М.Г. Проданчук1, Г.М. Балан1, П.Г. Жмінько1, А.М. Строй1, М.М. Калиш2, В.А. Черненко1
1Державне підприємство «Науковий центр превентивної токсикології, харчової та хімічної безпеки імені академіка Л.І. Медведя Міністерства охорони здоров’я України», м. Київ, Україна.
2Київська міська клінічна лікарня швидкої медичної допомоги, м. Київ, Україна
РЕЗЮМЕ. Гостре отруєння монооксидом вуглецю (СО) є найпоширенішим серед інтоксикацій токсичними газами та посідає друге місце після травм серед побутових причин смерті й інвалідності. Бойові дії на території України сприяли значному зростанню кількості пожеж та гострих отруєнь СО. Виникла необхідність узагальнення сучасних уявлень про механізми токсичної дії СО, які формують клінічні прояви гострого отруєння, відтерміновану патологію та сприяли обґрунтуванню сучасної стратегії лікування.
Мета. Узагальнити сучасні уявлення щодо механізмів токсичної дії СО, клінічних проявів гострого отруєння, відтермінованої патології, стратегії лікування та виявити особливості перебігу отруєнь СО в умовах війни.
Матеріали та методи. Проаналізовано відкриті джерела публічної інформації та дані наукової літератури за темою дослідження. Проведено аналітичний огляд сучасних публікацій наукових онлайн бібліотек PubMed, MedLine, Elsevier про механізми токсичної дії, особливості клінічного перебігу гострого отруєння СО, відтермінованої патології та стратегії лікування.
Результати. До цього часу механізм токсичної дії СО розкритий недостатньо. Відомо, що він майже у 300–400 разів більш споріднений з гемом еритроцитів ніж кисень (О2), а також характеризується підвищеною афінністю до цитохромоксидази (ЦОГ), міоглобіну, нейроглобіну та інших тканинних гемопротеїнів. Встановлено, що це пов`язано з перерозподілом локалізації електронів на сайті О2 у порфіриновому кільці гема та утворенням НbСО, що порушує постачання О2 тканинам, сприяє формуванню судинної та тканинної гіпоксії з розвитком мітохондріальної дисфункції та енергодефіциту, а також активації перекисного окислення ліпідів, запальних процесів, імунологічних зсувів та розвитку відтермінованої поліорганної патології мозку, серця, м’язів, нирок, печінки та шкіри. Спеціальних антидотів для лікування отруєнь СО досі не існує. Сучасні стратегії лікування хворих на гостре отруєння СО включають оптимізацію газообміну та фармакологічне пом`якшення патофізіологічних ушкоджень. Залежно від тяжкості гіпоксії для нормалізації газообміну застосовують інгаляції кисню, гіпербаричну оксигенацію, екстракорпоральну мембранну оксигенацію та фотогемотерапію. Останнім часом запропоноване використання ряду препаратів на основі високоафінних до СО молекул (скавенджерів) на основі гемопротеїнів: сконструйованого рекомбінантного варіанту нейроглобіну людини (Ngb-Н64Q-CCC), модифікованих гемоглобінів еритроцитів людини (S-Hb та NEM-Нb), низькомолекулярних поглиначів на основі водорозчинних порфіринів, що поглинають СО та можуть бути використані як антидоти.
Висновки. Отруєння СО переважають серед інтоксикацій токсичними газами, особливо в умовах війни через руйнування та займання житлових і промислових будівель, системи енергозабезпечення та значне зростання кількості пожеж. Токсична дія СО обумовлена його високою спорідненістю не тільки до гему еритроцитів і ЦОГ, але й до інших тканиноспецифічних гемопротеїнів, що порушує постачання О2 тканинам і сприяє формуванню судинної та тканинної гіпоксії з резервуаром СО й розвитком як гострої інтоксикації, так і відтермінованої патології.
Застосування лише інгаляцій кисню не вирішує питання ефективного лікування та попередження розвитку відтермінованої поліорганної патології у хворих на гостре отруєння СО. Перспективним вважається застосування ефективних засобів з використанням скавенджерів СО, які прискорюють дисоціацію НbСО в крові й тканинах та знижують концентрацію СО.
Ключові слова: СО, токсичність, механізм дії, гостре отруєння, відтермінована патологія, стратегія лікування, скавенджери СО.
