Τρίτη, 5 Μαρτίου 2013

Μονοξείδιο του άνθρακα- Carbon monoxide

Μετά το τραγικό συμβάν με τη χρήση του "μαγκαλιού", ως θερμαντικό, παρουσιάζουμε μερικά χρήσιμα στοιχεία σχετικά με την φύση και συμπεριφορά του μονοξειδίου.

Από τη σελίδα του  Ε.Κ.Πανεπιστημίου Αθηνών http://www.chem.uoa.gr  είναι τα παρακάτω στοιχεία:

Το μονοξείδιο του Άνθρκα Carbon monoxide είναι  'Αοσμο, άχρωμο και εύφλεκτο αέριο. ΠΡΟΣΟΧΗ: Μία εισπνοή καθαρού μονοξειδίου του άνθρακα (π.χ. για να διαπιστωθεί ότι είναι άοσμο) αρκεί για να επιφέρει τον θάνατο.

Τα όρια αναφλεξιμότητας στον αέρα είναι  από 12 έως 75% (v/v), είναι τοξικότατο ασφυξιογόνο εξαιρετικά επικίνδυνο ως στερούμενο οσμής και γεύσης που θα μπορούσαν να κάνουν αντιληπτή την παρουσία του σε τοξικά επίπεδα.

Το μονοξείδιο του άνθρακα έχει χαρακτηρισθεί ως σιωπηλός δολοφόνος (silent killer), επειδή είναι ένα τελείως άοσμο αέριο και τα αρχικά συμπτώματα της δηλητηρίασης που προκαλεί, συχνά συγχέονται με εκείνα ενός απλού κρυολογήματος. Είναι ένα αέριο το οποίο μπορεί εύκολα να δημιουργηθεί στα σπίτια που θερμαίνονται με την καύση οργανικών υλικών (ξύλων, κάρβουνο) σε περιπτώσεις κακής συντήρησης των απαγωγών των αερίων καύσης ή κάποιων διαρροών. Πολλές περιπτώσεις δηλητηριάσεων έχουν συμβεί σε κλειστά γκαράζ, όταν αφήνεται σε λειτουργία η μηχανή των αυτοκινήτων. Στις ΗΠΑ εκτιμάται ότι κάθε χρόνο κατά μέσον όρο 500 άτομα χάνουν τη ζωή τους εξαιτίας του.

Στην Ελλάδα, το θέμα της προστασίας έναντι του μονοξειδίου του άνθρακα ήλθε στην επικαιρότητα λόγω της στροφής μεγάλου μέρους του πληθυσμού στη θέρμανση με καύση ξύλου ή διαφόρων προϊόντων του (pellets), εξαιτίας του δυσβάσταχτου πλέον κόστους του πετρελαίου για τα συστήματα κεντρικής θέρμανσης.

 

 

ΠΡΟΣΟΧΗ: -Μία εισπνοή καθαρού CO (π.χ. για να διαπιστωθεί ότι είναι άοσμο) αρκεί για να επιφέρει τον θάνατο-. Ωστόσο, τα χημικά εργαστήρια στα οποία γίνεται συχνή χρήση CO (κυρίως από φιάλες του αερίου) θα πρέπει να είναι εξοπλισμένα με ηλεκτρονικούς ανιχνευτές του αερίου που με ηχητικό σήμα προειδοποιούν για την παρουσία επικίνδυνων επιπέδων CO στην ατμόσφαιρα.
Πρέπει να τονιστεί ότι διαρροές του μονοξειδίου του άνθρακα δεν γίνoνται αντιληπτές και τα πρώτα συμπτώματα δηλητηρίασης (πονοκέφαλος, ζάλη, εξάντληση, καταρροή) μπορούν εύκολα να παρερμηνευθούν και να θεωρηθούν ως φυσιολογικό αποτέλεσμα μιας ημέρας κουραστικής εργασίας ή σαν ένα κοινό κρυολόγημα.
Τα μέτρα ασφάλειας για τον χειρισμό του μονοξειδίου του άνθρακα που ισχύουν σε ένα πανεπιστημιακό εργαστήριο (University of Pensylvania) είναι εντυπωσιακά για την αυστηρότητά τους και μπορούν να αναζητηθούν εδω: "GUIDELINES FOR CARBON MONOXIDE GAS USAGE IN LABORATORIE
Σήμανση NFPA για το CO (4: θανατηφόρο, 4: εύφλεκτο, 2: βίαιες αντιδράσεις σε υψηλές θερμοκρασίες και πιέσεις



