,
hem,se
seencuentra
encuentraen
enla
la
fracción
peroxisomal
de
la
célula.
Es
una
enzima
fracción peroxisomal de la célula. Es una enzima
antioxidante
antioxidanteimportante
importanteya
yaque
quenormalmente
normalmentecataliza
cataliza
la
laremoción
remociónde
deHH2OO2..
2
2
2H O + O
HH2OO2 ++HH2OO2 →
2 2
2 2 → 2H22O + O22
Oxidación del etanol dependiente de catalasa
CH3CH2OH + H2O2----------------------->> CH3CHO + 2H2O
La catalasa es una enzima con grupo hem, y se encuentra en la fracción peroxisomal de la célula. Es una
enzima antioxidante importante, ya que normalmente cataliza la eliminación de H2O2
H2O2 + H2O2-------------------------------->> 2 H2O + O2
Esta vía está limitada por los bajos índices de generación de H2O2 que se producen en condiciones
celulares fisiológicas (menos de 4 umol/g de hígado/hr, sólo un 2% de lo que es la oxidación del etanol) y
tendría un papel insignificante en la oxidación hepática del etanol. Sin embargo, puede ocurrir algo de
oxidación etílica por catalasa en algunos tejidos donde la ADH o CYP2E1 (que se discute en seguida)
están ausentes o en baja cantidad, por ejemplo, en el cerebro. El sistema peroxisomal de oxidación de
ácidos grasos produce H2O2, lo que puede promover algo de oxidación etílica por la catalasa.
Thurman & Handler, Drug Metab. Rev. 20: 679-688, 1989.
16
Oxidación
Oxidación Microsomal
Microsomal
(Citocromo
(Citocromo p450)
p450) del
del Etanol
Etanol
CYP2E1
+
NADPH
NADP
NADPH++CH
CH33CH
CH22OH
OH--------------->>
--------------->>
NADP+++CH
CH33CHO
CHO++2H
2H22OO
+
+ O2 + H
Función
Funciónde
deCYP2E1
CYP2E1
Rol
Rolen
enla
laOxidación
Oxidacióndel
delEtanol
Etanol
Inducibilidad
Inducibilidad
Oxidación Microsomal (Citocromo P450) del Etanol
El citocromo P450 es una familia de enzimas con grupo hem que participan en la oxidación de esteroides,
ácidos grasos y muchos xenobióticos ingeridos del ambiente. Los niveles más altos de citocromo P450 se
encuentran en el hígado, donde se ubican principalmente en el retículo endoplásmico (fracción
microsomal). También se puede encontrar en las mitocondrias. El P450 funciona en conjunto con otras
enzimas microsomales, como la NADPH-citocromo P450 reductasa y citocromo b5.
Hay varias isoformas de P450; se han identificado más de 100 familias de genes. Los P450 se ordenan en
familia con base en secuencias homólogas. CYP2E1 es el P450 con la mayor actividad para oxidar etanol
a acetaldehído. Aparte del etanol, la CYP2E1 puede oxidar otros múltiples compuestos, tales como la
acetona, el benceno y otros alcoholes. No se ha identificado una función fisiológica clara para el CYP2E1,
aunque finalmente puede metabolizar acetona a glucosa.
La Km de CYP2E1 para el etanol es aproximadamente 10 mM, alrededor de 10 veces mayor que la Km de
la ADH para el etanol. A concentraciones bajas de etanol, la CYP2E1 da cuenta de alrededor de 10% de
la capacidad oxidativa total de etanol del hígado. Sin embargo, considerando su elevada Km, la
importancia de CYP2E1 en la oxidación del etanol aumenta ante concentraciones sanguíneas de etanol
mayores. La oxidación del etanol aumenta con mayores concentraciones de éste y probablemente gran
parte de este aumento se deba a su metabolismo por CYP2E1.