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ/REFERENCES
1. Hampson NB. Carbon monoxide poisoning mortality in the United States from 2015–2021. Clinical toxicology. 2023;61(7):483–91. DOI: 10.1080/15563650.2023.2237667.
2. Mattiuzzi C, Jiuseppe L, Lippi G. Worldwide epidemiology of carbon monoxide poisoning. Human & experimental toxicology. 2020. 39(4):387–92. DOI: 10.1177/0960327119891214.
3. Naсagas A, Shannon J, Louise W. Carbon Monoxide Toxicity Monoxide Toxicity, Emergency Medicine Clinics of North America. 2022;2:283-312. DOI: 10.1016/j.emc.2022.01.005.
4. Saeed O, Boyer NL, Pamplin JC, et al. Inhalation Injury and Toxic Industrial Chemical Exposure, Military Medicine. 2018;183:130–2. DOI: 10.1093/milmed/usy073.
5. Rose JJ, Wang L, Xu Q, McTiernan CF, Shiva S, Tejero J, et al. Carbon Monoxide Poisoning: Pathogenesis, Management, and Future Directions of Therapy. Am J Respir Crit Care Med. 2017;195(5):596-606. DOI: 10.1164/rccm.201606-1275CI.
6. Al-Matrouk A, Al-Hemoud A, Al-Hasan M, Alabouh Y, Dashti A, Bojbarah H. Carbon Monoxide Poisoning in Kuwait: A Five-Year, Retrospective, Epidemiological Study. Int J Environ Res Public Health. 2021;18(16):8854. DOI: 10.3390/ijerph18168854.
7. Ashcroft J, Fraser E, Krishnamoorthy S, WestwoodRuttledge S. Carbon monoxide poisoning. BMJ. 2019;13(365):l2299. DOI: 10.1136/bmj.l2299.
8. Prodanchuk М, Podrushnyak А, Malysheva O, Stroy А, Zavalnaya V, Moroz Т, et al. Potential risk assessment of the electrically heated tobacco system (EHTS) use. Ukrainian J. of modern problems of toxicology. 2017;1–2:5–14.
9. Де Клерк Л, Шлапак М, Шмурак А, Михайленко О, Гасан-Заде О, Кортуіс А. Вплив російської війни в Україні на клімат. Електронний ресурс: https://ecoaction.org.ua/wp-content/uploads/2023/07/vplyv-ros-viynyna-klimat-2023.pdf. [De Clercq L, Shlapak M, Shmurak A, Mykhailenko O, Hasan-Zadeh O, Courthuis A. The impact of the Russian war in Ukraine on the climate. Electronic resource: https://ecoaction.org.ua/wp-content/uploads/2023/07/vplyv-ros-viyny-na-klimat-2023.pdf.].
10. Dent MR, Rose JJ, Tejero J, Gladwin MT. Carbon Monoxide Poisoning: From Microbes to Therapeutics Vol. Ann. Rev. Med. 2024;75:337–51. DOI: 10.1146/annurevmed-052422-020045.
11. Coburn RF. Carbon Monoxide (CO), Nitric Oxide, and Hydrogen Sulfide Signaling During Acute CO Poisoning. Front Pharmacol. 2022;18(12):830241–300. DOI: 10.3389/fphar.2021.830241.
12. Yuan Z, De La Cruz KL, Yang XB. W. Q. Carbon Monoxide Signaling: Examining Its Engagement with Various Molecular Targets in the Context of Binding Affinity, Concentration, and Biologic Response/Pharmacological Reviews. 2022;74(3):825-875. DOI: 10.1124/pharmrev.121.000564.
13. Li R, Dai X, Feng Z, Li Y, Zhao M, Liu J, et al. Effect of toxic ligands on O2 binding to heme and their toxicity mechanism. Phys Chem Chem Phys. 2019;21(27):14957-63. DOI: 10.1039/c9cp02583a.
14. Burmester T., Hankeln T. Function and evolution of vertebrate globins. Acta Physiol (Oxf). 2014;211(3):501–14. DOI: 10.1111/apha.12312.
