Атмосферные загрязнители воздуха

Источник:
Клиническая фармакология по Гудману и Гилману, том 4.
Редактор: профессор А.Г. Гилман Изд.: Практика, 2006 год.

Атмосферные загрязнители

Контакт с загрязнителями окружающей среды может быть опасен для здоровья, поэтому врач должен знать действие этих веществ на организм и учитывать это действие при постановке диагноза и разработке плана лечения.

Загрязнители, с которыми человеку приходится контактировать, присутствуют везде — в воздухе, воде, пищевых продуктах. Токсическое действие этих веществ имеет дозозависимый характер. К счастью, их концентрация в воздухе, пищевых продуктах и воде обычно бывает ниже токсической. Однако на производстве, где содержание загрязнителей может быть велико, зачастую не удается избежать их вредного действия.

В данной главе описано токсическое действие трех основных классов веществ: атмосферных загрязнителей, летучих органических веществ и пестицидов. Обсуждаются также способы лечения вызванных ими отравлений.

До наступления периода урбанизации человеческая деятельность не приводила к сильному загрязнению окружающей среды. Однако с началом использования угля в городском воздухе стал накапливаться дым, содержащий двуокись серы. Хотя в Лондоне начиная с XIII века неоднократно предпринимались попытки запретить отопление углем, население в целом относилось к загрязнению воздуха как к неизбежному условию городской жизни. В наше время появилось множест -во других источников загрязнения, включая тепловые электростанции, работающие на ископаемом топливе, металлургические заводы на берегах рек и озер, нефтеперерабатывающие предприятия вблизи портов и нефтепромыслов, горнообогатительные фабрики около крупных минеральных месторождений и, конечно же, автомобили. Все эти атрибуты современного общества загрязняют воздух, воду и почву.

Загрязнители воздуха

Загрязнители воздуха попадают в организм главным образом через легкие. Одни из этих веществ всасываются в кровь, другие без всасывания выводятся обратно, третьи задерживаются в легких.

Всасывание и отложение химических веществ в дыхательных путях и легких

Глубина проникновения частиц в дыхательные пути определяется размерами частиц. Многие частицы имеют неправильную форму, поэтому для оценки их размера и описания их поведения в воздушном потоке используют такие показатели, как аэродинамический диаметр, среднемассовый диаметр и другие. Частицы диаметром более 5 мкм оседают в основном в верхних дыхательных путях, а частицы диаметром 1—5 мкм — в бронхиолах и альвеолах. Частицы, оседающие в преддверии полости носа, где нет мерцательного эпителия, удаляются при чихании и сморкании. Нерастворимые частицы, оседающие в задних отделах полости носа, в течение нескольких минут изгоняются мерцательным эпителием вместе со слизью в глотку, а затем проглатываются и попадают в ЖКТ. Если частицы растворяются в слизи, они или также попадают в глотку, или всасываются в кровь через эпителий слизистой.

Частицы, оседающие в трахее и бронхах, с помощью ресничек мерцательного эпителия движутся вместе со слизью вверх. Скорость движения ресничек достаточно высока, хотя и неодинакова в разных отделах дыхательных путей. Биение ресничек обеспечивает движение слизи со скоростью 0,1—1 мм/мин, благодаря чему половина частиц выводится из дыхательных путей за 30— 300 мин. Во время кашля слизь с находящимися в ней частицами с большой скоростью перемешается к голосовой щели и выталкивается из ротовой полости или проглатывается.

Частицы диаметром менее I мкм, попав в дыхательные пути, остаются там во взвешенном состоянии, пока не достигнут альвеол, где могут быстро всасываться. Степень всасывания вещества в легких определяется площадью (50—100 м2) и толщиной аэрогематического барьера (10 мкм), а также скоростью легочного кровотока (факторы, влияющие на диффузию газов в легких, описаны в гл. 13). Всасывание жидких веществ осуществляется путем простой диффузии и зависит от их жирорастворимости. Механизмы удаления частиц из альвеол менее эффективны и мало изучены, хотя три из них известны достаточно хорошо. Первый заключается в том, что частицы, осевшие в тонком слое жидкости на поверхности альвеол, во время выдоха выносятся на мерцательный эпителий бронхов. Второй — фагоцитоз частиц, осуществляемый в основном альвеолярными макрофагами, и третий — задержка частиц в лимфатической системе. Поскольку частицы могут сохраняться в лимфатической ткани очень долго, последнюю иногда называют пылена-копителем легких.

В целом частицы из альвеол удаляются плохо. В первые 24 ч выводится всего 20% частиц, а оставшиеся выводятся исключительно медленно. Скорость выведения загрязнителей тем ниже, чем хуже они растворяются в слизи. Удаление растворимых загрязнителей происходит в основном за счет всасывания в кровь. Частицы могут сохраняться в легких неопределенно долго, если макрофаги, фагоцитировавшие их, остаются в альвеолах. Впоследствии в местах скопления таких макрофагов формируются фиброзные бляшки или узелки.

