Nach oraler Aufnahme passiert Ethanol leicht die Lipidmembranen des Körpers und verteilt sich gleichmäßig im Körperwasser. Er überwindet die Blut-Hirn- und die Plazentarschranke. Besonders bei Männern unterliegt Ethanol einem recht hohen First-Pass-Effekt durch initiale Verstoffwechslung in der Magen- und Darmwand.
Hauptstoffwechselorgan ist die Leber. Hier wird Ethanol im ersten Schritt durch zytosolische Alkoholdehydrogenasen (ADH) zu Acetaldehyd oxidiert. Männer haben höhere ADH-Aktivitäten als Frauen und bauen Alkohol daher schneller ab (Kasten). Im zweiten Schritt wird Acetaldehyd zu Acetat oxidiert, das nicht toxisch ist. Die verantwortlichen Enzyme sind die Aldehyddehydrogenasen (ALDH), die hauptsächlich in den Mitochondrien arbeiten. Beide Enzyme, ADH und ALDH, nutzen NAD+ und bilden NADH. ALDH binden stark an ihr Substrat Acetaldehyd und oxidieren dieses schnell zu Acetat.
Das Zwischenprodukt Acetaldehyd wird häufig mit der Toxizität von Ethanol in Verbindung gebracht. Bei normalem Genuss ist Acetaldehyd aber nur in sehr geringen Mengen im Blut nachweisbar, zum Beispiel 1 bis 3 µM Acetaldehyd gegenüber 11 mM Ethanol bei 0,5 Promille Blutalkoholgehalt. Die Blutspiegel von Acetaldehyd sind also vieltausendfach niedriger als die von Ethanol. Der Aldehyd kann außerdem die Blut-Hirn-Schranke nicht durchdringen.

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Männer bauen etwa 0,15 Promille Alkohol pro Stunde ab (das entspricht etwa 9 g Alkohol), Frauen nur etwa 0,1 Promille (circa 6 g). Schon bei mittleren Alkoholdosen sind die Enzyme der Leber gesättigt, sodass sich eine Elimination 0. Ordnung ausbildet; das heißt, dass stündlich konstant hohe Mengen an Ethanol abgebaut werden.
Das gesetzliche Limit bei Autofahrern liegt bei 0,5 Promille; das entspricht also 50 mg/dl Blut und etwa 25 bis 30 g im gesamten Körperwasser. Diese Konzentration wird etwa nach Einnahme von zwei kleinen Gläsern Bier (0,6 Liter) oder anderthalb Gläsern Wein (0,3 Liter) erreicht. Bei Männern dauert der Abbau dann drei bis vier Stunden, bei Frauen etwa fünf Stunden. Der Blutspiegel bleibt niedrig, wenn zwischen den Getränken jeweils zwei bis drei Stunden Abstinenz liegen.
Acetaldehyd kann jedoch im Blut akkumulieren und zur Toxizität beitragen, wenn die ALDH wenig aktiv ist. Dann kommt es zu Flush (Rötung von Gesicht und Oberkörper) und heftigen Kopfschmerzen, Übelkeit und Erbrechen sowie Hypotonie. Diese Effekte kommen vor allem bei Personen ostasiatischer Herkunft zum Tragen, wenn sie Varianten der ALDH exprimieren, die Acetaldehyd nur langsam umsetzen. In Europa ist diese Genvariante selten.
Dasselbe Syndrom kann auftreten, wenn Patienten Hemmstoffe der ALDH einnehmen. Dazu gehören zum Beispiel Disulfiram und Metronidazol.
Weitere Metabolite des Ethanols, zum Beispiel Fettsäureethylester oder Phosphatidylethanol (PEth), sind wenig toxisch, aber langlebiger als Ethanol und von diagnostischer Bedeutung. Die Messung von PEth in Erythrozyten gibt Auskunft über den Alkoholgebrauch der letzten zwei bis vier Wochen.