Отравление угарным газом обычно происходит в результате вдыхания угарного газа (CO) в чрезмерных количествах. [3] Симптомы часто описываются как « гриппоподобные » и обычно включают головную боль , головокружение , слабость, рвоту, боль в груди и спутанность сознания . [1] Большие дозы могут привести к потере сознания , аритмиям , судорогам или смерти. [1] [2] Классически описанная «вишнево-красная кожа» встречается редко. [2] Долгосрочные осложнения могут включать хроническую усталость, проблемы с памятью и проблемы с движением. [5]
CO — бесцветный газ без запаха, изначально не вызывающий раздражения. [5] Образуется при неполном сгорании органического вещества . [5] Это может произойти из-за автомобилей , обогревателей или кухонного оборудования, работающего на углеродосодержащем топливе . [1] Оксид углерода в первую очередь вызывает побочные эффекты, соединяясь с гемоглобином с образованием карбоксигемоглобина (HbCO), препятствуя переносу кислорода кровью и вытесняя углекислый газ в виде карбаминогемоглобина . [5] Кроме того, поражаются многие другие гемопротеины , такие как миоглобин , цитохром P450 и митохондриальная цитохромоксидаза , а также другие металлические и неметаллические клеточные мишени. [2] [6]
Диагноз обычно ставится на основании уровня HbCO более 3% у некурящих и более 10% у курильщиков. [2] Биологическим порогом толерантности к карбоксигемоглобину обычно считается 15% COHb, что означает, что токсичность постоянно наблюдается при уровнях, превышающих эту концентрацию. [7] FDA ранее установило порог в 14% COHb в некоторых клинических исследованиях , оценивающих терапевтический потенциал монооксида углерода. [8] В целом, 30% COHb считается тяжелым отравлением угарным газом. [9] Самый высокий уровень несмертельного карбоксигемоглобина, о котором сообщалось, составлял 73% COHb. [9]
Усилия по предотвращению отравления включают детекторы угарного газа , правильную вентиляцию газовых приборов , поддержание чистоты дымоходов и поддержание выхлопных систем транспортных средств в хорошем состоянии. [1] Лечение отравления обычно заключается в подаче 100% кислорода и поддерживающем лечении . [2] [5] Обычно это следует проводить до тех пор, пока симптомы не исчезнут и уровень HbCO не станет менее 3%/10%. [2]
Отравление угарным газом является относительно распространенным явлением, в результате чего в Соединенных Штатах ежегодно приходится более 20 000 посещений отделений неотложной помощи . [1] [10] Это наиболее распространенный тип смертельного отравления во многих странах. [11] В Соединенных Штатах случаи, не связанные с пожаром, приводят к более чем 400 смертельным случаям в год. [1] Отравления чаще случаются зимой, особенно в результате использования портативных генераторов во время перебоев в подаче электроэнергии . [2] [12] Токсическое воздействие CO известно с древней истории . [13] [9] Открытие того, что CO влияет на гемоглобин, было сделано в результате исследования Джеймсом Уоттом и Томасом Беддосом терапевтического потенциала гидрокарбонатов в 1793 году, а затем подтверждено Клодом Бернаром между 1846 и 1857 годами . [9]
Оксид углерода не токсичен для всех форм жизни, и эта токсичность представляет собой классический дозозависимый пример гормезиса . Небольшие количества угарного газа естественным образом производятся в результате многих ферментативных и неферментативных реакций в филогенетических царствах, где он может служить важным нейротрансмиттером (подкатегоризируемым как газотрансмиттер ) и потенциальным терапевтическим агентом. [14] В случае прокариотов некоторые бактерии производят, потребляют и реагируют на окись углерода, тогда как некоторые другие микробы чувствительны к его токсичности. [6] В настоящее время нет известных побочных эффектов на фотосинтезирующие растения. [15]
Обычно считается, что вредное воздействие монооксида углерода связано с его прочным связыванием с простетической частью гема гемопротеинов , что приводит к нарушению клеточных операций, например: оксид углерода связывается с гемоглобином с образованием карбоксигемоглобина , который влияет на газообмен и клеточное дыхание . Вдыхание газа в чрезмерных концентрациях может привести к гипоксическому повреждению , повреждению нервной системы и даже смерти .