Виды и источники загрязнителей воздуха

Почти 98% всех загрязнителей воздуха составляют окись углерода (52%), двуокись серы (14%), летучие органические соединения (14%), окись азота (14%) и взвешенные частицы (4%) (Costa and Amdur, 1996). Выделяют два типа загрязнения воздуха — восстанавливающее и окисляющее, или фотохимическое. Первое характерно для сырой и холодной погоды и обусловлено накоплением в воздухе двуокиси серы и твердых частиц, образующихся в результате неполного сгорания угля. Загрязнение второго типа обусловлено накоплением в воздухе углеводородов, окисей азота и фотоокислителей. Оно характерно для районов с высоким содержанием выхлопных газов и интенсивным солнечным излучением (таких, как долина реки Лос-Анджелес), под действием которого происходят фотохимические реакции, а продукты этих реакций концентрируются (в результате температурной инверсии и малой подвижности воздушных масс) в нижних слоях атмосферы. На твердых частицах (особенно частицах ды-|ма) могут сорбироваться летучие соединения и газы, изменяющие свойства поверхности частиц и усугубляющие опасность загрязнителей.

Загрязнение воздуха на 90% происходит из пяти основных источников — транспортные средства (особенно автомобили), промышленные предприятия, теплоэлектростанции, отопительные системы и мусоросжигательные заводы (перечислены в порядке убывания значимости).

Влияние загрязнителей воздуха на здоровье

Значительное повышение концентрации загрязняющих веществ в атмосфере может приводить к отравлению и даже к смерти. В качестве примера можно привести три случая, один из которых произошел в 1930 г. в долине реки Маас в Бельгии, другой — в 1948 г. в американском го-Гроде Доноре (штат Пенсильвания) и третий — в 1952 г. в Лондоне, где в результате особенно сильного загрязнения воздуха продуктами неполного сгорания угля погибли соответственно 65,20 и 4000 человек. Во всех этих случаях причиной усиления и без того высокой загрязненности воздуха послужила температурная инверсия, сохранявшаяся 3—4 сут. Среди умерших преобладали пожилые люди, некоторые из них страдали заболеваниями сердца, легких и дыхательных путей.

Если продукты неполного сгорания угля приводят к острому отравлению, то продукты фотохимических реакций, по-видимому, не обладают столь выраженным действием. Однако число обращений к врачу по поводу аллергических заболеваний, воспалительных заболеваний глаз, острых инфекций верхних дыхательных путей, гриппа и бронхита прямо пропорционально содержанию окислителей в воздухе.

Токсические свойства отдельных загрязнителей воздуха

Двуокись серы

Двуокись серы попадает в воздух в основном при сгорании серосодержащего ископаемого топлива. В той концентрации, в которой двуокись серы присутствует в воздухе, опасности для жизни она не представляет, но ее вдыхание приводит к раздражению верхних дыхательных путей, увеличению продукции слизи и сужению бронхов. На крысах показано, что дыхание воздухом, содержащим двуокись серы в концентрации 26 мг/м3, в течение 1 —2 мес приводит к утолщению слоя слизи в трахее примерно в пять раз. Хотя функция мерцательного эпителия при этом не нарушается, толстый слой слизи затрудняет очищение дыхательных путей. Избыточная продукция слизи объясняется как увеличением количества бокаловидных клеток в главных бронхах, где этих клеток и без того много, так и появлением их в мелких бронхах, где эти клетки в норме отсутствуют (Hirsch et al., 1975).

Главная реакция на вдыхание двуокиси серы при нормальной парасимпатической иннервации — это незначительный бронхоспазм. У большинства людей вдыхание двуокиси серы в концентрации 13 мг/м в течение 10 мин приводит к увеличению сопротивления дыхательных путей. Больные бронхиальной астмой еще более чувствительны к действию двуокиси серы, и бронхоспазм у них может наступить уже при концентрации!),65 мг/м3 (Sheppard et al., 1981).

Изменение концентрации двуокиси серы и обычно сопутствующее этому колебание уровня взвешенных частиц заметно сказывается на показателях заболеваемости и смертности населения. Исследование, проведенное в городах с высокой загрязненностью воздуха (Лондон, Нью-Йорк, Краков), показало, что при сохранении в течение суток концентраций двуокиси серы 0,3—0,4 мг/м3 и взвешенных частиц 0,5—0,6 мг/м заболеваемость и смертность увеличиваются. Если концентрация обоих загрязнителей в воздухе составляет около 0,25 мг/м3, то происходит временное снижение функции внешнего дыхания (Ware etal., 1981).