Η τοξική δράση του CO οφείλεται στο ότι συνδέεται σταθερά με την αιμοσφαιρίνη, με αποτέλεσμα ο οργανισμός να μην μπορεί να προσλάβει οξυγόνο από τον αέρα. Το κύριο πρόβλημα με το CO είναι το ότι δεν προκαλεί κατά την εισπνοή του κάποιον ερεθισμό και είναι τελείως άοσμο σε αντίθεση με άλλα ακόμη τοξικότερα αέρια (χλώριο, υδρόθειο, υδροκυάνιο) των οποίων η έντονη οσμή ή η ερεθιστική δράση προειδοποιεί τον άνθρωπο και του δίνει χρόνο για να απομακρυνθεί από τον χώρο με την τοξική ατμόσφαιρα πριν η συγκέντρωσή τους φθάσει σε θανάσιμα επίπεδα.
Στις ΗΠΑ εκτιμάται ότι κατά μέσον όρο 500 άτομα πεθαίνουν τον χρόνο λόγω δηλητηρίασης από CO. Στο παρελθόν, στην Ελλάδα ήταν εξαιρετικά διαδεδομένη η χρήση μαγκαλιών για τη θέρμανση των φτωχικών σπιτιών. Στα μαγκάλια έκαιγαν κάρβουνα ή πυρήνα από την έκθλιψη κουκουτσιών ελιάς, συχνά σε συνθήκες κακού αερισμού, με αποτέλεσμα δεκάδες δηλητηριάσεων και θανάτων από το μονοξείδιο του άνθρακα κάθε χρόνο.

