Đang tải... (xem toàn văn)
Rượu thấm qua thành dạ dày rất ít, chủ yếu qua thành ruột non để vào máu [1]. Những người có van môn vị - nằm giữa dạ dày và ruột non – nhạy cảm, sớm co thắt, thì phần ngấm rượu chậm hơn người khác. Dạ dày có chứa hay không chứa đồ ăn, thức uống cũng ảnh hưởng đáng kể đến tốc độ hấp thu rượu vào máu. Người ta đã làm thí nghiệm thấy rượu khi uống trong lúc đói làm cho nồng độ rượu trong máu tăng cao hơn so với khi uống lúc no. Có thể các đồ ăn kèm làm tăng khả năng oxy hóa rượu dẫn đến giảm tốc độ đi vào máu của chúng. Nồng độ rượu càng cao thì tốc độ khuếch tán của chúng tới các cơ quan càng nhanh, đặc biệt tới gan, thận, lá lách và não [2]. Sau khoảng thời gian từ 30-60 phút uống vào, nồng độ rượu được thiết lập cân bằng trong tất cả các cơ quan kể cả trong phôi thai nơi có màng nhau bảo vệ, quá trình khuếch tán rượu cũng chỉ chậm hơn mà thôi.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC Môn học: ĐỘC TỐ THỰC PHẨM ĐỀ TÀI: RƯỢU VÀ ĐỘC TÍNH CỦA RƯỢU GVHD: Ts Phan Ngọc Hoà HVTH: Nguyễn Thanh Sang Cao Việt Cường Đinh Trường Đỉnh Đỗ Xuân Hưng Phan Thị Mỹ Dung Huỳnh Dương Ngọc Uyễn Tháng 4/2016 MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH Sự hấp thu, khuếch tán đào thải rượu Ethanol có công thức cấu tạo C2H5OH Với tính nước cao nên chúng có khả khuếch tán nhanh vào thể (dung lượng phân bố trung bình (0.6 L/kg) rượu uống vào, truyền cách thụ động từ miệng đến thực quản tới dày xuống ruột khả hấp thu rượu vào thể phụ thuộc vào thời gian tiếp xúc chúng với tế bào biểu mô, chủ yếu phân bố mạch tế bào biểu mô tạo chênh lệch nồng độ rượu ống tiêu hóa mạch máu Rượu thấm qua thành dày ít, chủ yếu qua thành ruột non để vào máu [1] Những người có van môn vị - nằm dày ruột non – nhạy cảm, sớm co thắt, phần ngấm rượu chậm người khác Dạ dày có chứa hay không chứa đồ ăn, thức uống ảnh hưởng đáng kể đến tốc độ hấp thu rượu vào máu Người ta làm thí nghiệm thấy rượu uống lúc đói làm cho nồng độ rượu máu tăng cao so với uống lúc no Có thể đồ ăn kèm làm tăng khả oxy hóa rượu dẫn đến giảm tốc độ vào máu chúng Nồng độ rượu cao tốc độ khuếch tán chúng tới quan nhanh, đặc biệt tới gan, thận, lách não [2] Sau khoảng thời gian từ 30-60 phút uống vào, nồng độ rượu thiết lập cân tất quan kể phôi thai nơi có màng bảo vệ, trình khuếch tán rượu chậm mà Tiếp sau giai đoạn cân bằng, nồng độ rượu máu bắt đầu giảm với tốc độ trung bình khoảng 100-120 mg/kg/h chủ yếu qua trao đổi chất gan, phần lại đào thải qua đường phổi thận Sự phân giải rượu 2.1 Sự phân hủy methanol, ethanol thành acetaldehyde hợp chất gây độc [3, 4] Quá trình oxi hoá alcohol thành aldehyde thông qua đường khác nhau, thực nhờ enzyme alcoldehydrogenase, catalase hệ thống oxy hoá vi thể Tỉ lệ alcohol bị oxi hoá đường khác khác Hệ thống vi thể oxi hoá khoảng 9% lượng alcohol thu nạp từ vào, đó, catalase oxi hoá alcohol khoảng 1%, đó, khoảng 90% lượng alcohol thu nạp từ vào oxi hoá alcoldehydrogenase Mỗi quan có đường oxi hoá chủ đạo Ví dụ gan, hầu hết alcohol bị oxi hoá Alcoldehydrogenase, đó, tế bào não, alcohol bị oxi hoá hai đường lại Hình 1: Sự chuyển hoá methanol ethanol thành aldehyde a Alcoldehydrogenase (ADH) Alcoldehydrogenase enzyme đóng vai trò trình chuyển hoá ADH enzyme có chứa nhóm ngoại NAD + ADH loại enzyme nằm tế bào chất, tìm thấy gan, ống tiêu hoá, thận, niêm mạc mũi, tinh hoàn, tử cung tế bào não Khả xúc tác ADH động vật có vú lớn Ngoài methanol, ethanol, ADH có khả chuyển hoá alcohol mạch dài hơn, chí sterol Vể chế, enzyme ADH chuyển ion H + từ alcohol sang cho cofactor NAD+, tạo thành sản phẩm khử aldehyde cofactor NADH Tuy nhiên, ADH chuyên biệt cho khả chuyển hoá ethanol alcohol khác In vitro, tốc độ chuyển hoá methanol khoảng 3% tốc độ oxi hoá ethanol Cấu trúc ADH lý giải cho khác Các alcohol ADH xúc tác liên kết với enzyme hai vùng khác nhau, vùng liên kết với nhóm hydroxyl, vùng lại liên kết với đầu kỵ nước alcohol Phân tử methanol ethanol