Пальники і отруєння чадним газом в наметах

Картинка для уваги
Замість вступу
Переклад укладення з однієї англомовної статті 2004 [1]:

Описи сталих випадків підтверджують, що отруєння чадним газом в наметах і снігових печерах - реальна проблема, яка обійдена увагою. Ця проблема особливо серйозна на висоті через безліч факторів, що збільшують ризик отруєння CO. Незважаючи на безліч існуючих в альпіністських колах байок про альпіністів, що загинули від отруєння CO на гімалайських піках, не схоже, щоб ця небезпека була широко відома.

Ну а "чістапарускі" - деяка практика показує, що якщо користуватися пальником в наметі без певної обережності, особливо в гірських умовах, то можна отруїтися чадним газом, що дуже негативно позначається на головному мозку, викликаючи ряд дуже неприємних гострих і хронічних неврологічних проявів типу раптової смерті. Переживші гостре отруєння зазвичай страждають від різних згубних наслідків, які можуть переслідувати нещасних протягом місяців, років, або навіть довічно.

Мета цього огляду - заповнити прогалину, відстежуваної по темі в нашому Інтернеті. Тема кілька разів спливала на гірських і туристичних форумах при обговоренні, але якогось систематичного матеріалу немає. При цьому на англійській мові інформації про небезпеку отруєння CO від пальників виявилося достатньо.

Огляд написаний в практичній послідовності: спочатку короткі факти, без яких зовсім ніяк, потім - список дій, що знижують ризик отруєння, і потім - трохи докладніше про порівняння пальників(примусів) на предмет виділення чадного газу. Деталі для «ботанів» (the devil is in the detail!) - В додатках і в джерелах.

Факти
Або короткий курс молодого бійця, щоб знати ворога. Спочатку загальні:

1. Чадний газ, він же мон(о)оксид вуглецю, він же CO, виділяється разом c вуглекислим газом (CO2) при згоранні газу (пропану, бутану, ...), бензину, дров та інших органічних палив.
В залежності від умов горіння кількість виділяється CO може бути різним.
2. Туристичні пальники, як газові, так і бензинові - не виняток. Вони виділяють як CO2, так і деяка кількість CO.
Докладніше - див нижче.
3. Як і CO2, чадний газ безбарвний і не має запаху і смаку.
Без спеціального датчика ви його не помітите. Увага: далеко не всі портативні датчики добре працюють в типових для висоти умовах низького тиску, низької температури і високої вологості; дивіться на характеристики! (Тема в розробці.)
4. На відміну від CO2, чадний газ трохи легше повітря (сухе!).
Але підніметься до стелі намету він не через це; див. нижче.
5. На відміну від CO2, чадний газ дуже міцно зв'язується з гемоглобіном крові, не дозволяючи гемоглобіну переносити кисень, і довго виходить з крові.
Детально про патофізіологію - див. у додатку.
6. При високій концентрації CO в крові настає кома і смерть.
Навіть якщо важко отравившегося встигнуть помітити і «відкачати», можуть залишитися довготривалі наслідки.
7. Висока концентрація CO в крові може наступити не тільки при високій концентрації CO в повітрі, але і при тривалому перебуванні в просторі з невисокою концентрацією CO в повітрі.
Наприклад, закритий від негоди намет з працюючим пальником або іншим приладом, котрі спалюють органічне паливо.
8. Симптоми початку отруєння чадним газом - м'який головний біль, нудота, відчуття розбитості.
Чимось дуже схоже на горняшку. Подробиці у додатку.
9. Надлишок вуглекислого газу, навпаки, стимулює дихальну активність.
Саме тому часто описувані випадки, «прокинувся від того, що задихаюся, чиркнув запальничкою - не горить, поліз відкопувати намет», пов'язані з надлишком вуглекислого газу, а не з отруєнням чадним газом. У разі чадного газу оповідач швидше за все не прокинувся б.

І специфічні для гірського туризму і альпінізму:

10. На висоті через зниження тиску отруєння CO настає при більш низьких його концентраціях у крові, ніж на рівні моря.
Подробиці - у додатку.
11. На висоті симптоми отруєння CO легко переплутати з гірською хворобою.
І тому проігнорувати.
12. При відсидці в наметі в негоду, симптоми отруєння CO легко не помітити.
В основному через відсутність рухової активності.
13. При відсидці в снігопад вентиляція намету погіршується.
Від цього, звичайно, тепло і добре ...