Κατά τη φυσιολογική λειτουργία του αναπνευστικού συστήματος η αιμοσφαιρίνη (hemoglobin) (MB: 64 kDa), η οποία βρίσκεται στα ερυθρά αιμοσφαίρια του αίματος, δρα ως "μεταφορέας" του Ο2 από τους πνεύμονες προς τους ιστούς και του CO2 από τους ιστούς προς τους πνεύμονες. Παραπλεύρως δείχνονται οι φυσιολογικές αντιδράσεις της αιμοσφαιρίνης (Hb) στους πνεύμονες και στους ιστούς:
Στους πνεύμονες η αιμοσφαιρίνη (Hb) των ερυθρών αιμοσφαιρίων του αίματος συνδέεται "χαλαρά" με το μοριακό οξυγόνο παρέχοντας οξυαιμοσφαιρίνη (oxyhemoglobin, Hb O2), ενώ αποδίδει το CO2 που παρέλαβε (ως φυσιολογικό προϊόν των βιοχημικών "καύσεων") από τους ιστούς .
Στους ιστούς η αιμοσφαιρίνη αποδίδει το απαραίτητο για τις βιοχημικές "καύσεις" Ο2  και παραλαμβάνει το CO2 (φυσιολογικό προϊόν των βιοχημικών "καύσεων") το οποίο μεταφέρει προς τους πνεύμονες σχηματίζοντας με αυτό μια επίσης "χαλαρή" ένωση την καρβαμινοαιμοσφαιρίνη (carbaminohemoglobin, Hb CO2) (στην ελληνική βιβλιογραφία αναφέρεται και ως ανθρακαιμοσφαιρίνη) . Η ένωση αυτή έχει πιο βαθύ ερυθροϊώδες χρώμα και για το λόγο αυτό το φλεβικό αίμα είναι πιο σκούρο σε σχέση με το αρτηριακό αίμα που είναι πλούσιο σε οξυαιμοσφαιρίνη.
Το μονοξείδιο του άνθρακα ουσιαστικά δυσχεραίνει ή διακόπτει τον παραπάνω κύκλο. Η τοξική δράση του CO οφείλεται στο ότι η αιμοσφαιρίνη παρουσιάζει κατά περίπου 200 έως 250 φορές μεγαλύτερη συγγένεια (συχνότερα αναφέρεται η τιμή 210) προς αυτό σε σχέση με το Ο2 σχηματίζοντας την ένωση καρβοξυαιμοσφαιρίνη (στην ελληνική βιβλιογραφία αναφέρεται και ως ανθρακυλαιμοσφαιρίνη) (carboxyhemoglobulin, Hb CO ή COHb) . 'Ετσι, το αίμα χάνει την ικανότητά του να μεταφέρει οξυγόνο στους ιστούς και οργανισμός ασφυκτιεί. Ο εγκέφαλος είναι το πλέον ευαίσθητο όργανο στην έλλειψη οξυγόνου και για τον λόγο αυτό τα πρώτα συμπτώματα της δηλητηρίασης από το CO είναι ο πονοκέφαλος και η ζάλη, που καταλήγει σε λιποθυμία και τελικά στον θάνατο από ασφυξία. Το χαρακτηριστικό των δηλητηριάσεων από μονοξείδιο του άνθρακα είναι το έντονο κερασέρυθρο χρώμα που αποκτά το σώμα του θύματος και είναι εμφανέστατο στο πρόσωπό του.
Αντίστοιχα, με την αιμοσφαιρίνη που μεταφέρει το οξυγόνο στους ιστούς, δρα και η μυοσφαιρίνη (myoglobin) (ΜΒ: 17,7 kDa), η οποία μεταφέρει το οξυγόνο στα μυικά κύτταρα. Η μυοσφαιρίνη επίσης παρουσιάζει κατά περίπου 60 έως 70 φορές μεγαλύτερη συγγένεια προς το CO σε σχέση με το Ο2.
 Συμπτώματα της δηλητηρίασης από μονοξείδιο του άνθρακα. Τα συμπτώματα της δηλητηρίασης του ανθρώπου από το CO κατά σειρά εμφάνισής τους είναι: Κεφαλαλγία (πονοκέφαλος), ναυτία και ίλιγγος (ζάλη), καταρροή, δύσπνοια, εξάντληση, ταχυκαρδία, πόνος στο στήθος, λιποθυμία, θάνατος από ασφυξία. Το πόσο γρήγορα διαδέχεται το ένα σύμπτωμα το άλλο, όπως και το αν τα συμπτώματα φθάνουν μέχρι ένα δεδομένο επίπεδο ή αν τελικά οδηγούν στον θάνατο, εξαρτάται από τη συγκέντρωση του CO στην ατμόσφαιρα και από τον χρόνο έκθεσης στην ατμόσφαιρα αυτή.
Χαρακτηριστικό είναι το ότι επειδή οι περισσότερες δηλητηριάσεις από μονοξείδιο του άνθρακα στα σπίτια συμβαίνουν τον χειμώνα (από τα χρησιμοποιούμενα μέσα θέρμανσης), συχνά τα πρώτα συμπτώματα συγχέονται με τα παρόμοια συμπτώματα που προκαλούν διάφορες ιώσεις. Φυσικά, οι ηλικιωμένοι, οι πάσχοντες από καρδιοαναπνευστικές παθήσεις και τα παιδιά είναι ιδιαίτερα ευάλωτοι.
Ο βαθμός δηλητηρίασης ενός οργανισμού από το CO καθορίζεται από το ποσοστό της αιμοσφαιρίνης που έχει μετατραπεί σε καρβοξυαιμοσφαιρίνη (% Hb CO). Προφανώς όσο μεγαλύτερο είναι αυτό το ποσοστό, τόσο λιγότερο οξυγονώνεται ο οργανισμός και τόσο πιο βαριά είναι τα συμπτώματα της δηλητηρίασης.
Λόγω της μεγαλύτερης συγγένειας του CO σε σχέση με το Ο2 με την αιμοσφαιρίνη, αέρας με περιεκτικότητα κατ' όγκο μόλις 0,1% CO (1000 ppm) οδηγεί στη δέσμευση της μισής ποσότητας (και πλέον) αιμοσφαιρίνης προς καρβοξυαιμοσφαιρίνη (50% Hb CO). Αυτό είναι αναμενόμενο αν θεωρήσει κανείς το ότι το CO έχει 200 έως 250 φορές μεγαλύτερη συγγένεια με την αιμοσφαιρίνη σε σχέση με το Ο2. 'Ετσι, περιεκτικότητα 0,1% CO έχει περίπου την ίδια τάση σύνδεσης με την αιμοσφαιρίνη, όση τάση έχει το 20% Ο2 της ατμόσφαιρας. 
Τα συμπτώματα που παρουσιάζει ένα θύμα δηλητηρίασης από το CO σε διάφορα επίπεδα συγκέντρωσης CO (σε ppm) ή (σε αντιστοιχία) με τα διάφορα επίπεδα κορεσμού του αίματος σε καρβοξυαιμοσφαιρίνη (% Hb CO) δίνονται στους πίνακες που ακολουθούν.
Γενικά, επίπεδα 15-20% Hb CO θεωρούνται σε κάποιο βαθμό ανεκτά από τον ανθρώπινο οργανισμό, έτσι κατά κανόνα, οι ανιχνευτές CO είναι ρυθμισμένοι ώστε να ενεργοποιούνται σε συγκεντρώσεις CO που οδηγούν σε ποσοστά 10-15% Hb CO. Από τα όρια αυτά και πάνω αρχίζουν τα προβλήματα.
Θα πρέπει να σημειωθεί σε περιπτώσεις δηλητηρίασης που το ποσοστό δεσμευμένης αιμοσφαιρίνης δεν ξεπερνά το 40% Hb CO τα συμπτώματα υποχωρούν και εξαφανίζονται χωρίς να χρειαστεί κάποια θεραπεία, αν το θύμα απομακρυνθεί από την τοξική ατμόσφαιρα και αρχίσει να αναπνέει καθαρό αέρα. Για ποσοστά 40 έως 60% Hb CO το θέμα περιέρχεται σύντομα σε κατάσταση κώματος είναι απαραίτητη πλέον η άμεση χορήγηση καθαρού οξυγόνου. Για ποσοστά μεγαλύτερα από 60% Hb CO το θύμα περιέρχεται σε κατάσταση έντονης υποξίας (υποξία: μερική στέρηση οξυγόνου, ανοξία: ολοκληρωτική στέρηση οξυγόνου) και έχει πιθανότητες να επιβιώσει μόνο μετά την άμεση χορήγηση καθαρού ή "υπερβαρικού" οξυγόνου (οξυγόνο υπό πίεση 2-3 atm σε ειδικό θάλαμο), ενώ είναι πλέον πολύ πιθανή και η μόνιμη εγκεφαλική βλάβη (μόνιμη κατάσταση κώματος).
 'Εχουν διατυπωθεί μαθηματικά μοντέλα που αποδίδουν το ποσοστό καρβοξυαιμοσφαιρίνης (% Hb CO) ως συνάρτηση του χρόνου έκθεσης ενός ανθρώπου σε ατμόσφαιρα με διάφορες συγκεντρώσεις CO, όπως αυτό που δείχνεται πάνω δεξιά. Οι μπλε κύκλοι αποδίδουν τα πειραματικά σημεία, ενώ οι κόκκινες γραμμές δείχνονται οι θεωρητικές τιμές με βάση το μαθηματικό μοντέλο που προτείνεται στη σχετική εργασία.

