farmacocinética y aspectos forenses del alcohol arthur i. cederbaum mount sinai school of medicine...
TRANSCRIPT
Farmacocinética y Aspectos Forenses del Alcohol
Arthur I. Cederbaum
Mount Sinai School of Medicine
New York 10029, NY
Farmacocinética del Etanol, Metabolismo y Aspectos Forenses
Farmacocinética del Etanol, Metabolismo y Aspectos Forenses
• El objetivo de esta conferencia es describir las vías bioquímicas que juegan algún rol en el metabolismo del etanol.
• Las vías se describirán con respecto a las enzimas involucradas, los factores que regulan el flujo por estas vías, y cómo éstas tienen un impacto sobre las vías fisiológicas normales que participan en el metabolismo de nutrientes y drogas.
• Se revisarán los efectos del consumo crónico de etanol sobre el metabolismo del etanol y del acetaldehído, incluyendo los factores que podrían ser responsables de la tolerancia metabólica.
• Se revisarán los factores que influyen en la absorción y eliminación del etanol.
• El objetivo de esta conferencia es describir las vías bioquímicas que juegan algún rol en el metabolismo del etanol.
• Las vías se describirán con respecto a las enzimas involucradas, los factores que regulan el flujo por estas vías, y cómo éstas tienen un impacto sobre las vías fisiológicas normales que participan en el metabolismo de nutrientes y drogas.
• Se revisarán los efectos del consumo crónico de etanol sobre el metabolismo del etanol y del acetaldehído, incluyendo los factores que podrían ser responsables de la tolerancia metabólica.
• Se revisarán los factores que influyen en la absorción y eliminación del etanol.
¿Por qué es Importante Entender las
Vías del Metabolismo del Etanol?¿Por qué es Importante Entender las
Vías del Metabolismo del Etanol?• Aprender cómo el cuerpo elimina el etanol y sus
metabolitos.
• Discernir algunos de los factores que influyen en este proceso.
• Aprender cómo el etanol influye en el metabolismo de nutrientes y drogas, y cómo modula la eficacia terapéutica de éstas.
• Podría ayudar a aprender cómo el etanol daña varios órganos.
• Podría permitir la identificación de personas que presentan alto o bajo riesgo de toxicidad por alcohol.
• Aprender cómo el cuerpo elimina el etanol y sus metabolitos.
• Discernir algunos de los factores que influyen en este proceso.
• Aprender cómo el etanol influye en el metabolismo de nutrientes y drogas, y cómo modula la eficacia terapéutica de éstas.
• Podría ayudar a aprender cómo el etanol daña varios órganos.
• Podría permitir la identificación de personas que presentan alto o bajo riesgo de toxicidad por alcohol.
Distribución del Etanol en el CuerpoDistribución del Etanol en el Cuerpo
• La concentraión de equilibrio del etanol en un tejido depende del contenido relativo de agua de ese tejido. La velocidad de equilibrio del etanol con un tejido depende de:
Permeabilidad (contenido de agua)
Flujo sanguíneo
Masa del tejido
• El etanol es prácticamente insoluble en grasas y aceites, aunque tal como el agua, puede pasar fácilmente a través de membranas biológicas.
• El etanol se distribuye de la sangre a los tejidos y líquidos en proporción a su contenido relativo de agua. La concentración de etanol en un tejido depende del contenido relativo de agua del tejido, y alcanza rápidamente el equilibrio con la concentración de etanol en el plasma. No hay proteínas plasmáticas que se unan al etanol.
• La concentraión de equilibrio del etanol en un tejido depende del contenido relativo de agua de ese tejido. La velocidad de equilibrio del etanol con un tejido depende de:
Permeabilidad (contenido de agua)
Flujo sanguíneo
Masa del tejido
• El etanol es prácticamente insoluble en grasas y aceites, aunque tal como el agua, puede pasar fácilmente a través de membranas biológicas.