Як зменшити ризик отруєння чадним газом в наметі?
Ось список з рекомендаціями, як треба поводитися з пальником, щоб не отруїтися CO. Список взятий з [2] і трохи змінений з урахуванням більш свіжої інформації з [3]. Курсивом дані примітки авторів цього огляду. Пояснення причин - частково у наступних секціях і в першоджерелі.


Порівняння пальників по виділенню CO.
Австралійський турист (і володар Ph.D. з фізики) Роджер Каффін написав цілий цикл статей [3] про виділення чадного газу пальниками. Як і огляд [2], це «мастрід» за темою для тих, хто читає англійською. Тут - практичні витяги.

По-перше, Каффін провів багато експериментів з пальниками на предмет того, в яких випадках виділяється більше CO. Коротко у таблиці вище вже було про це сказано: а) не ставити посуд прямо в полум'я і б) не допускати жовтого полум'я. Тому що:


  • · Посуд у вогні охолоджує полум'я (англ. термін flame quenching) і перешкоджає повному окисленню вуглецю, залишаючи багато чадного газу.
  • · Жовте полум'я, а також довге полум'я - свідоцтво такого неповного окислення.


(У деяких статтях було відзначено, що на процес горіння впливає ще й діаметр посуду. Експерименти Каффіна показали, що це не має великого ефекту і вдруге; головне - не засовувати посуд в полум'я.)

По-друге, Каффін порівняв безліч пальників на предмет виділення CO. У результаті він виявив кілька патологічних випадків, і спробував розібратися, в чому там справа. Щоб на такий патологічний випадок не нарватися при покупці пальника (або при користуванні таким, якщо вже є) - ось витяг з підсумкової таблиці з результатами тестів для газових пальників на різних режимах роботи:

У таблицю включені не всі пальники з першоджерела. Включені як і раніше показують, що: а) пальники поводяться дуже по-різному і б) навіть в одного виробника різні пальники показують різні результати. Умови експерименту опускаємо, залишаючи тут тільки порівняння. Кому потрібні подробиці - див першоджерело.

Тут наведено тільки дані з таблиці концентрацій зі статті Каффіна, без яких не дуже зрозуміло, що значать цифри у таблиці вище. Таблиця складена на основі норм США і Великобританії (ВБ) 2, які розраховані для рівня моря. Ppm - це parts per million, частин на мільйон, тобто 1 ppm - це 0.0001%.



Детально про те, як і при якому часі впливу ці концентрації впливають на організм, і скільки приблизно тримаються в наметі, див. в додатку і в статтях [1] і [2].

Повертаючись до результатів по пальникам: виходить, що деякі пальники в визначених режимах призводять до потенційно небезпечних концентрацій чадного газу в замкнутому об'ємі. Щоб бути конкретним: уявімо, що ви відсиджуєтеся в негоду в наметі, щільно його закривши, іноді працює якийсь пальник, який створює концентрацію CO в повітрі усередині намету на рівні 50-100 ppm (таких моделей вистачає, як видно з таблиці). При впливі в кілька годин така концентрація небезпечна.

Чому деякі пальники виділяють більше CO на підвищеній потужності? Каффін за результатами експериментів робить висновок, що у них недостатньо великі повітрозабірні отвори: на підвищеній потужності необхідно більше повітря, щоб полум'я було досить коротким і не охолоджувалося посудом. Ще потрібно враховувати, що тести проводилися на рівні моря, а на висоті з пониженням тиску для горіння без виділення великої кількості CO необхідний ще більший приплив кисню.

Окремо про MSR Reactor, який на низькій потужності призводить до позамежної концентрації CO. Каффін пояснює це (провівши окреме дослідження) тим, що на низькій потужності повітря через особливості конструкції цього пальника практично перестає підсмоктують у вході отвір, і тому паливо спалюється в режимі виключного кисневого голодування. Нестача кисню призводить до того, що друга стадія процесу горіння (окислення CO в CO2) просто не може відбутися, і тому в результаті залишається велика кількість CO.

Отже, ще раз основні результати з [3]:


  • · Основна причина підвищеного виділення CO - раннє охолодження полум'я, в результаті якого не відбувається повного окислення вуглецю;
  • · Основне джерело раннього охолодження полум'я - занадто низько розташована ємність для готування (в одному з тестів збільшення кліренсу всього на 5 мм скоротило виділення CO в два рази);
  • · Недолік припливу повітря на деяких режимах роботи пальників, пов'язаний з розміром повітрязабірників; посилюється з висотою.


Залишимо інші деталі: будь-який пальник у наметі вимагає адекватної вентиляції!

Замість висновку
З тієї ж статті 2004 [1]:

Ми сподіваємося не бачити більше повідомлень про випадки, коли молоді, треновані люди вмирають від причини, яку можна повністю запобігти.

