안녕하세요! 닥터부입니다~
오늘은 일산화탄소 중족에 대해 알아보고 정리하겠습니다!
일산화탄소 중독[ Carbon Monoxide Poisoning ]
정의
일산화탄소 중독은 흔히 ‘연탄가스 중독’이라고 잘 알려져 있고 탄소가 포함된 물질이 불완전 연소되면서 발생하는 무색, 무취, 무미, 비자극성 가스인 일산화탄소에 중독된 상태를 말합니다. 요즘은 연탄 사용이 줄고 도시가스 또는 난방유 등을 사용하는 가정이 늘고, 불완전 연소를 줄이고 누출가스를 차단하는 보일러 제작 기술이 발달함에 따라 일산화탄소에 중독되는 환자 수는 급격히 감소하고 있습니다.
최근에는 화재현장에서 구출된 사람이나, 히터를 켜 둔 채 환기가 되지 않는 자동차에서 잠을 자다가 일산화탄소에 중독되는 것이 문제되고 있습니다. 흡입된 일산화탄소가 산소 대신 헤모글로빈과 결합하여 산소가 각 조직으로 제대로 운반될 수 없기 때문에 저산소증이 생긴다.
원인
일산화탄소는 산소를 운반하는 적혈구의 헤모글로빈(Hb)에 산소보다 250배 쉽게 결합한다. 따라서 헤모글로빈이 산소를 제대로 실어 나르지 못하는 문제가 생깁니다.
체내에 산소가 부족해지면 생체 세포에서 젖산을 생성하게 되어 혈액이 산성으로 변하고, 이는 호흡중추 등을 자극하여 호흡의 깊이, 호흡수, 심장박동수를 증가시켜 산소 부족을 보상하고자 한다. 보상작용은 공기를 상대적으로 많이 호흡하여 산소부족량을 보충하고, 산소함유량이 저하된 혈액을 많이 순환시키며, 뇌의 혈관을 확장하여 많은 혈액이 흐르도록 조정합니다. 하지만 이러한 보상작용은 산소농도가 16% 정도일 때까지만 효과가 있고, 이보다 낮은 농도에서는 생체적 보상이 불가능하여, 산소결핍증상이 나타나게 됩니다.
증상
산소를 많이 필요로 하는 장기(뇌, 심장, 근육)의 기능이 저하되어 증상이 나타난다. 중독의 초기 증상은 비특이적으로 다른 질환과 감별하기 쉽지 않습니다.
두통, 어지럼증, 메슥거림(구역) 등이 나타나며, 심해지면 기면, 혼수, 발작, 호흡마비 등의 증상이 발생
진단/검사
일산화탄소 중독을 의심할 수 있는 정황을 살피는 것이 중요하며, 의심이 될 때는 일산화탄소 헤모글로빈(COHb) 수치를 측정해보아야 합니다.
일산화탄소 헤모글로빈(COHb)의 정상 범위는 0~5% 정도이다. 하루 담배 한 갑을 피우는 사람은 평균 6% 정도의 수치를 보이며, 10%까지 나타나기도 한다. 일산화탄소 헤모글로빈(COHb)의 수치가 높다면 일산화탄소중독을 의미하지만, 증상이나 예후를 결정하지는 못합니다.
1) 동맥혈가스분석(ABGA): 혈청산염기도, 혈청 중탄산염, 혈청 젖산, 일산화탄소 헤모글로빈 등 확인
2) 심전도검사(EKG): 심근허혈의 가능성을 확인
3) 정맥혈검사: 골격근 손상 정도(근육효소; CK, myoglobin) 확인
4) 흉부방사선촬영: 폐부종 등을 확인
5) 뇌CT 또는 MRI: 의식을 잃을 정도의 심한 중독의 경우 12시간 이내 특징적인 중심백색질, 담창구의 저음영 소견 확인
치료
산소치료가 가장 중요합니다.