có nhóm – OH, đuôi hydrocarbon methanol có carbon nên liên kết với vùng kỵ nước ADH khó khăn dẫn đến việc chuyển ion H+ cho NAD+ chậm chạp, cuối vận tốc oxi hoá methanol chậm ethanol Ái lực enzyme với alcohol lớn Tốc độ loại cồn ADH gan mức độ in vivo cho thấy ADH có khả đảm trách toàn trình chuyển hoá alcohol Tuy nhiên, có số yếu tố có khả ảnh hưởng, kiểm soát hoạt tính enzyme Yếu tố thứ nồng độ chất: việc uống rượu liên tục, tiếp nhận alcohol nhiều, ban đầu, làm tăng hoạt tính enzyme, tăng mức uống rượu thời gian dài làm giảm hoạt độ enzyme Yếu tố thứ hai yếu tố liên quan đến co-enzyme ADH, NAD + Do màng ty thể không thấm nucleotide nên việc chuyển NADH dạng hoạt động NAD+ thực loạt phản ứng khác bên ty thể tế bào chất Như vậy, tốc độ chuyển hoá ảnh hưởng đến hàm lượng NAD +, từ ảnh hưởng đến khả oxy hoá ethanol thành acetaldehyde Lượng NADH tế bào chất tăng hạn chế hoạt động ADH, ngược lại Yếu tố thứ ba nồng độ sản phẩm, cụ thể lượng aldehyde Lượng aldehyde lớn ức chế ngược enzyme ADH b Catalase Vị trí khu trú Catalase tổng hợp H 2O2 vấn đề làm cho việc oxy hoá alcohol đường hạn chế Catalase thường tìm thấy peroxisome, H2O2 tạo việc oxy hoá số hợp chất ty thể Sự có mặt đồng thời Catalase H2O2 gan thấp nên hạn chế oxy hoá alcohol Như trình bày, loại alcohol phù hợp với loại enzyme hai loại lại Và catalase đường oxy hoá methanol Vai trò oxi hoá alcohol catalase gan thấp, cao não, nơi thiếu enzyme ADH c Hệ thống oxy hoá ty thể (cytochrome) Hệ thống lần phát cho chuột uống rượu thời gian dài Tại tế bào gan chuột xuất tăng sinh mạng lưới nội chất trơn tế bào chất Sự tăng sinh tương tự tăng sinh để đáp lại thể tiếp nhận liều loại thuốc chất độc Trong hệ thống oxy hoá này, enzyme điển hình cytochrome P450 Cytochrome họ enzyme chứa nhân heme enzyme monooxygenase có khả oxy hoá ethanol, methanol, steroids, acid béo chí benzene, acetone, … Ngoài gan, người ta tìm thấy họ enzyme tế bào não phổi Điểm đáng ý enzyme khả thích ứng với methanol ethanol Hằng số Km P450 cao ADH gấp 10 lần chất ethanol, mà nồng độ thấp, ADH gan có khả xúc tác cao P450 nhiều Tuy nhiên, P450 vượt trội so với ADH nồng độ alcohol cao Mặt khác, có hạn chế P450 hoạt động mạnh, xuất hệ oxi hoạt động , H2O2 gốc tự khác Các tác nhân nguyên nhân làm tổn thương đến tế bào có P450 mà thu nạp nhiều alcohol Hình 2: Quá trình chuyển hoá nhân heme cytochrome sinh hợp chất độc 2.2 Sự chuyển hóa acetaldehyde hợp chất gây độc Acetaldehyde, sản phẩm trình oxy hóa rượu chất độc, nên sau hình thành chúng thường chuyển hóa Quá trình oxy hóa xúc tác aldehyde dehydrogenase có coenzyme NAD + Ngoài có aldehyde oxydase xanthin oxydase có khả phân hủy acetaldehyde Tuy nhiên, trình phân hủy acetaldehyde từ rượu hai enzyme thường không hiệu [5] Phản ứng aldehyde dehydrogenase biểu diễn sau: Acetaldehyde + NAD+ + H2O2 → acid acetic + NADH + H+ Enzyme khu trú gan hầu khắp mô Enzyme chứa đơn vị, có khối lượng phân tử khoảng 200000 Dựa vào giá trị K m với chất, người ta chia enzyme làm hai loại, loại enzyme có K m thấp khoảng vài µM loại enzyme có Km cao vài mM Bình thường nồng độ acetaldehyde thấp Khi có enzyme AldDH với Km thấp hoạt động điều kiện bảo hòa chất nên có tốc độ cao Còn enzyme AldDH với Km cao không có ý nghĩa chuyển hóa acetaldehyde điều kiện bình thường Enzyme AldDH với K m thấp thường định vị chủ yếu ty thể, acetaldehyde tạo ADH bào tương phải vận chuyển qua màng ty thể trước chúng oxy hóa [5] Cách thức chuyển hóa acetaldehyde giữ vị trí quan trọng liên quan tới độc tính vốn có thành phần tính độc rượu Gan quan chủ yếu chuyển hóa rượu nơi chuyển hóa acetaldehyde Quả nhiều nghiên cứu cho thấy acetaldehyde tạo thành gan thoát khỏi chuyển hóa AldDH, trường hợp trình oxy hóa rượu xảy mạnh mẽ, gan chuyển hóa 95% acetaldehyde tạo thành, đảm bảo trì nồng độ acetaldehyde máu tĩnh mạnh không vượt 1-5µM Enzyme hoạt động phụ thuộc vào NAD+ vào NADH tạo ra, nên dẫn đến làm giảm hoạt tính enzyme ADH