Muchos P450 se inducen por sus sustratos; esto ayuda a eliminar xenobióticos del organismo. Los niveles
de CYP2E1 aumentan ante el consumo crónico de etanol, mediante un mecanismo que se basa
principalmente en la protección de la enzima contra la proteolisis de un complejo proteosoma
macromolecular. La CYP2E1 también está inducida en diabéticos en estado de ayuno y ante el consumo
de ciertos medicamentos, como los pirazoles inhibidores de ADH, y 4-metilpirazol. Debido a su
inducibilidad, la CYP2E1 puede cumplir un papel importante en el metabolismo del etanol posterior al
consumo crónico, es decir, en alcohólicos. Se han identificado 13 diferentes polimorfismos de CYP2E1.
Algunos de ellos pueden ser importantes como factores de riesgo de carcinogénesis del tabaco y otras
toxinas, pero no hay evidencia que asocie estos polimorfismos con la frecuencia de daño hepático
alcohólico.
Lieber, C.S. Alcoholism: Clin. Exp Res. 23: 991-1007, 2000.
Koop y Tierney Bio Essays 12: 429-435, 1990.
17
Interacciones
Interacciones Alcohol-Drogas:
Alcohol-Drogas:
El
El sistema
sistema CYP2E1
CYP2E1 puede
puede explicar:
explicar:
•• La
La mayor
mayor sensibilidad
sensibilidadde
delos
los bebedores
bebedores
activos
activos aa ciertas
ciertasdrogas.
drogas.
•• La
La resistencia
resistencia de
de los
losalcohólicos,
alcohólicos,en
en
ausencia
ausencia de
de etanol,
etanol,aaciertas
ciertasdrogas.
drogas.
•• La
La mayor
mayor toxicidad
toxicidadde
de ciertos
ciertos químicos
químicosen
en
alcohólicos.
alcohólicos.
•• Estrés
Estrés oxidativo
oxidativodependiente
dependientede
de etanol.
etanol.
Interacciones del Alcohol con Drogas
.El sistema CYP2E1 puede explicar lo siguiente:
.Mayor sensibilidad de los consumidores activos de etanol a determinados fármacos;
.Resistencia de los alcohólicos, en ausencia de etanol, a determinados fármacos;
.Mayor toxicidad de algunos compuestos químicos en alcohólicos;
.Estrés oxidativo dependiente de etanol;
.Puesto que el etanol y ciertos fármacos compiten por el metabolismo del CYP2E1, los bebedores activos
muestran con frecuencia una sensibilidad aumentada a ciertos fármacos, ya que el etanol inhibe el
metabolismo del fármaco y, por lo tanto, prolonga su vida media;
.Al contrario, debido a que la CYP2E1 se induce tras el consumo crónico de etanol, aumentará el
metabolismo de ciertos fármacos que también son sustratos de la enzima. Esto disminuirá la vida media
del fármaco y reducirá su eficacia cuando no hay presencia de etanol;
.La CYP2E1 es muy activa y oxida muchos compuestos químicos a intermediarios reactivos, por ejemplo,
tetracloruro de carbono, benceno, nitrosaminas, acetaminofeno, halotano. La toxicidad de estos agentes
está aumentada en alcohólicos;
.El ciclo catalítico de recambio de la CYP2E1 lleva a la producción de una cantidad relativamente grande
de intermediarios del oxígeno, como el radical superóxido y el peróxido de hidrógeno. Esto puede ser
importante en los mecanismos de daño hepático alcohólico en que hay estrés oxidativo.
Lieber, C.S. Physiol Rev 77: 517-544, 1994.
Koop, D.R. Faseb J. 6: 724-730, 1992.
Dai. et. al. Biochemistry 32: 6928-6937, 1993.
18
Adaptación
Adaptación Metabólica
Metabólica (Tolerancia)
(Tolerancia)
Además
Además de
de la
laadaptación
adaptacióndel
delSNC,
SNC, los
los
alcohólicos
(en
ausencia
de
hepatopatía)
alcohólicos (en ausencia de hepatopatía)aa
menudo
menudomuestran
muestranuna
una mayor
mayor velocidad
velocidadde
de
depuración
del
etanol
sanguíneo.
depuración del etanol sanguíneo. Esto
Estose
sellama
llama
tolerancia
tolerancia ooadaptación
adaptaciónmetabólica.
metabólica. Los
Los
mecanismos
mecanismos sugeridos
sugeridos incluyen:
incluyen:
1.
