Отруєння чадним газом супроводжується утворенням у крові живих істот особливої речовини, яка перешкоджає доступу кисню до органів, – карбоксигемоглобіну. Про те, наскільки це небезпечно, чи можливо розщепити зазначену сполуку та як далеко просунулися за цим напрямом науковці Академії, пише вчений секретар Інституту прикладних проблем фізики і біофізики (ІППФБ) НАН України кандидат фізико-математичних наук Сергій Мамілов.
Монооксид вуглецю, або чадний газ, не даремно називають тихим убивцею: він не має запаху й забарвлення, тому наші органи чуття не попередять нас про виникнення небезпеки. Чадний газ утворюється в результаті горіння за нестачі кисню. Таке відбувається під час пожеж або, наприклад, якщо в приміщенні, де працює газовий котел, відсутній достатній доступ свіжого повітря, погано працює вентиляція, засмічено димарі. Крім того, вітряна погода може спричинити зворотну тягу в димових і вентиляційних каналах, і через це небезпечні продукти горіння не виводитимуться назовні та накопичуватимуться в приміщенні. Легкий та середній ступені отруєння чадним газом супроводжують головний біль, нудота, запаморочення, шум у вухах. Якщо не вжити необхідних заходів, людина непритомніє і може померти.
Проте, крім гострого отруєння чадним газом, іноді спостерігається й хронічне, зокрема в курців, шахтарів, працівників ливарних і мартенівських цехів та інших специфічних виробництв. Чадний газ міститься й у вихлопному газі двигунів внутрішнього згоряння, тому мешканці великих міст так само ризикують хронічно отруїтися ним.
Як діє чадний газ на організм людини? Коли монооксид вуглецю потрапляє у кров, виникає карбоксигемоглобін – хімічна сполука, що є результатом взаємодії монооксиду вуглецю з пігментом крові гемоглобіном. Швидкість приєднання монооксиду вуглецю до гемоглобіну приблизно вдесятеро вища за швидкість приєднання кисню, а швидкість дисоціації (розщеплення) карбоксигемоглобіну приблизно в 3600 разів менша за відповідну швидкість для оксигемоглобіну. Потрапляючи до легень із атмосферним повітрям, монооксид вуглецю розчиняється в плазмі крові, проникає в еритроцити та вступає у незворотний зв’язок із гемоглобіном і блокує здатність гемоглобіну транспортувати кисень організмом. Отже, навіть легкий ступінь отруєння монооксидом вуглецю призводить до підвищення навантаження на серце, оскільки зменшення надходження кисню компенсується збільшенням частоти серцевих скорочень.
Найточнішим і найчутливішим методом вимірювання вмісту карбоксигемоглобіну в крові, який (метод) вважається еталонним, є газова хроматографія (поріг виявлення карбоксигемоглобіну – 0,005%) – завдяки своїй високій специфічності до моноокису вуглецю. Однак через складність зазначеного методу, а також досить великі витрати часу та необхідність залучення кваліфікованого персоналу його застосування обмежується дослідницькими лабораторіями. Інший метод – спектрофотометричне визначення у зразках крові. Його суть полягає в тому, що змінена молекулярна структура частини гема в різних дериватах гемоглобіну породжує унікальні спектри поглинання, які дають змогу відокремити складові гемоглобінів. Водночас, цей метод так само потребує складної апаратури й кваліфікованого персоналу, а тому придатний лише для підтвердження діагнозу отруєння монооксидом вуглецю в лікарняних умовах. У польових же умовах або на місці події рятувальним і пожежним службам та швидкій медичній допомозі необхідні спеціальні портативні прилади з неінвазивним принципом дії.
Ще однією важливою проблемою є ускладнене виведення монооксиду вуглецю з організму, пов’язане з повільною дисоціацією карбоксигомоглобіну в крові людини. Щоб спробувати вирішити цю проблему, вчені ІППФБ НАН України запропонували дослідити вплив крізьшкірного низькоінтенсивного лазерного опромінювання. Підґрунтям для такої пропозиції стали результати попередніх робіт, у яких науковці вивчали дію лазерного випромінювання на оксигемоглобін артеріальної крові. Було, зокрема, показано, що лазерне випромінювання спричинює фотодисоціацію оксигемоглобіну. Враховуючи спорідненість структур різних форм гемоглобіну, дослідники дійшли висновку про доцільність використання отриманих ними результатів під час виконання досліджень за суміжним напрямом.
Першим завданням учені визначили розроблення методів неінвазивного контролю за відносною концентрацією карбоксигемоглобіну в артеріальній крові. Для досягнення мети було застосовано метод, розвинений із методу пульсоксиметрії. Використовуючи три довжини хвилі та враховуючи модуляцію світла, що проходить крізь периферичну кровонаповнену тканину пульсовою хвилею крові, фахівці ІППФБ НАН України розробили неінвазивний метод визначення карбоксигемоглобіну, а на основі цього методу – прилад для контролю стану отруєних монооксидом вуглецю, який аналізує вміст карбоксигемоглобіну в крові, вміст монооксиду вуглецю в видихуваному повітрі й навколишньому середовищі, параметри роботи серцево-судинної системи, периферійної гемодинаміки та дихання.
 Зовнішній вигляд приладу для визначення стану людини, отруєної чадним газом |
В експериментах із дослідження впливу крізьшкірного лазерного опромінювання на зміну концентрації карбоксигемоглобіну було використано 18 джерел випромінювання (світлодіоди й лазерні діоди) у видимому та ближньому інфрачервоному діапазоні з довжинами хвиль 405, 470, 505, 525, 568, 590, 605, 625, 635, 650, 660, 700, 780, 808, 850, 860, 880 і 940 нм. Участь у дослідах взяли добровольці, які мають стаж тютюнопаління понад 10 років і рівень карбоксигемоглобіну в крові 4–5%. В результаті опромінювання науковці спостерігали зменшення рівня карбоксигемоглобіну в крові.
 Приклад зміни концентрації карбоксигемоглобіну в артеріальній крові під впливом лазерного випромінювання |
Досліджуючи вплив лазерного випромінювання залежно від довжини хвилі, вони також виявили три основні максимуми дії в зеленій, червоній та інфрачервоній областях.
 Спектр дії лазерного випромінювання на карбоксигемоглобін |
Нині вчені ІППФБ НАН України продовжують цю роботу і сподіваються, що їхній прилад стане у пригоді рятувальникам, пожежникам, працівникам небезпечних виробництв, а результати проведених досліджень дадуть змогу боротися з наслідками отруєння чадним газом.
За інформацією ІППФБ НАН України