đề cập Chỉ có điểm khác biệt NADH tạo chủ yếu ty thể, trình tái oxy hóa chúng theo lý thuyết dễ dàng so với lượng tế bào chất Tuy nhiên, theo định luật tác dụng khối lượng, NADH tạo thêm từ đường góp phần làm chậm chuyển vận NADH sinh từ trình oxy hóa rượu tế bào chất [6] 2.3 Quá trình oxy hóa acetic acid hợp chất gây độc chu trình Krebs Acid acetic tạo thành tiếp tục chuyển hóa nhờ phức hệ enzyme chu trình Krebs để tạo sản phẩm cuối CO H2O kết hợp với việc tích lũy lượng Thực tế, sau uống rượu kết đo nhiệt lượng cho thấy việc sử dụng lượng từ glucid từ lipid Về mặt này, đứng quan điểm dinh dưỡng rượu coi chất dinh dưỡng tốt, có khả tạo khoảng 29kJ/g Nếu khả oxy hóa rượu 100mg/kg/h ngày đêm người sử dụng 160g rượu (ứng với khoảng lít rượu vang) để tạo 4,5MJ tương đương với 2/3 lượng tạo từ trình trao đổi chất Tuy nhiên, việc tính toán túy mặt toán học, thực tế trình chuyển hóa diễn với lượng lớn chịu tác động yếu tố dược lý khác [7] Thực tế, sử dụng lượng lớn rượu thường hay dẫn đến tình trạng thừa lượng Các đồ uống có rượu thường chứa đường, protein rượu lại thường kích thích ngon miệng, ăn uống nhiều lên, gây thừa lượng dẫn đến béo phì Ngược lại, vài yếu tố sinh lý tâm lý xuất người uống rượu lại dẫn đến tượng chán ăn ăn uống thất thường dẫn đến việc giảm khả hấp thụ nitơ vitamin gây rối loạn tiêu hóa suy giảm dinh dưỡng [7] Sự rối loạn trao đổi chất oxy hóa rượu 3.1 Sự chuyển hóa rượu thể Rượu hấp thụ vào máu qua mạch máu nhỏ thành dày ruột non Trong vòng vài phút uống rượu, rượu di chuyển từ dày đến não, nơi nhanh chóng tạo hiệu ứng rượu, làm hoạt động tế bào thần kinh chậm lại Khoảng 20% lượng rượu hấp thu qua dày Hầu hết (80%) lại hấp thụ qua ruột non Rượu theo máu đến gan, thải trừ rượu máu thông qua trình gan gọi “chuyển hóa”, nơi mà rượu chuyển đổi thành chất không độc hại Gan chuyển hóa lượng rượu định thời điểm, để lại lượng dư thừa lưu hành khắp thể Do đó, cường độ tác động thể có liên quan trực tiếp đến số lượng rượu uống Khi số lượng rượu máu vượt mức định, hệ thống hô hấp (hít thở) chậm lại rõ rệt, gây tình trạng hôn mê tử vong, thiếu oxy não Rượu chuyển hóa 90% gan, lại thải phổi, thận, da Quá trình chuyển hóa rượu gan gồm giai đoạn: • Giai đoạn 1: Chuyển ethanol thành acetaldehyde qua đường chuyển hóa: Enzyme ADH (alcoholdehydrogenase) đường > 80%, oxy hóaethanol thông qua việc làm tăng NADH dẫn đến tăng tỷ lệ NADH/NAD+ ; hệ thống microsome gan (MEOS): hoạt động nồng độ rượu thấp tăng hoạt động nồng độ rượu cao người nghiện rượu; hệ thống peroxidase – catalase: Tham gia chuyển hóa ethanol • Giai đoạn 2: Chuyển acetaldehyde thành acetate nhờ enzyme ALDH (Acetaldehyde dehydrogenase) thông qua việc biến NAD thành NADH • Giai đoạn 3: Acetate thành AcetylCoenzyme A đưa vào chu trình Krebs chuyển hóa thành CO2 nước Tốc độ chuyển hóa acetate chu trình Krebs phụ thuộc vào lượng Thiamine máu Ở người lạm dụng rượu, lượng Acetaldehyde sản sinh với mức lớn không chuyển hóa hết gắn vào màng tế bào gây tổn thương tế bào thông qua chế gây độc, viêm miễn dịch với hậu trình tạo xơ Như người uống lượng lớn rượu nồng độ cồn máu cao, hệ thống MEOS hoạt động Hệ thống Enzyme tìm thấy màng mạng lưới nội bào tương nhẵn Enzyme quan trọng hệ thống Cytochrom P450 men vai trò trung tâm chuyển hóa rượu mà tham gia vào việc giáng hóa nhiều chất thể chất lạ từ bên vào, ví dụ nhiều loại thuốc khác thường sử dụng lâm sàng Cytochrom P450 2E1 (CYP 2E1), type Cytochrom P450, có vai trò quan trọng chuyển hóa Alcohol thành Acetaldehyde Vào năm 1968, lần Charles Lieber chứng minh việc sử dụng thường xuyên thức uống có 10 cồn gây cảm ứng làm tăng hoạt độ hệ thống men lên 10 lần Một đặc điểm quan trọng phản ứng giáng hóa giải phóng gốc ôxy tự hoạt động (reactive oxygen species – ROS) Enzyme Catalase Peroxisome tham gia oxy hóa lượng nhỏ Ethanol mà Việc thường xuyên sử dụng lượng lớn Alcohol làm tăng hoạt động hai enzyme khác tham gia vào trình chuyển Acetaldehyde