Inducción
de
ADH.
1. Inducción de ADH.
2.
2. Mayor
Mayor capacidad
capacidadde
de transporte.
transporte.
3.
3. Mayor
Mayor reoxidación
reoxidaciónde
de NADH.
NADH.
4.
4. Inducción
Inducciónde
deCYP2E1.
CYP2E1.
5.
5. Liberación
Liberaciónde
de citokinas
citokinas ooprostaglandinas
prostaglandinas
que
aumentan
el
consumo
de
que aumentan el consumo deoxígeno
oxígenode
delos
los
hepatocitos.
hepatocitos.
Adaptación Metabólica (Tolerancia)
Además de la adaptación del sistema nervioso central (SNC), los alcohólicos (en ausencia de daño
hepático) muestran con frecuencia una mayor velocidad de depuración del etanol sanguíneo. A esto se le
llama tolerancia metabólica o adaptación. Se han planteado los mecanismos siguientes:
•inducción de la ADH;
•capacidad de transporte aumentada,
•mayor reoxidación del NADH;
•inducción de la CYP2E1;
•liberación de citoquinas o prostaglandinas que aumentan el consumo de oxígeno del hepatocito;
•la ADH Clase I generalmente no es inducible. Faltan estudios con las numerosas isoformas humanas,
•la capacidad de transferencia de sustratos y el transporte de equivalentes reductores hacia las
mitocondrías no se encuentran alterados por el consumo crónico de etanol, tampoco la impermeabilidad
normal de las mitocondrias al NADH;
•una de las principales teorías para explicar la adaptación metabólica, la “hipótesis del estado
hipermetabólico”, postula que los cambios en los niveles de hormonas tiroídeas aumentan la Na+, K+ATPasa, con el aumento posterior de los niveles de ADP. Esto aumenta el estado 3 del consumo de
oxígeno mitocondrial y así aumenta la reoxidación del NADH. Un mayor consumo de oxígeno puede
producir hipoxia, especialmente en los hepatocitos de la zona 3 del acino hepático, región donde se
origina la toxicidad por etanol (hipótesis de la hipoxia centrolobular);
•los niveles de CYP2E1 se encuentran aumentados luego del consumo de etanol y como la CYP2E1 es el
citocromo P450 más activo para oxidar el etanol, esto puede desempeñar un papel importante en la
tolerancia metabólica;
•el etanol, tal vez por aumentar los niveles de endotoxinas, puede activar células no parenquimatosas,
como los células de Küpffer, para que liberen mediadores (citoquinas y prostaglandinas) que estimulan el
consumo de oxígeno, y por ende la reoxidación del NADH, por las células parenquimatosas;
•el llamado aumento rápido del metabolismo del alcohol.
SIAM (swift increase in alcohol metabolism) se refiere a una mayor velocidad de metabolismo del etanol a
las pocas horas de su administración in vivo o in vitro. El SIAM puede ser mediado por catecolaminas,
endotoxinas o eicosanoides, cada uno de los cuales produciría una mayor captación de oxígeno por el
hígado. Israel et al. (1975) Fed. Proc. 34, 2052-9. Cederbaum et al. (1978) Biochem. Pharmacol. 27, 7-15.
Bradford et al. (1999) J. Pharmacol. Exp. Ther. 288, 254-9.
19
Metabolismo
Metabolismo Zonal
Zonal del
del Etanol
Etanol en
en
el
el Acino
Acino Hepático
Hepático
El
El daño
dañohepático
hepáticotras
trasel
elconsumo
consumocrónico
crónico
de
etanol
se
origina
en
la
de etanol se origina en lazona
zona perivenosa
perivenosa
del
dellóbulo
lóbulohepático.
hepático.Posibles
Posibles factores
factores que
que
expliquen
expliquenesto
estoincluyen:
incluyen:
1.
1. Oxigenación
Oxigenación
2.
2. Metabolismo
Metabolismodel
deletanol
etanol por
porla
la ADH
ADH
3.
