Rijden onder invloed

1. Rijden onder invloed Een project van ‘Geboeid door wiskunde en wetenschappen’

2. Alcohol en het menselijk lichaam Wat doet de lever met alcohol? Wat doet alcohol met de lever?

3. Welke weg volgt alcohol in het lichaam? • Net als ander voedsel en drank gaat de verbruikte alcoholische drank via de slokdarm naar de maag. • Hier en in de twaalfvingerige darm worden voedingstoffen door enzymen verteerd in nutriënten. • Alcohol, meer bepaald ethanol, is een relatief kleine molecule. Zij behoeft geen vertering om via het darmepitheel te belanden in het bloed.

4. Welke weg volgt alcohol in het lichaam? Omdat ethanol zo klein is gebeurt de absorptie vanuit de dunne darm in het bloed via diffusie. De snelheid waarmee stoffen via diffusie verplaatst worden is evenredig met de concentratiegradiënt. Des te meer ethanol er in het spijsverteringsstelsel aanwezig is, des te sneller zal deze zich naar de bloedbaan verplaatsen. In principe stopt de diffusie op het ogenblik dat de concentratie aan alcohol in de darminhoud en in het bloedplasma gelijk zijn. Alcohol wordt vrij snel afgebroken en bijgevolg aan het plasma onttrokken. Daarom komt praktisch alle alcohol in het bloed terecht.

5. Welke weg volgt alcohol in het lichaam? • Daarnaast beïnvloedt de hoeveelheid voedsel in maag en darmen de snelheid waarmee ethanol naar de bloedbaan gaat. • Meer voedsel veroorzaakt een verhoogde afscheiding van spijsverteringssappen in maag en twaalfvingerige darm. Dat geldt vooral voor vetrijk voedsel. De alcohol wordt dus enigszins verdund en bijgevolg zal de diffusiesnelheid iets verlagen. • Maar de maag is uiteraard ook langer bezig met zijn verteringswerk. Daarom komt de alcoholrijke voedselbrei met enige vertraging in de dunne darm terecht, waar de absorptie naar het bloed plaats vindt.

6. Welke weg volgt alcohol in het lichaam? • Opgelet! • Een vette hamburger en veel friet met mayonaise zullen je niet toelaten om meer bier te drinken! • Het duurt alleen iets langer voordat de alcohol zijn effecten doet gevoelen. • De kater • komt net iets later!

7. Welke weg volgt alcohol in het lichaam? • Net als de gewone nutriënten zal alcohol geabsorbeerd worden in het bloed, ter hoogte van de darmvlokjes in de epitheellaag van de dunne darm. • Dit maakt het mogelijk om via een bloedafname de ‘bloed alcohol concentratie’ (BAC) te bepalen. • Het bloed brengt de geabsorbeerde alcohol dan doorheen het hele lichaam.

8. Welke weg volgt alcohol in het lichaam? • Een klein gedeelte van de alcohol in het bloed wordt via de longen uitgescheiden. Dat maakt het mogelijk om de concentratie aan alcohol via een ademtest te bepalen. • Ook de nieren kunnen via de urine een geringe hoeveelheid alcohol uitscheiden. • Zweet kan eveneens sporen alcohol vertonen. • Maar de lever speelt de hoofdrol: • tot 90% van de opgenomen alcohol wordt hier afgebroken.

9. De lever • Ik wil eerst wat meer uitleg over de structuur van de lever. • Ik wil dadelijk informatie over de manier waarop de lever alcohol afbreekt.

10. Bouw van de lever • De lever is het grootste orgaan in het menselijk lichaam. • Hij bevindt zich aan de rechterkant,net onder het middenrif en boven de maag. De lever heeft vele functies, maar wat ons hier vooral interesseert is de manier waarop de lever de kwaliteit van het bloed controleert en regelt.

11. Bouw van de lever • De lever ontvangt zijn bloed via twee wegen: • De leverpoortader voert bloed aan afkomstig van de haarvaatjes rond de dunne darm. Dit bloed is zuurstofarm, maar rijk aan nutriënten die het via absorptie opgenomen heeft uit de darminhoud.

12. Bouw van de lever • De lever ontvangt zijn bloed via twee wegen: • De leverslagader zorgt voor het zuurstofrijke bloed. De levercellen verbruiken immers veel zuurstof. Via de celademhaling maken zij voldoende energie vrij voor hun vele activiteiten.

13. Bouw van de lever • Na bewerking door de levercellen wordt het bloed afgevoerd via de leverader en de onderste holle ader naar het hart.