Серная кислота

Часть двуокиси серы в присутствии сажи или таких микроэлементов, как ванадий и марганец, превращается в серную кислоту, сульфат аммония и другие сульфаты. С медью и железом образуются стабильные сульфитные комплексы.

Серная кислота вызывает раздражение верхних дыхательных путей. Она повышает сопротивление дыхательных путей, зависящее от концентрации и размера частиц (Amdur et al., 1978). Так, при вдыхании частиц диаметром 1 мкм в концентрации 1 мг/м сопротивление дыхательных путей резко возрастает, а при вдыхании частиц диаметром 7 мкм в той же концентрации оно увеличивается незначительно, поскольку такие крупные частицы не достигают бронхиол. Серная кислота вызывает более выраженное повышение сопротивления дыхательных путей, чем двуокись серы (как при кратковременном, так и при длительном вдыхании). К действию серной кислоты также особенно чувствительны больные бронхиальной астмой.

Частицы солей серной кислоты. Соли серной кислоты по-разному действуют на дыхательные пути, при этом сам анион сульфата не изменяет дыхательную функцию. Так, вдыхание частиц цинка-аммония сульфата, обнаруженных наряду с другими загрязнителями воздуха в г. Доноре (штат Пенсильвания), в концентрации 0,25 мг/м3 повышает сопротивление дыхательных путей, причем цинк-аммоний сульфат действует сильнее, чем двуокись серы.

Частицы, взвешенные в атмосфере, представляют собой смесь органических и неорганических соединений. Загрязнение воздуха этими частицами повышает смертность, особенно от заболеваний дыхательной и сердечно-сосудистой систем (Ostro, Chestnut, 1998). Вред, наносимый здоровью взвешенными частицами, зависит не столько от их состава, сколько от размера, поэтому их часто делят на мелкодисперсные (диаметром менее 2,5 мкм) и крупнодисперсные (диаметром от 2,5 до 10 мкм). Более опасны мелкодисперсные частицы (см. ниже).

Озон

Из окислителей в загрязненном воздухе наиболее высока концентрация озона (03). Он образуется из кислорода на высоте нескольких километров над землей, где интенсивность коротковолнового ультрафиолетового излучения достаточна для прямого поглощения фотонов молекулами кислорода. Среди основных загрязнителей воздуха двуокись азота наиболее активно поглощает ультрафиолетовое излучение, запуская при этом реакции, которые упрощенно можно представить в следующем виде:

N02 N0 + О*, (68.1)

0. + 02 -> 03) (68.2) 03 + N0->N02 + 02, (68.3)

где УФ — ультрафиолетовое излучение.

Поскольку при взаимодействии озона с окисью азота вновь образуется двуокись азота, то весь цикл реакций повторяется. Кроме того, под действием атомарного кислорода олефины, замещенные ароматические соединения и другие углеводороды, загрязняющие воздух, окисляются и превращаются в свободные радикалы, при взаимодействии которых с окисью азота также образуется двуокись азота. В результате в воздухе накапливаются двуокись азота и озон, а содержание окиси азота уменьшается. Вследствие истощения озонового слоя Земли интенсивность ультрафиолетового излучения у ее поверхности возрастает, поэтому образование озона в приземном слое атмосферы происходит быстрее.

Будучи сильным окислителем, озон обладает выраженным раздражающим действием на легкие и может приводить к смертельному отеку легких. В концентрации 3,9 мг/м озон вызывает тяжелый отек легких у мышей. Озон вызывает слущивание мерцательного эпителия дыхательных путей, дегенеративные изменения альвеолоцитов I типа, набухание и повреждение эндотелия сосудов альвеол. Характерно замещение альвеолоцитов I типа альвеолоцитами II типа с их последующей пролиферацией. У мышей поражение легких развивается даже при непродолжительном воздействии озона в концентрациях, которые иногда отмечаются в городах с высоким уровнем загрязнения (Lippmann, 1989).

Длительный контакт с озоном может приводить к утолщению стенок терминальных бронхиол. На животных разных видов показано, что озон в концентрации, чуть превышающей 2 мг/м , вызывает хронический бронхит, пневмосклероз и изменения, сходные с теми, что наблюдаются при эмфиземе легких.

При концентрации озона 0,5—1,5 мг/м дыхание становится учащенным и поверхностным, снижается податливость легких, возникают кашель, чувство тяжести в груди и сухость во рту. Контакт с озоном в таких концентрациях бывает, например, при д лительных высотных полетах. Под действием озона дыхательные пути и легкие становятся более чувствительными к действию гистамина, ацетилхолина, аллергенов и других веществ, вызывающих бронхоспазм. У экспериментальных животных озон снижает устойчивость к инфекциям, распространяющимся воздушно-капельным путем, что, по-видимому, объясняется снижением активности мерцательного эпителия дыхательных путей. В городском воздухе озон часто обнаруживают в концентрации, близкой к минимальной токсической (Kinney etal., 1988). В отличие от двуокиси серы, к действию которой особенно чувствительны бальные бронхиальной астмой, действие озона на всех людей одинаково.

