Оксид углерода: механизм токсического действия, патогенез и клинические проявления острой интоксикации

Введение. Оксид углерода (СО) остается одной из наиболее распространенных причин острых отравлений и смерти людей как в повседневной жизни, так и в чрезвычайных ситуациях, особенно при пожарах.

Материал и методы. В работе обобщены сведения о регуляторных эффектах, механизмах токсического действия, патогенезе и клинической картине интоксикаций, а также предикторах тяжести отравления СО.

Результаты. Основной механизм токсического действия СО обусловлен его способностью связываться с протогемальным железом гемоглобина (Hb) с образованием карбоксигемоглобина (HbCO). Токсичность СО может также усиливаться нарушением функций миоглобина миокарда и скелетных мышц, митохондриальной цитохромоксидазы и железосодержащих ферментов антиоксидантной системы. Ведущим звеном в патогенезе острого отравления СО является нарушение кислородтранспортной функции гемоглобина и связанное с этим развитие гемической и тканевой гипоксии. Коиндуцированное повреждение клеток и тканей вследствие развития митохондриальной дисфункции и окислительного стресса, гиперпродукции свободных радикалов, перекисного окисления липидов, воспаления и апоптоза также играет определенную роль в развитии интоксикации.

Заключение. Механизм токсического действия СО, связанный прежде всего с образованием карбоксигемоглобина и развитием гипоксии, определяет клинические проявления острой интоксикации, которые зависят от концентрации СО и продолжительности воздействия, но почти всегда связаны центральной нервной и сердечно-сосудистой системами.

1. Тиунов Л.А., Кустов В.В. Токсикология окиси углерода. М.: Медицина; 1980.

2. Von Burg R. Carbon monoxide. J. Appl. Toxicol. 1999; 19 (5): 379-86.

3. Byard R.W. Carbon monoxide - the silent killer. Forensic Sci. Med. Pathol. 2019; 15 (1): 1-2.

4. Stucki D., Stahl W. Carbon monoxide - beyond toxicity? Toxicol. Lett. 2020; 333: 251-60.

5. Maines M.D. The heme oxygenase system: a regulator of second messenger gases. Ann. Rev. Pharmacol. Toxicol. 1997; 37: 517-54.

6. Ryter S.W., Ma K.C., Choi A.M.K. Carbon monoxide in lung cell physiology and disease. Am. J. Physiol. Cell Physiol. 2018; 314(2): 211-27.

7. Suematsu M., Kashiwagi S., Sano T., Goda N., Shinoda Y., Ishimura Y. Carbon monoxide as an endogenous modulator of hepatic vascular perfusion. Biochem. Biophys. Res. Commun. 1994; 205(2): 1333-7.

8. Suliman H.B., Carraway M.S., Tatro L.G., Piantadosi C.A. A new activating role for CO in cardiac mitochondrial biogenesis. J. Cell Sci. 2007; 120 (2): 299-308.

9. Verma A., Hirsch D.J., Glatt C.E., Ronnett G.V., Snyder S.H. Carbon monoxide: a putative neural messenger. Science. 1993; 259 (5093): 381-4.

10. Otterbein L.E., Bach F.H., Alam J., Soares M., Tao Lu H., Wysk M., Davis R.J., Flavell R.A., Choi A.M. Carbon monoxide has anti-inflammatory effects involving the mitogen-activated protein kinase pathway. Nat. Med. 2000; 6 (4): 422-8.

11. Brouard S., Otterbein L.E., Anrather J., Tobiasch E., Bach F.H., Choi A.M., Soares M.P. Carbon monoxide generated by heme oxygenase 1 suppresses endothelial cell apoptosis. J. Exp. Med. 2000; 192 (7): 1015-26.

12. Morita T., Mitsialis S.A., Koike H., Liu Y., Kourembanas S. Carbon monoxide controls the proliferation of hypoxic vascular smooth muscle cells. J. Biol. Chem. 1997; 272 (52): 32804-9.

13. Зобнин Ю.В., Саватеева-Любимова Т.Н., Коваленко А.Л., Петров А.Ю., Васильев С.А., Батоцыренов Б.В., Романцов М.Г. Отравление монооксидом углерода (угарным газом). Под ред. Ю.В. Зобнина. СПб.; 2011.

14. Bleecker M.L. Carbon monoxide intoxication. Handb. Clin. Neurol. 2015; 131: 191-203.

15. Gozubuyuk A.A., Dag H., Kacar A., Karakurt Y., Arica V. Epidemiology, pathophysiology, clinical evaluation, and treatment of carbon monoxide poisoning in child, infant, and fetus. North. Clin. Istanb. 2017; 4 (1): 100-7.

