Токсикология окиси углерода

Физические свойства

Окись углерода (угарный газ) СО — яд общеядовитого действия быстродействующий, нестойкий. Источники образования: горение порохов и взрывчатых веществ. При сгорании черного пороха образуется 60 л СО, пикриновой кислоты — 828 л, бездымного пороха — 860 л. Опасность получения токсичных концентраций СО появляется при стрельбе из закрытых помещений танков, блиндажей.

СО — представляет собой бесцветный газ, без запаха, легче воздуха, малорастворим в воде, в плазме крови растворяется 2-2,5 на 100 мл, в спирте в 10 раз лучше. Хорошо растворяется в аммиачном растворе, однохлористой меди. Выхлопные газы двигателей внутреннего сгорания содержат до 72% СО, поэтому могут быть отравления в закрытых гаражах, ангарах, кабинах водителя, при следовании колонны автомобилей. Часто бывают отравления при неправильной топке печей в землянках и других приспособленных помещениях, а иногда в казармах. Более массовые отравления могут быть в очагах пожаров, возникающих при применении зажигательных средств, в ядерных очагах поражения.

В настоящее время не исключено применение СО в военных це­лях в виде карбонилов металлов, т.к. обнаруживается трудно, защита не совершенна, противогазом не задерживается.

Химические свойства

СО как соединение с 2-х валентным атомом углерода, горит си­ним пламенем с образованием СО2, на холоде реакция может идти с ка­тализатором. Эта реакция используется в гопкалитовом патроне, кото­рый используется для защиты органов дыхания от СО. Гопкалитовый патрон содержит: МпО2 — 60%, СuО — 40%, реакция течет в отсутст­вии влаги с выделением тепла. В соединении с хлором образует фосген.

В 1980 году Мондом и Лосгеном открыты карбонилы металлов, способные аккумулировать в себе СО. Под воздействием катализаторов разлагаются на металл и СО.

Таким катализатором является активированный уголь, находя­щийся в противогазах.

Карбонилы — это жидкости, пары которых, попадая в противогаз, под воздействием активированного угля разлагаются с образованием

СО.

Сами карбонилы металлов весьма токсичные, способны прони­кать в организм в виде паров и через кожу, вызывая тяжелые поражения. Особенно токсичен тетракарбонил никеля.

Малые концентрации вызывают изменения верхних дыхательных путей, а более высокие — приводят к развитию токсического отека лег­ких. Следует отметить, что независимо от путей поступления легкие всегда поражаются. Токсичны сотые доли мг/л.

Пути поступления, токсичность со

Окись углерода поступает в организм только через ды­хательные пути, переход из альвеол в кровь происходит в силу различ­ного парциального давления.

Окись углерода относится к разряду умеренно ядовитых химиче­ских агентов. Для человека смертельной считается концентрация окиси углерода, равная 3 мг/л/час/ 3000 мг/м3. Предельно допустимая концен­трация для производственных помещений в РФ равна 20 мг/м3, для ат­мосферного воздуха населенных пунктов и жилищ — 1 мг/м3

Механизм токсического действия

Окись углерода, поступающая в легкие с атмосферным воздухом, легко диффундирует в кровь, где вступает в соединение с гемоглобином, образуя прочный комплекс карбоксигемоглобина.

Как известно, 1 г гемоглобина может связать 1,33-1,34 мл кисло­рода или окиси углерода, при этом сродство гемоглобина к окиси угле­рода в 250-300 раз больше, чем к кислороду. Если для полного насыще­ния гемоглобина кислородом необходимо парциальное давление поряд­ка 90-100 мм рт.ст, то для окиси углерода всего 0,45 мм рт.ст. Все это приводит к тому, что в конкуренции за гемоглобин окись углерода име­ет преимущества перед кислородом. Скорость образования карбоксигемоглобина прямо зависит от парциального давления окиси углерода во вдыхаемом воздухе. Однако ввиду большого сродства гемоглобина к окиси углерода даже при сравнительно небольшом ее содержании в воз­духе образование карбоксигемоглобина отличается высокой интенсив­ностью. Быстрому накоплению карбоксигемоглобина в крови способст­вует также то, что его диссоциация происходит в 3600 раз медленнее, чем диссоциация оксигемоглобина.

Присоединение к железу гемоглобина окиси углерода не сопро­вождается изменением его валентности, но при этом происходит пере­стройка молекулы гемоглобина, причем изменяется характер связи же­леза с глобином и порфирином. Предполагается, что связь из ионной переходит в ковалентную, т.е. становится более прочной. В результате, несмотря на то, что железо карбоксигемоглобина, как и гемоглобина, является двухвалентным, карбоксигемоглобин полностью выключается из процесса транспорта кислорода. Возникает кислородное голодание, текущее по типу гемической гипоксии, которое осложняется тем, что в присутствии карбоксигемоглобина диссоциация оксигемоглобина за­трудняется. Таким образом, при отравлении окисью углерода не только выключается определенная часть гемоглобина из его нормальной фи­зиологической функции, но и одновременно тормозится отдача кисло­рода еще достаточно полноценным гемоглобином или его отдельными темами.