В основе повреждающего действия озона на легкие лежит образование свободных радикалов. Они могут высвобождаться при взаимодействии озона с сульфгидрильными группами, а также при окислительном расщеплении ненасыщенных жирных кислот. Взаимодействие этих кислот с озоном по сути мало чем отличается от перекисного окисления липидов. Соединения с сульфгидрильными группами и антиоксиданты (например, аскорбиновая кислота и витамин Е) предотвращают токсическое действие озона у лабораторных животных, но в клинических исследованиях защитный эффект не был обнаружен (Меп-zel, 1994).

Двуокись азота

Это вещество, как и озон, проникает глубоко в легкие, обладает раздражающим действием и может вызывать поражение альвеолоцитов I типа и отек легких. Большое количество двуокиси азота высвобождается при заготовке силоса, поэтому отравлению этим газом особенно подвержены фермеры. Развивающееся при этом поражение легких так и называется — «болезнь заготовителей силоса». В домах, оснащенных газовыми и керосиновыми плитами, содержание окислов азота может быть почти в пять раз выше, чем в домах с электроплитами. При четырехчасовом контакте с двуокисью азота ее средняя смертельная концентрация составляет 170 мг/м3.

Исследования на животных и на людях показали, что вдыхание двуокиси азота приводит к тахипноэ и снижению податливости легких, что напоминает симптомы отравления озоном. При этом сопротивление дыхательных путей почти не меняется. Дыхательные нарушения отмечаются при концентрации двуокиси азота 3,8—5,6 мг/м , а у больных бронхиальной астмой они могут возникать и при более низких концентрациях (Orehek et al., 1976).

Альдегиды

Эти вещества образуются в реакции окисления углеводородов, протекающей под действием солнечного света, и при неполном сгорании автомобильного топлива и древесины (например, при лесных пожарах). Кроме того, они выделяются из формальдегидных смол, используемых, например, при изготовлении клееной фанеры, древесностружечных плит и мочевино-формальдегидной пенной изоляции. Альдегиды — химически активные и потому нестабильные соединения, их период полураспада в атмосфере составляет всего несколько часов. Концентрация альдегидов в чистом воздухе за пределами города составляет 0,0006—0,0025 мкг/м3, в городском воздухе — 0,005—0,06 мкг/м , а в помещениях, где имеются формальдегидсодержащие материалы, — до 1 мкг/м3 (Committee on Aldehydes, 1981;Woodbury and Zenz, 1983). Возможно, именно формальдегид (H2CO) и акролеин (Н2С=СНСНО), составляющие соответственно около 50 и 5% общего содержания альдегидов в загрязненном воздухе, отвечают за характерный запах и раздражающее действие фотохимического смога на глаза.

Формальдегид раздражает слизистые глаз и верхних дыхательных путей. В концентрации 0,6— 1,2 мг/м ощущается его запах, в концентрации 2,4—3,6 мг/м3 он вызывает легкое раздражение слизистых, а в концентрации 4,8—6 мг/м он непереносим большинством людей. В недавно построенных помещениях, особенно в жилых автофургонах, концентрация формальдeгида в воздухе может приближаться к 1,2 мг/м3. По мере увеличения концентрации формальдегида в помещениях возрастает риск его раздражающего действия на глаза. Кроме того, у лиц, живущих в домах с высоким содержанием формальдегида в воздухе, чаще отмечаются ринорея, боль в горле, кашель и головная боль (Woodbury and Zenz, 1983). Действие формальдегида на дыхательные пути и легкие примерно такое же, как и у двуокиси серы. При повышенной чувствительности к формальдегиду не только его попадание на кожу, но и вдыхание может приводить к появлению сыпи (Maibach, 1983). Наличие формальдегида в воздухе жилых помещений не повышает риска бронхиальной астмы, однако у лиц, контактирующих с ним на производстве, этот риск несколько повышен, хотя бронхиальная астма остается редким явлением (Nordman et al., 1985). У мышей и крыс пребывание в атмосфере с концентрацией формальдегида 7,2—18 мг/м в течение 2 лет приводит к плоскоклеточному раку носоглотки (Kerns et al., 1983). У людей канцерогенное действие формальдегида не обнаружено (U.A.R.E.P., 1988).