• El etanol se distribuye de la sangre a los tejidos y líquidos en proporción a su contenido relativo de agua. La concentración de etanol en un tejido depende del contenido relativo de agua del tejido, y alcanza rápidamente el equilibrio con la concentración de etanol en el plasma. No hay proteínas plasmáticas que se unan al etanol.
Factores que Afectan la Absorción del Etanol
Factores que Afectan la Absorción del Etanol
1. Concentración de etanol2. Flujo sanguíneo al sitio de absorción
3. Propiedades irritantes 4. Velocidad de ingesta
del etanol
5. Tipo de bebida 6. Alimentos
La absorción del etanol desde el duodeno y yeyuno es mucho más rápida que desde el estómago, por lo tanto, la velocidad de vaciamiento gástrico es un determinante importante de la velocidad de absorción del etanol administrado por vía oral.
1. Concentración de etanol2. Flujo sanguíneo al sitio de absorción
3. Propiedades irritantes 4. Velocidad de ingesta
del etanol
5. Tipo de bebida 6. Alimentos
La absorción del etanol desde el duodeno y yeyuno es mucho más rápida que desde el estómago, por lo tanto, la velocidad de vaciamiento gástrico es un determinante importante de la velocidad de absorción del etanol administrado por vía oral.
Metabolismo de Primer Paso del Etanol en el Estómago
Metabolismo de Primer Paso del Etanol en el Estómago
Una parte del etanol que se ingiere por vía oral no entra a la circulación sistémica, sino que puede oxidarse en el estómago por isoformas de la ADH como - (o )-ADH y la ADH de clase I y clase III. Este metabolismo de primer paso podría modular la toxicidad del etanol pues su eficiencia determina la biodisponibilidad del etanol.
Una parte del etanol que se ingiere por vía oral no entra a la circulación sistémica, sino que puede oxidarse en el estómago por isoformas de la ADH como - (o )-ADH y la ADH de clase I y clase III. Este metabolismo de primer paso podría modular la toxicidad del etanol pues su eficiencia determina la biodisponibilidad del etanol.
Esquema General de la Oxidación del Etanol
Esquema General de la Oxidación del Etanol
1. Menos de un 10 % del etanol es excretado en respiración, sudor y orina.
2. ~ 90 % del etanol es removido por oxidación.
3. La mayoría de la oxidación del etanol ocurre en el hígado.
4. El etanol no se puede almacenar en el hígado.
5. No hay grandes mecanismos de retroalimentación para regular la velocidad de metabolismo etílico según las condiciones fisiológicas del hepatocito.
1. Menos de un 10 % del etanol es excretado en respiración, sudor y orina.
2. ~ 90 % del etanol es removido por oxidación.
3. La mayoría de la oxidación del etanol ocurre en el hígado.
4. El etanol no se puede almacenar en el hígado.
5. No hay grandes mecanismos de retroalimentación para regular la velocidad de metabolismo etílico según las condiciones fisiológicas del hepatocito.
OH +ADH
O + NADH +
O
NAD+
+ NAD+
O
OHNADH+
H +
H ++ALDH
O
OH
O
SCoACO2
Fatty acidsKetone bodiesCholesterol
Ácidos grasos Cuerpos cetónicos Colesterol
Cinética de Eliminación del Etanol In-vivo
Cinética de Eliminación del Etanol In-vivo
1 2 3 4
Tiempo [Horas]
BA
C o
r B
rAC
Co
Alcohol DeshidrogenasaAlcohol Deshidrogenasa
Constante
Km NAD+, M 13 7,4 180 530 7,9 8,7 14Km etanol, mM 4,2 0,049 0,94 24 1 0,63 34Ki 4-metilpirazol, M 1,1 0,13 - 2,1 0,1 - 2000Vmax min-1 27 9,2 400 300 87 35 20pH-óptimo 10,5 10,5 8,5 7,0 10,5 10,5 10,5
Crabb y cols. 1987 & Bosron y cols. 1993¿Función Fisiológica?Isoformas-¿Por qué tantas?Localización-consecuencia en la función hepática. Desarrollo.