14. Bouw van de lever • De duizenden lobjes waaruit de lever bestaat zijn zo opgebouwd dat er een intens contact tussen bloed en levercellen plaats vindt.

15. Bouw van de lever • De levercellen liggen straalsgewijze gerangschikt in leverbalkjes. • Doorheen haarvaattakjes van de leverpoortader en van de leverslagader vloeit het bloed tussen de leverbalkjes naar het midden van het lobje. • Daar wordt het terug afgevoerd via een haarvaatje van de leverader.

16. Bouw van de lever • Dit optimale contact tussen het bloed en de levercellen zorgt voor een efficiënte uitwisseling van stoffen, waarbij de samenstelling van het bloed door de lever bijgestuurd wordt.

17. Wat doet de lever met alcohol? • Pure ethanol kan als brandstof gebruikt worden. Zelfs dranken met een hoog alcoholgehalte kunnen gebruikt worden om te ‘flamberen’. • De energie uit ethanol kan door het lichaam ook nuttig gebruikt worden. • De levercellen maken alcohol onschadelijk door omzetting van ethanol naar een stof, die dan verder kan verbrand worden in de gewone aërobe ademhaling. • Dit proces gebeurt in stappen en elk van deze stappen is natuurlijk weer een enzymatisch proces.

18. Wat doet de lever met alcohol? • Nu gaan wij dit proces stap voor stap onderzoeken. Wij leren telkens welke enzymen tussen komen en waar in de cel deze deelstappen uitgevoerd worden.

19. Wat doet de lever met alcohol? • Eerste stap • De omzetting van ethanol in ethanal • In een eerste stap wordt ethanol (ethylalcohol) omgezet in ethanal (aceetaldehyd).

20. Wat doet de lever met alcohol? • Eerste stap • De omzetting van ethanol in ethanal • CH3CH2OH • ethanol • CH3CHO • ethanal • 2 H • Welke atomen worden afgesplitst bij deze omzetting? • Inderdaad, twee waterstofatomen.

21. Wat doet de lever met alcohol? • Eerste stap • De omzetting van ethanol in ethanal • Binnen de levercel kunnen deze waterstofatomen op drie wijzen uit ethanol verwijderd worden: • - via het enzym alcoholdehydrogenase • - via het enzym catalase • - via het MEOS

22. Wat doet de lever met alcohol? • Eerste stap, eerste systeem: • De omzetting van ethanol in ethanal • via het enzym alcoholdehydrogenase • Alcoholdehydrogenase (ADH) is een enzym dat zijn werking uitvoert in het cytosol van de lever.

23. Wat doet de lever met alcohol? • Eerste stap, eerste systeem: • De omzetting van ethanol in ethanal • via het enzym alcoholdehydrogenase • De waterstofatomen van ethanol worden overgedragen aan NAD+. Deze complexe molecule fungeert als waterstofdrager in de aërobe ademhaling.

24. Wat doet de lever met alcohol? • Eerste stap, eerste systeem: • De omzetting van ethanol in ethanal • via het enzym alcoholdehydrogenase • CH3CH2OH • CH3CHO • ADH • NAD+ • NADH + H+

25. Wat doet de lever met alcohol? • Eerste stap, eerste systeem: • De omzetting van ethanol in ethanal • via het enzym alcoholdehydrogenase • Veruit de meeste alcohol wordt door ADH of alcoholdehydrogenase afgebroken, zeker in geval van matige en sporadische alcoholconsumptie. Toch zijn er individuele verschillen.

26. Wat doet de lever met alcohol? • Eerste stap, eerste systeem: • De omzetting van ethanol in ethanal • via het enzym alcoholdehydrogenase • ADH is namelijk een complex enzym, opgebouwd uit een drietal eiwiteenheden. Voor elk van deze drie subunits bestaan er meerdere genetische varianten, die in werkzaamheid van elkaar verschillen. • De combinatie van al deze eenheden tot het uiteindelijke enzym, maakt een ganse waaier aan varianten van ADH mogelijk. • Voor ADH bestaan er bijgevolg een groot aantal iso-enzymen.

27. Wat doet de lever met alcohol? • Eerste stap, eerste systeem: • De omzetting van ethanol in ethanal • via het enzym alcoholdehydrogenase • Het bestaan van deze iso-enzymen, die niet allemaal even efficiënt werken, is een eerste oorzaak dat de tijdsduur om te ontnuchteren sterk kan verschillen van individu tot individu. • Ook populaties onderling kunnen op dit gebied grondig van elkaar verschillen. Bij Japanners komt een snelle variant van ADH veel voor. Zo ontstaat er bij hen al snel een hoge concentratie aan ethanal.

