Toxic Gases from Fermentation - thaitox.orgthaitox.org/media/upload/file/NCT2nd/Toxic gas from...

34
Toxic Gases from Fermentation รศ.พญ.สุดา วรรณประสาท ภาควิชาเภสัชวิทยา หนวยเภสัชวิทยาและพิษวิทยาคลินิก ภาควิชาอายุรศาสตร คณะแพทยศาสตร มหาวิทยาลัยขอนแกน

Transcript of Toxic Gases from Fermentation - thaitox.orgthaitox.org/media/upload/file/NCT2nd/Toxic gas from...

Page 1: Toxic Gases from Fermentation - thaitox.orgthaitox.org/media/upload/file/NCT2nd/Toxic gas from fermentation... · หน วยเภสัชวิทยาและพ ิษวิทยาคลินิก

Toxic Gases from Fermentation

รศ.พญ.สุดา วรรณประสาทภาควิชาเภสัชวิทยา

หนวยเภสัชวิทยาและพิษวิทยาคลินิก ภาควิชาอายุรศาสตรคณะแพทยศาสตร มหาวิทยาลัยขอนแกน

Page 2: Toxic Gases from Fermentation - thaitox.orgthaitox.org/media/upload/file/NCT2nd/Toxic gas from fermentation... · หน วยเภสัชวิทยาและพ ิษวิทยาคลินิก

Confined space

HypoxiaSimple asphyxiants

Chemical

Asphyxiants

ชองวางหรือบริเวณปด ที่เกิดการสะสมของกาซพิษ ไอน้าํฝุน หรือภาวะออกซิเจนต่ํา โดยอาจเกิดจากการกอสราง ที่ตั้งหรือสภาพแวดลอมภายในเอง

Page 3: Toxic Gases from Fermentation - thaitox.orgthaitox.org/media/upload/file/NCT2nd/Toxic gas from fermentation... · หน วยเภสัชวิทยาและพ ิษวิทยาคลินิก

• Displace oxygen from ambient air

• Reduce fraction of oxygen in air or FIO2

(<21%)

• Have no pharmacological activity

• High concentration of asphyxiants in ambient air

• Working in confine spaces

Simple Asphyxiants

Page 4: Toxic Gases from Fermentation - thaitox.orgthaitox.org/media/upload/file/NCT2nd/Toxic gas from fermentation... · หน วยเภสัชวิทยาและพ ิษวิทยาคลินิก

FiO2 (%) Symptoms/signs

16-12 Tachypnea, hyperpnea, (resultant hypocapnia), tachycardia, reduced attention and alertness, euphoria, headache, mild incoordination

14-10 Altered judgment, incoordination, muscular

fatigue, cyanosis

10-6 Nausea, vomiting, lethargy, air hunger, severe incoordination, coma

<6 Gasping respiration, seizure, coma, death

Clinical Findings Associated with Reduction of Inspired Oxygen

Page 5: Toxic Gases from Fermentation - thaitox.orgthaitox.org/media/upload/file/NCT2nd/Toxic gas from fermentation... · หน วยเภสัชวิทยาและพ ิษวิทยาคลินิก

Specific agent

• Noble Gases: helium, neon, argon, xenon

• Short-chain aliphatic hydrocarbon gases:

methane, ethane, propane, butane

• Carbon dioxide (CO2)

• Nitrogen (N2) gas

Page 6: Toxic Gases from Fermentation - thaitox.orgthaitox.org/media/upload/file/NCT2nd/Toxic gas from fermentation... · หน วยเภสัชวิทยาและพ ิษวิทยาคลินิก

Treatment

• Immediate removal from exposure and ventilatory assistance

• Oxygen supplement

Page 7: Toxic Gases from Fermentation - thaitox.orgthaitox.org/media/upload/file/NCT2nd/Toxic gas from fermentation... · หน วยเภสัชวิทยาและพ ิษวิทยาคลินิก
Page 8: Toxic Gases from Fermentation - thaitox.orgthaitox.org/media/upload/file/NCT2nd/Toxic gas from fermentation... · หน วยเภสัชวิทยาและพ ิษวิทยาคลินิก

Chemical asphyxants

• Cyanide

• Carbon monoxide

• Hydrogen sulfide

• Nitrogen oxide

Page 9: Toxic Gases from Fermentation - thaitox.orgthaitox.org/media/upload/file/NCT2nd/Toxic gas from fermentation... · หน วยเภสัชวิทยาและพ ิษวิทยาคลินิก
Page 10: Toxic Gases from Fermentation - thaitox.orgthaitox.org/media/upload/file/NCT2nd/Toxic gas from fermentation... · หน วยเภสัชวิทยาและพ ิษวิทยาคลินิก

Hydrogen sulfide

Decaying organic matter

Sulfur containing proteins

Fish

Sewage

Manure

Hot, humid weather→ ↑microbial metabolism and gas production

Page 11: Toxic Gases from Fermentation - thaitox.orgthaitox.org/media/upload/file/NCT2nd/Toxic gas from fermentation... · หน วยเภสัชวิทยาและพ ิษวิทยาคลินิก

