В медицине различат следующие виды эндогенного этанола (сокращённо ЭЭ):
внутриклеточный ЭЭ (продукт внутриклеточного метаболизма);
внеклеточный ЭЭ: ЭЭ межклеточной жидкости, ЭЭ спинномозговой жидкости; ЭЭ лимфы, ЭЭ крови;
условно ЭЭ (продукт микробной ферментации сахара в нижнем отделе желудочно-кишечного тракта — ЖКТ).
1. Эндогенный (внутренний) этанол относится к незаменимым факторам обмена веществ. Внутриклеточный ЭЭ является естественным метаболитом (далее – эндогенный этанол (ЭЭ)) — веществом, образующимся в организме на опредёленном этапе процессов усвоения пищевых продуктов, и по принципу обратной связи, участвующим в регуляции этих процессов. ЭЭ является промежуточным продуктом катаболизма (процесса разложения на более простые вещества) углеводов; будучи конечным веществом анаэробного (без кислородного) этапа, в виде ацетилкоэнзима А (продукт конденсации коэнизма А с уксусной кислотой) вступает в аэробную фазу – цикл Кребса, в котором окисляется до углекислого газа и воды.
Внутриклеточный ЭЭ участвует в энергетическом обмене клетки, осуществляя челночный перенос энергии между митохондриями и цитозолем (часть цитоплазмы клетки) и удаляя из клетки избыток выделяющих энергию субстратов.
Потребность в переносе энергии между митохондриями и цитозолем обусловлена тем обстоятельством, что энергетические процессы в этих структурах клетки несколько различны и разделены митохондриальной мембраной. В цитозоле энергия производится в процессе гликолиза — анаэробного расщепления глюкозы на пируват и лактат. В митохондриях энергия производится в результате функционирования цитратного цикла[97], сопряжённого с дыхательной цепью, производящей аденозинтрифосфат (АТФ) – аккумулятор и переносчик энергии.
Как в цитозоле, так и в митохондриях энергия производится в процессе окислительно-восстановительных реакций, которые протекают с участием дегидрогеназ и никотинамидадениндинуклеотида (НАД)[98] в окисленной (НАД+) или восстановленной (НАДН) форме. Энергия возникает в процессе отделения от окисляемой молекулы атомов водорода. Энергия в виде атома водорода и двух электронов, которая переносится на НАД+ с образованием НАДН, называется восстанавливающим эквивалентом.
Митохондрии снабжают клетку энергией не только в форме АТФ, но и в форме восстанавливающих эквивалентов посредством НАДН, который используется для восстановительных синтезов в цитоплазме. Однако внутренняя мембрана митохондрий является непроницаемой для НАД+ и НАДН. Поэтому для переноса восстанавливающих эквивалентов между митохондриями и цитозолем должен использоваться так называемый субстратный челнок — соединение, окисление которого сопровождается высвобождением восстанавливающих эквивалентов, а восстановление – его присоединением. Субстратный челнок должен легко проникать через митохондриальную мембрану и восстанавливаться или окисляться на внутренней и внешних сторонах мембраны, перенося тем самым восстанавливающий эквивалент через мембрану.
Поскольку митохондриальная мембрана проницаема для этанола и ацетальдегида, таким субстратным челноком служит обратимое превращение «этанол – ацетальдегид», катализируемое НАД-зависимой алкогольдегидрогеназой (АДГ) по обе стороны мембраны. Такой челнок характерен не только клеткам млекопитающих, он функционирует также в клетках дрожжевых грибов и некоторых простейших.