Factores que Modifican la Velocidad de Eliminación del Etanol
Factores que Modifican la Velocidad de Eliminación del Etanol
Hay una variabilidad de 3-4 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, alcoholismo y drogas.
Hay una variabilidad de 3-4 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, alcoholismo y drogas.
Alcohol DeshidrogenasaAlcohol Deshidrogenasa
• El control de la actividad de la ADH es complejo
• La disociación del producto NADH es el paso limitante de la velocidad.
• Sujeta a inhibición del producto por NADH y acetaldehído.
• Sujeta a inhibición de sustrato por altas concentraciones de etanol.
• El control de la actividad de la ADH es complejo
• La disociación del producto NADH es el paso limitante de la velocidad.
• Sujeta a inhibición del producto por NADH y acetaldehído.
• Sujeta a inhibición de sustrato por altas concentraciones de etanol.
Frecuencia de alelos de ADHen Poblaciones Raciales
Frecuencia de alelos de ADHen Poblaciones Raciales
Bosron y cols. 1993 & Crabb 1995
Frecuencia de Alelos de ADH en Poblaciones Raciales
Blancos Americanos
Blancos Europeos
Japoneses
Negros Americanos
Estado Redox HepáticoEstado Redox Hepático
• Las reacciones ADH y ALDH usan NAD+ y producen NADH.
• Estado Redox Citosólico.• Estado Redox Mitocondrial.• Efectos sobre el Metabolismo
Hepático.
• Las reacciones ADH y ALDH usan NAD+ y producen NADH.
• Estado Redox Citosólico.• Estado Redox Mitocondrial.• Efectos sobre el Metabolismo
Hepático.
Reoxidación de NADH Generada por la Reacción ADH
Reoxidación de NADH Generada por la Reacción 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.
Transportadores de SustratosTransportadores de Sustratos
Oxidación de Etanol Dependiente de Catalasa
Oxidación de Etanol Dependiente de Catalasa
CH3CH2OH + H2O2 CH3CHO + 2H2O
La catalasa, una enzima hem, se encuentra en la
fracción peroxisomal de la célula. Es una enzima
antioxidante importante ya que normalmente cataliza
la remoción de H2O2.
H2O2 + H2O2 2H2O + O2
CH3CH2OH + H2O2 CH3CHO + 2H2O
La catalasa, una enzima hem, se encuentra en la
fracción peroxisomal de la célula. Es una enzima
antioxidante importante ya que normalmente cataliza
la remoción de H2O2.
H2O2 + H2O2 2H2O + O2
Oxidación Microsomal(Citocromo p450) del Etanol
Oxidación Microsomal(Citocromo p450) del Etanol
NADPH + CH3CH2OH --------------->> NADP+ + CH3CHO + 2H2O
Función de CYP2E1
Rol en la Oxidación del Etanol
Inducibilidad
NADPH + CH3CH2OH --------------->> NADP+ + CH3CHO + 2H2O
Función de CYP2E1
Rol en la Oxidación del Etanol
Inducibilidad
CYP2E1
+ O2 + H+
Interacciones Alcohol-Drogas:El sistema CYP2E1 puede explicar:
Interacciones Alcohol-Drogas:El sistema CYP2E1 puede explicar:
• La mayor sensibilidad de los bebedores
activos a ciertas drogas.
• La resistencia de los alcohólicos, en
ausencia de etanol, a ciertas drogas.
• La mayor toxicidad de ciertos químicos en
alcohólicos.
• Estrés oxidativo dependiente de etanol.
• La mayor sensibilidad de los bebedores
activos a ciertas drogas.
• La resistencia de los alcohólicos, en
ausencia de etanol, a ciertas drogas.
• La mayor toxicidad de ciertos químicos en
alcohólicos.
