Otrava oxidem uhelnatým, methemoglobinémie a další otravy blokující hem
| Stránky: | POSTUDIUM |
| Kurz: | Otrava oxidem uhelnatým, methemoglobinémie a další otravy blokující hem |
| Kniha: | Otrava oxidem uhelnatým, methemoglobinémie a další otravy blokující hem |
| Vytiskl(a): | Nepřihlášený host |
| Datum: | středa, 17. září 2025, 04.24 |
1. Otrava látkami s vazbou na hem
Hem je prostetická skupina tzv. hemoproteinů. Tvoří ho tetrapyrolový (porfyrinový) cyklus mající ve svém středu atom železa v dvojmocné formě (obrázek 1.1). Červená barva hemu a tedy i hemoproteinů je způsobena systémem konjugovaných dvojných vazeb.
Obr. 1.1. Vzorec hemu
Hemoproteiny zajišťují v organismu:
transport kyslíku (hemoglobin v erytrocytech) a jeho uskladnění (myoglobin ve svalech);
oxidaci nebo hydroxylaci četných substrátů (včetně léků); sem patří cytochrom P450, kataláza, peroxidáza, cytochrom c oxidáza aj.;
transport elektronů v mitochondriích při tkáňovém dýchání (cytochromy); zatímco v hemoglobinu a myoglobinu je železo dvojmocné, v cytochromech mění mocenství (Fe2+ ↔ Fe3+ + e-).
Hem obsahují i některé další enzymy, jako je syntáza oxidu dusnatého, solubilní guanylylcykláza aj.
Největší množství hemu je součástí hemoglobinu, který zajišťuje transport kyslíku krví ke tkáním. Centrální atom hemu v hemoglobinu představuje železo v dvojmocné formě, Fe(II); může se oxidovat na Fe(III) a mohou se na něj vázat různé látky, které znemožňují vazbu kyslíku. K těmto látkám patří např. oxid uhelnatý, ale i sirovodík a kyanovodík.
1.1. Methemoglobinémie
Methemoglobinémie je stav potenciálně život ohrožující, kde roste v krvi koncentrace methemoglobinu na úkor hemoglobinu. Methemoglobin – na rozdíl od hemoglobinu i oxyhemoglobinu – obsahuje trojmocné železo a není schopen přenášet kyslík.
Methemoglobin se tvoří v malé míře fyziologicky při oxidaci dvojmocného železa hemoglobinu volnými radikály, které vznikají při metabolismu buněk. Tvoří se i při uvolňování kyslíku z oxyhemoglobinu v tkáních, kdy elektron není znovu zachycen atomem železa, to pak tedy zůstává ve formě Fe3+. Takový proces se označuje jako autooxidace. Udává se, že za den se autooxidací vytvoří 3 % methemoglobinu. Vzhledem k tomu, jak je pro nás dodávka kyslíku důležitá, má organismus obranné mechanismy, které zajišťují, že většina methemoglobinu se přemění zpět na hemoglobin. Běžné hodnoty methemoglobinu se proto pohybují kolem 1 – 2 % celkového hemoglobinu.
Patologická methemoglobinémie může být získaná nebo jde o vrozenou vadu metabolismu.
1.2.1. Mechanismus přeměny methemoglobinu zpět na hemoglobin
Aby se methemoglobin změnil na hemoglobin, musí být jeho Fe3+ redukováno, tj. musí získat elektron. Nejčastěji je využíván systém zvaný NADH-dependentní cytochrom b5-methemoglobin reduktáza (methemoglobinreduktáza). Systém obsahuje tři hlavní komponenty: NADH, protein obsahující hem (cytochrom b5) a enzym cytochrom b5 reduktázu. Elektronovým dárcem je NADH, produkt glykolýzy. Elektrony přecházejí z NADH na cytochrom b5 a končí na methemoglobinu.
Alternativní cestou redukce methemoglobinu je NADPH-metHb reduktáza, která využívá NADPH vytvořený působením glukóza-6-fosfátdehydrogenázy (G6PD). Za fyziologických podmínek je tato cesta využívána jen v omezeném množství, může však být posílena přítomností exogenních dárců elektronů, jako je methylenová modř, využívaná při léčbě methemoglobinémie.
V menší míře může methemoglobin redukovat i redukovaný glutathion nebo kyselina askorbová.
1.2.2. Získaná methemoglobinémie
Získaná methemoglobinémie je výsledkem expozice látkám, které přímo či nepřímo způsobují oxidaci hemoglobinu. Expozice vede k produkci methemoglobinu a methemoglobinémie nastává, pokud rychlost oxidace hemoglobinu na methemoglobin převyšuje schopnost těla měnit železo v hemoglobinu zpět na dvojmocné, tedy pokud převyšuje redukční kapacitu enzymu methemoglobinreduktázy v erytrocytech. Některé látky mají přímý oxidační účinek, zatímco jiné působí přes metabolický produkt.
Následující tabulka přináší přehled látek, které mohou vyvolat methemoglobinémii.