Акролеин — гораздо более сильный раздражитель, чем формальдегид. Раздражающее действие табачного дыма и фотохимического смога обусловлены именно акролеином. Предельно допустимая концентрация акролеина в воздухе рабочей зоны составляет 0,23 мг/м . Пребывание в помещениях, где его содержание достигает 2,3 мг/м3, менее чем через пять минут вызывает слезотечение (Committee on Aldehydes, 1981). Под действием акролеина растет сопротивление дыхательных путей, увеличивается дыхательный объем и дыхание становится более редким. По мере увеличения концентрации альдегидов вначале повышается сопротивление дыхательных путей, а затем — уменьшается ЧДД.

Окись углерода (угарный газ) образуется в результате неполного сгорания органических соединений. Она не имеет цвета, запаха и вкуса и не вызывает раздражения слизистых. Окись углерода — основной загрязнитель нижнего слоя атмосферы. Отравление ею в результате несчастного случая или с целью самоубийства ежегодно уносит множество жизней.

Хотя давно уже известно, что при разложении гема в организме образуется окись углерода, пока не ясно, имеет ли она какое-либо физиологическое значение. Когда установили, что эндотелиальный фактор расслабления сосудов — это окись азота, возникло предположение, что окись углерода имеет сходные функции (Marks et al., 1991). Однако доказать или опровергнуть эту гипотезу можно только на основании серьезных научных исследований.

Средний уровень окиси углерода в атмосферном воздухе — около 0,1 мг/м3, причем примерно 90% ее имеет природное происхождение (образуется при окислении метана в атмосфере, при лесных пожарах, при окислении терпенов, а также выделяется микроорганизмами, обитающими в океанах) и лишь Щ связано с деятельностью человека.

Ежегодно из-за неисправности печных вытяжек и автомобилей происходит много смертельных отравлений окисью углерода. Отравление ею (а не ожоги) служит основной причиной смерти при пожаре в закрытом помещении. Очень много окиси углерода содержится в выхлопных газах. В местах с интенсивным автомобильным движением ее концентрация может достигать 132 мг/м3, в салоне автомобиля на скоростной магистрали — 86 мг/м3, в жилых районах — 26 мг/м , в тоннелях и подземных гаражах ее содержание в течение длительного времени может превышать 114 мг/м3. Установка газоочистных систем, включая каталитические нейтрализаторы выхлопных газов в автомобилях, помогает уменьшить выброс окиси углерода в атмосферу.

Благодаря эффективным природным способам удаления окиси углерода ее содержание в атмосферном воздухе сохраняется относительно постоянным. Она удаляется главным образом путем взаимодействия с гидроксильными радикалами атмосферного воздуха с образованием двуокиси углерода. Кроме того, часть ее перемещается в верхние слои атмосферы или поглощается почвой.

Еще один источник окиси углерода — табачный дым. Показано, что у лиц, выкуривающих по две пачки сигарет в день, медиана концентрации карбоксигемоглобина составляет 5,9% (Goldsmith, Landaw, 1968).

Взаимодействие окиси углерода с гемоглобином. Токсичность окиси углерода обусловлена в основном тем, что она занимает участки связывания гемоглобина с кислородом и превращает гемоглобин в карбоксигемоглобин, не способный к переносу кислорода. Поскольку сродство окиси углерода к гемоглобину примерно в 220 раз выше, чем кислорода, она опасна даже в очень низких концентрациях. В атмосферном воздухе содержится около 21% кислорода, следовательно, при вдыхании воздуха, содержащего всего 0,1% окиси углерода, около 50% гемоглобина будет находиться в форме карбоксигемоглобина.

Кислородная емкость крови снижается пропорционально повышению концентрации карбоксигемоглобина. Одновременно уменьшается отдача кислорода тканям, поскольку в том случае, если железо гема частично связано с окисью углерода, оксигемоглобин диссоциирует гораздо хуже (рис. 68.1). Представим себе, что у двух больных кислородная емкость крови снижена вдвое, но у одного — за счет анемии (концентрация гемоглобина равна 80 г/л), а у другого — за счет отравления окисью углерода (концентрация гемоглобина равна 160 г/л, но 50% гемоглобина приходится на карбоксигемоглобин). При этом у первого больного состояние может быть вполне удовлетворительным, а у второго — близким к обморочному.

Токсическое действие окиси углерода объясняется также ее способностью связываться с цитохромами дыхательной цепии миоглобином (Gutierrez, 1982).

Факторы, влияющие на токсичность окиси углерода. Токсичность окиси углерода зависит от ее концентрации во вдыхаемом воздухе, продолжительности воздействия, МОД, сердечного выброса, потребности тканей в кислороде и концентрации гемоглобина. При анемии отравление окисью углерода более опасно, чем при нормальном уровне гемоглобина. Люди с высокой интенсивностью обмена более чувствительны к токсическому действию окиси углерода, поэтому у детей смерть от отравления наступает раньше, чем у взрослых.