Γενικά, η για λίγες ώρες έκθεση σε συγκέντρωση CO 100 ppm (0,01% v/v) δεν θεωρείται επιβλαβής. Η Διεύθυνση Επαγγελματικής Ασφάλειας και Υγείας των ΗΠΑ (OSHA, Occupational Safety and Health Administration) συνιστά για μια εργασιακή περίοδο οκτώ ωρών μια μέση συγκέντρωση η οποία δεν θα ξεπερνάει τα 50 ppm CO και με συγκέντρωση κορυφής, που δεν θα πρέπει να ξεπερνάει τα 400 ppm. Το ίδιο επίπεδο ισχύει και στην Ελλάδα. Μετά από εισηγήσεις εμπειρογνωμόνων είναι ενδεχόμενη η μείωση των ορίων αυτών .
Ευτυχώς, η τοξική δράση του CO δεν είναι αθροιστική. Τα ερυθρά αιμοσφαίρια δεν καταστρέφονται, η βλάβη τους (σχηματισμός της Hb CO) είναι 100% αντιστρεπτή. Τόσο η δηλητηρίαση από το CO όσο και η θεραπεία με χορήγηση Ο2 είναι καθαρά αποτέλεσμα μιας χημικής ισορροπίας και υπόκεινται στον νόμο δράσης των μαζών. Εάν δοθεί ευκαιρία στον άνθρωπο να αναπνεύσει καθαρό αέρα σε περιπτώσεις ελαφριάς δηλητηρίασης, ή καθαρού οξυγόνου σε περιπτώσεις βαρύτερης δηλητηρίασης, ο οργανισμός επανέρχεται στη φυσιολογική λειτουργία του, εκτός βέβαια αν έχει επέλθει κάποια μόνιμη εγκεφαλική βλάβη λόγω της παρατεταμένης έλλειψης οξυγόνου (ανοξίας).
Χρόνος υποδιπλασιασμού. 'Εχει εκτιμηθεί ότι ο χρόνος υποδιπλασιασμού (half-life) του ποσοστού Hb CO στον ανθρώπινο οργανισμό είναι περίπου 4,5 ώρες, από τη στιγμή που το θύμα της δηλητηρίασης θα αρχίσει να αναπνέει με κανονικό ρυθμό καθαρό αέρα. Ο χρόνος αυτός μειώνεται στη 1,5 ώρα εάν στο θύμα χορηγηθεί καθαρό οξυγόνο και στα 20 λεπτά αν χορηγηθεί υπερβαρικό οξυγόνο υπό πίεση 3 atm . Συχνά χορηγείται μίγμα O2-CO2 (96%-4%) για να δημιουργηθεί σκόπιμος υπεραερισμός (hyperventilation) (ταχύτερη, βαθύτερη αναπνοή), που επιταχύνει τη μείωση του ποσοστού Hb CO.
Το μονοξείδιο είναι ιδιαίτερα επικίνδυνο  γιά το πυροσβεστικό προσωπικό, δείτε το σχετικό βίντεο
 http://stamoylis.blogspot.gr/2013/03/carbon-monoxide.html

Δεν υπάρχουν σχόλια:

Δημοσίευση σχολίου