Tabulka 1.3. Látky, které mohou vést k methemoglobinémii
Acetanilid | Mafenid acetát | Fenacetin |
Kyselina 4-aminosalicylová | Menadion | Fenazopyridin |
Dusitan amylnatý | Metoklopramid | Prilocain |
Anilin | Naftalen | Primachin |
Benzokain | Naftochinon | Resorcinol |
Chlorochinon | Oxid dusnatý | Dusitan sodný |
Klofazimin | Nitrobenzen | Dusičnan sodný |
Dapson | Nitroethan | Lidokain |
Hydroxylamin | Nitrofuran | Valproát |
Izobutylnitrit | Nitroglycerin | Sulfoamidová antibiotika |
Paraquat | Nitroprusid | Trinitrotoluen |
Nejčastější příčiny methemoglobinémie probereme podrobněji. Je třeba zdůraznit, že pro nízkou aktivitu methemoglobinreduktázy jsou mnohem více ohroženi kojenci a batolata ve srovnání s dospělými.
Z léků je třeba zmínit lokální anestetika (především benzokain a prilokain), fenacetin resp. jeho metabolity a dapson, užívaný k léčbě lepry.
Methemoglobin může vzniknout při inhalaci amylnitritu (zneužívaná droga).
Závažnou příčinou methemoglobinémie u kojenců mohou být dusičnany a dusitany obsažené v potravinách a vodě. Dusičnany, obvykle obsažené v zelenině, samy o sobě k přeměně hemoglobinu na methemoglobin nevedou, způsobují ji jejich metabolity (dusitany, oxid dusnatý a nitrososloučeniny). Jsou užívány i ke konzervaci masa, uchovávají jeho červenou barvu. Obsah dusičnanů v zelenině závisí na způsobu hnojení, způsobu skladování a přípravy jídla (homogenizace, vaření). Na přeměně dusičnanů na dusitany se podílejí i bakterie v trávicím traktu dítěte. Jsou určeny limity obsahu dusičnanů a dusitanů v potravě a jejich denního příjmu.
1.2.3. Vrozená (geneticky podmíněná) methemoglobinémie
Dědičná methemoglobinémie je vzácné autozomálně recesivní porucha, způsobená mutacemi v genu enzymu cytochrom b5 reduktázy.
Onemocnění se dělí podle mutací na typ I a typ II. Běžnější je typ I, který snižuje aktivitu nebo stabilitu enzymu v červených krvinkách. Následkem je neúčinná přeměna železa z železitého na železnaté, takže dochází k 10 – 50% zvýšení methemoglobinu v krvinkách. Lidé mají obvykle od narození cyanózu, můžou pociťovat slabost či dušnost způsobenou nedostatkem kyslíku ve tkáních. Mohou mít také celoživotně modravě zbarvenou pleť, obvykle však mají normální délku života. Bylo tomu tak například u rodiny z Kentucky, viz obr. 1.6.
Obr. 1.6. „Blue people“, rodina s vrozenou methemoglobinémií
Methemoglobinémie typu II jsou obvykle způsobeny mutací, která vede k úplné ztrátě aktivity enzymu. Důsledkem je až 70% zvýšení podílu methemoglobinu v červených krvinkách. Enzym však chybí i v jiných buňkách, včetně mozkových. Tato forma je proto spojena s mentální retardací a řadou neurologických abnormalit. Děti s recesivní vrozenou methemoglobinémií typu II mají těžké malformace a obvykle nedožijí dospělosti.
Další geneticky podmíněnou methemoglobinémií jsou varianty hemoglobinu se strukturálními abnormalitami v globinové části molekuly, kdy je hemové železo stabilnější v trojmocném stavu a rozvíjí se methemoglobinémie. Heterozygoti s hemoglobinem M mají zvýšenou hladinu MetHb a určitý stupeň cyanózy, jinak jsou asymptomatičtí, homozygotní stav není slučitelný se životem.
1.2.4. Příznaky methemoglobinémie
Methemoglobinémie může být akutní nebo chronická. Příznaky úzce souvisejí s hladinou methemoglobinu, ale jsou také pod vlivem dalších faktorů, jako je celková hladina hemoglobinu a kardiovaskulární a respirační funkce. Za fyziologickou hladinu v krvi se považuje hladina do 2 %. Mírná methemoglobinémie od 2 do 10 % je obecně dobře snášena a u jinak zdravého jedince je asymptomatická. Typickou známkou je cyanóza. Další příznaky v závislosti na koncentraci methemoglobinu přináší tabulka 1.4. Analýza krevních plynů ukáže metabolickou laktátovou acidózu způsobenou anaerobním buněčným metabolismem. Hladina methemoglobinu nad 70 % je zpravidla pro pacienta fatální.
Tabulka 1.4. Klinické projevy methemoglobinémie v závislosti na koncentraci MetHb
Hladina MetHb | Symptomy |
< 10 % | asymptomatický |
10 – 20 % | cyanóza |
20 – 30 % | úzkost, bolesti hlavy, námahová dyspnoe |
30 – 50 % | vyčerpání, zmatenost, závratě, tachypnoe, palpitace |
50 – 70 % | bezvědomí, křeče, arytmie, acidóza |
> 70 % | smrt |
U dospělých jedinců je nejasné, proč se některým vyvine symptomatická methemoglobinémie, zatímco jiným nikoliv, a to přes vystavení účinkům stejných oxidačních chemikálií či léků. Novorozenci jsou však jasně fyziologicky znevýhodněni. Existují dva hlavní důvody, které zapříčiňují jejich zvýšenou citlivost. Prvních 3 – 6 měsíců života obsahují krvinky novorozence spíše fetální hemoglobin (HbF) než dospělý hemoglobin (HbA); fetální hemoglobin je snáze oxidován na methemoglobin. Druhým ohrožujícím faktorem je výrazně nižší aktivita enzymu červených krvinek cytochrom b5 reduktázy, který je potřebný k přeměně methemoglobinu na hemoglobin.
