สารพิษทุกชนิดต่างมีลักษณะเฉพาะที่ก่อให้เกิดความเป็นพิษ ในกรณีของคาร์บอนมอนอกไซด์ (Carbon monoxide) ซึ่งเป็นแก๊สที่กระจายอยู่รอบตัวนั้นก่อให้เกิดความเป็นพิษที่เกี่ยวข้องกับฮีโมโกลบินในเลือด

ภาพที่ 1 ควันจากท่อไอเสียรถยนต์
ที่มา Ritesh Madhok/Flickr

         ฮีโมโกลบิน(Hemoglobin) เป็นโมเลกุลของโปรตีนที่มีความสำคัญในเซลล์เม็ดเลือดแดงของสัตว์มีกระดูกสันหลัง ซึ่งมีโครงสร้างที่สลับซับซ้อนประกอบไปด้วยโปรตีนโกลบิน (Globin protein) 4 สายที่ขดพันกันอยู่ และในแต่ละสายของโปรตีนโกลบินจะจับอยู่กับธาตุเหล็กของฮีม (Heme) ที่อยู่ภายในโครงสร้างเดียวกัน โดยในส่วนของอะตอมของธาตุเหล็กนั้นจะทำหน้าที่จับกับออกซิเจนที่ผ่านเข้ามายังปอด และขนส่งออกซิเจนให้กับเซลล์ในเนื้อเยื่อของอวัยวะต่าง ๆ ในร่างกาย

          เมื่อฮีโมโกลบินและออกซิเจนรวมตัวกันจะได้เป็นออกซีฮีโมโกลบิน (Oxyhemoglobin) ซึ่งเลือดที่มีออกซีฮีโมโกลบินจะถูกสูบฉีดผ่านหัวใจและไหลเวียนตามกระแสเลือด เพื่อลำเลียงออกซิเจนไปให้กับเซลล์ที่ต้องการใช้ออกซิเจนในกระบวนเผาผลาญ (Metabolism) สามารถแสดงสมการได้ดังนี้

Hb          +            O₂           ->        HbO₂

         (Hemoglobin)          (Oxygen)            (Oxyhemoglobin)

ภาพที่ 2 ภาพแสดงโมเลกุลของฮีโมโกลบิน โดยส่วนสีแดงและสีน้ำเงินคือ ส่วนของโปรตีนโกลบินในกลุ่มที่แตกต่างกัน
(แอลฟาและบีต้า) ส่วนสีเขียวคือ กลุ่มของฮีม
ที่มา en.wikipedia.org/wiki/Hemoglobin

       หนึ่งในปัจจัยที่มีความสำคัญซึ่งช่วยให้ฮีโมโกลบินสามารถจับและปล่อยออกซิเจนได้อย่างถูกเวลานั้นขึ้นอยู่ความแตกต่างของความดันออกซิเจนในปอดและส่วนอื่นๆ ของร่างกาย กล่าวคือ เมื่อเราสูดลมหายใจผ่านเข้ามายังปอด เลือดที่มาจากอวัยวะต่างๆ ของร่างกายจะมีออกซิเจนต่ำ ดังนั้นออกซิเจนจำนวนมากที่เราหายใจเข้ามาจึงสามารถแพร่ (Diffusion) ผ่านเข้าสู่เส้นเลือด เป็นผลให้อะตอมของเหล็กในฮีมสามารถจับกับออกซิเจนดังกล่าวได้ ขณะเดียวกันฮีโมโกลบินที่จับกับออกซิเจน เมื่อเดินทางผ่านกระแสเลือดไปยังเซลล์หรือเนื้อเยื่อที่ต้องการใช้ออกซิเจน เซลล์หรือเนื้อเยื่อที่มีออกซิเจนต่ำกว่าและมีความเป็นกรดสูงจากการที่มีคาร์บอนไดออกไซด์จำนวนมาก จะเป็นสัญญาณบ่งชี้ให้ฮีโมโกลบินปล่อยออกซิเจนให้กับเซลล์เหล่านั้นเพื่อไปใช้ประโยชน์ในการสร้างพลังงานได้อย่างถูกที่ถูกเวลา

ภาพที่ 3 การจับและปล่อยออกซิเจนของฮีโมโกลบิน
ที่มา myhealth.alberta.ca/Health/pages/conditions.aspx?hwid=hw39098

         อย่างไรก็ดี ทุกสิ่งในโลกไม่ได้ให้ประโยชน์เพียงด้านเดียว เช่นเดียวกับอากาศที่เราหายใจก็ไม่ได้มีเพียงออกซิเจนที่ให้ประโยชน์ หากแต่มีแก๊สชนิดอื่นๆ ที่เป็นพิษต่อร่างกายปะปนอยู่ด้วยคาร์บอนมอนอกไซด์ (Carbon monoxide) เป็นแก๊สที่ได้จากการเผาไหม้เชื้อเพลิงอย่างไม่สมบูรณ์ มีน้ำหนักเบา ไม่มีสี ไม่มีกลิ่น ไม่มีรส และสามารถล่องลอยอยู่ในอากาศได้ โดยคาร์บอนมอนอกไซด์สามารถเกิดขึ้นได้จากกิจกรรมทั่วไปในชีวิตประจำวัน เช่น การเผาไหม้ของแก๊สหุงต้ม ไม้ ถ่านหิน ควันจากท่อไอเสียรถยนต์ หรือแม้กระทั่งการสูบบุหรี่ ซึ่งกิจกรรมเหล่านี้ก่อให้เกิดแก๊สคาร์บอนมอนอกไซด์ในสภาวะที่เหมาะสมเช่น อยู่ในพื้นที่ที่มีอากาศถ่ายเทได้สะดวก แต่ในทางตรงกันข้าม หากเกิดการเผาไหม้ในพื้นที่ที่ไม่มีการระบายอากาศที่ดี แก๊สคาร์บอนมอนอไซด์สามารถก่อให้เกิดอันตรายต่อร่างกายได้