thành Acetate Đó men Xanthinoxidase Aldehydoxidase Thông qua hoạt động hai men này, thêm lượng lớn gốc tự gây độc giải phóng, góp phần tạo nên tổn thương gan rượu Tóm lại, gan quan chức giúp chuyển hóa rượu, nguyên nhân uống nhiều rượu dẫn đến nhiều bệnh gan Rượu đào thải loại bỏ khỏi máu thông qua trình oxy hóa Quá trình oxy hóa giúp ngăn cản rượu tích lũy thể gây phá hủy tế bào nội tạng Các tế bào gan xử lý số lượng rượu định Một gan khỏe mạnh oxy hóa rượu tinh khiết tỷ lệ ¼ đến ⅓ 30ml rượu giờ, nghĩa gan oxy hóa 30ml rượu mạnh Vì vậy, uống rượu nhiều mức độ xử lý gan, độ rượu máu tăng lên 3.2 Rối loạn trao đổi chất oxy hóa rượu Hoạt động hai enzyme ADH AlDH oxy hóa rượu tế bào làm tăng đáng kể tỷ lệ NADH/NAD + Đặc biệt tế bào chất, nơi sinh NADH (bởi ADH) khả tái oxy hóa NADH lại không hiệu làm cho lượng NAD+ nhanh chóng bị thiếu hụt dẫn đến kìm hãm vài đường hướng chuyển hóa phụ thuộc NAD+ Cũng ty thể, NAD+ ưu tiên sử dụng cho trình chuyển hóa acetaldehyde chu trình Krebs bị kìm hãm tỷ lệ CO 2/O2 giảm Do vậy, trình oxy hóa rượu trở thành ưu sử dụng khoảng 60 – 80% lượng oxy gan nên làm giảm khả oxy hóa chất khác Tuy nhiên, khả sẵn sang cofactor trình chuyển hóa etanol chất cung cấp lượng khác phụ thuộc vào nhu cầu lượng tế bào hay nói cách khác phụ thuộc vào tỷ lệ ATP/ADP 11 Thực tế, tốc độ thải rượu phụ thuộc vào trình trao đổi chất khả sử dụng oxy Vì vậy, đường tăng khả thúc đẩy trình đào thải rượu Có chế tăng nhanh chuyển hóa rượu Thurman đề ra, lượng rượu đưa vào thể lần liều cao (5g/kg thể trọng) lượng oxy tiêu thụ gan tăng lên gấp đôi Tham gia vào chế có hoạt động chuỗi vận chuyển electron enzyme ADH Điểm khởi đầu chế hiệu ứng hạ nhiệt rượu kích thích tiết hormone adrenalin noradrenalin Adrenalin hoạt hóa ATPase dẫn tới tăng nhu cầu oxy Nhiều thực nghiệm khác chứng tỏ chế nối liền với trình trao đổi glucid theo hai cách: Hoặc nguồn glycogen bị cạn kiệt hormone kích thích trình đường phân bị phong bế trạng thái oxy hóa – khử tế bào chất Trong hai trường hợp đường phân bị dừng lại, ADP tế bòa chất tích tụ chuyển qua màng ty thể tới chuỗi phosphoryl hóa thúc đẩy trình tiêu thụ oxy a Sự giảm oxy huyết hoại tử gan Nhu cầu oxy tăng làm tăng chênh lệch áp suất riêng phần oxy tĩnh mạch cửa tĩnh mạch gan dẫn tới việc thiếu oxy máu Thực nghiệm với mô gan động vật xử lý với ethanol để điều kiện thiếu oxy (thiếu máu, hô hấp kém) thấy xuất thương tổn, hoại tử nhiễm mỡ Hiện chưa có kết luận xác việc thiếu oxy tương đối tĩnh mạch ngoại vi nguyên nhân gây hoại tử gan Tuy nhiên, việc thiếu hụt oxy trình trao đổi chất người uống rượu thường làm tăng cường số triệu chứng thiếu máu, rối loạn hô hấp, dễ nhiễm độc thuốc, giảm thể tích huyết cầu, đau tim b Quá trình collagen hóa xơ Uống rượu lâu ngày gây chứng hóa xơ gan trình trao đổi collagen bị phá hỏng Chứng hóa xơ làm tắc tĩnh mạch nhỏ gan làm trầm trọng thêm tình trạng thiếu hụt oxy huyết suy dinh dưỡng Sự thiếu oxy tạo acid lactic trình trao đổi rượu lại chất hoạt hóa enzyme collagen prolin hydroxylase Enzyme thường có mặt nguyên bào sợi dẫn đến làm tăng thành phần hydroxylprolin collagen Các nghiên cứu lâm sàng có mối quan hệ hoạt động collagenprolin hydroxylase với tỷ lệ xơ hóa sinh thiết c Chứng to ty thể 12 Một đích công rượu vào tế bào gan ty thể Trên phương diện hình thái học người uống rượu lâu năm thường có tăng lên kích thước ty thể Thực nghiệm in vitro cho thấy rượu làm hư hỏng số chức ty thể thông qua việc làm tăng tính thấm màng ty thể Trong máu số người nghiện rượu thấy xuất glutamadehyrogenase, enzyme thường định vị ty thể Hơn nữa, việc sử dụng rượu làm cho ty thể trở nên mỏng manh, lúc đầu ty thể bị phồng lên sau lớp bên bị phá vỡ Sự sinh bệnh từ tượng có liên quan với cấu trúc lớp màng lipid bị phá hủy sản sinh thêm lipase hoạt hóa phospholipase nội sinh d Sự nhiễm mỡ Một bệnh gan quen thuộc người nghiện rượu nhiễm mỡ Hiện tượng kết tương tác ethanol với trình trao đổi lipid