Poluarea aerului - compusi chimici care induc hipoxia

POLUAREA AERULUI - COMPUSI CHIMICI CARE INDUC HIPOXIA

MONOXIDUL DE CARBON

Este un gaz fara proprietati organoleptice (miros, culoare), cu o reactivitate chimica redusa si densitate mai mica decat a aerului. La temperatura obisnuita CO din aerul atmosferic nu reactioneaza cu alte gaze sau cu vaporii de apa.

Monoxidul de carbon induce o stare de hipoxie anemica, fiind unul dintre cei mai studiati agenti chimici, inca de pe vremea lui Claude Bernard (1865).

Sursele de poluare sunt reprezentate de procesele de ardere incompleta a combustibililor fosili in surse fixe, industriale (termoenergetice, de producere a otelului, rafinarea petrolului, etc), sau sisteme de incalzire locala si de preparare a alimentelor. Arderea combustibililor lichizi in motoarele autovehiculelor, sau alte motoare pe baza de ulei, reprezinta o alta sursa importanta de poluare, traficul rutier in orasele mari, supraaglomerate fiind principala sursa de poluare a aerului.

In orice proces de combustie in prima faza resulta monoxidul de carbon prin reactie cu oxigenul, dupa care, daca aportul de oxigen este suficient, se ajunge la bioxid de carbon ca produs final. Intr-o cantitate insufficienta de oxigen reactia se opreste in prima faza si resulta ca produs final monoxidul de carbon. Aceasta reactie are un randament energetic scazut (de aproximativ trei ori), de aceea din motive economice in industrie trebuie sa se asigure conditiile unei arderi complete, in acest fel fiind emise cantitati mai mici de monoxid de carbon.

Se estimeaza anual o emisie totala de 350-600 milioane tone de CO la nivel mondial.

Cea mai mare cantitate de CO in aerul atmosferic resulta din gazele de esapament. Astfel, in orasele mari cu trafic intens, CO emis de autovehicule reprezinta 80-90% din toata cantitatea de CO. In aerul atmosferic concentratia de CO depinde de intensitatea traficului, conditiile meteorologice si topografia zonei. Se pot intalni astfel in zone urbane concentratii in medie de 20 mg/m³ si valori maxime de 60mg/m³.

Combustiile din industrie si din sistemele de incalzire locala, precum si fumatul reprezinta alte surse de poluare cu CO.

Intr-o proportie mica (0,01-0,2mg/m³), CO resulta si in urma unor procese naturale (descompunerea substantelor organice moarte in CH₄ si CO, transformarea bicarbonatilor in carbonati la nivelul marilor si oceanelor).

Daca in exterior principala sursa de poluare o reprezinta traficul rutier, in aerul interior principalele surse sunt: fumatul, folosirea sobelor de incalzit sau gatit cu lemne, carbuni, petrol, gaze, seminee.

In ultimul deceniu se observa o tendinta de scadere a concentratiilor de CO, datorita inlocuirii sistemelor de incalzire locala, totusi 60% din cantitatea de CO din troposfera este rezultat al activitatilor umane (surse antropogene).

Expunerea crescuta a populatiei la CO se realizeaza:

in timpul calatoriilor in vehicule cu motor intre10-30 mg/m³

cand se folosesc surse locale de incalzit sau gatit, in aerul interior din bucatarii se pot degaja concentratii de CO intre 10-35 mg/m³ aer (Germania) sau valori de 5o-60mg/m³ obtinute in masuratori efectuate in Olanda.

in incaperi unde se fumeaza (baruri, discoteci), studii recente arata ca fumatul, in conditii de supraaglomerare si ventilatie necorespunzatoare este o importanta sursa de poluare interioara. Astfel, determinari efectuate in aceste localuri au evidentiat concentratii de 3,5-6 mg/m³ fata de acelasi tip de spatii unde nu se fumeaza,  concentratiile fiind sub 1mg/m³.

Fumatul pasiv realizeaza o expunere de aproximativ 1,7mg/m³ (1,5 ppm), iar comparativ folosirea unei sobe cugaz se asociaza cu o expunere de aproximativ 3mg/m³ (2,5ppm). COHb la nefumatori poate varia intre 1,2-1,5% (0,5-1% fiind COHb endogena), iar la fumatori valoarea este de 3-4%, chiar si 10% la marii fumatori.

Expunerea profesionala este mult mai mare, fiind vorba de grupuri profesionale cu risc crescut (soferi, agenti de circulatie, mecanici auto, muncitori in parcari auto, garaje, statii de benzina, agenti de circulatie, pompieri, bucatari). Astfel studii efectuate in Frankfurt pe Main in aerul interior din autovehicule au pus in evidenta concentratii de CO in jur de 40mg/m³ pe 30 minute.