경증의 경우 100% 산소를 비재호흡식 안면마스크(nonrebreather face mask)를 통해 4시간 동안 공급해 주고 주기적으로 중독 상태를 재판정합니다. 대기에서 일산화탄소 헤모글로빈(COHb)의 반감기는 5시간이지만 100% 산소를 공급하면 1시간으로 단축됩니다.
만약 경증의 증상이 다른 원인 없이 호전되지 않으면 고압산소치료를 고려합니다. 의식이 떨어지거나, 심근허혈의 증거가 있거나, 임산부 등의 환자에 대해서는 초기부터 적극적인 고압산소치료를 고려한다. 태아의 헤모글로빈은 일산화탄소에 더 강하게 결합하므로 임신 시에 일산화탄소에 중독되면 태아가 산모보다 더 많은 손상을 받게 됩니다. 고압산소치료는 일산화탄소 헤모글로빈(COHb)의 반감기를 20분까지 낮출 수 있다. 고압산소 치료는 2.4~2.8기압에서 90분 동안 시행한다. 중등도의 증상을 갖는 대부분의 환자는 한번의 치료로 충분하지만, 심한 증상이라면 24시간 이내에 1~2번 더 치료하는 경우도 있습니다.
고압산소치료의 합병증으로는 산소독성에 의한 발작이나, 높은 압력으로 인해 귀나 부비동, 폐가 손상되거나, 혈관 내의 가스 색전이 생기는 것 등이며, 기흉이 있을 때는 흉관을 삽입하고 치료를 실시합니다. 최근 일산화탄소중독환자 감소에 따라 고압산소치료기를 폐기한 병원이 많아, 이런 경우에는 119로 연락하면 도움을 받을 수 있습니다.
경과/합병증
인체 중에서 산소 부족에 대해 가장 민감한 반응을 나타내는 부분은 뇌이다. 산소결핍은 대뇌피질의 기능을 저하시키는데, 최종적으로 뇌세포가 손상되면서 기능을 상실하고, 죽음에 이르게 합니다. 심혈관계 이상으로 심근경색, 부정맥, 심정지 등이 발생할 수 있으며, 급성 일산화탄소 중독의 사망 원인은 저산소증에 따르는 심실성 부정맥이 대부분을 차지합니다. 그 외 근육세포 손상에 의한 가로무늬근 융해증, 급성세뇨관괴사, 비심인성 폐부종, 범발성 혈관내응고, 다발성 장기부전 등이 나타날 수 있다.
또한, 외상, 약물중독, 화상, 심근허혈 뇌혈관질환, 연기흡입 등이 동반되는 경우 훨씬 악화됩니다. 일산화탄소중독의 지연 후유증은 다양하여 치매, 기억상실증, 정신병, 파킨스니즘, 마비, 무도병, 겉질시각상실, 행위상실증, 인식불능증, 말초성신경병증, 요실금 등이 발생할 수 있습니다.
예방방법
평소 집안의 보일러나 난방기에서 불완전연소가스가 새지 않는지 사전점검이 중요합니다. 또한 실내에서 나무나 탄소 연소를 하지 않도록 합니다.
문제
A 31-year-old man presents with a headache, myalgias, nausea, irritability, and forgetfulness. He developed these symptoms gradually over the past 3 months. He is an auto mechanic, and he changed his place of work 4 months ago. He smokes half a pack of cigarettes per day. His vaccinations are up to date. On presentation, his vital signs include the following: blood pressure 145/70 mm Hg, heart rate 94/min, respiratory rate 17/min, and temperature 36.8℃ (98.2℉). Physical examination reveals diffuse erythema of the face and chest, and slight abdominal distension. Neurological examination shows symmetrical brisk upper and lower extremities reflexes. Blood tests show the following results:
| Arterial pH | 7.31 |
| Arterial Po2 | 95 mm Hg |
| Arterial Pco2 | 28 mm Hg |
| Na+ | 141 mEq/L |
| K+ | 4.3 mEq/L |
| Cl- | 109 mEq/L |
| HCO3- | 17 mEq/L |
| Base Excess | -3 mEq/L |
| Carboxyhemoglobin | 38% |
| Methemoglobin | 1% |
| Serum cyanide | 0.35 mcg/mL (Reference range 0.5–1 mcg/mL) |
Which of the following statements about the patient’s condition is true?