lipoprotein • Là tình trạng hạt mỡ tích tụ tế bào gan chiếm 5% trọng lượng gan làm hạn chế hoạt động tế bào gan • Là biểu sớm bệnh gan rượu, thường có triệu chứng, thấy mệt mỏi, đầy hơi, khó tiêu, nặng tức vùng hạ sườn phải, nặng thấy vàng da, buồn nôn, nôn hay sờ thấy gan to • Các xét nghiệm sinh hóa máu men gan bình thường tăng nhẹ Siêu âm phương pháp chẩn đoán tương đối xác, sinh thiết gan giúp phân biệt với nguyên nhân khác • Gan nhiễm mỡ lành tính, tỉ lệ phát sinh xơ hóa cao Chúng ta biết để cung cấp lượng cho thể, ty thể phải dùng chất NADH2 từ trình oxy hóa rượu acetaldehyde đặc biệt chất khử chu trình Krebs oxy hóa cấu tử hai carbon vốn phân cắt từ acid béo Khi có rượu, chúng thay acid béo làm nguồn cung cấp lượng cho tế bào Việc giảm oxy hóa acid béo dẫn đến tích tụ mỡ gan 13 Việc tăng tỷ lệ NADH/NAD + làm tăng tích tụ lượng glyceraldehyde – phosphate gan Từ chất dễ dàng ester hóa với acid béo tự để tạo thành triglycerid Dược học độc tính acetaldehyde hợp chất gây độc [6, 7, 8] Phần lớn lượng rượu uống vào hấp thụ vào máu chuyển hóa gan (85 tới 98%), số nhỏ thải trực tiếp qua phổi thận (2 tới 10%), hấp thụ chuyển hóa khu trú tế bào tiết nhầy dày (0 tới 5%) Chúng ta xét đường chuyển hóa quan trọng gan, nơi diễn hai trình khác đáp ứng với lượng rượu thời gian uống rượu khác nhau, cuối giải phóng mức lượng khác dẫn đến kết nghịch lý thực tế Có đường để chuyển hóa rượu thành acetaldehyde • Con đường chuyển hóa thứ nhất: thông qua hai hệ thống men ADH (alcohol dehydrogenase) ALDH (acetaldehyde dehydrogenase) Đây đường xảy người uống rượu vừa phải Sản phẩm cuối acetate, theo máu đến tiêu thụ mô Toàn đường giải phóng lượng xấp xỉ kcal/gram rượu nguyên chất Sự chuyển hóa tuân theo động học bậc 0, nghĩa khối lượng cố định chuyển hóa đơn vị thời gian Người lớn không nghiện chuyển hóa khoảng 7-10g ethanol với giảm dần nồng độ ethanol máu xấp xỉ 15-20mg/dL/giờ Người nghiện rượu uống nhiều rượu chuyển hóa nhanh nồng độ ethanol máu giảm với tốc độ 30-40mg/dL/giờ Ethanol chuyển hóa chủ yếu đường alcohol dehydrogenase bào tương tế bào gan: Ethanol + NAD+↔Acetaldehyde + NADH + H+ Alcohol Dehydrogenase Acetaldehyde + H2O + NAD+↔Acetate + NADH + H+ Alcohol Dehydrogenase Acetate ↔AcetylCoA ↔CO2+ H2O Chu trình Krebs 14 • Con đường chuyển hóa thứ hai: thông qua hệ thống men MEOS (microsomal ethanol oxidizing system) ALDH Con đường thông thường chuyển hóa 10% tới 20% lượng rượu uống vào người uống vừa phải Khi uống rượu kéo dài, thể ta đáp ứng “chống chọi” cách tăng gấp tới 10 lần hệ thống MEOS lên, giúp thải trừ rượu nhanh người bình thường Chính sử dụng MEOS thật lại tiêu tốn lượng (ngược lại với ADH đường thứ giải phóng lượng) nên người uống rượu kéo dài, rượu vai trò chất cung cấp lượng Hình 3: Con đường để chuyển hóa rượu thành acetaldehyde Khi uống rượu nhiều lâu dài, mức MEOS tăng lên nhiều ALDH lại không tăng, dẫn đến tích tụ acetaldehyde, yếu tố gây bệnh lý gan Rượu chứa chất ethanol Khi uống rượu, thể tiếp thu chất ethanol, trải qua hai bước chuyển hóa gan Bước thứ nhất, enzyme ADH chuyển hóa ethanol thành acetaldehyde Bước thứ hai, enzyme ALDH2 chuyển hóa acetaldehyde thành acetate acid axetic mà thấy giấm Trong ba hoạt chất (ethanol, acetaldehyde acetate), acetaldehyde xem độc hại nhất, có khả gây độc 30 lần so với rượu, gây đột biến DNA ung thư Mức độ độc hại ethanol thường thấp, acetate tương đối vô hại Khi acetaldehyde tích tụ máu gây tình trạng nóng bừng, buồn nôn nôn số người nhịp tim đập nhanh uống rượu Chính acetaldehyde nguyên nhân “dư hưởng” nhức đầu vào buổi sáng sau uống rượu đêm trước Nhiều nghiên cứu vòng thập niên qua cung cấp cho nhiều thông tin quan trọng ảnh hưởng gen đến tửu lượng cá nhân Quá trình chuyển hóa từ ethanol rượu sang acetaldehyde chịu điều phối gen có 15 tên với enzyme ALDH Gen ALDH có hai phiên Glu (tạm viết tắt G) Lys (L); đó, dân số có nhóm người với biến thể gien: GG, LG LL Người mang biến thể LL thể