1.2.5. Diagnostika methemoglobinémie
Orientační testy průkazu methemoglobinu se už neužívají. Běžná pulzní oxymetrie nedovede spolehlivě methemoglobin odlišit, moderní pulzní oxymetry pracující při více vlnových délkách ho již spolehlivě detekují.
V laboratoři se methemoglobin stanoví spolu s dalšími deriváty hemoglobinu na CO-oxymetru, tj. měřením absorbance hemolyzátu krve při sadě vlnových délek (podrobnosti v kapitole 1.1.6.1.)
1.2.6. Léčba methemoglobinémie
1.2. Otrava oxidem uhelnatým
Otrava oxidem uhelnatým stále patří k nejčastějším, navíc v mnoha případech končí smrtí. Z tohoto důvodu probereme tuto problematiku podrobněji.
1.1.1. Vlastnosti oxidu uhelnatého
Molekula oxidu uhelnatého (CO) je tvořena jedním atomem uhlíku a jedním atomem kyslíku, které mezi sebou mají trojnou vazbu. Oxid uhelnatý je plyn bez barvy a zápachu, hořlavý, o hustotě o něco menší, než je hustota vzduchu (0,9667krát). Pro náš organismus je vysoce toxický, navíc pro výše uvedené vlastnosti ho neodhalíme čichem ani zrakem.
1.1.2. Příčiny otravy a frekvence oxidem uhelnatým
Koncentrace oxidu uhelnatého se v běžném prostředí pohybuje kolem 0,001 % neboli 10 ppm (parts per milion), ve městě je vzhledem k lidské činnosti koncentrace vyšší, a to až dvacetinásobně. Pro srovnání může kouřový plyn v komínu obsahovat až 5 000 ppm. CO se tvoří nedokonalým spalováním dřeva, uhlí, organických materiálů či fosilních paliv, a to především ve spalovacích motorech. Zda se bude tvořit CO nebo CO2, závisí na přítomnosti kyslíku, čase hoření a na teplotě spalování. S omezením kyslíku a při nižší teplotě bude vznikat s největší pravděpodobností jedovatý oxid uhelnatý. V přírodě se obrovské množství uvolňuje při lesním požáru, vypalování pralesů nebo sopečné erupci.
Otrava vzniká ve chvíli, kdy inhalujeme vzduch obsahující toxickou koncentraci CO. Je to jedna z nejčastějších nahodilých otrav na světě. Za nejčastější zdroj se považují spotřebiče na propan-butan a zemní plyn, které se často nachází v malých nevětraných místnostech, jako je koupelna, kotelna nebo garáž. Není tam zpravidla dostatek kyslíku a dochází k nedokonalému spalování a uvolňování toxického plynu. Dříve byl zdrojem náhodných, ale i úmyslných otrav (sebevraždy) svítiplyn, jehož významnou složkou byl právě oxid uhelnatý.
Zplodiny spalovacích motorů jsou jedním z hlavních zdrojů CO. Pokud bychom se jim vystavili v uzavřené garáži, mohlo by k fatální otravě dojít již během 10 minut.
Mezi další závažné zdroje řadíme kouřové zplodiny při hoření v krbech, pokud odvod kouře není dostatečný, vysoké pece při výrobě oceli, požáry uvnitř budov nebo doutnání uhlí v dolech, kdy se kouř zdržuje v důlních šachtách. Zdrojem oxidu uhelnatého je i tabákový kouř; zejména mezi mladými je stále oblíbenější kouření vodní dýmky, která taktéž může způsobit intoxikaci.
1.1.3. Mechanismus působení oxidu uhelnatého na molekulární úrovni
Oxid uhelnatý se velmi silně váže na hem, který je součástí hemoproteinů. Při vazbě na hemoglobin vzniká karbonylhemoglobin (COHb). Oxid uhelnatý soutěží s kyslíkem o vazbu na hemoglobin, ale vzhledem k jeho až 250krát větší afinitě tento souboj vyhrává (obr. 1.2). Dochází tak ke vzniku nefunkční formy hemoglobinu, který má menší schopnost transportovat kyslík do tkání, a vzniká tkáňová hypoxie s rozvojem laktátové acidózy.
Obr. 1.2. Saturační křivka hemoglobinu (srovnání saturace kyslíkem a oxidem uhelnatým)
Patofyziologické účinky oxidu uhelnatého jsou však mnohem širší než jeho vazba na hemoglobin. Oxid uhelnatý se může vázat na cytochromy a cytochromoxidázu v mitochondriích a tím způsobit respirační dysfunkci, jež může vést k nevratnému poškození buněk. S afinitou 60krát silnější než kyslík se CO váže na myoglobin. Vazba na myoglobin v srdečním svalu vyvolává depresi myokardu, hypotenzi a arytmii. V neposlední řadě oxid uhelnatý podporuje tvorbu kyslíkových radikálů, následuje reverzibilní demyelinizace mozku.