(эффект Холдена). В про­цессе интоксикации в крови образуется комплекс гемоглобина, в кото­ром 3 из 4 атомов железа соединены с окисью углерода и только один — с кислородом. В таком соединении НЬ4(СО) з (О)2 кислород прочно удерживается, что усугубляет состояние кислородного голодания. Наиболее правильной является оценка эффекта Холдена с позиций "гем-гем"- взаимодействия. Согласно этому представлению, сродство каждого из 4 гемов гемоглобина к кислороду одинаково, но уже после присоединения первой молекулы кислорода сродство остальных гемов возрастает. Этот процесс находит отражение в образной кривой диссоциации оксигемоглобина. В условиях интокси­кации присоединение СО вызывает конформационные изменения моле­кулы гемоглобина, что приводит к нарушению этого важного физиоло­гического механизма. Эффект Холдена имеет большое клиническое зна­чение и не может не учитываться при оказании помощи лицам, отрав­ленным окисью углерода.

Известно, что высокое парциальное давление кислорода во вдыхаемом воздухе и соответствен­но в крови препятствует образованию и ускоряет диссоциацию комплек­са карбоксигемоглобина. При вдыхании кислорода скорость выведения окиси углерода увеличивается в 1 1/2 раза. Последнее служит основани­ем для рекомендации широкого применения кислородной терапии при лечении отравлений окисью углерода. Еще лучшие результаты дает ме­тоде оксибаротерапии.

Таким образом, при отравлении окисью углерода ведущим меха­низмом является образование карбоксигемоглобина, что приводит к возникновению гемической формы гипоксии.

Однако, помимо образования карбоксигемоглобина, окись угле­рода может вступать во взаимодействие с некоторыми другими фер­ментными системами, особенно ферментами, содержащими двухвалент­ное железо (цитохромоксидазная система). На основании результатов обширных экспериментальных исследований можно считать, что окись углерода способна нарушать функцию цитохромоксидазной системы парализуя течение обменных реакций в терминальной цепи биологиче­ского окисления. Следовательно, для отравления окисью углерода ха­рактерно развитие не только гемической, но и гистотоксической формы гипоксии.

Вполне понятно, что развитие тяжелого гипоксического состоя­ния приводит к глубоким нарушениям окислительных процессов, а это в свою очередь находит отражение в ограничении образования макроэргических фосфорных соединений, несущих необходимую для жизнедея­тельности организма энергию. Однако нарушения в энергетическом об­мене не ограничиваются уменьшением запасов энергетических ресур­сов, а распространяются также на процесс использования аккумулиро­ванной в макроэргических соединениях энергии. Имеются данные о способности окиси углерода подавлять активность фермента аденозинтрифосфатазы. Это заставляет рассматривать окись углерода в качестве токсического агента, в механизме действия которого нарушение процес­сов образования и использования энергии в тканях животного организма играет едва ли не ведущую роль. Действительно, при воздействии окиси углерода нарушается доставка кислорода к тканям, угнетается активность цитохромоксидазной системы, имеющей непосредственное отношение к процессам сопряженного окислительного фосфорилирования (второй и третий пункты накопления энергии), и, наконец, имеет место ингибирование аденозинтрифосфатазы, обеспечивающей освобождение накопленной энергии. В настоящее время имеется значительный экспе­риментальный материал о влиянии окиси углерода на самые различные ферменты, что, несомненно, находит отражение в динамике развития отравления. Но какими бы ни были нарушения в сфере других фермент­ных систем, основная угроза жизнедеятельности организма возникает в результате неполноценности энергетического обмена, обеспечивающего организм необходимой для сохранения жизни энергией.

Клиническая картина отравления

В зависимости от величины концентрации окиси углерода в воз­духе, длительности воздействия, а также индивидуальной чувствитель­ности организма человека отравление может протекать в различной клинической форме. Н.Н. Савицкий (1942) различает три степени отравления: легкая степень, без длительной потери сознания с явлениями спутанности мыслей, а иногда с кратковременным обморочным состоянием; средняя степень, когда возможна более или менее длительная потеря сознания; тяжелая степень, отличающаяся длительной потерей сознания или остановкой дыхания. Другие авторы (В.Ф. Мельникова, 1964) выделяют начальную стадию, стадию угнетения центральной нервной системы и третью — коматозную стадию.

Н.Н. Савицкий (1938) считает, что клиническая картина интокси­кации окисью углерода по развитию и симптоматике очень близка к картине острого кислородного голодания, которое возникает при вдыха­нии бедной кислородом газовой смеси, при горной или высотной болезни.