Mecanism de actiune. Monoxidul de carbon din aerul inhalat reactioneaza cu fierul heminic si resulta carboxihemoglobina (COHb), care are o stabilitatate de 245 ori mai mare decit oxihemoglobina la om, pentru unele specii de animele raportul fiind mai mic.

ANALIZA: Geomorfologia climatica – caracteristici generale ANALIZA: Masivul gilau-muntele mare - elemente fizico-geografice

Competitia dintre CO si O₂ este explicata matematic prin ecuatia lui Haldane:

Hb(CO)₄ P_CO

= M x

Hb(O₂)₄P_O2

Constanta M la om este egala cu 245 la un pH al sangelui de 7,4. Rezulta ca daca presiunea CO din aerul inspirat este 1/245 din presiunea oxigenului, se formeaza 50% Hb O₂ si 50% COHb.

Concentratia de COHb creste foarte repede in vasele cerebrale si miocard si mult mai incet la periferie.

Relatia intre concentratia CO din aer si nivelul COHb este influentata de mai multi factori: nivelul COHb de provenienta endogena, concentratia CO in aerul respirat, timpul de expunere, venilatia pulmonara, efortul fizic.

Coburn a gasit un model matematic de calcul al COHb in functie de concentratia CO din aerul inhalat, exprimata in ppm (100 ppm = 114 mg CO/m³).

% COHb = 0,16 x CO (ppm) + 0,5%

0,5% = COHb de provenienta endogena.

Formarea carboxihemoglobinei reduce transportul de oxigen la nivel tisular si impiedeca disocierea oxigenului din hemoglobina la nivelul capilarelor, instalandu-se o stare de hipoxie sau anoxie tisulara. Se pare ca acesta nu este singurul mecanism de actiune, deoarece CO are o afinitate mare si pentru mioglobina (de 30-50 ori mai mare fata de oxigen) si citocrom oxidaza. Legatura monoxidului de carbon cu mioglobina la nivelul miocardului si muschilor scheletici poate fi suficient de mare ca sa reduca transportul intracelular al oxigenului.

Legatura intre CO si hemoglobina este labila, astfel, cand presiunea partiala a CO scade, se elimina din organism in functie de volumul respirator si debitul cardiac, reducerea la jumatate a concentratiei fiind astfel atinsa intre 2-8 ore.

Efectele asupra sanatatii sunt in functie de nivelul carboxihemoglobinei dupa cum urmeaza:

Efecte neurorologice si comportamentale;

Efecte cardiovasculare;

Efecte fibrinolitice;

Efecte perinatale.

Datorita hipoxiei se instaleaza un deficit functional la nivelul unor organe si tesuturi cum ar fi creerul, inima si endoteliul vascular. In continuare sunt exemplificate efectele asociate expunerii la CO in functie de nivelul COHb, rezultate din cateva studii recente:

% COHb Efecte

2,3 – 4,5 - scaderea semnificativ statistica a perioadei de efort siinstalarea oboselii in timpul activitatii la tineri sanatosi;

- scaderea duratei activitatii fizice si instalarea durerii

la pacientii cu angina si cresterea duratei crizei de angor

4, 6 - 5,5 - scaderea semnificativ statistica a consumului maxim de oxigen si a timpului maxim de efort la sportivii de performanta

5,6 – 7,5 - scaderea semnificativa a gradului de atentie la subiecti sanatosi;

7,5 – 17 - scaderea semnificativa a perceptiei vizuale, a dexteritatii manuale, tulburari de vorbire, scaderea

performantei unor activitati complexe senso motorii (sofatul)

Nivele mari de COHb duc la scaderea Ph-ului sanguin si fenomene de fibrinoliza, in ceea ce priveste efectele perinatale, in expunerea la CO, s-a observat la nou nascuti din mame fumatoare, greutate mica la nastere si o dezvoltare staturo ponderala deficitara post natala.

Expunerea la concentratii mari de CO in spatii inchise unde exista o sursa de poluare interioara si in absenta ventilatiei (locuinte, garaje), poate duce la aparitia unor fenomene de intoxicatie acuta, cu forme de gravitate in functie de nivelul COHb:

la concentratii intre 10-20% apar forme usoare de intoxicatie, cu cefalee, tahicardie, ameteli, scaderea capacitatii de efort fizic si intelectual;

intre 20-40% apar forme grave de intoxicatie cu obnubilare, cefalee, varsaturi, tulburari cardio-respiratorii, HTA, senzatie de constrictie toracica;

intre 40-50% apar forme comatoase, care pot fi recuperabile daca se intervine rapid, existand riscul unor sechele neuropsihice;

la concentratii peste 60% formele sunt letale.

In intoxicatii trebuie sa se intervina de urgenta pentru a debloca COHb intr-un timp cat mai scurt prin oxigenoterapie care reduce perioada de injumatatire a COHb de le 320 minute la 60-80 minute, sau chiar prin oxigeno-terapie hiperbara, timpul de injumatatire fiind redus la 20-30 minute.