Джерела

[1]    Leigh-Smith S. Carbon monoxide poisoning in tents — a review. Wilderness and Environmental Medicine, 2004, 15(3):157-63. «Мастрід» для тих, хто ботан. Повнийй текст можна вільно взяти тут: www.wemjournal.org/article/S1080-6032%2804%2970474-3.
[2]    zenstoves.net/COHazard.htmОглядова стаття, в основному більш доступно викладає зміст статті Лей-Сміта [1], з грунтовним список джерел.
[3]    Roger Сaffin. Stoves, Tents and Carbon Monoxide — Deadly or Not. Фундаментальна практична праця. Найцікавіше в декількох перших частинах. Повний текст за гроші тут:www.backpackinglight.com/cgi-bin/backpackinglight/stoves_tents_carbon_monoxide_index.htmlДля тих, хто не може заплатити за доступ до статей, чотири перші частини знаходяться у відкритому доступі на сайті Scribd. На персональному сайті Роджера є деяка додаткова інформація по пальникам.
[5]    www.risk.ru/users/voladores/191726/www.risk.ru/users/abugarib/191898/  Зокрема, в одній з цих гілок є добірка інших випадків з вітчизняними туристами, в яких винуватцем пригод швидше за все був чадний газ від пальника.

Додатки
Увага, многабукав!