khả chuyển hóa acetaldehyde cách hữu hiệu, hoạt chất tích tụ thể Chính lí mà người mang biến thể LL uống rượu mặt trở nên đỏ ửng, hay ói mửa, tim đập nhanh Biến thể LL diện khoảng 30-40% người Đông Á (Nhật, Hàn Quốc, Trung Quốc) Người mang biến thể LG có khả chuyển hóa acetaldehyde tốt, nên họ có tửu lượng cao người với biến thể LL Phần lớn người uống rượu nhiều Nhật Hàn Quốc mang biến thể LG GG Nhưng nguy ung thư tùy thuộc vào biến thể gen Đối với người uống rượu, người mang biến thể LL có nguy ung thư cao người mang biến thể LG GG Chẳng hạn người mang biến thể LL mà uống nhiều rượu (trên 400 mg tuần) nguy ung thư thực quản tăng gấp 50 lần so với người mang biến thể LL hay LG uống rượu với liều lượng thấp (dưới 200 mg ethanol tuần) Tuy nhiên, biến chứng buồn nôn, nôn nóng bừng, nên người mang biến thể LL thường không uống nhiều rượu Do đó, ung thư thực quản hay thấy người mang biến thể LG GG Thật vậy, nghiên cứu Nhật cho thấy khoảng 60-70% trường hợp ung thư thực quản biến thể LG Sự kích ứng thần kinh gây Ethanol dẫn dến viêc chép gen, dịch mã protein sai rối loạn số hệ thần kinh dẫn truyền Ngoài tác động trực tiếp rượu ethanol lên hệ thần kinh trung ưng chuyển hóa sinh học acetaldehyde tạo trinh thủy phân rượu enzyme dehydrogenase Acetaldehyde làm giảm lưu thông chất qua màng tế bào làm rối loạn chức protein vận chuyển qua màng Ngoài acetaldehyde coi chất hóa học tương tự formaldehyde có khả gây ung thư, phá hủy DNA, kích thích phát triển, sản sinh tế bào ác tính rên thể Acetaldehyde tác động trực tiếp làm phá vỡ cấu trúc thông thường DNA đính với DNA người để tạo thành DNA adduct (DNA cộng sinh) gây đột biến nhiễm sắc thể tế bào Các DNA cộng sinh tương tác với ADN bình thường làm nhiễu loạn hoạt động chúng Mặc dù thể người có chế sửa chữa sai lệnh DNA cộng sinh, nhiên việc sử dụng đồ uống có cồn 16 mức làm trình trở nên vô nghĩa Hậu tất yếu người uống đối mặt với nguy cao bị ung thư Sau uống lượng lớn rượu, nhiều người thường có cảm giác khát tin sau uống rượu người ta có cảm giác khát nước Việc lợi tiếu rượuethanol mang lại, điều giải thích Ethanol làm ức chế hocmon Vasopressin (Vasopressin hormon polypeptid thùy sau tuyến yên, có tác dụng trực tiếp chống lợi tiểu, nên gọi hormon chống niệu Vai trò sinh lý chủ yếu vasopressin trì độ thẩm thấu huyết phạm vi bình thường Vasopressin làm cho nước tiểu cô đặc tương đối cách tăng tái hấp thu nước ống thận) dẫn đến gia tăng hình thành nước tiểu Tuy nhiên, cảm gác lợi tiểu liều lượng nước tiểu tiết thấp thể tích rượu ethanol uống Điều cho thấy lợi tiểu yếu tố gây khát cảm giác sau uống nhiều rượu Ethanol Trong nghiên cứu in vivo in vitro acetaldehyde tác động lên hệ thần kinh vỏ não vượt qua hàng rào máu não nên acetaldehyde tác động trực tiếp vào hệ thần kinh gây cảm giác khát Khi uống rượu ethanol người ta có triệu chứng khác khát cảm giác nôn nao, buồn nôn, triệu chứng cho gây acetaldehyde Tuy nhiên, acetaldehyde không coi tác nhân gây khát sau uống rượu ức chế hocmon Vasopressin mà làm giãn mạch máu làm giảm huyết áp Acetaldehyde ức chế tiết renin từ thận, dẫn đến gia tăng nồng độ angiotensin Hệ renin-angiotensin hệ thống hormon làm nhiệm vụ điều hòa cân huyết áp dịch ngoại bào thể người Khi thể tích máu thể người hạ thấp khiến huyết áp giảm, thận tiết renin để kích thích sản sinh angiotensin Angiotensin gây co mạch máu dẫn đến việc tăng huyết áp Angiotensin ức chế hormon aldosterone từ lớp cầu vỏ thượng thận Aldosterone làm tăng tái hấp thu nước ion Na+ tế bào biểu mô ống thận Điều dẫn tới việc tăng lượng nước thể, phục hồi huyết áp 17 Hình 4: Hệ renin-angiotensin Ảnh hưởng acetate Quá trình biến đổi acetat thành acetyl – CoA làm tăng cường chuyển hóa ATP thành AMP Nhu cầu tiêu thụ ATP gây độc cho gan gây tình trạng tăng chuyển hóa gan kết việc dùng nhiều rượu Hình 5: Tác động acetate đến gan Gan quan chuyển hóa rượu quan trọng Trên 90% lượng rượu hấp thu chuyển hóa gan, phần lại thải qua