Хотя атмосферное давление не влияет на относительное сродство кислорода и окиси углерода к гемоглобину, при снижении Р02 во вдыхаемом воздухе (например, при подъеме на большую высоту) отравление окисью углерода бывает более тяжелым.

Рисунок 68.1. Влияние карбоксигемоглобина на кривую диссоциации оксигемоглобина. Кривая А — норма; кривая Б — часть участков связывания гемоглобина с кислородом (всего в одной молекуле гемоглобина таких участков четыре) занята окисью углерода с образованием карбоксигемоглобина; кривая диссоциации оксигемоглобина сдвинута вверх и влево. Иными словами, если железо гема частично связано с окисью углерода, оксигемоглобин хуже отдает кислород. Это обусловлено аллосте-рическим взаимодействием между участками гемоглобина, связанными с окисью углерода с одной стороны и с кислородом — сдругой. SHb — насыщение гемоглобина кислородом.

Симптомы отравления окисью углерода

Все симптомы отравления окисью углерода обусловлены гипоксией. Наиболее чувствительны к гипоксии головной мозг и миокард, обладающие наибольшей потребностью в кислороде. Как показано на рис. 68.2, симптомы отравления зависят от концентрации карбоксигемоглобина в крови. Однако эта зависимость носит довольно условный характер, поскольку и сами симптомы, и их выраженность у разных больных неодинаковы. Недостаток данных об индивидуальных различиях в реакции на отравление, о продолжительности воздействия окиси углерода, о скорости ее всасывания и других фармакокинетических особенностях не позволяют установить четкую зависимость между симптомами отравления и концентрацией карбоксигемоглобина. Тем не менее приведенная на рисунке схема помогает хотя бы ориентировочно оценить риск тех или иных последствий отравления. Так, при вдыхании окиси углерода в высокой концентрации развивается обморок, которому могут предшествовать приступы слабости и дурноты, хотя он может наступить и внезапно, без каких-либо предвестников.

Рисунок 68.2. Зависимость симптомов отравления окисью углерода от концентрации карбоксигемоглобина в крови. Симптомы отравления приведены в той последовательности, в которой они появляются по мере увеличения концентрации карбоксигемоглобина. В связи с выраженными индивидуальными различиями в реакции на отравление значение концентрации карбоксигемоглобина можно использовать лишь для ориентировочной оценки риска тех или иных симптомов. Sayers, Davenport, 1930.

При умеренной концентрации карбоксигемоглобина в крови жизненно важные функции в состоянии покоя нарушаются незначительно. Хотя в присутствии карбоксигемоглобина кислородная емкость крови снижается, Ра02 при этом не изменяется, поэтому при отравлении окисью углерода не происходит стимуляции хеморецепторов каротидных синусов и дуги аорты и, как следствие, дыхательного центра. При 30% концентрации карбоксигемоглобина увеличивается ЧСС, что, по-видимому, служит компенсаторной реакцией на вазодилатацию, обусловленную гипоксией. Кроме того, вследствие тканевой гипоксии развивается лактацидоз.

Клиническая картина острого отравления может быть разной. Нередко появляются симптомы, не имеющие очевидной связи с отравлением: кожные проявления, потливость, увеличение печени, кровоточивость, гипертермия, лейкоцитоз, альбуминурия и глюкозурия.

Патогенез острого отравления окисью углерода. Как уже упоминалось, при отравлении окисью углерода больше всего страдают ткани, наиболее чувствительные к гипоксии, в первую очередь миокард и головной мозг, причем наблюдаются преимущественно геморрагические поражения тканей. Карбоксиге-моглобинемия может приводить к длительному поражению миокарда с развитием ишемии и субэндокардиальных инфарктов. Причиной тяжелой головной боли служат, по-видимому, отек мозга и повышение внутричерепного давления, обусловленные выходом жидкости из сосудистого русла вследствие гипоксии. В работе (Finck, 1966) были исследованы патологоанатомические изменения при смертельном отравлении окисью углерода (всего 351 случай). Если смерть наступила быстро, то во всех органах наблюдались застой крови и кровоизлияния. В случаях, когда смерть наступила спустя какое-то время после отравления, выраженность ишемического поражения зависела от продолжительности бессознательного состояния.

Нервно-психические нарушения могут пройти полностью, если продолжительность бессознательного состояния улиц моложе 48 лет не превышала 21 ч, а у лиц более старшего возраста — 11 ч (Bokonjid, 1963). Если же у лиц моложе 48 лет оно длилось более 64 ч, а у лиц более старшего возраста — более 15 ч, то полное восстановление невозможно. Пожалуй, самые коварные осложнения отравления окисью углерода — это отсроченные психические нарушения, проявляющиеся необоснованной эйфорией, нарушением абстрактного мышления, суждения и сосредоточения (Choi, 1983). Некоторые врачи считают, что окись углерода даже в низкой (не вызывающей комы) концентрации приводит к нервно-психическим нарушениям.