1.1.4. Příznaky otravy oxidem uhelnatým
Intoxikace způsobené oxidem uhelnatým mají rozmanité příznaky; je proto velmi důležité, aby zejména zdravotnický personál myslel na tuto možnost při diagnóze pacienta. Odhaduje se, že až ve 30 % případů s nespecifickými projevy je diagnóza přehlížena a často zaměňována za onemocnění jako chřipka, gastroenteritida, migréna, otrava alkoholem a další.
Nejvíce ohroženými skupinami jsou kojenci, děti, starší pacienti, pacienti s kardiovaskulárním onemocněním, anémií, plicním onemocněním a těhotné ženy včetně jejich plodu.
Závažnost otravy přímo závisí na množství CO ve vdechovaném vzduchu, trvání expozice, tělesné aktivitě a zdravotním stavu jedince. Může se vyvinout poškození myokardu, a to bez jakýchkoliv systémových příznaků. Nejčastější příčinou úmrtí je srdeční zástava způsobená komorovou arytmií. Obvykle má mírnější průběh krátká expozice vyšší koncentraci CO než dlouhodobé vystavení se nižší koncentraci CO. Mezi mírnější příznaky patří únava, nevolnost, zvracení, závratě, bolest na hrudi a slabost. Při závažnější intoxikaci můžeme pozorovat neurologické příznaky, poruchy vědomí až kóma, parestézie, selhání orgánů. Nemocný nemá cyanózu, typické je naopak růžové zbarvení kůže.
Symptomy otrav v závislosti na koncentraci COHb v krvi shrnuje tabulka 1.1.
Tabulka 1.1. Symptomy otrav v závislosti na koncentraci COHb v krvi
Koncentrace COHb | Příznaky |
10 – 20 % | nevolnost, únava, zmatenost, tachypnoe |
21 – 30 % | bolest hlavy, dušnost, angina pectoris, svalová slabost, snížené smyslové vnímání |
31 – 40 % | závratě, zmatenost, zvracení, poškození zraku, problematické rozhodování |
41 – 50 % | mdloby, kolaps, tachykardie, tachypnoe, zmatenost |
51 – 60 % | záchvat, kóma, těžká acidóza |
> 60 % | smrt |
Podle klinických příznaků jsou rozlišovány čtyři stupně otravy, které obvykle korelují s koncentrací COHb v krvi. Jak již bylo zdůrazněno, význam pro tíži otravy však má nejen koncentrace COHb v krvi, ale i délka expozice. Toto rozdělení je často využíváno, protože je zde hodnocen stav vědomí, neurologické příznaky, vegetativní, respirační a kardiovaskulární systém (tabulka 1.2).
Tabulka 1.2. Ostravská klasifikace otravy oxidem uhelnatým
Stadium | Vědomí | Neurologický nález | Vegetativní poruchy | Oběh | Dýchání |
I. | při vědomí | negativní | bolest hlavy, nauzea, zvracení | beze změn | beze změn |
II. | při vědomí | pozitivní extrapyramidové, pyramidové příznaky | bolest hlavy, nauzea, zvracení | beze změn | beze změn |
III. | somnolence, sopor | pozitivní extrapyramidové, pyramidové příznaky | zvracení | hypertenze, tachykardie | hyperventilace |
IV. | kóma | pozitivní extrapyramidové, pyramidové příznaky | nelze posoudit | hypertenze, tachykardie, hypotenze, bradykardie, asystolie | hyperventilace, hypoventilace |
Jak již bylo uvedeno, závažná je otrava oxidem uhelnatým v těhotenství. Vzhledem k výrazně vyšší afinitě oxidu uhelnatého k fetálnímu hemoglobinu bude při otravě matky hladina fetálního karbonylhemoglobinu mnohonásobně vyšší, a přitom jeho clearance je 5krát pomalejší. Udává se, že fetální hodnota COHb se dostane do normálu až po 40 hodinách od normalizace stavu matky. Postižení plodu proto může nastat, i když hladina CO matky není toxická. Expozice oxidu uhelnatému může mít teratogenní účinky, vést k psychomotorickým poruchám, poruchám růstu nebo k potratu.
1.1.5. Epidemiologie a incidence otrav oxidem uhelnatým
V USA je ročně pro podezření na otravu oxidem uhelnatým ošetřeno více než 50 tisíc osob, ve Velké Británii 25 tisíc osob, ve Francii 5 – 8 tisíc osob. V České republice je bohužel velmi nízká úroveň znalostí a informovanosti o nebezpečí této závažné otravy. Celkové množství případů otravy oxidem uhelnatým je v naší republice odhadováno na 1 – 1,5 tisíce ročně, počet hospitalizovaných kolísá mezi 200 – 300, počet zemřelých je 110 – 140 ročně. Dá se předpokládat, že vzhledem k nespecifickým příznakům bude skutečný počet otrav ještě vyšší. Nejvíce intoxikací připadá na listopad – leden, téměř 70 % otrav nastává večer a v noci. Jako zdroj intoxikace je v 60 – 90 % uváděn problematický provoz plynových ohřívačů vody v koupelnách a plynových zařízení na vytápění bytů.
1.1.6. Karbonylhemoglobin
V této kapitole probereme metody, užívané ke stanovení karbonylhemoglobinu v krvi, a vyjadřování jeho koncentrace.
1.1.6.1. Stanovení karbonylhemoglobinu
Stanovení karbonylhemoglobinu je možné v odebrané krvi nebo neinvazivním způsobem.