В митохондриях окислительные реакции с выделением энергии происходят в процессе функционирования цитратного цикла — цепи биохимических реакций, в которых исходный субстрат ацетил-КоА окисляется до СО2 с выделением энергии в форме восстанавливающих эквивалентов. Эта энергия поступает в систему цитохромов (сложных белков) и в дыхательную цепь, где и происходит синтез АТФ – универсального переносчика энергии, которая используется в различных энергетически-зависимых реакциях в клетке. Особенно высокая потребность в АТФ имеет место в нейронах мозга, где энергия используется для поддержания электрохимических градиентов, обеспечивающих передачу нервных импульсов. Дефицит, даже незначительный, АТФ в нейронах мозга приводит к целому ряду компенсаторно-восстановительных процессов, в первую очередь – к актуализации тяги к алкоголю.
В митохондриях ацетил-КоА преобразуется в ацетат, который в последующем с помощью ацетальдегиддегидрогеназы превращается в ацетальдегид; в дальнейшем из ацетальдегида под влиянием алкогольдегидрогеназы образуется ЭЭ. Это циклическая внутриклеточная реакция. Алкогольдегидрогеназа присутствует не только в гепатоцитах печени – её там больше всего, но, кроме того, она содержится в клетках всех тканей, включая нейроны мозга.
Именно внутриклеточный ЭЭ можно считать истинно эндогенным этанолом (ИЭЭ).
2. Внеклеточный ЭЭ – ЭЭ межклеточной жидкости, ЭЭ спинномозговой жидкости, ЭЭ лимфы, ЭЭ крови. Концентрация ЭЭ в крови и печени составляет 0,003-0,015 %. У взрослого здорового человека содержание ЭЭ в организме составляет от 2 до 20 г. (по теоретическим расчётам, основанным на экспериментальных данных). Как естественный метаболит ЭЭ обнаруживается в поте, моче и всех других выделениях организма.
3. Одной из фракций внеклеточного этанола является «условно эндогенный этанол», синтезируемый в результате микробной ферментации сахара в нижнем отделе ЖКТ. Он абсорбируется слизистой оболочкой и поступает в воротную вену, а затем – в печень.
В последние годы значительное внимание в механизмах действия этанола на центральную нервную систему уделяют гамма-аминомасляной кислоте (ГАМК), являющейся главным тормозным медиатором в мозге, и ГАМК-ергической системе. Исследователи предполагают, что активность тормозящей системы ГАМК обусловлена некоторыми биохимическими и поведенческими эффектами воздействия этанола. Ряд работ демонстрирует, что этанол влияет на способность ГАМК связываться со специфическими рецепторами и изменяет метаболизм медиатора, повышая синаптическую передачу нервного импульса в ГАМК-ергических нейронах. Установлено, что один из подтипов рецепторов ГАМК, ГАМКА-рецептор, связан с открытием каналов для ионов хлора.
Внеклеточный алкоголь воздействует на ГАМКА-рецептор, вызывая вход в клетку отрицательно заряженного иона хлора – токсического для клетки.
Участие ЭЭ в регуляции обмена энергии в организме. Организм человека вырабатывает бoльшую часть энергии следующим образом. Основным источником энергии для живых существ является окисление пищевых веществ, а точнее атомов водорода, имеющих электрон, обладающий запасом свободной энергии. Энергию электрона, входящего в атом водорода, организм «отбирает» у него и «присваивает себе» в процессе движения атомов водорода по «дыхательной цепи» цитохромов и преобразует её в энергию химических связей в молекулах АТФ (аденозинтрифосфорной кислоты). В начале дыхательной цепи атом водорода, в конце — атом кислорода. Когда водород отдаст всю свободную энергию своего электрона, он выходит из дыхательной цепи и соединяется с атомом кислорода, в результате образуется молекула воды. Процесс окисления атомов водорода, идущий одновременно с образованием макроэргических связей в молекулах АТФ, называется окислительным фосфорилированием. Это основной источник энергии в организме человека.
ЭЭ является регулятором активности этого процесса. При дефиците этанола в организме процессы энергообразования тормозятся и снижается уровень функциональной активности всех клеток, особенно нервных. У здоровых людей этого не бывает. При сильном напряжении (стрессе), количество ЭЭ резко снижается.
