1.缺血缺氧机制
一氧化碳与血红蛋白(Hb)可逆性结合引起缺氧所致,一般认为一氧化碳与Hb的亲和力比氧与Hb的亲和力大230~270倍,故把血液内氧合血红蛋白(HbO2)中的氧排挤出来,形成HbCO,又由于HbCO的离解比HbO2慢3600倍,故HbCO较之HbO2更为稳定。HbCO不仅本身无携带氧的功能,它的存在还影响HbO2的离解,于是组织受到双重的缺氧作用。最终导致组织缺氧和二氧化碳潴留,产生中毒症状。
脑对缺氧十分敏感,在严重缺氧的情况下,脑组织和脑细胞可发生严重的缺血缺氧性损伤,并导致中枢神经系统功能障碍,其机制可能是缺氧使能量代谢障碍,造成ATP生成减少,从而引起脑细胞内一系列离子浓度的变化。急性CO中毒大鼠脑部的病理学检查已证实有显著的缺血缺氧性变化。
2.细胞毒性损伤机制
CO与肌红蛋白的结合会使心肌、骨骼肌功能受损;CO与细胞色素氧化酶结合,会使酶功能失活使氧的利用受到抑制,导致细胞内窒息。临床上观察到的CO中毒“反跳效应”并伴有迟发性症状,即可能与CO和肌红蛋白结合有关。此外,在体内HbCO水平恢复正常之后,细胞间残留的CO能通过对线粒体的持续抑制而继续发挥毒性作用,这可能是迟发性神经精神症状出现的一个重要原因。
3.再灌注损伤和自由基
CO中毒的某些病理生理变化和缺血再灌注损伤十分类似,低氧后的间断性缺血也会在脑中发生相似的病理变化,因此,有人推测CO中毒诱导的脑损伤是典型的缺血再灌注的结果。
再灌注过程中会产生大量的自由基,这可能是造成脑部缺血损伤的一个主要原因。再灌注损伤中自由基和钙超载的变化可能参与了急性CO中毒迟发性脑病的某些病理损伤过程,但此机制还有待于进一步完善,以与单纯缺血缺氧的损伤机制相区别。
4.兴奋性氨基酸和细胞凋亡
CO中毒可以使脑细胞以两种方式死亡,即坏死和细胞凋亡。急性CO中毒后大鼠脑内有细胞凋亡发生,吸入2500ppm CO 60 min的大鼠3d后,脑神经元开始出现细胞凋亡;7d为高峰,持续时间达21d,在CO中毒的患者尸检中也证实了凋亡现象的存在。
5.免疫功能异常和神经递质紊乱机制
有学者推测C0中毒迟发性脑病与免疫功能异常、神经递质紊乱有关。近年人们发现CO能诱导神经元和神经胶质细胞NO合成酶(NOS)和血红素加氧酶-1(HO-1)的表达。研究发现CO中毒迟发性脑病患者治疗前后血中5-羟色胺、Ach、多巴胺和脑脊液中5-羟色胺、多巴胺水平明显降低,而脑脊液Ach水平明显增高。提示3种神经递质在迟发性脑病的发生发展中具有一定作用。