Окись углерода с гемоглобином образует
Чтобы ваш летний отдых не получился угарным. В прямом смысле.
Летом многие стараются почаще и подольше бывать в краях непуганых коз и коров — в деревне или хотя бы просто на даче. Идеально, если там есть баня и какое-никакое отопление (мало ли какие заморозки ударят). Но уже при подготовке к дороге — в гараже, а потом на автостраде, в бане, в доме с печкой, даже в кальяне — нас подстерегает коварный и незаметный враг. Угарный газ.
Печальная статистика
Угарный газ, или моноксид углерода (его формула — СО) образуется при горении любых веществ и материалов, содержащих углерод. Это уголь, нефть, дрова, природный газ — всё, что сжигают для получения энергии. СО обильно выделяется при пожарах — многие жертвы погибают от него, а вовсе не от огня. Отравление угарным газом очень опасно для жизни и здоровья, оно легко приводит к летальному исходу.
Статистика говорит, что в России за последние 12 лет только из-за нарушений правил безопасности при обращении с отопительным оборудованием и газовыми плитами погибли 3364 человека. Половина из них умерли, отравившись угарным газом.
В других странах, особенно если там не слишком тёплый климат, а центрального отопления нет, ситуация не лучше. Например, в Великобритании ежегодно регистрируется в среднем 50 смертельных случаев бытовых отравлений СО — из-за неправильного использования каминов и других обогревательных систем.
Кроме бытовых, есть еще и производственные случаи отравления угарным газом: он используется в качестве сырья во многих химических производствах. Он — промежуточный реагент при реакциях с водородом, в которых получают органические спирты и неразветвленные углеводороды. А еще моноксидом углерода обрабатывают мясо и рыбу: это придает волокнам ярко-красный цвет и свежий вид, не изменяя вкуса.
Как работает «молчаливый убийца»
У СО нет ни вкуса, ни цвета, ни запаха, он не раздражает дыхательные пути и кожу, легко смешивается с воздухом. За это его и назвали «молчаливым убийцей».
Фатальное действие угарного газа основано на том, что он «сотрудничает» с гемоглобином. Этот белок находится в эритроцитах (красных кровяных тельцах). Именно благодаря ему мы дышим: гемоглобин подхватывает в легких кислород (и превращается в оксигемоглобин) и переносит его с током крови к органам и тканям человека.
СО связывается с гемоглобином прочнее и легче, чем кислород. Он образует карбоксигемоглобин, который ничем не может помочь организму, желающему дышать. Коварное вещество не отдает кислород, «запирает» в крови: ведет себя как собака на сене.
Кровь насыщается кислородом, становясь все краснее и краснее, а органы задыхаются. Смерть наступает от удушья, причем человек это замечает очень не сразу — можно дотянуть до того момента, когда помочь уже ничем нельзя.
Моя бабушка, которая больше половины своей жизни прожила в домах без центрального отопления, всегда предостерегала меня перед поездкой в деревню: «Смотри не угори». Сейчас печек стало меньше, глаголом «угорать» уже перестали пугать детей (по крайней мере, городских). Из-за этого многие (и не только дети) почему-то подумали, что угорать — это просто дезориентироваться в пространстве и времени без последствий. Сегодня это слово используют в контексте «смеяться, веселиться». Некоторые даже путают угарный газ с веселящим (хотя это совсем другое вещество, закись азота, N2O).
Мало кто задумывается о том, что даже «немножко угорев», надышавшись СО, можно получить необратимые повреждения мозга, и остаться на всю жизнь «угорелым». Практически как в анекдоте: «она теперь до сих пор в каске ходит и улыбается».
Коты, румянец и Чейн-Стокс: симптомы отравления
Начавшееся отравление диагностируется только по симптомам. Например, из-за кислородного голодания мозга развивается дезориентированность движений.
Помните народную метафору «метаться как угорелый»? Изначально в нее добавлялось слово «кот». Гоголь в «Ревизоре» об этом нам напоминает: «Что за ветреность такая! Вдруг вбежала как угорелая кошка». И действительно, кошки действительно начинают чувствовать симптомы отравления угарным газом раньше — просто они весят намного меньше нас. Аномальное поведение угорелых котов в свое время спасло немало семей.