Как впервые установила Эстер Киллик [9] , разные виды и разные люди из разных демографических групп могут иметь разные уровни толерантности к угарному газу. [16] Уровень толерантности к угарному газу для любого человека изменяется под воздействием нескольких факторов, включая генетику (мутации гемоглобина), поведение, такое как уровень активности, скорость вентиляции , ранее существовавшие церебральные или сердечно-сосудистые заболевания , сердечный выброс , анемия , серповидно-клеточная анемия. заболевания и другие гематологические нарушения, география и атмосферное давление , а также скорость обмена веществ . [17] [18] [19] [9]
Люди поддерживают сложные отношения с угарным газом с тех пор, как впервые научились управлять огнем примерно в 800 000 году до нашей эры. Примитивные пещерные люди, вероятно, обнаружили токсичность угарного газа, поджигая свои жилища. Раннее развитие металлургии и плавильных технологий, возникшее примерно в 6000 г. до н.э. в эпоху бронзового века , также подвергло человечество воздействию угарного газа. Помимо токсичности угарного газа, коренные индейцы, возможно, испытали на себе нейроактивные свойства угарного газа во время шаманских ритуалов у костра. [9]
Ранние цивилизации разработали мифологические сказки, чтобы объяснить происхождение огня, например, о Вулкане , Пхармате и Прометее из греческой мифологии , которые делили огонь с людьми. Аристотель (384–322 до н. э.) впервые зафиксировал, что при горении углей образуются токсичные пары. Греческий врач Гален (129–199 гг. н. э.) предположил, что произошло изменение состава воздуха, которое причинило вред при вдыхании, а симптомы отравления CO появились в « Quaestiones Medicae et Issueta Naturalia» Кассия Ятрософиста около 130 г. н.э. [9] Юлиан Отступник , Целий Аврелиан и некоторые другие аналогичным образом задокументировали ранние знания о симптомах токсичности отравления угарным газом, вызванных парами угля, в древнюю эпоху. [9]
Задокументированные случаи Ливия и Цицерона намекают на использование угарного газа в качестве метода самоубийства в Древнем Риме . [9] [20] Император Луций Вер использовал дым для казни заключенных. [9] Многие случаи смерти были связаны с отравлением угарным газом, в том числе император Юпитер , императрица Фауста и Сенека . [9] Самой громкой смертью от отравления угарным газом, возможно, была Клеопатра [9] или Эдгар Аллан По . [21]
В пятнадцатом веке шахтеры верили, что внезапная смерть вызвана злыми духами ; Отравление угарным газом было связано со сверхъестественными и паранормальными явлениями, колдовством и т. д. на протяжении последующих столетий [9], в том числе и в наши дни, примером чего являются исследования Кэрри Поппи . [22]
Георг Эрнст Шталь упомянул Carbonarii halitus в 1697 году в связи с токсичными парами, которые считались окисью углерода. Фридрих Хоффманн провел первое современное научное исследование отравления угарным газом углем в 1716 году, в частности, отвергнув мнение жителей деревни, приписывающих смерть демоническим суевериям. Герман Бурхааве провел первые научные эксперименты по воздействию угарного газа (угольных паров) на животных в 1730-х годах. [9] Джозефу Пристли приписывают первый синтез угарного газа в 1772 году, который он назвал тяжелым горючим воздухом, а Карл Вильгельм Шееле выделил угарный газ из угля в 1773 году, предполагая, что он является токсичным веществом. [9]
Дозозависимый риск отравления угарным газом в виде гидрокарбоната был исследован в конце 1790-х годов Томасом Беддоузом , Джеймсом Уоттом , Тибериусом Кавалло , Джеймсом Линдом , Хамфри Дэви и многими другими в контексте вдыхания искусственного воздуха , большая часть которого происходила при Пневматический институт . [9]
Уильям Круикшанк открыл угарный газ как молекулу, содержащую один атом углерода и один атом кислорода, в 1800 году, тем самым положив начало современной эре исследований, сосредоточенных исключительно на угарном газе. Механизм токсичности был впервые предложен Джеймсом Уоттом в 1793 году, затем Адрианом Шено в 1854 году и, наконец, продемонстрирован Клодом Бернаром после 1846 года, опубликованным в 1857 году, а также независимо опубликованным Феликсом Хоппе-Сейлером в том же году. [9]
Первое контролируемое клиническое исследование по изучению токсичности угарного газа состоялось в 1973 году. [9]
Отравление угарным газом преследует шахтеров на протяжении многих веков. В контексте горнодобывающей промышленности угарный газ широко известен как «белая сырость» . Джон Скотт Холдейн определил, что угарный газ является смертоносным компонентом послевлажной влаги , газа, образующегося при сгорании , после изучения многих тел шахтеров, погибших в результате взрывов в шахтах. [9] К 1911 году Холдейн ввел использование мелких животных для шахтеров для обнаружения опасных уровней угарного газа под землей: белых мышей или канареек, которые плохо переносят угарный газ, тем самым предлагая раннее предупреждение, например, канарейку в угольной шахте . [9] Канарейку в британских ямах заменил в 1986 году электронный детектор газа.