16. Маркизова Н.Ф., Преображенская Т.Н., Башарин В.А., Гребенюк А.Н. Токсичные компоненты пожаров. СПб.: Фолиант; 2008.

17. Башарин В.А., Гребенюк А.Н., Маркизова Н.Ф., Преображенская Т.Н., Сарма-наев С.Х., Толкач П.Г. Химические вещества как поражающий фактор пожаров. Военно-медицинский журнал. 2015; 336 (1): 22-8.

18. Mattiuzzi C., Lippi G. Worldwide epidemiology of carbon monoxide poisoning. Hum. Exp. Toxicol. 2020; 39 (4): 387-92.

19. Куценко С.А. Основы токсикологии. СПб.: Фолиант; 2004.

20. Elenhorn M.J. Medical Toxicology Diagnosis and Treatment of Human Poisoning. 2nd ed. Baltimore: Williams & Wilkins; 1997.

21. Куценко С.А., Бутомо Н.В., Гребенюк А.Н., Ивницкий Ю.Ю., Мельничук В.П., Преображенская Т.Н., Рыбалко В.М., Саватеев Н.В. Военная токсикология, радиобиология и медицинская защита. Под ред. С.А. Куценко. СПб.: Фолиант; 2004.

22. Rose J.J., Wang L., Xu Q., McTiernan C.F., Shiva S., Tejero J., Gladwin M.T. Carbon monoxide poisoning: pathogenesis, management and future directions of therapy. Am. J. Respir. Crit. Care Med. 2017; 195 (5): 596-606.

23. Wilbur S., Williams M., Williams R., Scinicariello F., Klotzbach J.M., Diamond G.L., Citra M. Toxicological Profile for Carbon Monoxide. Atlanta (GA): Agency for Toxic Substances and Disease Registry (US); 2012.

24. Зобнин Ю.В., Леженина Н.Ф., Суходолова Г.Н., Зимина Л.Н., Белова М.В., Клюев А.Е., Ельков А.Н. Токсическое действие окиси углерода: Федеральные клинические рекомендации. Под ред. Ю.Н. Остапенко. М.: Ассоциация клинических токсикологов; 2013.

25. Hampson N.B., Hauff N. Carboxyhemoglobin levels in carbon monoxide poisoning: do they correlate with the clinical picture? Am. J. Emerg. Med. 2008; 26 (6): 665-9.

26. Hampson N.B., Dunn S.L., Members of the UHMS/CDC CO Poisoning Surveillance 47. Group. Symptoms of acute carbon monoxide poisoning do not correlate with the initial carboxyhemoglobin level. Undersea Hyperb Med. 2012; 39 (2): 657-65.

27. Weaver L. Carbon monoxide poisoning. Crit. Care Clin. 1999; 15 (2): 297-317.

28. Guzman J.A. Carbon monoxide poisoning. Crit. Care Clin. 2012; 28 (4): 537-48.

29. Roderique J.D., Josef C.S., Feldman M.J., Spiess B.D. A modern literature review of carbon monoxide poisoning theories, therapies, and potential targets for therapy advancement. Toxicology. 2015; 334: 45-58. 50.

30. Iheagwara K.N., Thom S.R., Deutschman C.S., Levy R.J. Myocardial cytochrome oxidase activity is decreased following carbon monoxide exposure. Biochim. Biophys. Acta. 2007; 1772 (9): 1112-6.

31. Brown S.D., Piantadosi C.A. Recovery of energy metabolism in rat brain after carbon monoxide hypoxia. J. Clin. Invest. 1992; 89 (2): 666-72.

32. Zhang J., Piantadosi C.A. Mitochondrial oxidative stress after carbon monoxide hypoxia in the rat brain. J. Clin. Invest. 1992; 90 (4): 1193-9.

33. Thom S., Ohnishi S.T., Ischiropoulos H. Nitric oxide released by platelets inhibits neutrophil integrin function following acute carbon monoxide poisoning. Toxicol. 53. Appl. Pharmacol. 1994; 128 (1): 105-10.

34. Thom S.R., Xu Y.A., Ischiropoulos H. Vascular endothelial cells generate peroxynitrite in response to carbon monoxide exposure. Chem. Res. Toxicol. 1997; 10 (9): 1023-31.

35. Thom S.R., Bhopale V.M., Han S.T., Clark J.M., Hardy K.R. Intravascular neutrophil activation due to carbon monoxide poisoning. Am. J. Respir. Crit. Care Med. 2006; 174 (11): 1239-48.