15. Helbo S, Dewilde S, Williams DR, Berghmans H, Berenbrink M, Cossins AR, et al. Functional differentiation of myoglobin isoforms in hypoxia-tolerant carp indicates tissue-specific protective roles. Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol. 2012;302(6):R693–701. DOI : 10.1152/ajpregu.00501.2011.
16. Hendgen-Cotta UB, Merx MW, Shiva S, Schmitz J, Becher S, et al. Nitrite reductase activity of myoglobin regulates respiration and cellular viability in myocardial ischemia-reperfusion injury. Proc Natl Acad Sci U S A. 2008; 22.105 (29):10256-61. DOI: 10.1073/pnas.0801336105.
17. Cossins AR, Williams DR, Foulkes NS, Berenbrink M, Kipar A. Diverse cell-specific expression of myoglobin isoforms in brain, kidney, gill and liver of the hypoxia-tolerant carp and zebrafish. J Exp Biol. 2009;212(Pt 5):627-38. DOI: 10.1242/jeb.026286.
18. Tsai A-L, Berka V, Martin E, Olson JS. A “sliding scale rule” for selectivity among NO, CO, and O2 by heme protein sensors. Biochemistry. 2011;51, 172–86. DOI: 10.1021/bi2015629.
19. Rose JJ, Bocian KA, Xu Q, Wang L, DeMartino AW, Chen X, et al. A neuroglobin-based high-affinity ligand trap reverses carbon monoxide-induced mitochondrial poisoning. J Biol Chem. 2020;295(19):6357–71. DOI: 10.1074/jbc.RA119.010593.
20. Tiso M, Tejero J, Basu S, Azarov I, Wang X, Simplaceanu V, et. al. Human neuroglobin functions as a redox-regulated nitrite reductase. J Biol Chem. 2011;286(20):18277–89. DOI: 10.1074/jbc.M110.159541.
21. Azarov I, Wang L, Rose JJ, Xu Q, Huang XN, Belanger A., et. al. Five-coordinate H64Q neuroglobin as a ligand-trap antidote for carbon monoxide poisoning. Sci Transl Med. 2016;8(368):173–80. DOI: 10.1126/scitranslmed.aah6571.
22. De Simone G, Sbardella D, Oddone F, Pesce A, Coletta M, Ascenzi P. Structural and (Pseudo-)Enzymatic Properties of Neuroglobin: Its Possible Role in Neuroprotection. Cells. 2021;10: 3366–70. DOI: 10.3390/cells10123366.
23. Dewilde S, Kiger L, Burmester T, Hankeln T, BaudinCreuza V, Aerts T, et al. Biochemical characterization and ligand binding properties of neuroglobin, a novel member of the globin family. J. Biol. Chem. 2001;276.38949–55. DOI: 10.1074/jbc.M106438200.
24. Ascenzi P, di Masi A, Leboffe L, Fiocchetti M, et al. Neuroglobin: From structure to function in health and disease, Molecular Aspects of Medicine, 2016;52:1–48. DOI: 10.1016/j.mam.2016.10.004.
25. Exertier C, Celeste Montemiglio L, Freda I, Gugole E, Parisi G, Savino C, et al. Neuroglobin, clues to function and mechanism, Molecular Aspects of Medicine, 2022;84. DOI: 10.1016/j.mam.2021.101055.
26. Burmester T, Gerlach F, Hankeln T. Regulation and Role of Neuroglobin and Cytoglobin Under Hypoxia. Advances in Experimental Medicine and Biology, 2007;618:169–80. DOI: 10.1007/978-0-387-75434-5_13.
27. Xu R, Harrison PM, Chen M, Li L, Tsui TY, Fung PC, et al. Cytoglobin overexpression protects against damageinduced fibrosis. Mol Ther 2006;13:1093–100. DOI: 10.1016/j.ymthe.2005.11.027.
28. Blank M, Kiger L, Thielebein A, Gerlach F, Hankeln T, Marden MC, et al. Oxygen supply from the bird's eye perspective: globin E is a respiratory protein. J Biol Chem. 2011; 29;286(30):26507–15. DOI: 10.1074/jbc.M111.224634.
29. Jiang X, Stockwell BR, Conrad M. Ferroptosis: mechanisms, biology and role in disease. Nat Rev Mol Cell Biol. 2021;22(4):266–82. DOI: 10.1038/s41580-020-00324-8.