Первый качественный аналитический метод обнаружения карбоксигемоглобина появился в 1858 году с помощью колориметрического метода, разработанного Феликсом Хоппе-Зейлером , а первый метод количественного анализа появился в 1880 году с помощью Йозефа фон Фодора . [9]
Об использовании кислорода появились отдельные сообщения, например, о том, что Хамфри Дэви лечился кислородом в 1799 году после вдыхания трех литров гидрокарбоната ( водяного газа ). [9] Сэмюэл Виттер разработал протокол вдыхания кислорода в ответ на отравление угарным газом в 1814 году. [9] Аналогичным образом, протокол вдыхания кислорода был рекомендован при малярии (буквально переводится как «плохой воздух») в 1830 году на основе симптомов малярии, соответствующих углероду. отравление угарным газом. [9] Другие кислородные протоколы появились в конце 1800-х годов. [10] Использование гипербарического кислорода у крыс после отравления было изучено Холдейном в 1895 году, а его использование у людей началось в 1960-х годах. [20]
Самым страшным случайным массовым отравлением угарным газом стала катастрофа поезда Бальвано , произошедшая 3 марта 1944 года в Италии, когда грузовой поезд с множеством нелегальных пассажиров застрял в туннеле, что привело к гибели более 500 человек. [23]
Предполагается, что более 50 человек погибли от отравления дымом в результате резни в Бранч-Давидиане во время осады Уэйко в 1993 году. [24]
В древней истории Ганнибал казнил римских пленных дымом угля во время Второй Пунической войны . [9]
Уничтожение бродячих собак с помощью газовой камеры с угарным газом было описано в 1874 году. [9] В 1884 году в журнале Scientific American появилась статья, описывающая использование газовой камеры с угарным газом для боен , а также для эвтаназии различных животных. [25]
В рамках Холокоста во время Второй мировой войны нацисты использовали газовые фургоны в лагере смерти Хелмно и в других местах, чтобы убить около 700 000 или более человек в результате отравления угарным газом. Этот метод также использовался в газовых камерах нескольких лагерей смерти , таких как Треблинка , Собибор и Белжец . В Действии Т4 началось отравление угарным газом . Газ поставлялся компанией IG Farben в баллонах под давлением и подавался по трубкам в газовые камеры, построенные в различных психиатрических больницах, таких как Центр эвтаназии Хартхайм . Например, для подачи газа в камеры использовались выхлопные газы танковых двигателей. [26]
Недавно [ когда? ] газовые камеры с угарным газом использовались для облегчения смертной казни , примером чего является практика казней в государственной тюрьме Сан-Квентин . [9] [ нужна проверка ]
Окись углерода вырабатывается естественным путем в результате многих физиологически значимых ферментативных и неферментативных реакций [6], лучшим примером которых является гемоксигеназа , катализирующая биотрансформацию гема ( протопорфирина железа ) в биливердин и, в конечном итоге, в билирубин . [27] Помимо физиологической передачи сигналов , большая часть угарного газа сохраняется в виде карбоксигемоглобина на нетоксичных уровнях ниже 3% HbCO. [28]
Небольшие количества CO полезны, и существуют ферменты, которые производят его во время окислительного стресса. [27] Для введения небольших количеств CO разрабатываются различные препараты, эти препараты обычно называют молекулами, высвобождающими угарный газ . [14] [29] Исторически терапевтический потенциал искусственного воздуха , особенно монооксида углерода в виде гидрокарбоната , исследовался Томасом Беддосом , Джеймсом Уоттом , Тибериусом Кавалло , Джеймсом Линдом , Хамфри Дэви и другими во многих лабораториях, таких как Пневматический институт . [9]
В среднем воздействие при концентрации 100 ppm или выше опасно для здоровья человека. [30] В Соединенных Штатах OSHA ограничивает уровни долгосрочного воздействия на рабочем месте до уровня менее 50 частей на миллион в среднем за 8-часовой период ; [31] [32] Кроме того, сотрудники должны быть удалены из любого замкнутого пространства , если достигается верхний предел («потолок») в 100 частей на миллион. [33]
Основные проявления отравления угарным газом развиваются в наиболее зависимых от использования кислорода системах органов — центральной нервной системе и сердце . [31] Первоначальные симптомы острого отравления угарным газом включают головную боль , тошноту , недомогание и усталость . [36] Эти симптомы часто ошибочно принимают за вирус, такой как грипп , или за другие заболевания, такие как пищевое отравление или гастроэнтерит . [28] Головная боль является наиболее частым симптомом острого отравления угарным газом; его часто описывают как тупой, фронтальный и продолжительный. [37] Увеличение воздействия приводит к сердечным нарушениям, включая учащенное сердцебиение , низкое кровяное давление и сердечную аритмию ; [38] [39] Симптомы со стороны центральной нервной системы включают делирий , галлюцинации , головокружение , неустойчивую походку , спутанность сознания , судороги , депрессию центральной нервной системы , потерю сознания , остановку дыхания и смерть . [40] [41] Менее распространенные симптомы острого отравления угарным газом включают ишемию миокарда , фибрилляцию предсердий , пневмонию , отек легких , высокий уровень сахара в крови , лактацидоз , некроз мышц , острую почечную недостаточность , поражения кожи , а также проблемы со зрением и слухом. [38] [42] [43] [44] Воздействие угарного газа может привести к значительному сокращению продолжительности жизни из-за повреждения сердца . [45]
Одной из основных проблем после острого отравления угарным газом являются серьезные отсроченные неврологические проявления, которые могут возникнуть. Проблемы могут включать трудности с высшими интеллектуальными функциями, кратковременную потерю памяти , слабоумие , амнезию , психоз , раздражительность, странную походку , нарушения речи, синдромы, подобные болезни Паркинсона , кортикальную слепоту и депрессивное настроение . [28] [46] Депрессия может возникнуть у тех, у кого ранее не было депрессии. [47] Эти отсроченные неврологические последствия могут возникнуть у 50% отравленных людей через 2–40 дней. [28] Трудно предсказать, у кого разовьются отсроченные последствия; однако пожилой возраст, потеря сознания при отравлении и начальные неврологические нарушения могут увеличить вероятность развития отсроченных симптомов. [48]
Хроническое воздействие относительно низких уровней угарного газа может вызвать постоянные головные боли, головокружение, депрессию, спутанность сознания, потерю памяти, тошноту, нарушения слуха и рвоту. [49] [50] Неизвестно, может ли хроническое воздействие низкого уровня вызвать необратимые неврологические повреждения. [28] Как правило, после прекращения воздействия угарного газа симптомы обычно исчезают сами собой, если только не было эпизода тяжелого острого отравления. [49] Однако в одном случае отмечалась необратимая потеря памяти и проблемы с обучением после трехлетнего воздействия относительно низких уровней угарного газа из неисправной печи. [51]
Хроническое воздействие может ухудшить сердечно-сосудистые симптомы у некоторых людей. [49] Хроническое воздействие угарного газа может увеличить риск развития атеросклероза . [52] [53] Длительное воздействие угарного газа представляет наибольший риск для людей с ишемической болезнью сердца и беременных женщин. [54]
У экспериментальных животных окись углерода, по-видимому, ухудшает потерю слуха, вызванную шумом, в условиях воздействия шума, которые в противном случае имели бы ограниченное влияние на слух. [55] У людей сообщалось о потере слуха после отравления угарным газом. [50] В отличие от результатов исследований на животных, воздействие шума не было необходимым фактором для возникновения слуховых проблем.