36. Thom S.R., Bhopale V.M., Fisher D., Zhang J., Gimotty P. Delayed neuropathology after carbon monoxide poisoning is immune-mediated. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2004; 101 (37): 13660-5.

37. Thom S.R., Fisher D., Xu Y.A., Notarfrancesco K., Ischiropoulos H. Adaptive responses and apoptosis in endothelial cells exposed to carbon monoxide. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2000; 97 (3): 1305-10.

38. Lo Iacono L., Boczkowski J., Zini R., Salouage I., Berdeaux A., Motterlini R., Morin D. A carbon monoxide-releasing molecule (CORM-3) uncouples mitochondrial respiration and modulates the production of reactive oxygen species. Free Radic. Biol. Med. 2011; 50 (11): 1556-64.

39. Chiew A.L., Buckley N.A. Carbon monoxide poisoning in the 21st century. Crit. Care. 2014; 18: 221.

40. Eichhorn L., Thudium M., Juttner B. The diagnosis and treatment of carbon monoxide poisoning. Dtsch. Arztebl. Int. 2018; 115(51-52): 863-70.

41. Weaver L.K. Carbon monoxide poisoning. Undersea Hyperb. Med. 2020; 47 (1): 151-69.

42. Гребенюк А.Н., Баринов В.А., Башарин В.А., Маркизова Н.Ф. Оказание неотложной медицинской помощи пострадавшим при пожарах. Медицина катастроф. 2008; 2: 14-7.

43. Налапко Ю.И., Словинский В.К., Гетьманенко О.А., Ли А.В., Налапко К.К., Халдер С. Острое отравление угарным газом: клиника и патогенетическая терапия. Укранський журнал екстремально! меДицини iMeHi ГО. Можаева. 2012; 13(4): 5-10.

44. Lippi G., Rastelli G., Meschi T., Borghi L., Cervellin G. Pathophysiology, clinics, diagnosis and treatment of heart involvement in carbon monoxide poisoning. Clin. Biochem. 2012; 45 (16-17): 1278-85.

45. Nikkanen H., Skolnik A. Diagnosis and management of carbon monoxide poisoning in the emergency department. Emerg. Med. Pract. 2011; 13 (2): 1-14.

46. Гребенюк А.Н., Аксенова Н.В., Антушевич А.Е., Башарин В.А., Бутомо Н.В., Герасимов Д.В., Гладких В.Д., Давыдова Е.В. и соавт. Токсикология и медицинская защита. Под ред. А.Н. Гребенюка. СПб.: Фолиант; 2016.

47. Raub J.A., Mathieu-Nolf M., Hampson N.B., Thom S.R. Carbon monoxide poisoning - a public health perspective. Toxicology. 2000; 145 (1): 1-14.

48. Ozkan S., Salt O., Durukan P., Sen A., Bulbul E., Duman A., Kavalci C. The relationship among plasma copeptin, carboxyhemoglobin, and lactate levels in carbon monoxide poisoning. Hum Exp. Toxicol. 2020; 39 (3): 311-8.

49. Ng P.C.Y., Long B., Koyfman A. Clinical chameleons: an emergency medicine focused review of carbon monoxide poisoning. Intern. Emerg. Med. 2018; 13 (2): 223-9.

50. Inoue S., Saito T., Tsuji T., Tamura K., Ohama S., Morita S., Yamamoto I., Inokuchi S. Lactate as a prognostic factor in carbon monoxide poisoning: a case report. Am. J. Emerg. Med. 2008; 26 (8): 966.e1-3.

51. Moon J.M., Shin M.H., Chun B.J. The value of initial lactate in patients with carbon monoxide intoxication: in the emergency department. Hum. Exp. Toxicol. 2011; 30 (8): 836-43.

52. Pang L., Wang H.L., Wang Z.H., Wu Y., Dong N., Xu D.H., Wang D.W., Xu H., Zhang N. Plasma copeptin as a predictor of intoxication severity and delayed neurological sequelae in acute carbon monoxide poisoning. Peptides. 2014; 59: 89-93.

53. Irem G., Çevik Y., Keskin A.T., Emektar E., Demirci O.L., Şafak T., Çikrikçi Işik G., Akin K.O. Copeptin levels in carbon monoxide poisoning. Turk. J. Med. Sci. 2017; 47(2): 653-7.

54. Гребенюк А.Н., Баринов В.А., Башарин В.А. Профилактика и медицинская помощь при отравлениях токсичными продуктами горения. Военно-медицинский журнал. 2008; 329 (3): 26-32.

55. Hampson N.B. U.S. mortality due to carbon monoxide poisoning, 1999-2014: accidental and intentional deaths. Ann. Am. Thorac. Soc. 2016; 13: 1768-74.