30. Coburn RF. Carbon Monoxide (CO), Nitric Oxide, and Hydrogen Sulfide Signaling During Acute CO Poisoning. Front Pharmacol. 2022;18(12):830241. DOI: 10.3389/fphar.2021.830241.
31. Motawei M, El-Wasify M, Eldakroury A, Elmansoury M. Rhabdomyolysis Complicating Acute CO Poisoning: A Case Study and a Review, American Journal of Medical Case Reports, 2014;2(11):232-236, DOI: 10.12691/ajmcr-2-11-2.
32. Garrabou G, Inoriza JM, Morйn C, Oliu G, Mirу Т, Marti MJ, et al. Mitochondrial Injury in Human Acute Carbon Monoxide Poisoning: The Effect of Oxygen Treatment. Journal of Environmental Science and Health, Part C. 2011;29(1):32–51. DOI: 10.1080/10590501.2011.551316.
33. Jang DH, Piel S, Greenwood JC, Kelly M, Mazandi VM, Ranganathan A, et al. Alterations in cerebral and cardiac mitochondrial function in a porcine model of acute carbon monoxide poisoning. Clinical Toxicology. 2021;59(9):801–9. DOI: 10.1080/15563650.2020.1870691.
34. Ryter SW. Heme Oxgenase-1, a Cardinal Modulator of Regulated Cell Death and Inflammation. Cells. 2021;10:515–20. DOI: 10.3390/cells10030515.
35. Stammet P. Blood Biomarkers of Hypoxic-Ischemic Brain Injury after Cardiac Arrest/ Semin Neurol. 2017;37(01):075–80 DOI: 10.1055/s-0036-1593858.
36. Huang YQ, Peng ZR, Huang FL, Yang AL. Mechanism of delayed encephalopathy after acute carbon monoxide poisoning. Neural Regeneration Research. 2020;15(12):2286–92. DOI: 10.4103/1673-5374.284995.
37. Li C, Liang ML, Zhang XG. Research progress on the mechanisms of delayed encephalopathy in acute carbon monoxide poisoning. Chinese journal of industrial hygiene and occupational diseases. 2022;40(7):543–6. DOI: 10.3760/cma.j.cn121094-20210929-00480.
38. Ning K, Zhou YY, Zhang N, Sun XJ, Liu WW, Han CH. Neurocognitive sequelae after carbon monoxide poisoning and hyperbaric oxygen therapy. Medical gas research. 2020;10(1):30–6. DOI: 10.4103/2045-9912.279981.
39. Vlcek P, Monkova I, Nerandzic Z, Lippert-Grьner M. Delayed encephalopathy after acute carbon monoxide poisoning: a case study. Brain Injury. 2024;10:1–6. DOI: 10.1080/02699052.2024.2311339.
40. Ruhela D, Bhopale VM, Kalakonda S, Thom SR. Astrocyte-derived microparticles initiate a neuroinflammatory cycle due to carbon monoxide poisoning Brain, Behavior, & Immunity – Health. 2021;18:100398–410. DOI: 10.1016/j.bbih.2021.100398.
41. Guo D, Hu H, Pan S. Oligodendrocyte dysfunction and regeneration failure: A novel hypothesis of delayed encephalopathy after carbon monoxide poisoning, Medical Hypotheses. 2020;136:109522–26, DOI: 10.1016/j.mehy.2019.109522.
42. Cha YS, Kim H, Hwang SO. Serum neuron-specific enolase as an early predictor of delayed neuropsychiatric sequelae in patients with acute carbon monoxide poisoning. Human & Experimental Toxicology. 2018;37(3):240–6. DOI: 10.1177/0960327117698544.
43. Yelmo-Cruz S, Dorta-Gonzбlez JF, Tascуn-Cervera JJ. Delayed neuropsychiatric syndrome after carbon monoxide poisoning. Actas Esp Psiquiatr. 2022;50(1):65–7.
44. Gokdemir GS, Seker U, Demirtas B, Taskin S. Effects of acute carbon monoxide poisoning on liver damage and comparisons of related oxygen therapies in a rat model. Toxicology Mechanisms and Methods, 2024;1–10:DOI: 10.1080/15376516.2024.2353887.