Один из классических признаков отравления угарным газом чаще наблюдается у мертвых, чем у живых: люди описываются как краснощекие и здоровые. Однако, поскольку этот «вишнево-красный» вид чаще встречается у мертвых, в клинической медицине он не считается полезным диагностическим признаком. При вскрытии признаки отравления угарным газом примечательны тем, что небальзамированные мертвецы обычно имеют синеватый и бледный цвет, тогда как мертвые люди, отравленные угарным газом, могут выглядеть необычно реалистичными по окраске. [56] [57] [58] Таким образом, красящее действие монооксида углерода в таких посмертных обстоятельствах аналогично его использованию в качестве красного красителя в мясоперерабатывающей промышленности .
Истинное количество случаев отравления угарным газом неизвестно, поскольку многие несмертельные воздействия остаются незамеченными. [36] [59] Судя по имеющимся данным, отравление угарным газом является наиболее распространенной причиной травм и смертей от отравлений во всем мире. [60] Отравление обычно чаще встречается в зимние месяцы. [31] [61] [62] [63] Это связано с увеличением использования в домашних условиях газовых печей, газовых или керосиновых обогревателей и кухонных плит в зимние месяцы, которые в случае неисправности и/или использования без надлежащей вентиляции могут привести к образованию избыток угарного газа. [31] [64] Обнаружение угарного газа и отравление угарным газом также увеличиваются во время отключений электроэнергии, когда электрические отопительные и кухонные приборы выходят из строя, и жители могут временно прибегать к сжиганию топлива обогревателям, печам и грилям (некоторые из которых безопасны только для использования на открытом воздухе). используются, но, тем не менее, случайно сжигаются в помещении). [65] [66] [67]
Подсчитано, что более 40 000 человек в год обращаются за медицинской помощью в связи с отравлением угарным газом в Соединенных Штатах. [68] 95% смертей от отравления угарным газом в Соединенных Штатах происходят из-за газовых обогревателей. [69] [70] Во многих промышленно развитых странах угарный газ является причиной более 50% смертельных отравлений. [11] В Соединенных Штатах ежегодно около 200 человек умирают от отравления угарным газом, связанного с домашним отопительным оборудованием, работающим на топливе. [71] Отравление угарным газом ежегодно является причиной примерно 5613 случаев смерти от отравления дымом в Соединенных Штатах. [72] Центр по контролю и профилактике заболеваний сообщает: «Каждый год более 500 американцев умирают от непреднамеренного отравления угарным газом, и более 2000 совершают самоубийство, намеренно отравляя себя». [73] За 10-летний период с 1979 по 1988 год в США произошло 56 133 случая смерти от отравления угарным газом, из них 25 889 - самоубийства, в результате чего 30 244 случая смерти произошли непреднамеренно. [72] Отчет из Новой Зеландии показал, что в 2001 и 2002 годах от отравления угарным газом умерло 206 человек. В общей сложности отравление угарным газом стало причиной 43,9% смертей от отравлений в этой стране. [74] В Южной Корее 1950 человек отравились угарным газом, при этом 254 человека умерли с 2001 по 2003 год. [75] Отчет из Иерусалима показал, что с 2001 по 2006 год ежегодно отравлялись 3,53 человека на 100 000 человек. [76] В Хубэй , Китай За 10-летний период было зарегистрировано 218 смертей от отравления, из них 16,5% - от воздействия угарного газа. [77]
Угарный газ — продукт сгорания органических веществ в условиях ограниченного поступления кислорода, что препятствует полному окислению до углекислого газа (СО 2 ). Источники угарного газа включают сигаретный дым, домашние пожары, неисправные печи , обогреватели, дровяные печи , [83] выхлопные газы автомобилей внутреннего сгорания , электрические генераторы , оборудование, работающее на пропане , такое как портативные печи, и бензиновые инструменты, такие как воздуходувки. , газонокосилки, мойки высокого давления, пилы для резки бетона, затирочные машины и сварочные аппараты. [28] [49] [84] [85] [86] [87] [88] Воздействие обычно происходит, когда оборудование используется в зданиях или полузакрытых помещениях. [28]
Езда в кузове пикапа привела к отравлению детей. [89] Работа автомобилей на холостом ходу с засыпанной снегом выхлопной трубой привела к отравлению пассажиров. [90] Любая перфорация между выпускным коллектором и кожухом может привести к попаданию выхлопных газов в салон. Генераторы и силовые двигатели на лодках, особенно плавучих домах, привели к смертельному воздействию угарного газа. [91] [92]
Отравление может также произойти в результате использования автономного подводного дыхательного аппарата (АКВАЛА) из-за неисправных воздушных компрессоров для дайвинга . [93]
В пещерах угарный газ может накапливаться в закрытых камерах из-за присутствия разлагающихся органических веществ. [94] В угольных шахтах во время взрывов может произойти неполное сгорание, что приводит к образованию послевлаги . Газ содержит до 3% CO и может быть смертельным уже после одного вдоха. [82] После взрыва на шахте соседние соединенные между собой шахты могут стать опасными из-за утечки остаточной влаги из шахты в шахту. Подобный инцидент последовал за взрывом Тримдон-Грейндж , в результате которого погибли люди на шахте Келло . [95]