У «молчаливого» убийцы жестокое чувство юмора — благодаря тому, что кровь прололжает насыщаться гемоглобином, у жертв сохраняется здоровый румянец. Поэтому и сложно со стороны диагностировать отравление и удушье, ведь в большинстве случаев при нехватке кислорода человек бледнеет или даже синеет.
Несмертельные отравления угарным газом могут вызывать тошноту, головокружение и нарушения работы мозга. Если человек получил большую дозу (например, долго находился в бане с горящими дровами и закрытой заслонкой печи), у него могут появиться галлюцинации, он теряет сознание, начинаются конвульсии и развивается дыхание Чейна-Стокса.
Раздеть, накрыть, угостить чашечкой кофе: как помочь угоревшему
При первом же подозрении на отравление угарным газом надо вызывать скорую помощь. Антидота, нейтрализующего действие СО, не существует: вся медицинская помощь будет сводиться к тому, чтобы максимально насытить кислородом оставшийся в рабочем состоянии гемоглобин.
До приезда скорой надо обеспечить пострадавшему возможность дышать полной грудью: снять тесную одежду, обязательно вынести на свежий воздух. Если он в сознании и способен глотать — напоите его кофе или крепким чаем: кофеин стимулирует дыхательный центр в мозге.
Обязательно накройте человека одеялом или теплой одеждой: при отравлении моноксидом углерода нарушается терморегуляция, и можно переохладиться, даже если температура комфортна для здоровых людей.
Внимание: все эти меры помогут лишь при легкой степени воздействия СО. Угарный газ — очень сильный яд, и при тяжелом отравлении медицина, увы, бессильна.
Как правильно предохраняться
Надеюсь, что достаточно вас напугал, и теперь вы понимаете, почему надо внимательно относиться к профилактике отравления угарным газом.
Во-первых, нужно регулярно проверять отопительную технику, если вы обогреваетесь не стандартными городскими батареями, а, например, газовым котлом или русской печью. Вызывайте специалистов примерно раз в год, пусть проводят полную инспекцию.
Во-вторых, если вы топите баню, ни в коем случае не находитесь в ней, когда заслонка печи закрыта, а угли еще красные: это значит, что процесс горения еще не кончился, СО еще выделяется, но в трубу не уходит, а остается внутри помещения.
В-третьих, нельзя перекрывать всю вентиляцию в помещении. Даже ради экономии тепла.
В-четвертых, если у вас коттедж или дачный дом с собственной системой отопления — вы автоматически в группе риска. Установите в доме датчики угарного газа.
Если зафиксирована утечка, срочно покидайте помещение. Вас не защитят респиратор или даже противогаз с угольным фильтром — молекула угарного газа очень маленькая, она легко пройдет через фильтры.
Если дома с печкой у вас нет, не торопитесь расслабляться. Особенно если любите кальян. В процессе курения можно запросто получить легкое отравление угарным газом. Головные боли, головокружение, тошнота, сонливость после кальяна — его яркие симптомы. Угарный газ в этом случае накапливается, если в кальян поступает недостаточно кислорода.
Когда угарный газ — друг
Моноксид углерода — не абсолютный враг, все дело опять в дозировке. Он вырабатывается и организмом человека. Скорее всего, этот атавизм остался нам от далеких-далеких предков, которые еще только вышли из воды на сушу. В те времена в атмосфере было очень много СО, и некоторые базовые биологические механизмы зародились именно тогда, с использованием этой молекулы.
Мы вырабатываем 3–6 мл угарного газа в день (такой СО называется эндогенным), а если в организме есть воспаления — то и больше. Эндогенный угарный газ служит человеку: он регулирует кровяное давление при стрессах. Есть данные о том, что он участвует в защите нервных клеток при апоплексии и болезни Альцгеймера.