Тяжелое отравление может приводить к поражению кожи — от очагового отека и покраснения до везикул и пузырей. Возможен рабдомиолиз, обусловленный, по-видимому, соединением окиси углерода с миоглобином, впоследствии возможно развитие миоглобинурии и почечной недостаточности.

Диагностика острого отравления. Зачастую сама обстановка, в которой находят пострадавшего, достаточно ясно указывает на отравление. Поскольку карбоксигемоглобин имеет вишневый цвет, то при высокой его концентрации кожа, слизистые и ногтевое ложе также могут приобретать вишневый оттенок. Однако чаще всего окраска кожи больного при жизни бывает бледной и цианотичной, а вишневый оттенок появляется лишь посмертно. Окончательный диагноз ставят при выявлении кар-боксигемоглобина в крови, однако при тяжелом отравлении лечение начинают, не дожидаясь результатов исследования, при этом выявление карбоксигемоглобина может быть важным с юридической точки зрения. Если умерший скончался в атмосфере, содержащей окись углерода, то концентрация карбокси-Е гемоглобина у него обычно составляет 60%, хотя смерть может наступить и при меньших концентрациях. Если же пострадавший вовремя был эвакуирован и у него нет нарушений газообмена, то концентрация карбоксигемоглобина быстро падает, в результате чего кровь полностью освобождается от карбоксигемоглобина в течение нескольких часов.

Метаболизм и выведение окиси углерода. При дыхании чистым воздухом карбоксигемоглобин диссоциирует и окись углерода выводится через легкие. Лишь незначительная ее часть окисляется до двуокиси углерода.

Наоборот, в отсутствие дыхания окись углерода не выводится. Более того, учитывая высокую стабильность карбоксигемоглобина, в том числе в условиях разложения трупа, концентрацию карбоксигемоглобина можно точно определить, даже если с момента смерти прошло много времени. С другой стороны, после остановки дыхания окись углерода в организм почти не поступает — за исключением небольшого количества, всасываюшегося через кожу; поэтому определение концентрации карбоксигемоглобина в крови, взятой из сердца, позволяет судить о содержании этого вещества в крови в момент смерти.

В покое Т1/2 окиси углерода при дыхании атмосферным воздухом составляет 320 мин, при дыхании 100% кислородом —80 мин, а при гипербарической оксигенации — всего 25 мин (Peterson and Stewart, 1970). Эти данные легли в основу современного подхода к лечению отравлений окисью углерода. Лечение. В первую очередь пострадавшего выносят на свежий воздух. В случае остановки дыхания немедленно приступают к ИВЛ. Все последующее лечение направлено на улучшение доставки кислорода к тканям и ускорение выведения окиси углерода. В большинстве случаев для этого бывает достаточно ингаляции 100% кислорода через плотно прилегающую маску. Однако некоторые врачи рекомендуют сразу же прибегать к гипербарической оксигенации, считая, что она не только увеличивает растворимость и доставку кислорода к тканям, но и ускоряет диссоциацию карбоксигемоглобина (Myers et al., 1985). Лучший показатель нормальной оксигенации крови — восстановление функций ЦНС. Иногда для оценки оксигенации крови измеряют концентрацию карбоксигемоглобина, причем лечение продолжают до тех пор, пока этот показатель не опустится ниже 10%. Дополнительно проводят лечение, направленное на борьбу с артериальной гипотонией и ацидозом, а также следят за сердечной деятельностью (Tintinalli et al., 1983).

Хроническое отравление низкими дозами окиси углерода. Сердечно-сосудистая система, в особенности миокард, реагирует даже на незначительную карбоксигемоглобинемию. При повышении концентрации карбоксигемоглобина до 6—12% усиливается анаэробный метаболизм (Ayres etal., 1970). Экспериментальные и клинические данные говорят о том, что хроническая интоксикация окисью углерода ускоряет развитие атеросклероза (Thomsen, 1974). Возможны также поведенческие и психические нарушения. Так, при повышении концентрации карбоксигемоглобина всего до 2—5% снижается способность поддерживать внимание. Однако на быстроту реакции, ориентацию во времени, координацию движений, восприятие, интеллект и такие виды деятельности, как управление автомобилем, такой уровень карбоксигемоглобинемии, по-видимому, не влияет (National Research Council, 1977).

Окись углерода быстро проникает через плаценту и обладает выраженным токсическим действием на плод. Кратковременное воздействие высоких доз окиси углерода во время беременности может приводить к неврологическим нарушениям и даже к тяжелому поражению головного мозга у новорожденного (Longo, 1977). Курение матери во время беременности может отрицательно сказываться на развитии ЦНС у плода, поскольку при этом в крови у него постоянно, хотя и в невысокой концентрации, присутствует карбоксигемоглобин.