Rubber vulcanization

Synthetic fabric & paper production

Leather tanning

Page 12: Toxic Gases from Fermentation - thaitox.orgthaitox.org/media/upload/file/NCT2nd/Toxic gas from fermentation... · หน วยเภสัชวิทยาและพ ิษวิทยาคลินิก

potent inhibition of cytochrome oxidase

binds to ferric (Fe3+) moiety of

cytochrome a3 oxidase complex

higher affinity than cyanide

inhibition of oxidative phosphorylation

produces cellular hypoxia and anaerobic

metabolism

Mechanism of action

Page 13: Toxic Gases from Fermentation - thaitox.orgthaitox.org/media/upload/file/NCT2nd/Toxic gas from fermentation... · หน วยเภสัชวิทยาและพ ิษวิทยาคลินิก

Hydrogen sulfide, cyanide, carbon monoxide

Mechanism of action

Hydrogen sulfide

Page 14: Toxic Gases from Fermentation - thaitox.orgthaitox.org/media/upload/file/NCT2nd/Toxic gas from fermentation... · หน วยเภสัชวิทยาและพ ิษวิทยาคลินิก

Colorless gas

More dense than air

Irritating gas→ “rotten eggs” (low)

Olfactory nerve fatigue and paralysis (high)

Page 15: Toxic Gases from Fermentation - thaitox.orgthaitox.org/media/upload/file/NCT2nd/Toxic gas from fermentation... · หน วยเภสัชวิทยาและพ ิษวิทยาคลินิก

Effect Concentration (ppm)

Detectable odor 0.2

Eye and respiratory irritation 50

Olfactory nerve paralysis 150

Exposure may cause pulmonary edema 250

Systemic symptom occur in ½ hr 500Quickly unconscious; death without rescue 750Rapid collapse; respiratory paralysis 1,000

Immediate date 5,000

Effects of hydrogen sulfide gas on humans

Fuller DC.JOEM 2000;939

Page 16: Toxic Gases from Fermentation - thaitox.orgthaitox.org/media/upload/file/NCT2nd/Toxic gas from fermentation... · หน วยเภสัชวิทยาและพ ิษวิทยาคลินิก

When to suspect hydrogen sulfide poisoning

Person rapidly loses consciousness knocked downRotten eggs odorRescue from enclosed space, such as sewer or manure pitMultiple victims with sudden death syndromeCollapse of a previously healthy worker at work site

Page 17: Toxic Gases from Fermentation - thaitox.orgthaitox.org/media/upload/file/NCT2nd/Toxic gas from fermentation... · หน วยเภสัชวิทยาและพ ิษวิทยาคลินิก

Management

1. Supportive carePrehospital- Attempt rescue only if using SCBA- Move victim to fresh air- Administer 100% oxygen- During extrication, consider traumatic

injuries from falls- Apply ACLS protocols as indicated

Page 18: Toxic Gases from Fermentation - thaitox.orgthaitox.org/media/upload/file/NCT2nd/Toxic gas from fermentation... · หน วยเภสัชวิทยาและพ ิษวิทยาคลินิก

Emergency department

- Maximize ventilation and oxygenation

- Consider PEEP for ALI

- Treat acidosis based on arterial pH

and serum bicarbonate analysis

- Administer crystalloid and vasopressors for hypotension

Page 19: Toxic Gases from Fermentation - thaitox.orgthaitox.org/media/upload/file/NCT2nd/Toxic gas from fermentation... · หน วยเภสัชวิทยาและพ ิษวิทยาคลินิก

cytc2+ cytc3+

cyta3+ cyta2+

cyta32+ cyta3

3+

1/2O2+2H+ H2O

OxyHb

MetHb

SulMetHb

Sodium nitrite

H2S

OxyHb+SOX

Sodium nitrite

Sodium thiosulfate

OxyHb

MetHb

CyanoMetHb

Thiocyanate

Rhonanese

CN

Page 20: Toxic Gases from Fermentation - thaitox.orgthaitox.org/media/upload/file/NCT2nd/Toxic gas from fermentation... · หน วยเภสัชวิทยาและพ ิษวิทยาคลินิก

2. Antidote- Sodium nitrite (3%NaNO2) IV over 2-4 min 10 mL (300 mg)

Caution:HypotensionMethmoglobinemia

- Hyperbaric oxygen

Page 21: Toxic Gases from Fermentation - thaitox.orgthaitox.org/media/upload/file/NCT2nd/Toxic gas from fermentation... · หน วยเภสัชวิทยาและพ ิษวิทยาคลินิก
Page 22: Toxic Gases from Fermentation - thaitox.orgthaitox.org/media/upload/file/NCT2nd/Toxic gas from fermentation... · หน วยเภสัชวิทยาและพ ิษวิทยาคลินิก

• Nitrogen oxides→ Oxidized nitrogenous compounds

• Irritant gas

• Low water solubility

• Heavier than air → collect just above silage

Nitrogen dioxide

Page 23: Toxic Gases from Fermentation - thaitox.orgthaitox.org/media/upload/file/NCT2nd/Toxic gas from fermentation... · หน วยเภสัชวิทยาและพ ิษวิทยาคลินิก