Начальными симптомами острого отравления окисью углерода являются мышечная слабость, особенно в ногах, нарушение координа­ции движений, головокружение, ослабление слуха. Как правило, появляются сильные головные боли, локализующиеся, в лобной и височной областях. Возникает ощущение беспокойства, чувство страха, учащается дыхание. Со стороны сердечно-сосудистой системы отмечаются учаще­ние пульса, заметная пульсация височных артерий. Даже небольшие мышечные усилия могут привести к резкому головокружению, а иногда и к кратковременной потере сознания. Эту особенность токсического действия окиси углерода Н.Н. Савицкий расценивает как отличие от обычного кислородного голодания, когда физическое напряжение лишь в редких случаях приводит к обмороку.

Большое значение в ранней стадии отравления имеют: расстрой­ства психики, которые весьма напоминают нарушения при кислородном голодании, прослеживается сходство с картиной алкогольного опьянения. При этом ведущими симптомами являются эйфория, потеря ориентации во времени и пространстве, проявление буйства При прекращении дальнейшего воздействия окиси углерода у отравленного отмечаются своеобразные провалы в памяти, он не помнит характера своих действий во время интоксикации.

Анализ содержания карбоксигемоглобина в крови, проведенный рядом исследователей, выявил довольно широкий диапазон значений, что, вероятно, также является отражением различной и индивидуальной чувствительности отравленных. Кроме того, ряд исследователей вообще отрицают наличие параллелизма между содержанием карбоксигемогло­бина в крови и клинической симптоматикой. Сопостав­ление различных литературных источников позволяет, однако, считать, что симптомы легкой степени отравления соответствуют содержанию карбоксигемоглобина порядка 10-30%.

Если пострадавший не будет удален из зараженной атмосферы, развивается вторая стадия интоксикации, которая характеризуется стойкой потерей сознания, хотя возможны и периоды просветления. Эту стадию некоторые авторы обозначают как стадию моторных нарушений. Вслед за потерей сознания начинают; развиваться тетанические судороги, начинающиеся с дистальных отделов конечностей и распространяющиеся на мышцы спины. Затем появляются тризм и опистотонус. Температура тела повышается до 38-40°, хотя описаны случаи и без температурного течения интоксикации. Слизистые оболочки и кожа бледны, но возможно появление своеобразной малиновой окраски. Зрачки расширены, почти не реагируют на свет. Могут иметь место непроизвольное мочеиспускание и дефекация.

После выноса пострадавшего из зараженной атмосферы судороги у него постепенно прекращаются, восстанавливается функция дыхания и кровообращения. Сознание возвращается значительно позже, иногда, даже через много часов после прекращения воздействия окиси углерода, при этом сам газ гораздо раньше выводится из организма.90% окиси углерода полностью выделяется в течение 7 часов. Так как возвращение сознания иногда наблюдалось даже через несколько суток, есть все основания считать, что длительность бессознательного периода определяется в первую оче­редь объемом и глубиной биохимических и функциональных наруше­ний в центральной нервной системе, которые возникают уже в началь­ном периоде воздействия окиси углерода.

Отравления средней степени тяжести, особенно если имелась длительная или многократная потеря сознания, сопровождаются разви­тием многочисленных функциональных нарушений в отдаленном пе­риоде после перенесенной интоксикации, которые подробнее будут ос­вещены в соответствующем разделе главы.

В случае дальнейшего поступления окиси углерода в организм развивается последняя коматозная стадия интоксикации. В этом периоде тетанические сокращения мышц сменяются их полным расслаблением, рефлексы полностью утрачиваются, дыхание становится поверхност­ным, аритмичным, иногда принимает характер чейн-стоксова. Смерть наступает от паралича дыхательного центра. Сердце еще некоторое вре­мя продолжает сокращаться, причем время переживания может дости­гать 5 и даже 8 минут.

При наличие в атмосфере высоких концентраций окиси углерода возможна апоплексическая фор­ма отравления, отличающаяся молниеносным характером течения. Описана синкопальная форма, при которой на первый план выступают симптомы поражения сердечно-сосудистой системы с после­дующим развитием коллапса. Следует отметить, что нарушения функ­ции сердечно-сосудистой системы вообще весьма характерны для от­равления окисью углерода, причем в первую очередь в патологический процесс вовлекаются сердечная мышца и капиллярное русло. Даже по­сле сравнительно легких отравлений описаны симптомы коронарной недостаточности и длительной функциональной лабильности сердечно­сосудистой системы. Поэтому можно ожидать, что у лиц с неполноцен­ной системой кровообращения отравление окисью углерода, особенно в тяжелой форме, может протекать по типу сосудистого коллапса. Нако­нец, нужно учитывать, что более тяжелому течению отравления с быст­рым смертельным исходом способствует истощение, нервное перена­пряжение, чрезмерная физическая нагрузка. Это нельзя не принимать во внимание, так как в военное время, особенно в условиях возникновения очагов массового поражения ядерным оружием, могут иметь место все перечисленные факторы.