Другим источником отравления является воздействие органического растворителя дихлорметана , также известного как метиленхлорид, который содержится в некоторых средствах для снятия краски , [96] поскольку при метаболизме дихлорметана образуется окись углерода. [97] [98] [59] В ноябре 2019 года в США вступил в силу запрет Агентства по охране окружающей среды на использование дихлорметана в средствах для снятия краски для потребительского использования. [99]
Профилактика остается жизненно важной проблемой общественного здравоохранения , требующей просвещения населения по безопасной эксплуатации приборов, обогревателей, каминов и двигателей внутреннего сгорания, а также повышенного внимания к установке детекторов угарного газа . [61] Угарный газ не имеет вкуса, запаха и цвета, поэтому его нельзя обнаружить ни по визуальным признакам, ни по запаху. [100]
Комиссия США по безопасности потребительских товаров заявила, что «детекторы угарного газа так же важны для безопасности дома, как и детекторы дыма», и рекомендует в каждом доме иметь хотя бы один детектор угарного газа, желательно по одному на каждом уровне здания. [71] Эти устройства, которые относительно недороги [101] и широко доступны, питаются либо от батареи, либо от сети переменного тока, с резервной батареей или без нее. [102] В зданиях детекторы угарного газа обычно устанавливаются вокруг обогревателей и другого оборудования. Если обнаруживается относительно высокий уровень угарного газа, устройство подает сигнал тревоги, давая людям возможность эвакуироваться и проветрить здание. [101] [103] В отличие от детекторов дыма , детекторы угарного газа не нужно размещать вблизи потолка.
Использование детекторов угарного газа стандартизировано во многих областях. В США NFPA 720–2009, [104] рекомендации по детекторам угарного газа, опубликованные Национальной ассоциацией противопожарной защиты , предписывают размещение детекторов угарного газа/сигнализации на каждом уровне жилого дома, включая подвал, в дополнение к местам для сна на открытом воздухе. области. В новых домах детекторы с питанием от сети переменного тока должны иметь резервную батарею и быть соединены между собой, чтобы обеспечить раннее предупреждение жильцов на всех уровнях. [104] NFPA 720-2009 — первый национальный стандарт по угарному газу, касающийся устройств в нежилых зданиях. Эти рекомендации, которые теперь распространяются на школы, медицинские центры, дома престарелых и другие нежилые здания, включают три основных пункта: [104]
Газовые организации часто рекомендуют проводить обслуживание газового оборудования не реже одного раза в год. [105]
Стандарт NFPA не обязательно обеспечивается законом. По состоянию на апрель 2006 года американский штат Массачусетс требует, чтобы детекторы присутствовали во всех жилых домах с потенциальными источниками CO, независимо от возраста здания и от того, принадлежат ли они владельцам или сдаются в аренду. [106] Это требование обеспечивается муниципальными инспекторами и было вдохновлено смертью 7-летней Николь Гарофало в 2005 году из-за того, что снег заблокировал вентиляционное отверстие для отопления дома. [107] Другие юрисдикции могут не предъявлять никаких требований или требовать установки детекторов только для нового строительства или во время продажи.
Несмотря на аналогичные случаи гибели людей в транспортных средствах с засоренными выхлопными трубами (например, во время снежной бури на северо-востоке США в 1978 году и в феврале 2013 года на северо-востоке ) и коммерческую доступность оборудования, законодательных требований к автомобильным детекторам CO не существует. [ нужна цитата ]
Следующие нормативные значения (значения ppm округлены) и периоды средневзвешенного по времени воздействия были определены таким образом, чтобы уровень карбоксигемоглобина (COHb) 2,5% не превышался, даже когда нормальный субъект выполняет легкие или умеренные физические нагрузки:
Поскольку многие симптомы отравления угарным газом встречаются и при многих других видах отравлений и инфекций (например, гриппе), диагностика часто затруднена. [59] [109] Анамнез потенциального воздействия угарного газа, например, при пожаре в жилом доме, может указывать на отравление, но диагноз подтверждается путем измерения уровня угарного газа в крови. Это можно определить путем измерения количества карбоксигемоглобина по сравнению с количеством гемоглобина в крови. [28]
Отношение карбоксигемоглобина к молекулам гемоглобина у среднестатистического человека может достигать 5%, хотя у курильщиков сигарет, выкуривающих две пачки сигарет в день, этот показатель может достигать 9%. [110] У людей с симптомами отравления они часто находятся в диапазоне 10–30%, тогда как у умерших людей посмертные уровни в крови могут составлять 30–90%. [111] [112]
Поскольку люди могут продолжать испытывать серьезные симптомы отравления CO еще долгое время после того, как концентрация карбоксигемоглобина в их крови вернулась к норме, поступление на обследование с нормальным уровнем карбоксигемоглобина (что может произойти на поздних стадиях отравления) не исключает отравления. [113]
Количественное определение монооксида углерода в крови может проводиться с использованием спектрофотометрических методов или хроматографических методов с целью подтверждения диагноза отравления у человека или для оказания помощи в судебно-медицинском расследовании случая смертельного воздействия.