NO Nitric oxideNO2 Nitrogen dioxideN2O Nitrous oxideN2O2 Nitrogen Peroxide

N2O3 Dinitrogen trioxideN2O4 Dinitrogen tetroxide

N2O5 Dinitrogen Pentoxide

Nitrogen Oxides

Page 24: Toxic Gases from Fermentation - thaitox.orgthaitox.org/media/upload/file/NCT2nd/Toxic gas from fermentation... · หน วยเภสัชวิทยาและพ ิษวิทยาคลินิก

Crops

Silo

Fermentation

CO2, nitrogen oxide

NO, NO2, N2O4

Silo Filler’s disease

Page 25: Toxic Gases from Fermentation - thaitox.orgthaitox.org/media/upload/file/NCT2nd/Toxic gas from fermentation... · หน วยเภสัชวิทยาและพ ิษวิทยาคลินิก

NO2Low water solubility

No symptom in upper airway

Irritant effect in bronchi, terminal bronchioles and alveoli

Page 26: Toxic Gases from Fermentation - thaitox.orgthaitox.org/media/upload/file/NCT2nd/Toxic gas from fermentation... · หน วยเภสัชวิทยาและพ ิษวิทยาคลินิก

Pathophysiology

NO2

Free radical

Protein oxidationLipid peroxidation

Cell membrane damage

NO, HNO3, HNO2 Distal airway

Direct toxic effect

Type1 pneumocytes

ciliated airway cells

Delay onset ofchemical pneumonitis

Page 27: Toxic Gases from Fermentation - thaitox.orgthaitox.org/media/upload/file/NCT2nd/Toxic gas from fermentation... · หน วยเภสัชวิทยาและพ ิษวิทยาคลินิก

Clinical manifestration

• Depend on intensity and duration of exposure

• Lost of consciousness, Sudden death →Hypoxia

• Delay respiratory symptoms

Page 28: Toxic Gases from Fermentation - thaitox.orgthaitox.org/media/upload/file/NCT2nd/Toxic gas from fermentation... · หน วยเภสัชวิทยาและพ ิษวิทยาคลินิก

Acute Phase

• No upper respiratory irritation (low level)

• Upper respiratory symptom (high level)

• Methemoglobinemia

• CXR normal → do not rule out ALI

Page 29: Toxic Gases from Fermentation - thaitox.orgthaitox.org/media/upload/file/NCT2nd/Toxic gas from fermentation... · หน วยเภสัชวิทยาและพ ิษวิทยาคลินิก

Delayed Phase

• Symptom free interval 3-24 hr follows acute phase

• Then develop chemical pneumonitis

or ALI

• Dyspnea, tachycardia, hemoptysis, bronchospasm, rales and hypoxia

• CXR: perihilar infilatration

progress to ALI

Page 30: Toxic Gases from Fermentation - thaitox.orgthaitox.org/media/upload/file/NCT2nd/Toxic gas from fermentation... · หน วยเภสัชวิทยาและพ ิษวิทยาคลินิก

Subacute Phase• Develop brochiolitis obliterans

• 2-4 wk after delay phase

• Acutely ill with fever and chills, cough, dyspnea, rales, wheezing, hypoxia

• CXR: ALI, multiple discrete nodule (miliary pattern)

• Pulmonary function test: obstructive and restrictive defects

Page 31: Toxic Gases from Fermentation - thaitox.orgthaitox.org/media/upload/file/NCT2nd/Toxic gas from fermentation... · หน วยเภสัชวิทยาและพ ิษวิทยาคลินิก

Gurney JW. RidoGraphics 1991;625

Page 32: Toxic Gases from Fermentation - thaitox.orgthaitox.org/media/upload/file/NCT2nd/Toxic gas from fermentation... · หน วยเภสัชวิทยาและพ ิษวิทยาคลินิก

Management• Prehospital care

- removal from source of exposure- supplement oxygen

• Emergency department care- supportive therapy to correct hypoxia, ventilatory failure, secondary infection- High dose steroid suggested in treatment of pulmonary manifestation- Methylene bule

Page 33: Toxic Gases from Fermentation - thaitox.orgthaitox.org/media/upload/file/NCT2nd/Toxic gas from fermentation... · หน วยเภสัชวิทยาและพ ิษวิทยาคลินิก

Clinical feature and Management of H2S&NO2H2S

(manure pit)NO2

(silo)Property Rotten egg

irritantLow water soluble

Mechanism Inhibit cytochromeoxidase

Direct toxic alveolar cell, free radical

Signs & symptoms

Mucous membrane irritationRespiratory irritationCellular hypoxia

Laryngospasm, brochospasm, ARDSRespiratory arrest

Management Extrication/resuscitation/supportiveSodium nitrite

Bronchodilator, steroids

Page 34: Toxic Gases from Fermentation - thaitox.orgthaitox.org/media/upload/file/NCT2nd/Toxic gas from fermentation... · หน วยเภสัชวิทยาและพ ิษวิทยาคลินิก

“ขอบคุณคะ”