Оксид углерода (угарный газ, СО) обладает гораздо большим сродством к гемоглобину, чем кислород. Даже при крайне низких парциальных давлениях СО гемоглобин превращается в карбоксигемоглобин: Нb+СО Þ НbСО. Равновесие этой реакции значительно смещено вправо, поэтому кривая диссоциации карбоксигемоглобина имеет очень крутой наклон. Высокое сродство оксида углерода к гемоглобину обусловлено тем, что СО диссоциирует от НЬ гораздо медленнее, чем О2. Максимально эффективная концентрация для СО составляет 30 частей на миллион, что соответствует 0,003 объемных %. В артериальной крови человека, пребывающего достаточно долго в среде с таким содержанием СО, на долю НЬСО приходится около 5% общего содержания гемоглобина. Парциальные давления СО и О2, при которых содержание соответственно НbСО и НbО2 составляет по 5%, соотносятся как 1:350. Иными словами, в данных пределах парциальных давлений сродство Нb к СО примерно в 35O раз выше, чем к О2.
Токсичность оксида углерода обусловлена именно высоким сродством этого соединения к гемоглобину. СО представляет собой газ без цвета и запаха, образующийся при неполном сгорании органических веществ. Иногда он входит в состав бытового газа; кроме того, он выделяется при работе двигателей внутреннего сгорания. Даже при низких концентрациях СО вытесняет кислород из соединения с гемоглобином, при этом последний теряет способность к переносу О2. В норме на долю НbСО приходится лишь 1% общего количества гемоглобина в крови; у курильщиков же к вечеру она достигает 20%. Об опасности, которую угарный газ представляет для автомобилистов, говорит тот факт, что на дорогах с особенно интенсивным движением содержание СО в воздухе достигает 3-10 ч. При такой концентрации СО шахтерам положено надевать дыхательные аппараты.
Токсичность угарного газа обусловлена не только блокированием гемоглобина, но и другим эффектом. Когда часть гемоглобина превращается в НbСО, кривая диссоциации оксигемоглобина (для гемоглобина, еще не блокированного СО) сдвигается влево и может в итоге приобретать форму гиперболы. В результате происходит еще большее снижение напряжения О2 в тканевых капиллярах.
При тяжелом отравлении угарным газом, отличительным признаком которого служит вишнево-красная окраска крови, жизнь пострадавшего можно спасти путем немедленного применения искусственного дыхания, по возможности с чистым кислородом. При этом напряжение кислорода в крови увеличивается, и О2 частично вытесняет СО из связи с гемоглобином. Рекомендуется также переливание большого количества крови, так как при этом в кровь пострадавшего поступает гемоглобин, способный переносить кислород.
Перенос СО2 кровью. Формы транспорта СО2.
Диоксид углерода (СО2, углекислый газ) ― конечный продукт окислительного метаболизма в клетках ― переносится с кровью к легким и удаляется через них во внешнюю среду. Подобно кислороду, диоксид углерода может переноситься как в физически растворенном виде, так и в составе химических соединений. Химическое связывание СО2 ―более сложный процесс по сравнению со связыванием кислорода. Это обусловлено тем, что механизм, отвечающий за транспорт СО2, должен одновременно обеспечивать поддержание постоянства кислотно-щелочного равновесия крови и тем самым внутренней среды организма в целом.
Связывание СО2. Напряжение СО2 в артериальной крови, поступающей в тканевые капилляры, составляет 40 мм рт.ст. (5,3 кПа). В клетках же, расположенных около этих капилляров, напряжение СО2 значительно выше, так как углекислый газ постоянно образуется в процессе метаболизма. В связи с этим физически растворенный СО2 диффундирует по градиенту напряжения из тканей в капилляры. Здесь некоторое количество углекислого газа остается в растворенном состоянии, но большая часть СО2 претерпевает ряд химических превращений. Прежде всего, происходит гидратация молекул СО2 с образованием угольной кислоты, сразу же диссоциирующей на ион бикарбоната и протон:
В плазме крови эта реакция протекает очень медленно; в эритроците же она ускорена примерно в 10 тыс. раз. Это связано с действием фермента карбоангидразы. Поскольку этот фермент присутствует только в эритроцитах, практически все молекулы СО2, участвующие в реакции гидратации, должны сначала проникнуть в эритроциты.