CO -оксиметр можно использовать для определения уровня карбоксигемоглобина. [114] [115] Пульсовые СО-оксиметры оценивают содержание карбоксигемоглобина с помощью неинвазивного зажима на пальце, аналогично пульсоксиметру . [116] Эти устройства работают, пропуская свет различной длины через кончик пальца и измеряя поглощение света различными типами гемоглобина в капиллярах. [117] Использование обычного пульсоксиметра неэффективно при диагностике отравления угарным газом [118] , поскольку эти устройства могут быть неспособны отличить карбоксигемоглобин от оксигемоглобина. [119] Мониторинг CO в дыхании предлагает альтернативу пульсовой CO-оксиметрии. Было показано, что уровни карбоксигемоглобина имеют сильную корреляцию с концентрацией CO в выдыхаемом воздухе. [120] [121] Однако многие из этих устройств требуют от пользователя глубоко вдохнуть и задержать дыхание, чтобы позволить CO из крови выйти в легкие, прежде чем можно будет провести измерение. Поскольку это невозможно у людей, которые не реагируют на реакцию, эти устройства могут не подходить для использования при обнаружении отравления CO на месте происшествия при неотложной помощи.
При дифференциальной диагностике отравления угарным газом необходимо учитывать множество состояний. [31] [41] Самые ранние симптомы, особенно при воздействии низких доз, часто неспецифичны и их легко спутать с другими заболеваниями, обычно с гриппоподобными вирусными синдромами , депрессией , синдромом хронической усталости , болью в груди , мигренью или другими головными болями. [122] Окись углерода была названа «великим имитатором» из-за того, что проявления отравления разнообразны и неспецифичны. [31] Другие состояния, включенные в дифференциальный диагноз, включают острый респираторный дистресс-синдром , высотную болезнь , лактоацидоз , диабетический кетоацидоз , менингит , метгемоглобинемию или отравление опиоидами или токсичным алкоголем. [41]
Первоначальное лечение отравления угарным газом заключается в немедленном удалении человека из зоны воздействия, не подвергая опасности других людей. Тем, кто находится без сознания, может потребоваться СЛР на месте. [56] Подача кислорода через маску без ребризера сокращает период полураспада угарного газа с 320 минут при дыхании обычным воздухом до всего 80 минут. [40] Кислород ускоряет диссоциацию монооксида углерода от карбоксигемоглобина , превращая его обратно в гемоглобин . [16] [124] Из-за возможных серьезных последствий для ребенка беременных женщин лечат кислородом в течение более длительных периодов времени, чем небеременных. [125]
Гипербарический кислород также используется при лечении отравлений угарным газом, поскольку он может ускорить диссоциацию CO от карбоксигемоглобина [16] и цитохромоксидазы [126] в большей степени, чем обычный кислород. Гипербарический кислород при давлении, в три раза превышающем атмосферное , сокращает период полураспада окиси углерода до 23 (~ 80/3 минут) минут по сравнению с 80 минутами для кислорода при обычном атмосферном давлении. [16] Он также может усиливать транспорт кислорода к тканям плазмой, частично минуя нормальный перенос через гемоглобин. [124] Однако остается спорным вопрос о том, действительно ли гипербарический кислород дает какие-либо дополнительные преимущества по сравнению с обычным кислородом с высокой скоростью потока с точки зрения увеличения выживаемости или улучшения долгосрочных результатов. [127] [128] [129] [130] [131] [132] Были проведены рандомизированные контролируемые исследования , в которых сравнивались два варианта лечения; [133] [134] [135] [136] [137] [138] из шести проведенных операций в четырех было обнаружено улучшение исхода от гипербарической оксигенации, а в двух не было обнаружено никакой пользы от гипербарической оксигенации. [127] Некоторые из этих испытаний подверглись критике за очевидные недостатки в их реализации. [139] [140] [141] [142] Обзор всей литературы пришел к выводу, что роль гипербарического кислорода неясна, а имеющиеся данные не подтверждают и не опровергают значимую с медицинской точки зрения пользу. Авторы предложили провести крупное, хорошо спланированное, многоцентровое исследование с внешним аудитом для сравнения нормального кислорода и гипербарического кислорода. [127] Хотя гипербарическая кислородная терапия используется при тяжелых отравлениях, ее преимущества перед стандартной доставкой кислорода неясны. [2] [128]
