Влияние моноокиси углерода на газовый состав крови Текст научной статьи по специальности «Прочие медицинские науки»

МЕДИЦИНСКАЯ БИОФИЗИКА

Вестник Омского университета, 2005. № 1. С. 35-37.

© Е.В. Бескровная, Е.Ю. Мосур, И.А. Пилыцикова, УДК 543.42.062:616.5

H.A. Семиколенова, B.C. Медведев, 2005

ВЛИЯНИЕ МОНООКИСИ УГЛЕРОДА НА ГАЗОВЫЙ СОСТАВ КРОВИ

Е.В. Бескровная, Е.Ю. Мосур, И.А. Пилыцикова, Н.А. Семиколенова*,

B.C. Медведев**

* Омский государственный университет, кафедра микроэлектроники и медицинской физики

644077, Омск, пр. Мира, 55а, ** Муниципальное учреждение здравоохранения <<МСЧ №7» (¡44077, Омск, ул. Тварковского, 8

Получена 9 декабря 2004 г-

Concentration of carboxyhemoglobin in more than 100 donor's blood samples has been measured by using the multicomponent method. Mean values of concentration of HbCO for smoker are 4,7% ± 0,5% and for non-smoker are 1,7% ± 0,2%. The dynamics of the absorbance spectra of blood samples from degree of saturation by carbon monoxide has been investigated. Carboxyhemoglobin values determinated by multicomponent method in the series of samples well correlate with those determinated by the independent method of Ishizava.

1. Введение

В настоящее время в сибирском регионе сформировалась неблагоприятная экологическая обстановка, обусловленная техногенным загрязнением атмосферы и лесными пожарами, оказывающая разрушительное воздействие на организм человека. Одним из самых токсичных веществ является моноокись углерода, образующая при взаимодействии с гемоглобином устойчивое соединение - карбоксигемоглобин, который не участвует в транспорте кислорода и замедляет процесс диссоциации оксигемоглобина в тканях, нарушает тканевое дыхание, что приводит к физиологическим изменениям в организме человека.

Моноокись углерода в крови человека возникает экзогенно в результате неполного сгорания углеродсодержащих видов топлива и некоторых биологических процессов, а также эндогенно, главным образом при деструкции гемоглобина [1]. Проникая с атмосферным воздухом в легкие, моноокись углерода преодолевает альвеолярно-капиллярную мембрану, растворяется в плазме крови, диффундирует в эритроциты и вступает в обратимое химическое взаимодействие как с оксигемоглобином, так и с дезоксигемоглобином.

Сродство гемоглобина к моноокиси углерода в 210-240 раз выше его сродства к кислороду. Диссоциация карбоксигемоглобина происходит в 3600 раз медленнее, чем оксигемоглобина [2]. Эти обстоятельства определяют быстрое накопление

карбоксигемоглобина в крови при относительно небольшом содержании этого газа во вдыхаемом воздухе. В норме в крови городских жителей содержится 0,4-2,1% карбоксигемоглобина [3]. У курящих людей наблюдается повышение содержания этого соединения на 1,5-4% (при равной концентрации угарного газа в атмосфере) по сравнению с некурящими [4]. При концентрации карбоксигемоглобина 50 % и выше наблюдается клиническая картина отравления с помрачнени-ем сознания, выраженной мышечной слабостью и коллапсом, примерно в 80 % случаев наступает смерть [5].

Количественный анализ карбоксигемоглобина может быть использован для диагностики текущего состояния человека и последующего прогноза развития посткритических состояний в клинической медицине, в токсикологии. В лаборатории биофизики ОмГУ разработан новый способ одновременного определения содержания основных производных гемоглобина (оксигемоглобина, дезоксигемоглобина, карбоксигемоглобина и мет-гемоглобина). На данной методологической базе создается специализированный прибор для определения указанных дериватов гемоглобина.

Цель настоящей работы заключается в исследовании динамики содержания основных производных гемоглобина при насыщении крови моноокисью углерода и создании банка данных по результатам расчета содержания карбоксигемоглобина для калибровки нового прибора.

36

E.B. Бескровная, Е.Ю. Мосур, И.А. Пильщикова, H.A. Семиколенова, B.C. Медведев

2. Методы и материалы

Многокомпонентный метод основан на решении переопределенной системы уравнений Фирордта [6]:

AAi =

3 = 1

e^Cj, (i = 1,2,... ,то)

(1)

где Ах' — оптическая плотность раствора на длине волны А,; с^' — миллимолярный показатель поглощения ^'-ой производной на длине волны А С] — концентрация } -ой производной; п — число анализируемых производных гемоглобина; то — число аналитических длин волн. Вычисление концентраций основных дериватов гемоглобина по измеренной оптической плотности производится с помощью компьютерной программы «НетоЗресЛг», в которой реализован объединенный метод, включающий методы линейного программирования и алгебраической коррекции фона [7]. Преимуществом многокомпонентного метода является одновременное определение основных производных гемоглобина по одному спектру поглощения. Кроме того, многокомпонентный метод позволяет элиминировать влияние примесей, присутствующих в образцах, на получаемые результаты.

Для оценки результатов определения содержания карбоксигемоглобина в крови, получаемых многокомпонентным методом, использовался метод Ишизавы [8]. В данном методе измеряется спектр раствора крови, в который добавлен дитионит натрия ^агЗгС^ — реагент, превращающий оксигемоглобин и метгемоглобин в дезок-сигемоглобин) на двух фиксированных длинах волн. Следовательно, определение в четырех-компонентной системе сводится к определению в двухкомпонентной системе по схеме:

НЬ02, НЬ, НЬСО, МеШЬ Ма282°4> НЬ, НЬСО.