Metabolismo
del
acetaldehído
por
3. Metabolismo del acetaldehído porla
la ALDH
ALDH
4.
4. CYP2E1
CYP2E1
5.
5. Niveles
Niveles de
deantioxidantes
antioxidantes
Metabolismo Zonal del Etanol en el Acino Hepático
La lesión hepática, tras el consumo crónico de etanol, se origina en la zona perivenosa del lóbulo
hepático. Los posibles factores que explicarían lo anterior son los siguientes:
1.
Oxigenación
2.
Metabolismo del etanol por la ADH
3.
Metabolismo del acetaldehído por la ALDH
4.
CYP2E1
5.
Niveles de antioxidantes
1.
La oxigenación es baja en esta zona, pues existe un gradiente de oxígeno a través del lóbulo
hepático y los hepatocitos de la zona perivenosa reciben menos. Esto se exacerba tras la
administración crónica de etanol, ya que aumenta la captación hepática de oxígeno, por lo que llega
aún menos oxígeno a los hepatocitos perivenosos.
2.
La (2 y 3)-ADH y ALDH, y la velocidad del metabolismo de etanol y acetaldehído estarían distribuidas
uniformemente a lo largo del lóbulo. Sin embargo, debido a la tensión de oxígeno más baja, se
observa una reducción más marcada del estado redox hepático producido por el etanol en la zona
perivenosa.
3.
CYP2E1 se encuentra, en gran parte, en la zona perivenosa. Esto puede explicar por qué la toxicidad
de los fármacos que son metabolizados por la enzima a metabolitos reactivos, por ejemplo, CCl4,
halotano o acetaminofeno, ocurre en la zona perivenosa.
4.
Los niveles de antioxidantes, como el glutatión y la glutatión-peroxidasa, se encuentran disminuidos
en la zona perivenosa.
Lindros, K. O. (1997) Gen. Pharmacol. 28, 191-6.
Vaananen et al. (1985) Alcohol Clin. Exp. Res. 9, 315-21.
Chen et al. (1992) Alcohol Clin. Exp. Res. 16, 23-9.
20
Otras
Otras Posibles
Posibles Vías
Vías de
de
Metabolismo
Metabolismo del
del Etanol
Etanol
•• Reacciones
Reacciones de
deconjugación.
conjugación.
•• Etil
ésteres
de
ácidos
Etil ésteres de ácidosgrasos.
grasos.
•• Reacciones
dependientes
Reacciones dependientes de
de radicales
radicales de
de
oxígeno.
oxígeno.
Otras Vías Posibles del Metabolismo del Etanol
1.
Reacciones de conjugación
2.
Etil ésteres de ácidos grasos
3.
Reacciones dependientes de radicales de oxígeno
1. El etanol puede reaccionar con ácido glucurónico o con sulfato para formar etilglucuronido o etilsulfato.
Estos conjugados solubles se excretan fácilmente. La disponibilidad de cofactores y la poca afinidad por el
etanol que hay en la mayoría de las enzimas de conjugación limitan estas vías. Se ha propuesto el
etilglucuronido como marcador de consumo alcohólico, porque puede persistir y se puede detectar por
largo tiempo después de que el alcohol se haya eliminado completamente del organismo. La detección de
este metabolito conjugado del etanol puede servir como marcador para el control de las recaídas.
2. Las enzimas conocidas con el nombre de sintetasa de etilésteres de ácidos grasos (FAEES) pueden
catalizar la siguiente reacción:
CH3CH2OH + RCOOH --> CH3CH2-O-C/R=O
Las FAEES se encuentran en el cerebro, corazón, páncreas y tejido adiposo. La Km para el etanol es
generalmente muy alta. Algunas FAEES son isoformas de la glutatión transferasa. Las FAEES pueden
romper membranas biológicas y podrían contribuir a la toxicidad del etanol en tejidos carentes de ADH o
CYP2E1.