Длительный контакт с окисью углерода может приводить к эритроцитозу. Возможно, существуют и другие компенсаторные реакции, однако пока о них ничего не известно. Организм здорового человека очень чутко реагирует на гипоксию быстрым повышением сердечного выброса и улучшением кровоснабжения жизненно важных органов. Однако у лиц, страдающих тяжелыми сердечно-сосудистыми заболеваниями, эти компенсаторные механизмы могут не срабатывать, поэтому такие больные особенно чувствительны к токсическому действию окиси углерода (Stewart, 1975).

Взвешенные частицы. Вдыхание пыли приводит к профессиональным болезням, называемым пневмокониозами. Самый частый из них — силикоз. По распространенности в земной коре кремний стоит на-втором месте после кислорода, причем в виде диоксида кремний входит в состав примерно 60% пород земной коры. Контакт с пылью, содержащей диоксид кремния, возможен на разных производствах, но особенно много ее образуется в процессе добычи золота, железа, угля, при проведении пескоструйных и каменных работ. Частицы диаметром более 10 мкм почти не проникают в альвеолы и поэтому не представляют опасности для здоровья. Частицы же диаметром менее 2— 3 мкм, попадая в альвеолы, захватываются макрофагами, в результате чего последние погибают. К месту гибели этих макрофагов мигрируют другие макрофаги, которые начинают пролиферировать и вырабатывать факторы роста и другие цитокины, стимулирующие пролиферацию фибробластов и синтез ими коллагена. В результате этих процессов в легких образуются диффузно распределенные многочисленные силикотические узелки. До развития клинически выраженного заболевания обычно |проходит 10—25 лет. Пневмосклероз со временем прогрессирует, приводя к снижению жизненной емкости легких и нарастанию одышки.

Сопутствующие пневмокониозу заболевания легких протекают более тяжело. У больных силикозом повышается риск не только туберкулеза легких, но и других легочных инфекций.

Вследствие длительного вдыхания асбестовой пыли развивается асбестоз. Асбест — это волокнистый минерал, состоящий из гидросиликатов. Благодаря своей пластичности, прочности, низкой плотности, диэлектрическим свойствам и устойчивости к действию высоких температур, кислот и щелочей он нашел широкое применение в промышленности. Асбест широко использовался для изготовления изоляционных материалов, тормозных колодок, шифера и некоторых других изделий, однако в последнее время он используется все реже, поскольку контакте асбестом вреден для здоровья.

Вдыхание асбестовой пыли может приводить не только к ас-бестозу, но и к раку легкого и мезотелиоме плевры и брюшины. Гистологически асбестоз проявляется пневмосклерозом, возникающим вблизи бронхиол, где в основном и откладываются длинные волокна асбеста. Наряду с пневмосклерозом развивается также фибринозный плеврит, из-за которого плевра утолщается и легкие оказываются как будто в жесткой капсуле. Полагают, что в основе повреждающего действия асбеста лежит взаимодействие ионов железа на поверхности его волокон с образующимися в ходе воспалительной реакции активными формами кислорода (Timblin et al., 1999). Асбестоз хотя и похож по своим проявлениям (одышка, тахипноэ, кашель) на силикоз, но не повышает риск туберкулеза легких.

Контакт с асбестом в течение 20—30 лет, как и курение, повышает риск рака легкого, причем при сочетании обоих вредных факторов этот риск значительно выше, чем при наличии лишь одного из них (SelikofF and Hammond, 1979). Контакт с хризотил-асбестом в течение 25—40 лет повышает также риск быстропрогрессирующей мезотелиомы плевры и брюшины (Sclikoffand Hammond, 1979). Высокая распространенность этой опухоли в Турции обусловлена, по-видимому, тем, что состав для побелки и штукатурки жилых помещений там готовят с добавлением тремолита (минерала, содержащего асбест). Возможно, к развитию этой опухоли могут приводить и другие природные или искусственные волокна, похожие на асбестовые по форме и размерам (Elmes, 1980). Если не считать волокнистых частиц и выбросов, содержащих мышьяк, вдыхание которых, по всей видимости, повышает риск злокачественных новообразований, влияние остальных загрязнителей воздуха на развитие опухолей на сегодняшний день не установлено (Kaplan and Morgan, 1981).

Вдыхание минеральной и органической пыли может приводить также к антракозу, апюминозу, баритозу (обусловлен вдыханием бариевой пыли), бериллиозу, биссинозу (обусловлен вдыханием хлопковой пыли) и другим пневмокониозам (Speizer, 1994).