(2)

Содержание карбоксигемоглобина [НЬСО] может быть вычислено по следующей формуле:

А419/А425 _Ь

[НЬСО] =

а —

(3)

где А419 и А425 — оптическая плотность раствора крови после добавления ^28204 на длине волны 419 и 425 нм соответственно; а и Ь — константы. Длина волны 425 нм является изосбес-тической точкой (рис. 1). Спектры, приведенные на данном рисунке, использовались для определения значений а и Ь.

Достоинствами метода Ишизавы являются простота, быстрота измерений, отсутствие необходимости насыщать образцы крови СО и составлять градуировочную кривую.

Рис. 1. Зависимость оптической плотности от длины волны для набора двухкомпонентных смесей (НЬ, НЬСО)

Регистрация спектров поглощения растворов крови производилась в диапазоне 400-450 нм и 510-650 нм в кварцевых кюветах с оптической длиной пути 2 мм и 1 см (соответственно для метода Ишизавы и многокомпонентного метода) при помощи спектрофотометра СФ-56.

3. Обсуждение результатов

Произведен расчет содержания карбоксигемоглобина более чем в 100 образцах крови различных доноров. Полученные данные согласуются с принятыми физиологическими нормами по содержанию карбоксигемоглобина в крови как курящих, так и некурящих доноров. Средние значения [НЬСО] для курящих людей составили

4, 7% ± 0, 5%, а для некурящих - 1, 7 % ± 0, 2 %. Исследована динамика изменения спектра образца крови при ее насыщении моноокисью углерода (рис. 2).

Рис. 2. Характерные спектры поглощения при насыщении крови моноокисью углерода 1—9 — [НЬСО] < 31%; 10 - [НЬСО] = 32,2%; 12 -[НЬСО] = 84,1%

Из данной диаграммы видно, что при увеличении степени насыщения моноокисью углерода

Влияние моноокиси углерода на газовый состав крови

37

в крови происходит сдвиг пиков поглощения в коротковолновую область и уменьшение их интенсивности. Это свидетельствует о постепенном переходе характерных максимумов поглощения ок-сигемоглобина в характерные максимумы поглощения карбоксигемоглобина. Соответствующая зависимость содержания основных производных гемоглобина от времени насыщения приведена на рис. 3. Изменение содержания четырех дериватов гемоглобина проявляется в росте содержания карбоксигемоглобина и уменьшении содержания оксигемоглобина при почти неизменном уровне содержания дезоксигемоглобина и метгемоглоби-на.

О 15 30 45 60 75 90 105 120 135 150 165 ISO 195

Рис. 3. Зависимость содержания основных производных гемоглобина от времени насыщения образца крови моноокисью углерода

Оценка достоверности результатов, получаемых многокомпонентным методом, проведена с помощью метода Ишизавы (рис. 4).

4. Выводы

1. Разработана методика одновременного определения содержания оксигемоглобина, дезоксигемоглобина, карбоксигемоглобина и метгемогло-бина.

2. Исследована динамика содержания основных производных гемоглобина при насыщении крови моноокисью углерода.

3. Создан банк данных по результатам расчета содержания карбоксигемоглобина в крови более 100 доноров, который будет использован для калибровки нового специализированного прибора.

4. Данные, полученные с помощью многокомпонентного метода, подтверждены высокой степенью корреляции с результатами независимого метода — метода Ишизавы.

[1] СоЪигп RF. Endogenous carbon monoxide metabolism. Ann Rev Med, 1973. Vol. 24. P. 241-250.

[2] Совместное издание Программы ООН по окружающей среде и Всемирной организации здравоохранения. Гигиенические критерии состояния окружающей среды 13. Окись углерода. Женева: Медицина, 1983. 131 с.

[3] Воропай А.В. Внимание: опасность. М.: Воениз-дат, 1976. 128 с.

[4] Zwart A, van Кат,pen EJ, Zijistra WG. Results of routine determination of clinically significant hemoglobin derivatives by multi-component analysis // Clin Chem. 1986. Vol. 32. P. 972-978.

[5] Лужников E.A., Пирцхалава А.В., Лукин-Бут,енко Г.А. Особенности клиники и лечения острых отравлений окисью углерода. Тбилиси: Сабчота Сакартвело, 1985. 104 с.

[6] Бершт.ейн И.Я., Каминский Ю.Л. Спектрофото-метрический анализ в органической химии. Л.: Химия, 1986. 199 с.

[7] Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ «HemoSpectr» №2001610571, Мосур Е.Ю. (Россия); Омский государственный университет (Россия).

[8] Ishizava F. A study on the spectrophotometry determination of carboxyhemoglobin in blood — "isosbestic point" method // Jpn J Legal Med. 1981. Vol. 35. P. 191-200

Рис. 4. Корреляционная зависимость содержания НЬСО в серии образцов, определенного методом Ишизавы ([НЬСО] ми ) и многокомпонентным методом ([НЬСО] мм )

Коэффициент достоверности аппроксимации - 0,999, что свидетельствует о высокой степени корреляции результатов двух методов и подтверждает оптимальность применения многокомпонентного метода для определения содержания основных производных гемоглобина, в том числе и карбоксигемоглобина.