Патофізіологія
Основною функцією крові в організмі людини є доставка різних речовин в тканини і зворотний транспорт продуктів обміну. Одним з найбільш важливих з цих речовин, є кисень, постійний приплив якого необхідний практично всім тканинам (важливий виняток - еритроцити). Без кисню неможливо окисне фосфорилювання - кінцева і найбільш важлива складова процесу перетворення різноманітних поживних речовин в енергію. Ця енергія (у формі аденозинтрифосфату, АТФ) використовується клітиною для всіх без винятку функцій; без постійного припливу кисню, більшість клітин здатні вижити лише вельми обмежений час - від декількох хвилин (головний мозок), до декількох годин (м'язи, нирка).
Окисне фосфорилювання - дуже складний процес, що складається з пари десятків паралельно протікаючих реакцій, що відбуваються на мембранах і всередині клітинної органели мітохондрії. Завершується він так званої «ланцюгом переносу електронів», в якій електрони (sic!), послідовно опускаючись на все більш низькі квантові рівні, виділяють енергію, перетворюється мітохондрій в той же АТФ. Кінцевим акцептором (одержувачем) електронів в цьому процесі є доставляється кров'ю кисень. Ланцюг перенесення електронів регулюється чотирма спеціалізованими речовинами (ферментами), одним з яких є цитохром-оксидаза. Перенесення кисню здійснюється еритроцитами (червоними кров'яними клітинами), за допомогою спеціалізованого білка під назвою гемоглобін. Структура гемоглобіну дозволяє йому «захоплювати» проникаючий в кров допомогою дифузії через альвеолярно-капілярну мембрану легенів кисень (утворюючи комплекс, що складається з однієї молекули гемоглобіну і чотирьох молекул кисню і званий оксигемоглобіном), згодом вивільняючи кисень в нужденних в ньому тканинах організму. Частка гемоглобіну, оборотно пов'язана з киснем в певний момент часу в даному зразку крові, називається насиченням гемоглобіну киснем. Очевидно, що ця величина істотно різниться не тільки між зразками артеріальної і венозної крові, але і між венозною кров'ю, що відтікає від органів з різною потребою в кисні (наприклад - головний мозок і жирова тканина). Важливим фактором, що впливає на процес взаємодії гемоглобіну з киснем, є те, що приєднання кожної молекули кисню викликає таку зміну структури гемоглобіну, яке призводить до полегшення зв'язку його з подальшими молекулами в капілярах легенів (аналогічно, зворотний процес відбувається в периферичних тканинах - віддача кожної молекули кисню полегшує віддачу кожної наступної). Існують і інші фактори, що впливають на міцність зв'язку між гемоглобіном і киснем - температура, pH, концентрація вуглекислого газу та ін Сумарним ефектом їх впливу є те, що гемоглобін переважно «захоплює» кисень у легеневих капілярах і переважно «віддає» його в периферичних тканинах .
СО швидко проникає через альвеолярно-капілярну мембрану легенів і зв'язується з гемоглобіном, займаючи ті місця, які в нормі зайняті киснем. Зв'язок СО з гемоглобіном, при цьому, приблизно в 230 разів міцніше, ніж аналогічний зв'язок гемоглобіну з киснем. Такий комплекс також містить чотири молекули CO, пов'язані з однією молекулою гемоглобіну і носить назву карбоксигемоглобіну (COHb). Частка гемоглобіну, пов'язана з СО, носить назву карбоксігемоглобінеміі (% COHb). Для довідки,% COHb у некурящих городян може в нормі становити до 3%, досягаючи 10-15% у курців. Вкрай висока, в порівняння з киснем, «стійкість» зв'язку CO-Hb (тобто карбоксигемоглобіну) призводить до того, що його концентрація (карбоксігемоглобінемія) практично однакова у всіх зразках крові.
Приєднання молекули СО до молекули гемоглобіну викликає таку зміну конфігурації молекули гемоглобіну, яке додатково підвищує спорідненість залишилися місць зв'язування до кисню, що парадоксально призводить до ще більшого зниження киснево-транспортної функції гемоглобіну, бо знижує ефективність «віддачі» його периферичним тканинам (це називається «зсув кривої дисоціації оксигемоглобіну вліво »).
Крім гемоглобіну, CO реагує з іншим біологічними молекулами. Найбільш важливим прикладом є згаданий вище фермент ланцюга перенесення електронів цитохром-оксидаза, порушення функції якої призводить до блоку ланцюга перенесення електронів і, за механізмом зворотного зв'язку, окисного фосфорилювання в цілому.
Таким чином, існує кілька механізмів, за допомогою яких СО перешкоджає ефективному використанню кисню тканинами.
  1.  CO займає транспортні місця, використовувані для перенесення кисню кров'ю.
  2. 2. Той кисень, яким все ж таки вдалося знайти «транспортний» місце, стає набагато важче «вивантажити» в місці призначення.
  3. 3. Навіть те, що було вивантажено, стає неможливо використовувати - робота молекулярної електростанції порушена тим, що один з її регуляторних вузлів блокований.
Результатом є гіпоксія (кисневе голодування) органів, яка вражає в першу чергу ті з них, які або роблять велику роботу (м'язи, особливо серцева), або початково покривають свою потребу в енергії виключно за рахунок окисного фосфорилювання (центральна нервова система), або навіть у фізіологічних умовах існують на дуже «жорсткому» кисневому пайку (кіркова речовина нирки).
Вплив чадного газу на інші біохімічні реакції вивчено гірше, але є дані, що він здатний викликати формування вельми отруйних вільних радикалів і порушувати процес регуляції судинного тонусу, ще більше порушуючи процес доставки кисню.
СО не метаболізується організмом і виводиться легенями в незмінному вигляді. Процес цей не швидкий (знову ж внаслідок високої міцності зв'язку CO-Hb). Так, наприклад, при диханні 100% киснем на рівні моря за 2-3 години виводиться приблизно половина пов'язаного з гемоглобіном СО; в інших тканинах, мабуть, процес цей протікає ще повільніше, викликаючи тривалу гіпоксію і, як наслідок, віддалені або навіть незворотні наслідки отруєння.
Прояви і наслідки отруєння СО
Симптоми отруєння чадним газом можуть значно різнитися від людини до людини і в основному неспецифічні. Багатьом відомо про фарбування губ, шкіри і слизових оболонок в «вишнево-червоний» колір при важкому отруєнні; в реальності, однак, ця ознака малопріменім. Наступна таблиця з [2], що показує взаємозв'язок між концентрацією COHb і зовнішніми проявами отруєння, може застосовуватися лише як вельми приблизна шкала; реальні прояви залежать від конкретної ситуації і характеристик постраждалих.
Симптоми, що виникають при різних рівнях COHb в крові (на рівні моря), на основі даних з [1]


У 40% постраждалих від чадного газу можуть розвинутися віддалені неврологічні наслідки. Такі зазвичай розвиваються протягом 3-240 днів, наступних за гострим отруєнням, і можуть проявлятися різним ступенем порушення пам'яті, інтелекту і свідомості, двоїнням в очах, запаморочення, порушення координації рухів, м'язового тонусу, ходи, нетримання сечі і калу, повної або часткової сліпотою, втратою слуху, дзвоном у вухах, судомами, не цукровий діабет, і навіть омертвінням окремих ділянок мозку (некроз globus pallidus).
Тривала дія низьких концентрацій CO також здатне привести до серйозних медичних наслідків. Найбільш часто хронічне отруєння чадним газом проявляється такими неспецифічними ознаками як розбитість, швидка стомлюваність, головний біль і запаморочення; можливі й інші, переважно неврологічні прояви: депресія, тривожність, порушення уваги і пам'яті, дратівливість і порушення настрою.
Залежність концентрації COHb в крові від концентрації CO в повітрі і від часу
Різні експертні оцінки безпечної концентрації СО у вдихуваному повітрі вже були приведені в таблиці в основній частині даної статті. Наступний графік з [2] відображає розрахункові концентрації COHb в залежності від часу впливу різних концентрацій СО на що знаходиться в стані спокою «середньостатистичного» людини, що знаходиться на рівні моря.