• Estrés oxidativo dependiente de etanol.
Adaptación Metabólica (Tolerancia)Adaptación Metabólica (Tolerancia)
Además de la adaptación del SNC, los alcohólicos (en ausencia de hepatopatía) a menudo muestran una mayor velocidad de depuración del etanol sanguíneo. Esto se llama tolerancia o adaptación metabólica. Los mecanismos sugeridos incluyen:
1. Inducción de ADH.2. Mayor capacidad de transporte.3. Mayor reoxidación de NADH.4. Inducción de CYP2E1.5. Liberación de citokinas o
prostaglandinas que aumentan el consumo de oxígeno de los hepatocitos.
Además de la adaptación del SNC, los alcohólicos (en ausencia de hepatopatía) a menudo muestran una mayor velocidad de depuración del etanol sanguíneo. Esto se llama tolerancia o adaptación metabólica. Los mecanismos sugeridos incluyen:
1. Inducción de ADH.2. Mayor capacidad de transporte.3. Mayor reoxidación de NADH.4. Inducción de CYP2E1.5. Liberación de citokinas o
prostaglandinas que aumentan el consumo de oxígeno de los hepatocitos.
Metabolismo Zonal del Etanol en el Acino Hepático
Metabolismo Zonal del Etanol en el Acino Hepático
El daño hepático tras el consumo crónico de etanol se origina en la zona perivenosa del lóbulo hepático. Posibles factores que expliquen esto incluyen:
1. Oxigenación
2. Metabolismo del etanol por la ADH
3. Metabolismo del acetaldehído por la ALDH
4. CYP2E1
5. Niveles de antioxidantes
El daño hepático tras el consumo crónico de etanol se origina en la zona perivenosa del lóbulo hepático. Posibles factores que expliquen esto incluyen:
1. Oxigenación
2. Metabolismo del etanol por la ADH
3. Metabolismo del acetaldehído por la ALDH
4. CYP2E1
5. Niveles de antioxidantes
Otras Posibles Vías de Metabolismo del EtanolOtras Posibles Vías de Metabolismo del Etanol
• Reacciones de conjugación.• Etil ésteres de ácidos grasos.• Reacciones dependientes de radicales de
oxígeno.
• Reacciones de conjugación.• Etil ésteres de ácidos grasos.• Reacciones dependientes de radicales de
oxígeno.
Metabolismo del AcetaldehídoMetabolismo del Acetaldehído
El equilibrio entre las variadas isoformas de ADH y ALDH regula la concentración de acetaldehído, importante factor de riesgo para el desarrollo de alcoholismo.
1. Isoformas de ALDH
2. Efectos del consumo de alcohol
3. Drogas que producen rechazo al alcohol
4. Significación de la eliminación del acetaldehído
El equilibrio entre las variadas isoformas de ADH y ALDH regula la concentración de acetaldehído, importante factor de riesgo para el desarrollo de alcoholismo.
1. Isoformas de ALDH
2. Efectos del consumo de alcohol
3. Drogas que producen rechazo al alcohol
4. Significación de la eliminación del acetaldehído
Consideraciones Forénsicas
•Desfase en el tiempo.•Velocidad de Eliminación del Alcohol.•Coeficiente de Partición.•Fluctuaciones y Anomalías.•Extrapolación a tiempos anteriores.
•Otros factores.
Niveles de Alcohol en AlientoNiveles de Alcohol en Aliento
0 2 40
50
100
150
0 1 2 3 4
0 1 2 3 40
50
100
150
0 1 2 3 4
0 1 2 3 40
50
100
150
0 1 2 3 4
0 2 40
50
100
150
0 1 2 3 4
0 1 2 3 40
50
100
150
0 1 2 3 4
0 1 2 3 40
50
100
150
0 1 2 3 4
Tiempo [Horas]
Alc
oho
l en
alie
nto
[mg
por
23
0 L]
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).
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?
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?