Математическое моделирование распределения этанола в биологических жидкостях организма

Цель исследования: построение кинетической модели распределения этанола в биологических жидкостях организма, а также её реализация в формате компьютерных программ. Выполнено аналитическое математическое моделирование кинетики этанола в жидких средах организма после однократного и многократного перорального приема алкоголя. Разработано уравнение распределения этанола во внутренних средах и иных жидкостях организма, основанное на кинетической модели элиминации нулевого порядка с абсорбцией и безвозвратным дефицитом абсорбции, а также достижением равновесного состояния с плазмой крови первого порядка. На базе указанной кинетической модели построены вычислительные алгоритмы оценки в жидкостях организма концентрации этанола в заданный момент времени, пиковой концентрации этанола и времени её достижения, времени полного выведения этанола, начала и окончания периода ложной элиминации. Получены решения задачи определения количества принятого этанола по его концентрации в биологической жидкости и уровня этанолемии в этот момент времени с возможностью расчёта их предельных абсолютных погрешностей. Построенная кинетическая модель обобщена на любое количество приемов этанола, разделенных временными промежутками любой продолжительности. Разработанные вычислительные алгоритмы реализованы в формате компьютерных программ «Alcohol Calculator V 7.0» и «Alcohol Calculator V 6.0», которые рекомендуется использовать при судебно-медицинской экспертной оценке острой алкогольной интоксикации.

1. Kugelberg FC, Jones AW. Interpreting results of ethanol analysis in postmortem specimens: a review of the literature. Forensic Sci Int. 2007;165(1):10-29. https://doi.Org/10.1016/j.forsciint.2006.05.004

2. de Campos EG, da Costa BRB, Dos Santos FS, Monedeiro F, Alves MNR, Santos Junior WJR et al. Alternative matrices in forensic toxicology: a critical review. Forensic Toxicol. 2022;40(1):1-18. https://doi.org/10.1007/s11419-021-00596-5

3. Savini F, Tartaglia A, Coccia L, Palestini D, D'Ovidio C, de Grazia U et al. Ethanol Determination in Post-Mortem Samples: Correlation between Blood and Vitreous Humor Concentration. Molecules. 2020;25(11):2724. https://doi.org/10.3390/molecules25122724

4. Hardin GG. Postmortem blood and vitreous humor ethanol concentrations in a victim of a fatal motor vehicle crash. J Forensic Sci. 2002;47(2):402-403.

5. Chun HJ, Poklis JL, Poklis A, Wolf CE. Development and Validation of a Method for Alcohol Analysis in Brain Tissue by Headspace Gas Chromatography with Flame Ionization Detector. J Anal Toxicol. 2016;40(7):653-658. https://doi.org/10.1093/jat/bkw075

6. Moore KA, Kunsman GW, Levine BS, Herman MM, Cervenak J, Hyde TM. A comparison of ethanol concentrations in the occipital lobe and cerebellum. Forensic Sci Int. 1997;86(1-2):127-134. https://doi.Org/10.1016/s0379-0738(97)02129-4

7. Garriott JC. Skeletal muscle as an alternative specimen for alcohol and drug analysis. J Forensic Sci. 1991 ;36(1 ):60-69.

8. Ohshima T, Kondo T, Sato Y, Takayasu T. Postmortem alcohol analysis of the synovial fluid and its availability in medico-legal practices. Forensic Sci Int. 1997;90(1-2):131-138. https://doi.Org/10.1016/s0379-0738(97)00161-8

9. Buyuk Y, Eke M, Cagdir AS, Karaaslan HK. Post-mortem alcohol analysis in synovial fluid: an alternative method for estimation of blood alcohol level in medico-legal autopsies? Toxicol Mech Methods. 2009;19(5):375-378. https://doi.org/10.1080/15376510902971292

10. Thelander G, Kugelberg FC, Jones AW. High Correlation between Ethanol Concentrations in Postmortem Femoral Blood and in Alternative Biological Specimens, but Large Uncertainty When the Linear Regression Model Was Used for Prediction in Individual Cases. J Anal Toxicol. 2020;44(5):415-421. https://doi.org/10.1093/jat/bkaa018

11. Lin Z, Wang H, Jones AW, Wang F, Zhang Y, Rao Y. Evaluation and review of ways to differentiate sources of ethanol in postmortem blood. Int J Legal Med. 2020; 134(5):2081 -2093. https://doi.Org/10.1007/s00414-020-02415-9

12. Wachholz P, Skowronek R, Pawlas N. Assessing the applicability of cerebrospinal fluid collected from the spinal cord for the determination of ethyl alcohol in post-mortem toxicology. Forensic Sci Med Pathol. 2023;19(1):44-49. https://doi.org/10.1007/s12024-022-00560-8

13. Jones AW. Ethanol distribution ratios between urine and capillary blood in controlled experiments and in apprehended drinking drivers. J Forensic Sci. 1992;37(1):21-34.

14. Недугов ГВ. Математическое моделирование кинетики однократного приема этанола. Вестник медицинского института «РЕАВИЗ». Реабилитация, Врач и Здоровье. 2022; 12(5): 148-156. https://doi.Org/10.20340/vmi-rvz.2022.6.ICTM.1

15. Недугов Г.В. Математическое моделирование кинетики многократного приёма этанола. Вестник медицинского института «РЕАВИЗ». Реабилитация, Врач и Здоровье. 2023; 13(1): 153-160. https://doi.Org/10.20340/vmi-rvz.2023.1.ICTM.2

16. Zhu L, Pei W, Thiele I, Mahadevan R. Integration of a physiologically-based pharmacokinetic model with a whole-body, organ-resolved genome-scale model for characterization of ethanol and acetaldehyde metabolism. PLoS Comput Biol. 2021 ;17(7):e1009110. https://d0i.0rg/l0.1371/journal.pcbi.1009110

17. Jenkins AJ, Levine BS, Smialek JE. Distribution of ethanol in postmortem liver. J Forensic Sci. 1995;40(4):611-613.