phổi thận Tại gan, rượu chuyển hóa thành Acetalhehyde chất độc, sau chuyển thành Acetate không độc Tuy nhiên, khả chuyển hóa Acetalhehyde thành Acetate gan lại có giới hạn Nếu hấp thu lượng rượu lớn vượt khả 18 chuyển hóa gan dẫn đến lượng Acetaldehyde sản sinh với mức lớn dẫn đến tình trạng tổn thương tế bào gan, gây tình trạng viêm gan, xơ gan Trong giai đoạn 1, chuyển hóa rượu thành Acetalhehyde thực ba hệ thống men: (1) Alcoholdehydrogenase (coenzyme NAD) nằm bào tương; (2) hệ thống ôxy hóa rượu microsome (Microsomal Ethanol Oxidating System – MEOS) (3) men Catalase Tuy nhiên người uống rượu nhiều hệ thống men MEOS có tầm quan trọng ADH Trong giai đoạn 2, acetaldehyde đuợc hình thành, chất độc, nhanh chóng ôxy hóa để chuyển thành Acetate Năng lực chuyển hóa giai đoạn có giới hạn có tham gia ADH, enzyme phụ thuộc NAD Ở người lạm dụng rượu, lượng Acetaldehyde sản sinh với mức lớn không chuyển hóa hết gắn vào màng tế bào gây tổn thương tế bào thông qua chế gây độc, viêm miễn dịch với hậu trình tạo xơ Như người uống lượng lớn rượu nồng độ cồn máu cao, hệ thống MEOS hoạt động Hệ thống Enzyme tìm thấy màng mạng lưới nội bào tương nhẵn Enzyme quan trọng hệ thống Cytochrom P450 men vai trò trung tâm chuyển hóa rượu mà tham gia vào việc giáng hóa nhiều chất thể chất lạ từ bên vào, ví dụ nhiều loại thuốc khác thường sử dụng lâm sàng Cytochrom P450 2E1 (CYP 2E1), type Cytochrom P450, có vai trò quan trọng chuyển hóa Alcohol thành Acetaldehyde Vào năm 1968, lần Charles Lieber chứng minh việc sử dụng thường xuyên thức uống có cồn gây cảm ứng làm tăng hoạt độ hệ thống men lên 10 lần Một đặc điểm quan trọng phản ứng giáng hóa giải phóng gốc ôxy tự hoạt động (reactive oxygen species-ROS) Enzyme Catalase Peroxisome tham gia ôxy hóa lượng nhỏ Ethanol mà Việc thường xuyên sử dụng lượng lớn Alcohol làm tăng hoạt động hai enzyme khác tham gia vào trình chuyển Acetaldehyde thành Acetate Đó men Xanthinoxidase Aldehydoxidase Thông qua hoạt động hai men này, 19 thêm lượng lớn gốc tự gây độc giải phóng, góp phần tạo nên tổn thương gan rượu Ảnh hưởng ethanol lên màng tế bào Rối loạn trao đổi chất etanol gây liên quan đến số bệnh lý rối loạn trao đổi lipid gan kèm với bệnh gan nhiễm mỡ, thay đổi oxi hóa – khử tế bào gây hoại tử gan Nguyên nhân phân tử etanol có khả khuếch tán môi trường phân cực lẫn không phân cực, từ lan nhanh toàn thể Chính điều làm cho phân tử etanol hòa tan vào vùng kỵ nước màng sinh học (màng phospholipid kép) tạo trạng thái cân phía màng Từ đó, chúng can thiệp vào trình trao đổi chất bên màng trình vận chuyển chất qua màng Ví dụ, biến đổi cấu trúc màng ty thể nguyên nhân dẫn đến thay đổi chức ty thể Hình 6: Phân tử etanol đẩy phân tử lipid phá vỡ xếp chúng 6.1 Ảnh hưởng hóa lý rượu lên màng tế bào Rượu gây tê với màng tế bào Là hòa tan rượu vào vùng lipid màng tế bào dẫn đến ngăn cản truyền tín hiệu thần kinh Hầu hết ảnh hưởng rượu lên cấu trúc chức màng tế bào dựa khả hà tan chúng màng tế bào Một số thực nghiệm cho thấy gắn hấp thụ rượu no lên số cấu trúc lipid khác thường receptor đặc hiệu đảm nhận Sự gắn kết làm tăng diện tích bề mặt màng gây xáo trộn xếp lớp lipid màng Qúa trình thiết lập tạo tính chống chịu cho phép màng tế bào bền với xáo trộn mạnh gây rượu Sau 20 thời gian thích nghi dài, màng tế bào biến đổi vắng rượu chúng không thực chức minh Do đó, thời gian cai rượu xuất vài rối loạn chức ngược với rối loạn ban đầu rượu gây Hình 7: Một receptor protein màng cho hấp thu etanol 6.2 Ảnh hưởng tới thành phần hóa học màng tế bào Sự thích ứng với trạng thái say rượu lâu ngày cho thấy tỷ lệ cholesterol/phospholipid dường tăng lên lượng axit béo không no phospholipid màng tế bào lại bị giảm xuống Rất khó đánh giá vài trò cholesterol với cấu trúc màng lẽ màng thường giàu cholesterol màng chống chịu tác dụng làm tan rã rượu thay đổi cấu trúc Mặt khác, độ lỏng màng tế bào lại thường có liên quan với màng giàu cholesterol Rượu thường gây