Определение этилового спирта

2. Обнаружение и определение этилового спирта в выдыхаемом воздухе

Кровью этиловый спирт доставляется во все органы и ткани ор­ ганизма. При достижении равновесия концентрация этанола в лю­ бой ткани или жидкости определяется содержанием в них воды.

По венам кровь поступает в легкие, где насыщается кислородом,

апо артериям кровь, богатая кислородом, поступает в головной мозг

иостальные части тела.

Попадая в легкие, этиловый спирт диффундирует через клеточ­ ные мембраны и испаряется в альвеолы, окруженные сетью крове­ носных капилляров, количество которых достигает около 300 мил­ лионов. Установлено, что самая высокая концентрация алкоголя в легких обнаруживается в отделах легких, где воздух находится в не­ посредственной близости к крови.

Дыхательная система, как известно, состоит из тканей и органов (воздухоносных путей, легких и элементов костно-мышечной систе­ мы), обеспечивающих легочную вентиляцию и легочное дыхание.

К воздухоносным путям относятся нос, полость носа, носоглот­ ка, гортань, трахея, бронхи и бронхиолы.

Легкие состоят их бронхиол и альвеолярных мешочков, а также из артерий, капилляров и вен легочного круга кровообращения.

К элементам костно-мышечной системы, связанной с дыханием, относятся ребра, межреберные мышцы, диафрагма и вспомогатель­ ные дыхательные мышцы.

Нос и полость носа служат проводящими каналами для возду­ ха, где он нагревается, увлажняется и фильтруется. Полость носа,

11

в верхней части которой лежат обонятельные рецепторы, выстлана богато васкулирированной слизистой оболочкой. Носовые ходы от­ крываются в носоглотку. Гортань лежит между трахеей и корнем язы­ ка. У нижнего конца гортани начинается трахея и опускается в груд­ ную полость, где делится на правый и левый бронхи. Установлено, что дыхательные пути от трахеи до концевых дыхательных единиц (альвеол) ветвятся (раздваиваются) 23 раза. Первые 16 «поколений» дыхательных путей — бронхи и бронхиолы выполняют проводящую функцию. «Поколения» 17—22 — респираторные бронхи и альвео­ лярные ходы, составляют переходную зону, и только 23-е «поколе­ ние» является респираторной зоной и целиком состоит из альвео­ лярных мешочков с альвеолами.

При выдохе воздух сначала появляется из ротовой и носовой по­ лостей, затем из верхних дыхательных путей и, наконец, из легких.

На рис. 3 представлена схема Hlastala M. Р. (22), иллюстрирующая состав выдыхаемого воздуха. Вначале в измеряемый прибор (алкотестер) поступает так называемый анатомический «мертвый» объем (фаза I), под которым понимается объем воздухопроводящих путей.

елей

,й»4«ояяр«ми &*щх

/4>aia IT

Г

/l

У i

Рис. 3. Схема состава выдыхаемого воздуха

Далее этот воздух смешивается с альвеолярным «мертвым» про­ странством (фаза II), т. е. объемом газа, достигшего альвеолярной

12

части легких, но не вступившего в газообмен. Фаза III наступает, когда в прибор начинает поступать воздух из глубоких отделов лег­ ких, соответствующий альвеолярному воздуху.

Приведенная схема показывает, что истинная концентрация эта­ нола в выдыхаемом воздухе имеет место только при анализе на ста­ дии фазы III.

Следовательно, для получения истинной концентрации алко­ голя в выдыхаемом воздухе следует создать условия, при которых в алкотестер будет поступать максимальное количество альвеолярного воздуха.

Такой отбор пробы выдыхаемого воздуха может быть получен, когда испытуемый при выдохе воздуха создает непрерывный воз­ душный поток, пока практически весь воздух не будет выдохнут.

При отборе пробы воздуха следует особое внимание обратить на возможность влияния на результат исследования остатков алкоголя в ротовой полости и в глотке, которые могли остаться в них после последнего приема спиртных напитков.

Для устранения влияния остаточных количеств алкоголя на ре­ зультат исследования испытание должно проводиться минут через 15—20 после последнего приема алкоголя или после того, как освидетельствуемый прополощет рот и сделает несколько глотков воды.

2.1. Соотношение между концентрацией алкоголя в крови и концентрацией алкоголя в выдыхаемом воздухе

Исторически так сложилось, что для доказательства употребления алкоголя и установления состояния опьянения применялось исследо­ вание крови. Для определения этилового спирта в крови вначале ис­ пользовались титриметрические методы, на смену которым пришли энзиматические и газохроматографические методы (19).

Определение этилового спирта в крови современными методами предполагает наличие соответствующей аналитической аппаратуры, реактивов и квалифицированных специалистов в области клиничес­ кой токсикологии и судебной химии.

13

Однако в случае дорожно-транспортных происшествий, наруше­ нии правил дорожного движения, когда доказательство факта упо­ требления алкоголя ограниченно во времени, во всех странах мира стало применяться исследование выдыхаемого воздуха на присутс­ твие этанола.

Выбор выдыхаемого воздуха, как биологического объекта для ус­ тановления факта употребления алкоголя и состояния опьянения, объясняется следующими соображениями:

а) концентрация этилового спирта в выдыхаемом воздухе, со­ гласно закону Генри, соответствует концентрации этилового спирта в крови;

б) нет необходимости производить отбор крови, что в условиях ДТП почти нереально в виду отсутствия медицинского персонала и необходимых условий, обеспечивающих стерильность и т. д.;

в) исследование выдыхаемого воздуха на присутствие этанола яв­ ляется экспрессным, так как занимает по времени несколько минут и может быть повторено неоднократно;

г) исследование выдыхаемого воздуха может быть проведено в так называемых походных условиях с применением различных мето­ дов, в том числе индикаторов и технических средств измерения.