Pro stanovení hodnot COHb v krvi je potřeba odebrat nesrážlivou krev pomocí antikoagulačních činidel. Využívají se zkumavky s draselnou solí kyseliny etylendiaminotetraoctové (K3EDTA), heparinem nebo citrátem, které se po odběru musí promíchat, avšak nikdy se s nimi nesmí třepat; mohlo by dojít k naměření falešně nízkých hodnot COHb, protože vazba oxidu uhelnatého a hemu je reverzibilní.
Orientační, již zastaralé metody
V historii se užívala celá řada orientačních nebo semikvantitativních metod. Hrubě orientační bylo vyšetření spektroskopické, založené na sledování absorpčních pásů COHb a oxyhemoglobinu ve vzorku zředěné hemolyzované krve. Orientačně lze karbonylhemoglobin stanovit reakcí s taninem nebo Ajatinem: tanin vytváří v přítomnosti karbonylhemoglobinu jahodově červenou sraženinu, v jeho nepřítomnosti je zbarvení sraženiny hnědošedé. Mikrodifuzní metoda navržená Conwayem využívala uvolnění oxidu uhelnatého z krve ve speciální nádobce pomocí kyseliny sírové; ten pak difundoval do vnitřního oddílu nádobky, kde redukoval chlorid nebo silikomolybdenan paladnatý; koncentrace karbonylhemoglobinu byla odhadována subjektivně podle změny barvy. Všechny tyto metody byly schopné detekovat karbonylhemoglobin až asi od koncentrace 10 %. Kvantitativní metoda podle Wolfa využívala vyšší stability karbonylhemoglobinu při zahřátí vzorku hemolyzované krve; měřila se absorbance supernatantu, která byla úměrná koncentraci COHb.
Přímá spektrofotometrie
Dnes se koncentrace COHb v krvi měří přímou spektrofotometrií; obvykle ji lze stanovit současně s dalšími deriváty hemoglobinu na analyzátoru acidobazické rovnováhy a krevních plynů vybaveném oxymetrem. Stejně jako u klasické spektrofotometrie se užívá nesrážlivá krev odebraná do skleněné kapiláry nebo stříkačky. Krev se nasává do malé komůrky o velikosti 1 μl, kde dochází k hemolýze pomocí ultrazvuku. Poté je měřena absorbance hemolyzátu současně při 128 různých vlnových délkách v rozmezí 478 – 672 nm při kroku 1,5 nm. Pomocí počítače je porovnáváno spojité spektrum krve se spektry čistých derivátů hemoglobinu. Vybírá se ze spektra oxyhemoglobinu (O2Hb), redukovaného hemoglobinu (RHb), karbonylhemoglobinu (COHb), methemoglobinu (MetHb), sulfhemoglobinu (SHb), kyanhemoglobinu a fetálního hemoglobinu. Průběh absorpčních spekter některých derivátů hemoglobinu ukazuje obrázek 1.3.
Obr. 1.3. Absorpční spektra derivátů hemoglobinu; ε = molární absorpční koeficient
Nesouhlas mezi frakční a funkční saturací
Saturace hemoglobinu kyslíkem se dá počítat dvojím způsobem: jako podíl mezi oxyhemoglobinem a celkových hemoglobinem (funkční saturace) a podíl mezi oxyhemoglobinem a hemoglobinem schopným přenášet kyslík (frakční saturace). Normálně se oba tyto parametry rovnají, protože všechen náš hemoglobin je schopen přenášet kyslík. U osoby otrávené oxidem uhelnatým (a u nemocného s methemoglobinémií) je frakční saturace významně vyšší. Čím je tento rozdíl vyšší, tím větší je pravděpodobnost, že pacient má významnou koncentraci tzv. dyshemogobinu, tedy hemoglobinu neschopného přenášet kyslík (karbonylhemoglobin, methemoglobin). Vysvětlení pojmů funkční a frakční saturace přináší obrázek 1.3.
Obr. 1.4. Vysvětlení pojmů funkční a frakční saturace
Neinvazivní stanovení karbonyhemoglobinu – pulzní CO-oxymetrie
Běžné pulzní oxymetry nejsou schopné rozlišit oxyhemoglobin a karbonylhemoglobin, poskytují tedy falešně normální hodnoty saturace hemoglobinu. Je proto třeba užít speciální CO-oxymetr, který měří při více vlnových délkách a je schopen odlišit karbonylhemoglobin od oxyhemoglobinu; některé z těchto přístrojů jsou schopny měřit i podíl methemoglobinu.
Měření oxidu uhelnatého ve vydechovaném vzduchu
Z výdechu pacienta můžeme oxid uhelnatý stanovit detekční trubičkou. Jedná se o elektrochemické senzory, ve kterých dochází k oxidaci oxidu uhelnatého na anodě a současně k redukci kyslíku na katodě. Vzniklý proud je zesílen a udáván v jednotkách ppm, kdy 50 ppm odpovídá 6 % COHb a 80 ppm odpovídá 10 % COHb. Výhoda metody spočívá v neinvazivním odběru vzorku, kdy můžeme vyšetřovat bez problému dospělé i malé děti; výsledky jsou k dispozici během několika minut, stanovení je levné a přístroj jednoduchý na ovládání, takže ho může obsluhovat nelékařský personál. V dnešní době se převážně využívá pouze jako orientační například při hromadných otravách k urychlení a zpřesnění třídění pacientů.