28. Wat doet de lever met alcohol? • Eerste stap, tweede systeem: • De omzetting van ethanol in ethanal • via het enzym catalase • Catalase (= peroxidase) is een enzym dat zorgt voor de afbraak van waterstofperoxyde (H2O2). • Deze zeer reactieve stof ontstaat als nevenproduct bij bepaalde oxidaties in de lever. • Het bevindt zich in de peroxisomen. Dat zijn lysosoomachtige celorganellen binnen de levercellen.

29. Wat doet de lever met alcohol? • Eerste stap, tweede systeem: • De omzetting van ethanol in ethanal • via het enzym catalase • 2 H2O • Catalase • 2 H2O2 • O2 • Catalase neutraliseert het schadelijke waterstofperoxide door zuurstofgas vrij te zetten.

30. Wat doet de lever met alcohol? • Eerste stap, tweede systeem: • De omzetting van ethanol in ethanal • via het enzym catalase • Het catalase is echter ook in staat om waterstofperoxide te neutraliseren met behulp van ethanol. Daarbij ontstaat eveneens ethanal • 2 H2O • CH3CH2OH • Catalase • H2O2 • CH3CHO

31. Wat doet de lever met alcohol? • Eerste stap, tweede systeem: • De omzetting van ethanol in ethanal • via het enzym catalase • De H2O2-concentratie in het lichaam is gewoonlijk zeer laag. Daarom is de hoeveelheid alcohol die via deze weg afgebroken wordt zeer gering.

32. Wat doet de lever met alcohol? • Eerste stap, derde systeem: • De omzetting van ethanol in ethanal • via het MEOS • Bij regelmatige, hoge alcoholconsumptie zullen de levercellen alcohol via een derde manier gaan afbreken. • Het MEOS wordt ingeschakeld. • Microsomaal ethanol oxidising system

33. Wat doet de lever met alcohol? • Eerste stap, derde systeem: • De omzetting van ethanol in ethanal • via het MEOS • Dit MEOS bevindt zich in het glad endoplasmatisch reticulum (S.E.R.), in microsomen. Het centrale eiwit in dit afbraaksysteem is het cytochroom P450.

34. Wat doet de lever met alcohol? • Eerste stap, derde systeem: • De omzetting van ethanol in ethanal • via het MEOS • CH3CH2OH • CH3CHO • 2 H2O • O2 • Cyt.P45O • NADPH + H+ • NADP+

35. Wat doet de lever met alcohol? • Eerste stap, derde systeem: • De omzetting van ethanol in ethanal • via het MEOS • Bij chronisch alcoholgebruik wordt het MEOS de belangrijkste afbraakweg voor ethanol (meer dan 60%). • Gewoontedrinkers zullen hierdoor in het begin minder snel dronken worden. Dat effect wordt echter teniet gedaan, als de lever beschadigd wordt door overdreven drankmisbruik. • MEOS werkt niet specifiek: het breekt ook andere stoffen af. Dat kunnen lichaamseigen stoffen zijn, maar ook vreemde stoffen zoals bepaalde medicijnen.

36. Wat doet de lever met alcohol? • Eerste stap, derde systeem: • De omzetting van ethanol in ethanal • via het MEOS • Het MEOS wordt door overmatig alcoholgebruik geactiveerd. • Eenmaal actief zal het MEOS nog geruime tijd blijven werken, ook al stopt de persoon volledig met het drinken van alcohol.

37. Wat doet de lever met alcohol? • Tweede stap • De omzetting van ethanal tot ethaanzuur • Het gevormde ethanal (aceetaldehyd) wordt nu verder omgezet tot ethaanzuur (azijnzuur)

38. Wat doet de lever met alcohol? • Tweede stap • De omzetting van ethanal tot ethaanzuur • De omzetting tot ethaanzuur gebeurt in de mitochondriën van de levercellen. • Het enzym dat deze omzetting uitvoert is het aldehyddehydrogenase ALDH.

39. Wat doet de lever met alcohol? • Tweede stap • De omzetting van ethanal tot ethaanzuur • CH3CHO • CH3COOH • ALDH • NAD+ • H2O • NADH + H+

40. Wat doet de lever met alcohol? • Tweede stap • De omzetting van ethanal tot ethaanzuur • Ook van het ALDH-enzym bestaan er verschillende varianten of iso-enzymen, die elk een andere afbraaksnelheid hebben. • De meeste van de ALDH-varianten breken het schadelijke ethanal sneller af dan het gevormd wordt door ADH.