3. El etanol es un agente eliminador de radicales del oxígeno y se puede oxidar a acetaldehído al
reaccionar ante especies con radicales del tipo hidroxilo o ferrilo:
CH3CH2OH + HO. (or [FeI V=O]) → CH3CH(.)OH
Aun cuando no es probable que tengan importancia metabólica por su toxicidad, con estas reacciones es
posible generar radicales de etanol, como el radical 1-hidroxietilo.
Wurst y cols. (2000) Alcohol 20, 111-6.
Laposata, M. Prostaglandins, Leukotrienes and Essential Fatty Acids. 60, 313-5, 1996.
Cederbaum, A. I. (1987) Ann N. Y. Acad. Sci. 492, 35-49.
21
Metabolismo
Metabolismo del
del Acetaldehído
Acetaldehído
El
El equilibrio
equilibrioentre
entrelas
lasvariadas
variadas isoformas
isoformasde
de ADH
ADH
yy ALDH
regula
la
concentración
de
acetaldehído,
ALDH regula la concentración de acetaldehído,
importante
importante factor
factor de
deriesgo
riesgopara
parael
el desarrollo
desarrollode
de
alcoholismo.
alcoholismo.
1.
1. Isoformas
Isoformasde
de ALDH
ALDH
2.
2. Efectos
Efectos del
del consumo
consumode
de alcohol
alcohol
3.
Drogas
que
producen
rechazo
3. Drogas que producen rechazoal
alalcohol
alcohol
4.
4. Significación
Significaciónde
dela
laeliminación
eliminacióndel
del
acetaldehído
acetaldehído
Metabolismo del Acetaldehído
El balance entre las diversas isoformas de la ADH y ALDH regula la concentración de acetaldehído, el que tiene
importancia como factor de riesgo clave para el desarrollo del alcoholismo.
La mayor parte del acetaldehído que se produce a partir de la oxidación del etanol se oxida luego en el hígado por
acción de una familia de isoformas de ALDH. Las isoformas principales de ALDH se encuentran en los
compartimentos mitocondriales, microsomales y citosólicos. Las mitocondrias presentan una ALDH de Km baja en la
matriz (ALDH clase II) y una ALDH de Km alta en la membrana externa. Los microsomas tienen una ALDH de Km
alta y el citosol tiene una de Km intermedia (ALDH clase I) y una de Km alta (ALDH clase III). La ALDH citosólica de
Km alta puede ser inducida por algunos fármacos, como el fenobarbital y dioxinas, y se encuentra en gran cantidad
en células tumorales. La ALDH mitocondrial con Km baja es responsable de la oxidación del acetaldehído derivado
de la oxidación del etanol, aunque en el hígado humano la ALDH citosólica clase I también puede contribuir. Las
ALDH clase I y II son enzimas tetraméricas, con subunidades cuyo peso molecular es de 54 kDa.
En general, la capacidad de la ALDH de eliminar el acetaldehído supera la capacidad de generar acetaldehído. Por
eso, los niveles de acetaldehído circulante son habitualmente muy bajos. El consumo crónico de etanol disminuye la
oxidación del acetaldehído, debido a una actividad más baja de la ALDH o a una función mitocondrial deteriorada. La
generación de acetaldehído es más elevada en el consumo crónico de etanol, debido a la adaptación metabólica. En
consecuencia, los niveles de acetaldehído, en alcohólicos suelen ser altos.
El principio de acción de ciertos fármacos de aversión al alcohol, como el disulfiram (Antabuse) o cianamida, es
inhibir la ALDH y, por tanto, la oxidación del etanol. La acumulación resultante de acetaldehído produce varios
efectos desagradables, como náuseas, sudoración, vómitos y aumento de la frecuencia cardíaca, si se consume
etanol junto con dichos fármacos.
Algunos individuos, generalmente de ascendencia asiática, presentan una ALDH mitocondrial inactiva, debido la
sustitución de un solo aminoácido; glutamato 487 se convierte a un residuo de lisina; lo que provoca una importante
disminución en la afinidad para el cofactor NAD+. El acetaldehído se elimina mal en estos individuos y, en
consecuencia, se consume poco etanol. Los individuos con una ALDH2 deficiente presentan menos riesgo de
alcoholismo y pueden tener más riesgo de presentar daño hepático si el consumo de alcohol continúa.