1.1.6.2. Vyjadřování koncentrace karbonylhemoglobinu a zjišťované hodnoty
1.1.6.2. Vyjadřování koncentrace karbonylhemoglobinu a zjišťované hodnoty
Koncentrace karbonylhemoglobinu se vyjadřuje jako relativní podíl či procento z celkového hemoglobinu. U zdravých jedinců se fyziologická hodnota COHb pohybuje mezi 0,01 – 0,02, tedy 1 – 2 %. Vhledem k tomu, že se oxid uhelnatý dostává do ovzduší při topení a ze spalovacích motorů, za normální se považuje hodnota do 0,05 (5 %), obyvatelé velkých měst mívají koncentraci COHb vyšší než na vesnici. Kouření cigaret zvyšuje v krvi podíl karbonylhemoglobinu až na 6 – 15 %. Kuřák, který vykouří jednu krabičku denně, si může zablokovat kolem 7 % hemoglobinu v krvi. Po kouření vodní dýmky byla nalezena hodnota karbonylhemogobinu až kolem 30 %.
Opakovaně jsme již uvedli, že o tíži otravy nerozhoduje jen koncentrace karbonylhemoglobinu, ale i doba, po kterou byl nemocný v prostředí s oxidem uhelnatým.
1.1.7. Další laboratorní vyšetření u otravy oxidem uhelnatým
U pacienta s podezřením na intoxikaci oxidem uhelnatým by se měla provést další laboratorní vyšetření, která zahrnují analýzu krevních plynů, krevní obraz, kompletní biochemický screening včetně glykémie a myoglobinu, dále laktát, etanol a toxikologický screening z moči (může se jednat o kombinovanou otravu). Zvýšené hodnoty laktátu a laktátová acidóza značí obvykle dlouhou expozici a horší prognózu nemocného. Orgánové postižení dokládá vysoká aktivita enzymů, uvolněných ze svalů a jater (AST, ALT, CK, LD), o postižení myokardu svědčí zvýšená koncentrace kardiálního troponinu T či I (až u třetiny závažných otrav dochází k poškození myokardu).
V dnešní době se klade stále větší důraz na využívání biochemických sérových markerů hypoxického poškození mozku při akutní otravě, mezi které patří protein S100B a neuron specifická enoláza (NSE).
1.1.8. Léčba otravy oxidem uhelnatým
Prvním léčebným krokem je dostat pacienta z toxického prostředí a zajistit inhalaci kyslíku pomocí masky. Dále je třeba zajistit základní životní funkce. Pokud je pacient v bezvědomí, pak by měl být intubován a umístěn na 100% kyslík. V případě hromadné otravy je nutné zajistit třídění pacientů na místě a transportovat je do zdravotnických zařízení na základě aktuálního zdravotního stavu a naměřených hodnot karbonylhemoglobinu, které se stanovují pomocí neinvazivní pulzní metody.
Kromě stanovení COHb je důležité vyšetřit acidobazickou rovnováhu, laktát a kardiální markery (kardiální troponin) a registrovat EKG. Důležitý je celkový klinický obraz, nejen koncentrace karbonylhemoglobinu.
Hlavním cílem léčby je eliminace oxidu uhelnatého z organismu, aby se zabránilo akutním a dlouhodobým následkům. Léčba by měla probíhat, dokud koncentrace COHb neklesne pod 3 % a pacient nemá žádné příznaky.
Léčba zahrnuje podávání 100% kyslíku za normálního tlaku (normobarická oxygenoterapie) nebo v hyperbarických komorách stlačených na více než 1,4 atm (hyperbarická oxygenoterapie, HBO). Čím vyšší je poskytnutý parciální tlak kyslíku, tím rychleji je CO z krve odstraněn. Poločas rozpadu COHb v těle je při vdechování vzduchu přibližně 4 až 5 hodin, při podání 100% kyslíku se sníží na 40 až 80 minut a při použití hyperbarického kyslíku se hodnoty pohybují kolem 20 minut (obr. 1.5). Některé studie na zvířatech ukázaly, že použití hyperbarického kyslíku omezuje zánětlivé procesy, mitochondriální dysfunkci a peroxidaci lipidů.
Obr. 1.5. Pokles karbonylhemoglobinu (COHb) při inhalaci vzduchu a kyslíku za různého tlaku
Skutečnost, že čím vyšší je parciální tlak kyslíku, tím kratší je eliminační doba, by teoreticky podporovala účinnost HBO, avšak neexistuje jasné a obecně přijímané doporučení, jak při léčbě postupovat. Zatím se HBO volí u nejtěžších dospělých pacientů: s neurologickými příznaky, srdeční ischemií, ztrátou vědomí, metabolickou acidózou a hodnotami COHb > 25 %.
U těhotných je třeba ochránit plod – proto je u nich terapie hyperbarickým kyslíkem poskytnuta při nižších hladinách COHb a trvá déle.