45. Sekiya K, Nishihara T, Abe N, Konishi A, Nandate H, Hamada T, et al. Carbon monoxide poisoning–induced delayed encephalopathy accompanies decreased microglial cell numbers: Distinctive pathophysiological features from hypoxemia–induced brain damage Brain Research,Volume. 2019;1710:22–32, DOI: 10.1016/j.brainres.2018.12.027.
46. Oh S, Sang-Cheon C. Acute carbon monoxide poisoning and delayed neurological sequelae: a potential neuroprotection bundle therapy. Neural Regeneration Research. 2015;10(1):36–8,. DOI:10.4103/1673-5374.150644.
47. Pang L, Wang HL, Wang ZH, Wu Y, Dong N. Plasma copeptin as a predictor of intoxication severity and delayed neurological sequelae in acute carbon monoxide poisoning, Peptides. 2014;59:89–93, DOI: 10.1016/j.peptides. 2014. 07.007.
48. Villela AM, Wever-Pinzon O, Parikh M, Deru K, Muhlestein JB, Anderson JL, et al. Patterns of cardiac dysfunction after carbon monoxide poisoning. Undersea Hyperb Med. 2020;47(3):477–85. DOI: 10.22462/03.07.2020.9.
49. Cho DH, Ko SM, Son JW, Park EJ, Cha YS. Myocardial Injury and Fibrosis From Acute Carbon Monoxide Poisoning: A Prospective Observational Study. JACC Cardiovasc Imaging. 2021;14(9):1758–70. DOI: 10.1016/j.jcmg.2021.02.020.
50. Bahng Y, Baek K, Park JT, Choi WJ, Kwak. K. Carbon monoxide poisoning and developing ischemic heart disease: a nationwide population-based nested case-control study. Toxics. 2021;9(10):239. DOI: 10.3390/toxics9100239.
51. Huang CC, Chen TH, Ho CH, Chen YC, Hsu CC, Lin HJ, et al. Increased risk of congestive heart failure following carbon monoxide poisoning. Circulation: Heart Failure. 2021;14(4):e007267. DOI: 10.1161/CIRCHEARTFAILURE.120.007267.
52. Temrel TA, Bilge S. Myocardial Repolarization Parameters and Neutrophil-to-Lymphocyte Ratio are Associated with Cardiotoxicity in Carbon Monoxide Poisoning. Cardiovasc Toxicol. 2020;20(2):190–6. DOI: 10.1007/s12012-019-09560-7.
53. Taghdiri A. Cardiovascular biomarkers: exploring troponin and BNP applications in conditions related to carbon monoxide exposure. Egypt Heart J. 2024;29;76(1):9. DOI: 10.1186/s43044-024-00446-w.
54. Anantharam P, Whitley EM, Mahama B, Kim DS, Sarkar S, Santana C, et al. Cobinamide is effective for treatment of hydrogen sulfide-induced neurological sequelae in a mouse model. Ann N Y Acad Sci. 2017;1408(1):61–78. DOI: 10.1111/nyas.13559.
55. Sethuraman K, Thom SR. Hyperbaric oxygen should be used for carbon monoxide poisoning. British Journal of Clinical Pharmacology. 2023;89(3):939–41. DOI: 10.1111/bcp.15605
56. Roderique JD, Josef CS, Newcomb AH, Reynolds PS, Somera LG, Spiess BD. Preclinical evaluation of injectable reduced hydroxocobalamin as an antidote to acute carbon monoxide poisoning. Journal of Trauma and Acute Care Surgery. 2015;79(4): 116–20. DOI: 10.1097/TA.0000000000000740
57. Kitagishi H, Negi S, Kiriyama A, Honbo A, Sugiura Y, Kawaguchi AT, et al. A diatomic molecule receptor that removes CO in a living organism. Angewandte Chemie International Edition. 2010;49(7):1312–25. DOI: 10.1002/anie.200906149
58. Mao Q, Zhao X, Kiriyama A, Negi S, Fukuda Y, Yoshioka H, et al. A synthetic porphyrin as an effective dual antidote against carbon monoxide and cyanide poisoning. Proc Natl Acad Sci U S A. 2023. 120(9):e2209924120. DOI: 10.1073/pnas.2209924120.
Стаття надійшла до редакції 16 вересня 2024 р.