Роль разных форм СО2 в газообмене. В крови, поступающей к тканям, напряжение СО2 составляет 40 мм рт.ст. Проходя через них, кровь насыщается углекислым газом, и напряжение его в оттекающей из тканей крови достигает в среднем 46 мм рт.ст. При этом 1 л крови поглощает примерно 1,8 ммоль СО2. Около 12% этого количества остается в физически растворенном виде или в форме недиссоциированной угольной кислоты, 11% образует карбаминовое соединение с гемоглобином, 27% транспортируется в виде бикарбоната в эритроцитах, а остальное количество ― около 50% ― растворено в виде НСО3¯ в плазме. При прохождении крови через легкие СО2 высвобождается из этих четырех форм в таком же соотношении.
Сатурационные кривые СО2
Зависимость содержания СО2 от его напряжения. Общее содержание диоксида углерода в крови складывается из концентраций физически растворенного и форм химически связанного СО2 ― угольной кислоты, карбамата и бикарбоната. Большая часть СО2 присутствует внутри и вне эритроцитов в форме бикарбоната. При повышении РСО2 содержание всех этих форм СО2 увеличивается.
Связь между концентрацией в крови и парциальным давлением СО2 описывается сатурационной кривой, сходной с кривой диссоциации оксигемоглобина. Зависимость связывания СО2 от степени оксигенации гемоглобина называют эффектом Христиансена-Дугласа-Холдена «или кратко эффектом Холдена.
Существует принципиальная разница между сатурационными кривыми связывания СО2 и кривыми диссоциации оксигемоглобина. Кривые диссоциации НbО2 асимптотически приближаются к максимуму, а связывание СО2 не достигает насыщения. По мере увеличения парциального давления СО2 количество связанного СО2 постоянно возрастает, так как образование бикарбоната в крови практически не лимитировано.
Физиологическое значение эффекта Христиансена-Дугласа-Холдена. При рассмотрении процессов поступления СО2 в кровь из тканей и его высвобождения в легких следует помнить о том, что эти процессы происходят одновременно с обменом О2. Изменения в насыщении гемоглобина кислородом влияют на связывание СО2 кровью и тем самым на его обмен.
К тканевым капиллярам обычно притекает полностью оксигенированная кровь. По мере того как кровь проходит через капилляры и кислород выходит из нее в ткани, способность крови поглощать СО2 увеличивается. Таким образом, эффект Христиансена-Дугласа-Холдена способствует поглощению СО2 кровью в тканях. В легких происходят обратные процессы. В результате того, что в кровь поступает кислород, ее сродство к углекислому газу снижается, и тем самым облегчается диффузия СО2 в альвеолы. Итак, мы убедились в том, что как при поступлении СО2 в кровь из тканей, так и при выделении его в легких эффект Христиансена-Дугласа-Холдена способствует диффузионному обмену этого газа.
Отравление угарным газом. КарбоксигемоглобинемияКлассическим примером повреждающего действия на кровь с нарушением ее дыхательной функции, обусловленным инактивацией кровяного пигмента — гемоглобина, служит образование карбоксигемоглобина (НbСО) под влиянием оксида углерода. Превращение гемоглобина в НbСО приводит к изменению спектральных характеристик крови, что легло в основу количественного определения его в крови. НbСО образуется в результате взаимодействия оксида углерода (СО) с железом гемоглобина, что лишает его способности к оксигенации, приводит к нарушению транспортной функции и как результат вызывает развитие гемической гипоксии. Появление НbСО служит следствием поступления СО в легкие с вдыхаемым воздухом. Образование НbСО начинается с периферии эритроцитов уже в легочных капиллярах. В дальнейшем с увеличением содержания СО во вдыхаемом воздухе НbСО образуется не только в периферических отделах эритроцита, но и в центральных его отделах. Причем скорость образования НbСО прямо пропорциональна величине концентрации СО во вдыхаемом воздухе, а максимум его в крови определяется временем контакта. Способность гемоглобина связывать 02 и СО одинакова при условии, что 1 г гемоглобина может связывать 1,33—1,34 мл 