1.1.9. Komplikace a následky otravy oxidem uhelnatým
Až u jedné třetiny pacientů se středně těžkou až těžkou otravou dochází k poškození myokardu, které může být spojeno se zvýšenou dlouhodobou mortalitou. Mezi typické klinické příznaky patří stenokardie, poruchy rytmu, koronární ischemie, hypotenze, akutní plicní edém a infarkt myokardu. Oxid uhelnatý má trombogenní účinek a zapříčiňuje vazodilataci svým relaxačním účinkem na hladké svaly cév. Nebezpečnější je otrava u starých osob, kde pro postižení tepen aterosklerózou je perfuze tkání a tedy i jejich zásobení kyslíkem hraniční.
Neurologické problémy se řadí mezi pozdní komplikace po intoxikaci CO. Jedinci po otravě trpí dlouhodobými neurokognitivními následky v souvislosti s poraněním mozku. Příznaky zahrnují poruchu paměti, kognitivní dysfunkci, depresi, úzkost a/nebo vestibulární a motorické deficity. Rizikovým faktorem je opět vyšší věk a delší expozice oxidu uhelnatému.
1.1.10. Prevence otrav oxidem uhelnatým
U otravy způsobené oxidem uhelnatým je nesmírně důležitá prevence. Otravě oxidem uhelnatým lze zabránit správnou instalací a používáním vytápěcích systémů pro domácnost a pracoviště, dostatečným větráním a pravidelnou údržbou. Ve spalovacích motorech můžeme snížit hladinu CO používáním katalyzátorů.
Neměli bychom zapomínat na senzory detekující jedovatý plyn. Přítomnost nebezpečných koncentrací oxidu uhelnatého je detekována běžně např. v podzemních garážích, v domácnostech jsou však tyto senzory bohužel stále vzácné. Všechny senzory pracují na základě funkce „koncentrace × čas“, simulují tedy expozici člověka a spustí alarm až po zpracování určitého množství molekul oxidu uhelnatého. Instalace hlásičů oxidu uhelnatého v bytových prostorách by významně pomohla v prevenci této závažné otravy.
1.3. Otrava sirovodíkem
1.3.1. Sirovodík, jeho vlastnosti a vznik
Sirovodík (sulfan, H2S) je bezbarvý plyn, hořlavý, výbušný ve směsi se vzduchem. Má typický zápach po zkažených vejcích. Důležité je, že jeho hustota je 1,177krát vyšší než hustota vzduchu.
V přírodě se s ním setkáme v některých minerálních vodách, obsahují ho vulkanické plyny, bioplyn, vzniká při hnití organických látek obsahujících síru (vejce). V lidské činnosti je užíván v analytice (k průkazu kationtů – jako sulfidy), v ropných rafineriích a v organických syntézách. Právě v průmyslu jsou nejčastější a nejzávažnější otravy.
1.3.1. Působení sirovodíku na organismus, otrava sirovodíkem
Sirovodík se váže na mitochondriální cytochrom c oxidázu a zastavuje tak tkáňové dýchání. Váže se i na další enzymy, obsahující hem a na hemoglobin (vzniká tzv. sulfhemoglobin, který se dá detekovat pomocí CO-oxymetru). Je neurotoxický, napadá čichový a zrakový nerv. Ztráta čichu se může objevit při koncentraci 50 ppm, koncentrace 500 ppm může usmrtit za půl hodiny. Je toxičtější než kyanovodík.
Nebezpečí otravy spočívá v tom, že díky vyšší hustotě než hustota vzduchu se dá špatně odstraňovat větráním, navíc ho díky napadení čichového nervu postižený záhy přestává cítit.
Léčebně se užívá inhalace kyslíku, antidotum neexistuje.
1.4. Otrava kyanovodíkem a kyanidy
1.4.1 Kyanovodík, jeho vlastnosti a vznik
Kyanovodík (HCN) je bezbarvá těkavá kapalina (bod varu 26 °C), páchne po hořkých mandlích. Hustota par kyanovodíku je nižší, než je hustota vzduchu. Vzniká i z rozpustných kyanidů (NaCN, KCN) působením silnějších kyselin, dokonce i vlivem vzdušného CO2.
Kyanovodík se užívá v chemických syntézách, při výrobě pesticidů, vzniká při hoření některých plastických hmot. Byl účinnou složkou cyklonu B, užívaného k zabíjení lidí v koncentračních táborech. Kyanidy se užívají k popravám v některých státech USA. Je vázán v glykosidu amygdalinu v peckách některého ovoce, nejvíce v hořkých mandlích. Otravy po peckách ovoce byly popsány zejména u dětí.
1.4.2. Působení kyanovodíku na organismus, otrava kyanovodíkem
Podobně jako sirovodík, i kyanovodík blokuje enzym cytochrom c oxidázu a zastavuje tak tkáňové dýchání. Vazbou na hemoglobin vzniká kyanhemoglobin; tato vazba však není rozhodující, člověk umírá na neschopnost tkání využít kyslík.
Příznaky otravy jsou křeče, závratě, slabost, dušnost, brzy dochází k zástavě dechu a oběhu. Kromě inhalace kyslíku lze podat amylnitrit a vitamin B12 ve formě hydroxykobalaminu.
2. „Jedovaté plyny“ jako fyziologické transmitery
Kyanovodík je jed, v organismu nevzniká a vykazuje jen nepříznivé účinky. Toto však zcela neplatí pro oxid uhelnatý a sirovodík.
Oxid uhelnatý vzniká v metabolismu, a to při přeměně hemu na biliverdin působením hemoxygenázy: tvoří se oxidací methinového můstku mezi prvním a druhým pyrolovým jádrem porfyrinového cyklu hemu. Jeho denní produkce je asi 12 ml (0,5 mmol). V r. 2000 byla poprvé popsána možná signální funkce tohoto plynu. Většina jeho účinku je dána vazbou na hem obsahující proteiny, navíc se aktivací guanylátcyklázy vytváří cyklický guanosinmonofosfát (cGMP). Oxid uhelnatý aktivuje nitroxidsyntázu, má účinky vazodilatační, brání agregaci trombocytů a byla popsána ještě řada dalších fyziologických účinků. Jeho účinky jsou však ještě v mnohém neznámé a vyžadují další studium.
I sirovodík vzniká v našem organismu, a to z cysteinu působením několika enzymů. Uvolňuje se i při trávení a metabolismu sirných sloučenin, obsažených v česneku a cibuli. U sirovodíku byl rovněž popsán vazodilatační účinek a řada dalších fyziologických účinků.
K těmto dvěma plynům je třeba přiřadit oxid dusnatý (NO). Vzniká v organismu z aminokyseliny argininu působením nitroxidsyntázy. Jeho vznik a účinky jsou velmi dobře popsány; mezi nejdůležitější patří vazodilatace a protizánětlivé působení. Účinek oxidu dusnatého je dán především aktivací guanylátcyklázy, částečně však také vazbou na hem v řadě proteinů; jako u oxidu uhelnatého a sirovodíku, vysoká koncentrace oxidu dusnatého je toxická.
Z výše uvedených důvodů se oxid uhelnatý a sirovodík spolu s oxidem dusnatým řadí mezi tzv. gasotransmitery. Pro ně platí:
Jsou to velmi jednoduché molekuly.
Vznikají působením enzymů, které se vyskytují jako konstitutivní i inducibilní.
Snadno difundují membránami.
Na rozdíl od neurotransmiterů nemají receptory.
Cílovou strukturou je hem.
Jejich účinek závisí na koncentraci: v nízké koncentraci vykazují řadu pozitivních fyziologických působení, ve vysoké koncentraci jsou silnými jedy.
Mají významnou úlohu v kontrole napětí hladké svaloviny cévní stěny, regulaci zánětlivých procesů, ovlivnění nervového přenosu a řadě dalších pochodů v organismu.
Znalost působení gasotransmiterů a farmakologické ovládnutí jejich tvorby či odbourávání dávají prostor k léčbě mnohých závažných chorobných stavů.
3. Doporučená literatura
Buckley NA, Isbister, GK, Stokes B, Juurlink DN. Hyperbaric oxygen for carbon monoxide poisoning. Toxicological Reviews, 24, 2005:75-92
Eichhorn L, Thudium M, Jüttner B. The diagnosis and treatment of carbon monoxide poisoning. Deutsches Arzteblatt, 115(51-52), 2018: 863-870
Gözübüyük Aa, Dag H, Kacar A, Karakurt Y,Arica V. Carbon monoxide intoxication epidemiology, pathophsiology, clinical evaluation and treatment during childhood, in newborn and fetus. Northern Clinics of Istanbul, 4(1), 2017: 100-107
Guzaman JA. Carbon monoxide poisoning. Critical Care Clinics, 28(4), 2012: 537-48
Hájek M. Diagnostický a léčebný standard otravy oxidem uhelnatým. Česká společnost hyperbarické a letecké medicíny ČLS JEP
Hájek M. Intoxikace oxidem uhelnatým. Hyperbarická medicína. Praha: Mladá fronta, 2017, s. 224-263. ISBN 978-80-204-4235-2
Hampson NB. U.S. Mortality Due to Carbon Monoxide Poisoning, 1999–2014. Accidental and Intentional Deaths. American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine, 13(10), 2016: 1768-1774
Hunter L, Gordge L, Dargan PI, Wood DM. Methaemoglobinaemia associated with the use of cocaine and volatile nitrites as recreational drugs: a review. British Journal of Clinical Pharmacology, 72(1), 2011: 18-26
Hydrogen cyanide: Acute exposure guidelines levels. Dostupné z: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK207601
Pizingerová K, Fremuth J, Sašek L. Akutní methemoglobinemie – závažná alimentární intoxikace zeleninou koupenou na trhu. Pediatrie pro praxi, 12(4), 2011: 267-269
Rehman HU. Methemoglobinemia. West J Med, 175(3), 2001: 193-196.
Rose J, Wang L, Xu Q, McTiernan C, Shuva S, Tejero J, Gladwin M. Carbon Monoxide Poisoning: Pathogenesis, Management, and Future Directions of Therapy. American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine, 195(5), 2016: 596–606
Sawaya A, Menezes RG. Hydrogen sulfide toxicity. Dostupné z: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK559264
Ševela K, Ševčík P. Akutní intoxikace a lékové poškození v intenzivní medicíně. 2. doplněné a aktualizované vydání. Praha: Grada, 2011, ISBN 978-80-247-3146-9
Thomas DD, Ridnour LA, Isenberg JS, et al. The chemical biology of nitric oxide. Free Rad Biol Med, 45(1), 2008: 18-31
Wu L, Wang R. Carbon Monoxide. Endogenous production, physiological functions, and pharmacological applications. Pharmacol Rev, 57, 2005: 585-630