6.2.2. Монооксид углерода (со)

Монооксид углерода образуется при неполном сгорании углеродсодержащих веществ. В атмосфере содержится 60 млн тонн СО, если атмосфера не загрязнена.

Небольшие количества монооксида углерода природного про­исхождения образуются в результате вулканической деятельнос­ти и окисления метана в атмосфере. Эта реакционная цепь пока еще полностью не установлена, но, по-видимому, окисление осу­ществляется с помощью ОН-радикалов. Исходным веществом для образования этих радикалов служит тропосферный озон, ко­торый под действием ультрафиолетового излучения с длиной волны менее 310 нм выделяет возбужденный, кислород O (¹D). Этот возбужденный кислород в тропосфере с водяными парами образует радикалы ОН. Радикалы ОН окисляют метан в многостадийном процессе, где заключительной стадией является образование СО, который, ви­димо с помощью других радикалов ОН, может превращаться в СО₂.

К естественным источникам образования СО добавляются антропогенные выбросы. Это связано в первую очередь с автотранспортом, так как у двигателей внутреннего сгорания оптимальные условия окисления топлива создаются только при выходе на определенный рабочий режим. Еще меньше СО попадает в атмосферу за счет куриль­щиков (хотя и эти малые количества представляют опасность в местах большого скопления людей, где эффект разбавления проявляется в недостаточной степени).

Монооксид углерода представляет опасность для человека. Он может связываться с гемоглобином крови. Также он участвует в образовании смога. Кроме того, СО может образовывать высокотоксичные соединения – карбонилы.

При взаимодействии с гемоглобином (Hb) крови монооксид углерода, как и кислород, занимает координационное положение 6 в геме (Гем — это комплексное соединение железа, в котором ион железа( II ) соединен с протопорфириновой группой. Гем входит в состав гемоглобина, его функция заключается в переносе кислорода).

Сродство гемоглобина к СО в 200—300 раз выше чем сродство к О₂ (большой разброс значений данных объясняется, очевидно, существованием различных форм гемоглобина). Реак­ция гемоглобина (Hb) с O₂, как и реакция с СО, подчиняется за­кону действующих масс, поэтому, учитывая, что его сродство к СО в 300 раз больше, чем к О₂, можно написать:

[Hb] [СО] 300  Р_со

= (6.6)

[Hb] [О₂] Ро₂

Подставляя в уравнение одинаковые количества [Hb]  [О₂] и [Hb]  [СО], получаем:

Ро₂= 300  Р_со или Р_со = Ро₂ / 300 (6.7)

Поскольку объемная концентрация О₂ в воздухе составляет око­ло 20%, находим концентрацию СО:

Р_со = 20 / 300 = 0,066 % (6.8)

необходимую для того, чтобы связать столько же гемоглобина, сколько связывает и атмосферный кислород. Иначе говоря, кон­центрация 0,066% (об) в атмосфере достаточна для того, чтобы связать половину гемоглобина. В этом случае уже могут наблю­даться серьезные нарушения здоровья (табл. 6.2).

Признаки отравления при различном содержании комплекса Hb  СО в крови (реакция гемоглобина Hb с СО)

Таблица 6.2

Концентрация СО в воздухе	Содержание Hb  СО в крови	Клинические симптомы
60 млн-1 = 0,006% (об.)	10%	Ослабление зрения, легкая головная боль.
130 млн-1 = 0,013% (об.)	20%	Боли в голове и теле, утомляемость, временная потеря сознания.
200 млн-1 = 0,02% (об.)	30%	Потеря сознания, паралич, нарушение дыхания и жизнедеятельности.
660 млн-1 = 0,066% (об.)	50%	Полная потеря сознания, паралич, прекращение дыхания.
750 млн-1 = 0,075% (об.)	60%	В течение часа наступает летальный исход.

Скорость связывания с угарным газом СО зависит и от концентрации СО, интенсивности обмена веществ в организме человека, в том числе от частоты дыхания. В то время как насыще­ние гемоглобина монооксидом углерода при объеме поступающего в легкие воздуха 10 л/мин с содержанием 0,1%(об) СО достигается через 6 ч, при тяжелой работе и интенсивности ды­хания 30 л/мин оно достигается уже менее чем через 2 ч (рис. 6.2).

Рис.6.2 Насыщение гемоглобина при различной физической нагрузке

На горожанина-курильщика, особенно в закрытых помещени­ях, приходится двойная нагрузка: с одной стороны, действие СО, образующегося в результате выброса промышленными предпри­ятиями и транспортом, с другой — СО, содержащегося в табач­ном дыме. В то время как у курильщиков — промышленных рабочих в крови обнаружено в среднем 5% Hb  СО, у некурящих рабочих содержание Hb  СО не превышало 1,5%.

Непрерывное выделение СО наряду с его относительно длительным нахождением в атмосфере должно было бы привести к большему увеличению концентрации СО в воздухе, чем это наблюдается фактически. Такому накоплению СО препятствуют высшие растения, водоросли и особенно микроорганизмы почвы. Высшие растения в определенной степени могут связыват СО с помощью аминокислоты серина, возможно также окисление СО в СО₂. В почве некоторые микроорганизмы также либо частично переводят СО в органические соединения, либо окисляют его в СО₂. Поэтому почва играет особую роль в удалении СО из атмосферы.