Может потребоваться дальнейшее лечение других осложнений, таких как судороги , гипотония, нарушения сердечной деятельности, отек легких и ацидоз . Повышенную мышечную активность и судороги следует лечить дантроленом или диазепамом ; Диазепам следует назначать только при соответствующей респираторной поддержке. [56] Гипотония требует лечения внутривенным введением жидкости; вазопрессоры могут потребоваться для лечения депрессии миокарда. [143] Сердечные аритмии лечат с помощью стандартных протоколов кардиореанимации . [28] В тяжелых случаях метаболический ацидоз лечат бикарбонатом натрия . Лечение бикарбонатом натрия является спорным, поскольку ацидоз может увеличить доступность кислорода в тканях. [144] Лечение ацидоза может состоять только из кислородной терапии. [28] [41] Отсроченное развитие нервно-психических нарушений является одним из наиболее тяжелых осложнений отравления угарным газом. Повреждение головного мозга подтверждается МРТ или компьютерной томографией. [36] [145] [146] При отсроченном неврологическом повреждении часто требуется обширное последующее наблюдение и поддерживающее лечение. [40] Последствия отравления часто трудно предсказать, [147] особенно у людей с симптомами остановки сердца , комы , метаболического ацидоза или высокого уровня карбоксигемоглобина. [41] В одном исследовании сообщалось, что примерно у 30% людей с тяжелым отравлением угарным газом наступает летальный исход. [59] Сообщалось, что электросудорожная терапия (ЭСТ) может увеличить вероятность отсроченных нейропсихиатрических последствий (ДНС) после отравления угарным газом (СО). [148] Также можно использовать устройство, которое также выделяет некоторое количество углекислого газа для стимуляции более быстрого дыхания (продается под торговой маркой ClearMate). [149]
Точные механизмы воздействия угарного газа на системы организма сложны и еще до конца не изучены. [36] Известные механизмы включают связывание угарного газа с гемоглобином , миоглобином и митохондриальной цитохром-с-оксидазой и ограничение поступления кислорода, а также угарный газ, вызывающий перекисное окисление липидов в мозгу . [40] [56] [150]
Угарный газ имеет более высокий коэффициент диффузии по сравнению с кислородом, а основным ферментом в организме человека, вырабатывающим угарный газ, является гемоксигеназа , которая находится практически во всех клетках и тромбоцитах. [6] Большая часть эндогенно произведенного CO хранится в связанном виде с гемоглобином в виде карбоксигемоглобина . Упрощенное понимание механизма токсичности угарного газа основано на том, что избыток карбоксигемоглобина снижает способность крови доставлять кислород к тканям по всему организму. У человека сродство между гемоглобином и окисью углерода примерно в 240 раз сильнее, чем сродство между гемоглобином и кислородом. [56] [151] [152] Однако некоторые мутации, такие как мутация Hb-Киркларели, имеют относительное в 80 000 раз большее сродство к монооксиду углерода, чем к кислороду, в результате чего системный карбоксигемоглобин достигает устойчивого уровня 16% COHb. [9]
Гемоглобин представляет собой тетрамер с четырьмя простетическими группами гема , которые служат сайтами связывания кислорода. Средний эритроцит содержит 250 миллионов молекул гемоглобина, следовательно, 1 миллиард гемовых участков, способных связывать газ. [6] Связывание монооксида углерода в любом из этих сайтов увеличивает сродство к кислороду остальных трех сайтов, что заставляет молекулу гемоглобина удерживать кислород, который в противном случае был бы доставлен в ткань; поэтому связывание угарного газа в любом месте может быть столь же опасным, как и связывание угарного газа во всех местах. [150] Доставка кислорода во многом обусловлена эффектом Бора и эффектом Холдейна . Чтобы дать упрощенный обзор молекулярного механизма системного газообмена с точки зрения непрофессионала , широко распространено мнение, что при вдыхании воздуха связывание кислорода с любым из сайтов гема запускает конформационные изменения в глобиновой /белковой единице гемоглобина, что затем обеспечивает связывание. дополнительного кислорода к каждому из остальных вакантных участков гема. По прибытии в клетку/ткани высвобождение кислорода в ткани происходит за счет «подкисления» местного pH (имеется в виду относительно более высокая концентрация «кислых» протонов/ ионов водорода ), вызванного увеличением биотрансформации отходов углекислого газа в угольная кислота через карбоангидразу . Другими словами, насыщенная кислородом артериальная кровь поступает к клеткам в «R-состоянии гемоглобина», которое имеет депротонированные/неионизированные аминокислотные остатки (относительно азота/ аминов ) из-за менее кислой среды артериального pH (средний pH артериальной крови составляет 7,407, тогда как венозная кровь немного более кислый при pH 7,371). «Т-состояние» гемоглобина дезоксигенируется в венозной крови частично из-за протонирования/ионизации, вызванной кислой средой, что приводит к образованию конформации, не подходящей для связывания кислорода (другими словами, кислород «выбрасывается» по прибытии в клетку, поскольку кислота «атакует» амины гемоглобина, вызывая ионизацию/протонирование аминных остатков, что приводит к изменению конформации, непригодной для удержания кислорода). Более того, механизм образования карбаминогемоглобина генерирует дополнительные «кислые» ионы водорода, которые могут дополнительно стабилизировать протонированный/ионизированный дезоксигенированный гемоглобин. При возврате венозной крови в легкие и последующем выдохе углекислого газа кровь «окисляется» (см. также: гипервентиляция), позволяющий депротонировать/объединить гемоглобин, чтобы затем снова активировать связывание кислорода как часть перехода в артериальную кровь (обратите внимание, что этот процесс сложен из-за участия хеморецепторов и других физиологических функций). Угарный газ не «выбрасывается» из-за кислоты, поэтому отравление угарным газом нарушает этот физиологический процесс, поэтому венозная кровь пациентов с отравлением имеет ярко-красный цвет, похожий на артериальную кровь, поскольку карбонил / угарный газ сохраняется. Гемоглобин темный в дезоксигенированной венозной крови, но он имеет ярко-красный цвет при переносе крови в насыщенной кислородом артериальной крови и при превращении в карбоксигемоглобин как в артериальной, так и в венозной крови, поэтому отравленные трупы и даже товарное мясо, обработанное угарным газом, приобретают неестественный живой красноватый цвет. оттенок. [153]