El acetaldehído es un compuesto reactivo y puede reaccionar con los grupos amino y tiol de los aminoácidos en las
proteínas. La formación de aductos de acetaldehído con proteínas puede provocar inhibición de la función de esa
proteína o una respuesta inmune. La ALDH es importante no sólo por el hecho de eliminar el acetaldehído sino
también por eliminar otros aldehídos, incluso los aldehídos biogénicos y los derivados de la lipoperoxidación. La
eliminación eficaz es importante, no sólo para evitar la toxicidad celular, sino también para mantener la eliminación
eficaz del etanol (por ejemplo, el acetaldehído es un inhibidor de la ADH). La ALDH clase I puede oxidar retinal a
ácido retinoico; la posibilidad de que niveles altos de acetaldehído compitan con el retinal por la oxidación mediante
ALDH clase I puede tener importancia experimental.
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Consideraciones Forénsicas
•Desfase en el tiempo.
•Velocidad de Eliminación del Alcohol.
•Coeficiente de Partición.
•Fluctuaciones y Anomalías.
•Extrapolación a tiempos anteriores.
•Otros factores.
La concentración del alcohol en la sangre o el aire expirado tiene gran importancia para determinar el
grado de intoxicación alcohóolica de un individuo y su abilidad de conducir un automóvil. En algunos
casos es necesario cacular la concentración de alcohol dos horas antes que la obtención de la muestra
muestra.
Existe un desfase en el tiempo desde que un individuo ha consumido alcohol hasta que se llega a su
concentración máxima en la sangre o aliento. Existen varios factores que pueden determinar la
absorción, y en un estudio los niveles máximos de alcohol se encontraron entre los 17 minutos y 130
minutos con una media de 57 minutos en hombres y 42 en mujeres. Si absorción no es completa, es
probable que los valores sanguíneos máximos no hayan sido logrados.
Debido a diferencias genéticas y medioambientales la velocidad de eliminación del alcohol puede
variar hasta 3-4 veces. En un estudio controlado, que la disminución de la cantidad de etanol en
mg/hora se determinó en 230 litros de aire expirado esta varió entre 5.9 y 27.9. La ingesta de comida
tanto como el sexo deteminan la velocidad de absorción. La relacion entre la concentración de alcohol
en sangre y el aire expirado es 1:2300, es decir en este estudio 230 litros de aire corresponden a 0.1 lt
de sangre (100 ml).
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Preguntas a ser consideradas
•
•
•
•
•
Qué limita y regula el metabolismo del etanol in vivo?
Cual es (son) los mecanismos responsables de la
tolerancia metabólica?
Es el etanol por si mismo o sus metabolitos los que causan
el daño orgánico?
Cuál es el significado del metabolismo de primer paso por
el estómago?
Cuál es el rol de las varias ADH en la oxidación de
sustratos endógenos, el metabolismo del etanol y su
toxicidad? (Considerar por ejemplo el paso de retinol a
retinal y acido retinoico).
.
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Preguntas a ser consideradas-II
•
•
•
Pueden las varias formas polimórficas de ADH, ALDH o
CYP2E1 ser predictores o marcadores de individuos que
desarrollarán alcoholismo? Pueden desarrollarse métodos
no invasivos para medir cada una de estas isoformas
Existen diferencias poblacionales o de género en el
metabolismo del etanol y si es asi, está relacionado con las
isoformas de estas enzimas?
Qué controla al nivel transcripcional la expresión de las
difersas isoformas? Existen modificaciones
posttranscripcionales? Qué determina el recambio del las
diversas enzimas y qué regula la cantidad de CYP2E1
activo?
.
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Preguntas a ser consideradas-III
• Porqué las calorias derivadas del etanol son menos
eficientes en proporcionar energía que las derivadas
por otros nutrientes?
• Cuál es el role del acetato, si existe, en las acciones
metabólicas del etanol?
• Podremos construir modelos y ecuaciones cinéticas
para describir adecuadamente el proceso de
metabolismo del etanol en diversas condiciones?
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