Наведений графік вимагає роз'яснень, бо він здатний викликати ілюзію того, що реально-досяжного в наметі концентрації СО (до 600 ppm) недостатньо високі для того, щоб викликати прояви більш важкі, ніж нудота і головний біль. (Мається на увазі, за час приготування їжі. Час контакту може істотно зростати при використанні органічного палива для обігріву та освітлення.) Слід врахувати, проте, що концентрація СО, що викликає лише помірний головний біль на рівні моря, може в умовах високогір'я привести до швидкої втраті свідомості (див. нижче). Слід врахувати і те, що рівень COHb в крові зростає пропорційно часу контакту - чим довше і частіше відбувається вдихання чадного газу, тим більш високі концентрації карбоксигемоглобіну будуть досягнуті.

Ефекти висоти
(В основному переклад з [2]). Зменшуване з набором висоти атмосферний тиск, призводить до зниження кількості кисню, що досягає легенів. Транспорт кисню через альвеолярно-капілярну мембрани - пасивний процес, рушійною силою якого є дифузія по градієнту концентрації (парціального тиску кисню в дихальній суміші). Зниження тиску (концентрації) призводить до зниження швидкості дифузії і, як результат, зниження швидкості надходження кисню в кров і, в подальшому, в тканини. У першу чергу страждають від гіпоксії ті тканини, які з тих чи інших причин початково чутливі до нестачі кисню нестачі (див. вище).

Споживання кисню полум'ям пальника в закритому приміщенні (горіння - складна послідовність хімічних реакцій, суть яких полягає в взаємодію молекул палива з молекулами кисню повітря) може ще більше погіршити ситуацію, ще сильніше знижуючи і без того невисока у високогір'ї парціальний тиск кисню у вдихуваному повітрі.

Той факт, що деяким, деяким людям вдалося зійти на найвищу точку планети без використання допоміжного кисню, не повинен викликати ілюзій - подібні подвиги лежать далеко за межами можливостей середньостатистичного (нехай навіть і тренованого) індивіда і ні для кого не проходять даремно. Прикладом може служити набагато більша ймовірність смерті під час спуску в порівнянні з використовують додатковий кисень альпіністами. Примітно, що ефекти висоти і пов'язаної з нею гіпоксії (гостра гірська хвороба) починають відчуватися вже починаючи з висоти 3000 метрів; вже на цій висоті можуть розвинутися такі важкі ускладнення як високогірний набряк мозку і високогірний набряк легенів.

Чи піднімається CO під стелю намету?
З того, що CO (молекулярна маса 28 u) трохи легше сухого повітря (29 u), невірно буде відразу укладати, що чадний газ «спливе» під стелю намету. Ця різниця несуттєва для визначення того, що відбувається з CO в наметі, з багатьох причин:

  1.  .  Гази різної щільності (яка пропорційна молекулярній масі) не «спливають» і не «осідають», вони перемішуються (дифундують). Природно, якщо менш щільний газ потрапляє у верхню частину об'єму, дифузія займе деякий час.
  2.  .  Оскільки водяна пара (18 u) значно легше кисню (32 u) і азоту (28 u), з яких повітря складається на 99%, то вологе повітря менш щільний, ніж сухий, ще більш зменшуючи різницю.
  3.  .  Продукти горіння містять, крім CO, вуглекислий газ (44 u), азот, водяні пари.
  4.  .  Конвекційний потік забирає гарячі продукти горіння наверх, що набагато істотніше, ніж різниця в щільності.

Отже, CO швидше за все буде спочатку винесений конвекцією під склепіння намети разом з іншими продуктами горіння (див. ілюстрації в [2]), а потім дифундує по всьому об'єму. Яка швидкість дифузії, авторам невідомо. Однак при наявності вентиляційного отвору у верхній частині намети велика частина теплих продуктів горіння, включаючи CO, піде в нього, а свіже повітря, багате киснем, буде надходити з нижнього вентиляційного отвору. Звідси і рекомендації по розташуванню вентиляційних отворів.



Хімія полум'я і як працює пальник
Див. http://zenstoves.net/How.htmа також першу (теорія) і другу (практика) частини із серії Каффіна [3].
Стаття у російському перекладі тут

0 коментарі:

Дописати коментар