tượng no hóa với axit béo Rượu làm giảm số lượng liên kết đôi làm tăng số axit béo no không bão hòa nối đôi Sự tăng loại axit béo 18:1 lại kèm với giảm loại 18:2, dẫn đến làm màng tế bào hóa cứng Tuy nhiên, tượng nỳ lại khó thấy loại màng có lượng axit béo thấp Rượu có tác động đến tổng hợp tổ chức lipid màng tổng hợp hình thể protein màng Etanol tương tác với cấu trúc màng tế bào theo hướng làm cho chúng thích nghi với tác động liên tục rượu chu kỳ tiêm ngấm rượu kéo dài 21 Hình 8: Tác động rượu lên màng tế bào 6.3 Các hậu chức thích ứng màng tế bào Quá trình vận chuyển ion natri kali qua màng cho thấy có vai trò quan trọng việc tạo điện màng Khi enzyme bị kìm hãm làm tăng trình vận chuyển ion Có thể kìm hãm enzyme tác động trực tiếp etanol đến phần protein enzyme hoạt hóa việc vận chuyển ion lại biến đổi hình thể thông qua môi trường lipid Quá trình trao đổi canxi đặc biệt điểm nút thần kinh bị ảnh hưởng etanol Nếu sử dụng liều etanol gây tượng giảm canxi màng, ngược lại ếu sử dụng liều lạp lại làm tang hàm lượng canxi Mối liên kết canxin với màng tế bào phụ thuộc vào axit béo liên quan đến độ lỏng màng Canxi ngưng kết vào đầu phân cực phospholipid cố định đại phân tử tích điện âm khác Khi làm lượng canxi màng tăng làm tăng độ rắn màng Việc tăng hàm lượng canxi nguyên nhân gây rối loạn trình trao đổi base phospholipid có chế phụ thuộc canxi, kết làm thay đổi thành phần lớp phospholipid màng Các nucleotide vòng tham gia vào trình màng receptor khả thấm ion màng bị tác động etanol Chẳng hạn xử lý kéo dài etanol làm tăng hàm lượng AMP vòng não đồng thời lại làm giảm lượng GMP vòng vài vùng đặc biệt hư tiểu não, vỏ thượng thận (cortex) Thường tỷ số nồng độ GMP vòng GABA (axit gama amino butyric) định cho biểu hội chưng cai rượu Ethanol gắn trực tiếp với receptor axit gama-amino butyric gây hiệu ứng giảm đau tương tự benzodiazepine 22 TÀI LIỆU THAM KHẢO Person, J (1991) Alcohol and the small intestine Scandinavian journal of gastroenterology, 26(1), 3-15 Holt, S., Stewart, M J., Adam, R D., & Heading, R C (1980) Alcohol absorption, gastric emptying and a breathalyser British journal of clinical pharmacology, 9(2), 205-208 Lê Ngọc Tú, Độc tố học an toàn thực phẩm, NXB Khoa học kỹ thuật, 2006 Yuri L Dorokhov, Anastasia V Shindyapina, Ekaterina V Sheshukova, and Tatiana V Komarova, Metabolic methanol: molecular pathways and physiological roles, physiol rev 95: 603–644, 2015 Nosova, T., Jokelainen, K., Kaihovaara, P., Jousimies-Somer, H., Siitonen, A., Heine, R., & Salaspuro, M (1996) Aldehyde dehydrogenase activity and 23 acetate production by aerobic bacteria representing the normal flora of human large intestine Alcohol and alcoholism, 31(6), 555-564 Setshedi, M., Wands, J R., & de la Monte, S M (2010) Acetaldehyde adducts in alcoholic liver disease Oxidative medicine and cellular longevity,3(3), 178185 Felipe, M G., Vieira, D C., Vitolo, M., Silva, S S., Roberto, I C., & Manchilha, I M (1995) Effect of acetic acid on xylose fermentation to xylitol by Candida guilliermondii Journal of basic microbiology, 35(3), 171-177 The ethanol metabolite acetaldehyde induces water and salt intake via two distinct pathways in the central nervous system of rats, Neuropharmacology 99 (2015) 589-599, Izumi Ujihara, Suzuro Hitomi, Kentaro Ono, Yasuaki Kakinoki, Hirofumi Hashimoto, Yoichi Ueta, Kiyotoshi Inenaga Effects of ethanol and acetaldehyde in zebrafish brain structures: An in vitro approach on glutamate uptake and on toxicity-related parameters, Toxicology in Vitro 28 (2014) 822–828, Kamila Cagliari Zenki, Ben Hur Marins Mussulin, Eduardo Pacheco Rico, Diogo Lösch de Oliveira, Denis Broock Rosemberg 10 Increased salivary acetaldehyde levels in heavy drinkers and smokers: a microbiological approach to oral cavity cancer Carcinogenesis 21 (2000): 663668 Homann N, Tillonen J, Meurman JH, Rintamäki H, Lindqvist C, Rautio M, Jousimies-Somer H, Salaspuro 24