02. Эта зависимость носит название константы Хюфнера. Вместе с тем сродство гемоглобина к СО в 250—300 раз больше, чем к 02. Примечательно, что оболочка эритроцитов служит своего рода защитным барьером при образовании НbСО, так как во взвеси эритроцитов этого деривата гемоглобина образуется на 20 % меньше, чем в растворе гемоглобина. Валентность железа в НbСО остается неизмененной, происходит лишь перестройка связей Fe2+. Все непарные электроны участвуют в образовании НbСО. Параллельно с образованием связей между СО и Fe2+ изменяется характер связи железа с глобином и порфирином. Она теряет свой ионный характер и превращается в ковалентную. Взаимодействие СО с Нb02 выражается взаимно сопряженными реакциями. нbо2 + со -> нbсо + о2
Скорость этих реакций и образование НЬСО определяются парциальным давлением СО и О2 в воздухе. При этом количество образовавшегося НbCO мо пропорционально давлению СО в окружающей среде и обратно пропорционально давлению 02. Несмотря на высокое, как указывалось выше, сродство СО к гемоглобину, ассоциация его с гемоглобином происходит в 10 раз медленнее, чем таковая с 02. Однако при этом диссоциация HbСО протекает в 3600 раз медленнее, чем диссоциация Нb02. По этой причине HbCO очень быстро накапливается в крови даже при сравнительно небольшом содержании СО во вдыхаемом воздухе. Таким образом, помимо выключения части гемоглобина из транспорта кислорода, еще одним патогенетически важным звеном в нарушении дыхательной функции крови на фоне карбоксигемоглобинемии служит замедление диссоциации оксигемоглобина под влиянием НЬСО, что известно под названием эффекта Холдена. Так в физиологических условиях повышение концентрации С02 в крови способствует ускоренному отщеплению 02 от НЬ02, при наличии НЬСО этот сбалансированный процесс нарушается. Принято считать, что суть эффекта Холдена заключается в том, что при взаимодействии СО с гемоглобином поступивший в кровь СО соединяется только с 3 из 4 атомов железа в молекуле гемоглобина, тогда как с 4-м атомом железа соединяется 02, сродство которого к этому атому железа резко возрастает, что, естественно, затрудняет диссоциацию оксигемоглобина. Еще одним причинным фактором угнетения диссоциации Нb02 под влиянием СО служит снижение уровня промежуточного метаболита 2,3-дифосфоглицерата, который образуется в процессе реакции гликолиза. 2,3-Дифосфоглицерат обладает способностью усиливать процесс диссоциации НbСО за счет вызываемых им конформационных изменений гемоглобина, поэтому естественно, что дефицит этого метаболита косвенно тормозит высвобождение 02 из Нb02. Итак, основным пусковым механизмом развития специфической гемической гипоксии при отравлении СО является образование НbСО, который утрачивает способность переносить кислород в сочетании с угнетающим влиянием на процесс диссоциации Нb02. Неопровержимое доказательство того, что первопричиной развития СО-интоксикации является карбоксиге-моглобинемия, — прямая зависимость между уровнем НbСО в крови и тяжестью интоксикации. Так, по данным V.E.Henderson, при содержании НbСО в крови, равном 10 %, отмечена лишь одышка при физическом напряжении, при 40—50 % НbСО появляются явные признаки интоксикации: головная боль, помрачение сознания вплоть до его потери, концентрация НbСО в крови свыше 60 % ведет к летальному исходу. Во всяком случае у людей, впадающих в коматозное состояние или погибающих от острого отравления СО, содержание НbСО, как правило, не менее 50 %. Однако не всегда прослеживается прямая связь между содержанием в крови НbСО и тяжестью отравления. Известны случаи, когда тяжелая форма отравления развивалась уже при 20 % НbСО и, наоборот, при 60 % НbСО встречаются легкие формы отравления. Во многом это объясняется достаточно большой индивидуальной чувствительностью к СО, которую связывают с генетическим фактором. – Также рекомендуем “Диагностика карбоксигемоглобинемии. Изменения красной крови при карбоксигемоглобинемии” Оглавление темы “Алкилирующие яды. Отравление угарным газом”: |