41. Wat doet de lever met alcohol? • Tweede stap • De omzetting van ethanal tot ethaanzuur • Gezien het schadelijke karakter van ethanal is dit maar goed ook. • Een onwerkzaam ALDH komt zeer veel voor onder de Aziatische bevolking. • Geringe alcoholconsumptie brengt bij hen al snel een aantal onaangename lichamelijke gebeurtenissen op gang: rood worden, hoofdpijn, zweten, misselijkheid…

42. Wat doet de lever met alcohol? • Tweede stap • De omzetting van ethanal tot ethaanzuur • Bij het behandelen van alcoholisme dient men de patiënten soms het geneesmiddel Disulfiram (Antabuse) • toe. Dit medicament blokkeert het ALDH zodat ethanal zich opstapelt en gelijkaardige symptomen teweeg brengt.

43. Wat doet de lever met alcohol? • Derde stap • De omzetting van ethaanzuur tot acetylcoënzymA • Het gevormde azijnzuur kan via bloed vanuit de lever alle organen van het lichaam bereiken. Elke lichaamscel kan azijnzuur binden aan het coënzymA. • Zo ontstaat dan het acetylcoënzymA of geactiveerd azijnzuur. • AcetylcoënzymA is een tussenproduct dat ook bij de gewone aërobe ademhaling ontstaat. • Daarom wordt acetylcoënzymA via de citroenzuurcyclus en de eindoxidaties van de aërobe ademhaling verder gewoon afgebroken tot CO2 en H2O.

44. Wat doet de lever met alcohol? • Toxische effecten van ethanal • Wanneer je de veiligheidsfiche voor de chemische stof ethanol bekijkt, dan zie je als risico enkel zijn hoge ontvlambaarheid aangeduid. • R11 Highly flammable. • Ethanal (aceetaldehyd), dat als eerste tussenproduct ontstaat is zeer ontvlambaar • R12 Extremely flammable • Daarnaast staan ook de volgende gezondheidsrisico’s vermeld: • R36/37 Irritating to eyes and respiratory system. • R40 Limited evidence of carcinogenic effects.

45. Wat doet de lever met alcohol? • Toxische effecten van ethanal • Het tussenproduct ethanal ontstaat in het lichaam en is duidelijk schadelijker dan ethanol zelf. • Een aantal gezondheidseffecten van alcoholmisbruik zijn verbonden met de schadelijke eigenschappen van ethanal.

46. Wat doet de lever met alcohol? • Toxische effecten van ethanal • Ethanal veroorzaakt dehydratatie (vochtverlies) van het lichaam. Dit vochtverlies uit zich onder andere door hoofdpijn, misselijkheid, braken, zweten, rood worden,versnellen of vertragen van de hartslag, algemene spierzwakte, ademhalingsmoeilijkheden. • Kortom, dehydratatie is oorzaak van het katergevoel.

47. Wat doet de lever met alcohol? • Toxische effecten van ethanal • Ethanal doet in de lever ook vrije radicalen ontstaan, die op hun beurt een carcinogeen effect hebben. • Vandaar dat hoge alcoholconsumptie de kans op kanker gevoelig verhoogt.

48. Wat doet de lever met alcohol? • Toxische effecten van ethanal • Bovendien kan ethanal zich aan bepaalde aminozuren hechten. Op die manier blokkeren sommige enzymen. Ook celdelingen kunnen op die manier gehinderd worden. Eén van de eiwitten waar ethanal zich aan hecht is tubuline, de bouwsteen van de microtubuli. Ook de spoelfiguur bij celdeling bestaat uit microtubuli. • Verder wordt de productie en afscheiding van eiwitten, zoals albumine gehinderd.

49. Wat doet de lever met alcohol? • Toxische effecten van ethanal • Tenslotte zorgt ethanal ook voor een verminderde aanmaak van het mannelijk hormoon testosteron.

50. Wat doet de lever met alcohol? • Neveneffecten door de activatie van MEOS • Het MEOS als afbraaksysteem voor ethanol wordt pas actief, als er regelmatig grote hoeveelheden alcohol gedronken worden. • Wanneer iemand volledig stopt met drinken zal het MEOS ook weer uitgeschakeld worden, maar pas na enkele weken tot maanden vooraleer het systeem