ภาพที่ 4 การแย่งจับฮีโมโกลบินของคาร์บอนมอนอกไซด์
ที่มา sites.google.com/site/igcsechemistry2017/home/year-11-topics/11-01-crude-oil/11-01-04-oil-the-environment

          เนื่องจากคาร์บอนมอนอกไซด์สามารถจับกับธาตุเหล็กของฮีมในโครงสร้างของฮีโมโกลบินได้ดีกว่าออกซิเจนถึง 200เท่า ซึ่งเมื่อเราหายใจเอาอากาศที่มีคาร์บอนมอนอกไซด์เข้าไปในปริมาณสูง คาร์บอนมอนอกไซด์จะแย่งจับกับฮีโมโกลบินแทนออกซิเจน ทำให้ฮีโมโกลบินในเซลล์เม็ดเลือดแดงสูญเสียความสามารถในการจับกับออกซิเจนและลำเลียงออกซิเจนไปยังเซลล์ที่ต้องการได้ เป็นผลให้ร่างกายขาดออกซิเจน และเป็นสาเหตุให้การทำงานของสมองและระบบต่างๆ ของร่างกายเสียหายได้ ทั้งนี้การจับกันของคาร์บอนมอนอกไซด์และฮีโมโกลบินสามารถแสดงสมการได้ดังนี้

Hb             +           CO                     ->        HbCO

             (Hemoglobin)       (Carbon monoxide)      (Carboxyhemoglobin)

        ผลกระทบจากการได้รับคาร์บอนมอนอกไซด์ต่อสุขภาพนั้นมีระดับความรุนแรงที่แตกต่างกัน ทั้งนี้ในระดับความเข้มข้นของแก๊สคาร์บอนมอนอกไซด์ที่ 20-30 PPM สามารถก่อให้เกิดอันตรายได้หากได้รับเป็นเวลานานหลายชั่วโมง ในขณะที่การได้รับคาร์บอนมอนอกไซด์ที่ความเข้มข้น 2000 PPM เป็นเวลา 1 ชั่วโมงจะทำให้หมดสติและอาจเป็นอันตรายถึงชีวิตได้

ภาพที่ 5 ผลกระทบที่เกิดจากการได้รับคาร์บอนมอนอกไซด์มีตั้งแต่
อาการปวดศีรษะ อ่อนเพลีย คลื่นไส้ สับสน อาเจียน หายใจลำบาก หน้ามืด หมดสติ และเสียชีวิต
ที่มา www.rvworldstore.co.nz/guides-advice/carbon-monoxide-poisoning-avoidance-and-protection/

          แม้ว่าเราจะไม่สามารถป้องกันตัวเองจากแก๊สคาร์บอนมอนอกไซด์ได้ทั้งหมด และในทางกลับกัน มนุษย์เรากลับเป็นผู้สร้างและปล่อยแก๊สพิษนั้นออกสู่สิ่งแวดล้อมเสียเอง อย่างไรก็ดี เราสามารถหลีกเลี่ยงความเสี่ยงในการสัมผัสกับแก๊สคาร์บอนมอนอกไซด์ได้ด้วยวิธีง่าย ๆ อย่างการทำกิจกรรมที่เกี่ยวข้องกับกระบวนการเผาไหม้ต่าง ๆ ในบริเวณที่มีอากาศถ่ายเทได้สะดวก หรือการติดตั้งเครื่องตรวจจับแก๊สคาร์บอนมอนอกไซด์ไว้ภายในครัวเรือน

แหล่งที่มา

Why is carbon monoxide poisonous?
          Retrieved January 29, 2018,
          from https://science.howstuffworks.com/question190.htm

Hemoglobin.
         Retrieved January 29, 2018,
         from https://en.wikipedia.org/wiki/Hemoglobin

Carbon monoxide.
         Retrieved January 29, 2018,
         from https://en.wikipedia.org/wiki/Carbon_monoxide

Carboxyhemoglobin.
         Retrieved January 29, 2018,
         from https://en.wikipedia.org/wiki/Carboxyhemoglobin

Carbon monoxide poisoning.
         Retrieved January 29, 2018,
         from https://www.mayoclinic.org/diseases-conditions/carbon-monoxide/symptoms-causes/syc-20370642

How to Prevent Carbon Monoxide Poisoning.
         Retrieved January 29, 2018,
         from https://www.webmd.com/a-to-z-guides/prevent-carbon-monoxide-poisoning#1