Persoanele cu risc maxim sunt bolnavii cu angina pectorala si obstructie de artere coronare, iar un risc crescut il prezinta:

femeile gravide si fatul in perioada intrauterina

batranii cu functie cardio-respiratorie scazuta

persoanele cu bronsita cronica si enfizem

persoanele cu anemie sau cu anomalii genetice ale hemoglobinei

persoanele care consuma hipnotice

persoanele expuse la altitudine mare

Pentru asigurarea unui nivel de 2,5-3% COHb de protectie pentru persoanele cu risc crescut, OMS recomanda urmatoarele concentratii ale CO:

100 mg/m³ pentru maxim 15 minute;

60 mg/m³ pentru 30 de minute;

30 mg/m³ pentru o ora;

10 mg/m³ pentru 8 ore.

Studii epidemiologice efectuate in China, la copii proveniti din locuinte incalzite cu sobe cu gaz, au pus in evidenta nivele, in medie, de 4,17% COHb, iar activitatea lizozimului salivar a fost foarte scazuta; la copiii proveniti din locuinte cu sistem central de incalzire, valori medii de 1,79% (Liu Jifong 1992).

Studii efectuate pe agenti de circulatie (Cairo 1990) au evidentiat concentratii medii de COHb in jur de 10%.

Efectele ateromatogene au fost puse in evidenta doar in studii experimentale, avand la baza efectul CO in metabolismul colesterolului, precum si modificarile la nivelul intimei vasculare.

3.4.1. HIPOXIA HISTOTOXICA apare cand PO₂ in sangele periferic este normala sau mai mare, dar oxigenul nu poate fi utilizat la nivel tisular. Substantele care determina aceste efecte sunt acizii slabi sau sarurile solubile ale acestora (acidul cianhidric si sulfhidric).

Mecanismul de actiune

Inhiba citocrom c oxidaza (de fapt intrerup transferul de electroni prin inhibitia pasului citocrom a – citocrom a₃. Este vorba de citocrom aa₃ sau citocrom c oxidaza, care intervine la acest nivel asigurand transferul de electroni.

Este inhibata fosforilarea oxidativa, iar metabolismul aerob este compromis.

Este blocat transferul electronic de la citocrom oxidaza la oxigenul molecular si Po₂ creste la periferie, iar gradientul de disociere al oxihemoglobinei scade.

Cresterea glicolizei determina o acidoza lactica puternica.

Stimuleaza direct chemoreceptorii in peretii carotidei si aortei si induc o scurta perioada de hiperpnee.

3.4.1.1. CIANURILE SI ACIDUL CIANHIDRIC

Sunt compusi cu o toxicitate foarte mare, folositi in sinteza acrilonitrilului, care sta la baza obtinerii fibrelor sintetice (melana). De asemenea se folosesc la fabricarea cauciucului sintetic, precum si la purificarea si prelucrarea aurului si argintului.

In afara acestor surse de poluare industriala, compusii – CN se gasesc in mod natural in samburii unor fructe care au in interior o cavitate, ca piersicile, caisele, sub forma de amigdalina. Aceasta este un amestec de glucozizi cianogeni. S-au descris astfel intoxicatii cu amigdalina la copiii, care au consumat cantitati mari de samburi ale acestor fructe. S-a demonstrat experimental ca amigdalina administrata pe cale orala are o toxicitate de aproape 40 de ori mai mare la nivel intestinal, fata de administrarea intra venoasa. Acest lucru se datoreaza eliberarii de ß glucozidaza de catre microflora intestinala si metabolizarea amigdalinei in compusi cu toxicitate mult mai mare.

Cianurile sunt puternic nucleofile si probabil au multiple efecte la acest nivel.

In neuroni determina acumularea de Ca intracelular.

Cresc eliminarile de catecolamine la nivelelul terminatiilor nervoase adrenergice.

Inhiba enzimele care protejeaza neuronii fata de actiunea oxidantilor.

3.4.1.2. HIDROGENUL SULFURAT

Se gaseste in gazele vulcanice, gazele de sonda, apele termale, gazele din canalizare datorita proceselor de putrefactie ale substantelor organice, in industria pielariei se degaja din substantele folosite la idepartarea perilor. Cantitati foarte mari de ordinul tonelor se degaja insa la obtinerea de apa grea folosita in reactoare nucleare.

Mecanismul de actiune este asemanator cu cel al compusilor – CN, avand la baza efectul inhibitor al citocrom oxidazei, precum si formarea unui complex intre gruparea- SH si hemoglobina, este vorba de sulfhemoglobina.

In intoxicatie sunt afectate conjunctivele si se instaleaza edemul pulmonar acut. Cu toate ca nitritii au afinitate pentru hemoglobina, insa destul de mica, se administreaza ca antidot in resuscitarea intoxicatiilor cu hidrogen sulfurat, destul de rara de altfel aceasta intoxicatie la om.