A. The patient’s symptoms are a consequence of his essential hypertension.
B. Chronic cyanide exposure is the main cause of the patient’s condition.
C. This patient’s symptoms are due to CO-induced inactivation of cytochrome oxidase and carboxyhemoglobin formation.
D. Viral infection should be suspected in this patient.
E. This patient has disrupted glycolysis due to the inactivation of fructose-bisphosphate aldolase.
Explanation:
Correct answer C: This patient exhibits signs of chronic carbon monoxide (CO) toxicity, which is most likely a consequence of occupational exposure due to working in a poorly ventilated environment.
CO binds to all proteins containing heme, including hemoglobin, myoglobin, and mitochondrial cytochrome c oxidase. Cytochrome c oxidase is an essential enzyme of the electron transport chain that transfers electrons from NADH to oxygen through several intermediate carriers. The electron transport chain is coupled to oxidative phosphorylation by a proton gradient across the inner mitochondrial membrane, which enables ATP formation via oxidative phosphorylation. When blocked, cytochrome c oxidase cannot transmit electrons from cytochrome c to molecular oxygen, cellular respiration is inhibited, and ATP cannot be produced despite sufficient NADH and O2 available.
CO binding to hemoglobin results in carboxyhemoglobin formation. The hemoglobin affinity to CO is approximately 230 times higher than oxygen. The binding of CO at one of the 4 available binding sites of hemoglobin increases its oxygen affinity with respect to the remaining 3 sites, which decreases hemoglobin’s ability to dispense oxygen to the tissues. This ultimately shifts the oxygen dissociation curve to the left.
Image by Lecturio
Due to the blockage of these 2 proteins, patients with CO poisoning experience hypoxia while having normal blood oxygen saturation and pO2.
The symptoms of chronic CO poisoning are not specific and include cherry-red discoloration to skin and tissues, personality changes, memory impairment, sleep disturbances, dyspnea, headaches, malaise, chest pain, hyper- or hypotension, palpitations, and abdominal pain. Careful history-taking is essential for establishing the diagnosis. It can be confirmed by measuring blood carboxyhemoglobin level, which is normally less than 5% in non-smokers and less than 10% in smokers. Other parts of the arterial blood gas, such as pO2, are unreliable.
Option A: Although the patient does have hypertension, his symptoms and history are more in line with carbon monoxide toxicity.
Option B: Cyanide and CO toxicity are associated with exposure to smoke. Many materials release both during combustion. This patient has a normal cyanide concentration.
Option D: Although the patient’s symptoms (headache, myalgias, nausea) resemble those of viral infection, his symptoms and history are more in line with carbon monoxide toxicity.
Option E: Fructose-bisphosphate aldolase does not contain heme and is not affected by CO.
Learning objective: Carbon monoxide is prone to binding to heme-containing proteins. Carbon monoxide poisoning leads to tissue hypoxia despite normal blood oxygen levels. One reason for this is the inhibition of cellular respiration due to the blockage of cytochrome c oxidase, which is a part of the electron transport chain. The other reason is due to the formation of carboxyhemoglobin, which has a dramatically reduced ability to deliver oxygen to the tissues compared to oxyhemoglobin.
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| Book References: First Aid for the USMLE Step 1 (2021, 31st ed): 690 First Aid for the USMLE Step 1 (2020, 30th ed): 667 First Aid for the USMLE Step 1 (2019, 29th ed): 652 First Aid for the USMLE Step 1 (2018, 28th ed): 648 First Aid for the USMLE Step 1 (2017, 27th ed): 632 |
오늘은 여기까지 정리하겠습니다!
감사합니다!
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