В токсичных концентрациях окись углерода в виде карбоксигемоглобина существенно нарушает дыхание и газообмен, одновременно подавляя приобретение и доставку кислорода к клеткам и предотвращая образование карбаминогемоглобина , на долю которого приходится примерно 30% экспорта углекислого газа. Таким образом, пациент с отравлением угарным газом может испытывать тяжелую гипоксию [28] и ацидоз (потенциально как респираторный, так и метаболический ацидоз ) в дополнение к токсичности избытка угарного газа, ингибирующего многочисленные гемопротеины, металлические и неметаллические мишени, которые влияют на клеточные механизмы.
Оксид углерода также связывается с гемопротеином миоглобином . Он имеет высокое сродство к миоглобину, примерно в 60 раз большее, чем у кислорода. [28] Оксид углерода, связанный с миоглобином, может ухудшить его способность использовать кислород. [56] Это вызывает снижение сердечного выброса и гипотонию , что может привести к ишемии головного мозга . [28] Сообщалось о задержке возвращения симптомов. Это происходит в результате рецидива повышения уровня карбоксигемоглобина; этот эффект может быть обусловлен поздним высвобождением монооксида углерода из миоглобина, который впоследствии связывается с гемоглобином. [11]
Другой механизм включает воздействие на цепь митохондриальных дыхательных ферментов, которая отвечает за эффективное использование кислорода тканями. Оксид углерода связывается с цитохромоксидазой с меньшим сродством, чем кислород, поэтому возможно, что перед связыванием ему требуется значительная внутриклеточная гипоксия. [154] Это связывание препятствует аэробному метаболизму и эффективному синтезу аденозинтрифосфата . Клетки реагируют переключением на анаэробный метаболизм , вызывая аноксию , лактоацидоз и, в конечном итоге, гибель клеток. [155] Скорость диссоциации между окисью углерода и цитохромоксидазой низкая, что приводит к относительно длительному нарушению окислительного метаболизма . [36]
Считается, что механизм, который оказывает существенное влияние на отсроченные эффекты, включает в себя сформированные клетки крови и химические медиаторы, которые вызывают перекисное окисление липидов головного мозга (распад ненасыщенных жирных кислот). Оксид углерода вызывает высвобождение эндотелиальными клетками и тромбоцитами оксида азота и образование свободных радикалов кислорода, включая пероксинитрит . [36] В головном мозге это вызывает дальнейшую митохондриальную дисфункцию, утечку капилляров , секвестрацию лейкоцитов и апоптоз . [156] Результатом этих эффектов является перекисное окисление липидов , которое вызывает отсроченную обратимую демиелинизацию белого вещества в центральной нервной системе, известную как миелинопатия Гринкера , которая может привести к отеку и некрозу головного мозга. [150] Это повреждение головного мозга происходит в основном в период восстановления. Это может привести к когнитивным дефектам, особенно влияющим на память и обучение, а также двигательным расстройствам. Эти расстройства обычно связаны с повреждением белого вещества головного мозга и базальных ганглиев . [156] [157] Отличительными патологическими изменениями после отравления являются двусторонний некроз белого вещества, бледного шара , мозжечка , гиппокампа и коры головного мозга . [30] [28] [158]
Отравление угарным газом у беременных женщин может вызвать серьезные неблагоприятные последствия для плода . Отравление вызывает гипоксию тканей плода за счет уменьшения поступления материнского кислорода к плоду. Оксид углерода также проникает через плаценту и соединяется с фетальным гемоглобином , вызывая более прямую гипоксию тканей плода. Кроме того, фетальный гемоглобин имеет на 10–15% более высокое сродство к угарному газу, чем гемоглобин взрослого человека, что вызывает более тяжелое отравление у плода, чем у взрослого. [11] Выведение угарного газа у плода происходит медленнее, что приводит к накоплению токсичного химического вещества. [159] Уровень заболеваемости и смертности плода при остром отравлении угарным газом значителен, поэтому, несмотря на легкое отравление матери или после выздоровления матери, все равно может произойти тяжелое отравление плода или смерть. [160]
{{cite journal}}
: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка ){{cite journal}}
: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка ){{cite journal}}
: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка ){{cite journal}}
: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка ){{cite journal}}
: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка )