Otrava oxidem uhelnatým, methemoglobinémie a další otravy blokující hem

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 

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 

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.  

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. 

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.