Первые попытки использовать выдыхаемый воздух для установ­ ления концентрации алкоголя в крови были предприняты Е. Bogen (1927). Он отбирал пробу воздуха в камеру и пропускал его через смесь дихромата калия в растворе серной кислоты. При наличии этанола в исследуемом образце воздуха первоначально желтый цвет смеси менял окраску до зеленовато-синей. Используя этот метод, Bogen E. установил, что алкоголь, содержащийся в 2 л воздуха экви­ валентно этанолу, найденному в 1 мл крови. Им же было указано на возможные проблемы при наличии алкоголя во рту.

В 1931 г. R. Harger разработал и предложил для определения алко­ голя в выдыхаемом воздухе прибор Drunkometer. Несколько позднее другими исследователями для этой же цели применили анализато­ ры Alcometer и Intoximeter. Для определения этанола в Drunkometer и Intoximeter использовали в качестве окислителя вместо дихромата ка­ лия в серной кислоте перманганат калия. При этом с увеличением кон­ центрации фиолетовая окраска раствора перманганата калия изменя-

14

лась до бесцветной. Устройство Alcometer использовало для окисления этанола пентоксид йода. Однако этот окислитель был намного менее устойчив, чем окислители, применяемые в других анализаторах.

В 1954 г. R. Borkenstein предложил для определения алкоголя в выдыхаемом воздухе индикаторные трубки (использующие метод Е. Bogen), которые применяются до настоящего времени.

Именно в это время было установлено, что первичный объем выдыхаемого воздуха проходит через дыхательные пути; и получил название «альвеолярный воздух».

Согласно закону Генри, количество газа, растворенного в данном объеме жидкости, пропорционально парциальному давлению газа, контактирующего с этой жидкостью.

Парциальное отношение (Pr, partion ratio; синоним парци­ альному коэффициенту этилового спирта в равновесной системе кровь—газ, принятому в литературе по физиологии) было исполь­ зовано для обозначения отношения между концентрацией алкого­ ля в крови (ВАС, blood alveolar concentration) и концентрацией ал­ коголя в выдыхаемом воздухе (BrAC, breath alcohol concentration). В последние годы для обозначения равновесного процесса исполь­ зуется отношение (1) концентраций алкоголя в крови (ВАС) и в выдыхаемом воздухе (ВгАС), который обозначается BBR (bloodbreath ratio).

Величина BBR (Pr) в среднем составляет 2100 и это значение было использовано для калибровки многих марок анализаторов, применяе­ мых для определения концентрации алкоголя в крови по его концент­ рации в выдыхаемом воздухе в США и других странах мира.

ВРоссийской Федерации соотношение концентрации алкоголя

вкрови и выдыхаемом воздухе (BBR) составляет в среднем 1 : 2200. Это означает, что в 2200 см3 альвеолярного воздуха содержится такое же количество алкоголя, как и в 1 см3 крови.

При этом с учетом плотностей крови и воздуха 45 мкг/л алкого­ ля в выдыхаемом воздухе соответствует примерно 0,1 %о этилового спирта в крови (Морозов Г. В., Бабаян Э. А. и др., 1988).

15

В Бельгии законодательно установлены пределы алкоголя в вы­ дыхаемом воздухе — 0,22 мг/л и 0,35 мг/л, которые были определены из пределов алкоголя в крови 0,50 г/л и 0,80 г/л соответственно, ис­ пользуя BBR 2300.

Однако J. H. Bragsch et al. (1959), Т. A. Alobaidi et al. (1974), К. М. Dubowski (1974), V. Emerson (1980) указывают, что среднее значение BBR варьирует между 2200—2300.

По данным К. Dubowski, O'Neill (1979) для взрослых здоровых мужчин в стадии элиминации среднее значение BBR, стандартное отклонение, коэффициент вариации и диапазон изменений состав­ ляют 2280; ± 241,5; 10,6% и 1706—3063 соответственно.

При определении алкоголя в выдыхаемом воздухе могут быть по­ лучены ошибочные результаты, связанные с невыполнением мето­ дики исследования.

Положительный результат может быть обусловлен наличием эти­ лового спирта в воздухе помещении, где проводится обследование. В случае же применения неизбирательного датчика или неспеци­ фической пробы положительный результат может иметь место при наличии в окружающей среде паров бензина, ацетона, выхлопных газов и др.

Кроме того, при проведении освидетельствования должно быть исключено наличие остаточных количеств алкоголя на слизистой оболочке ротоглотки, которые могли остаться в связи с приемом накануне исследования спиртосодержащих лекарств и продуктов питания. На результаты анализа могут оказать влияние в течение 3—5 минут продукты курения, выделяющиеся из организма через дыхательные пути.

Для устранения указанных ошибок следует соблюдать следую­ щие рекомендации:

—помещение, где проводится обследование, должно быть хоро­ шо проветрено;

—исследование не должно проводиться при наличии запахов спирта, эфира, бензина, ацетона, одеколона, летучих горючих ве­ ществ от одежды, рук, лица обследуемого;

—до начала исследования запахи должны быть устранены, при этом наличие летучих горючих веществ в окружающей атмосфере

16

может оцениваться теми же методами, которые применяют для ана­ лиза выдыхаемого воздуха;

— при положительном результате на алкоголь через 20 минут проба повторяется.

F. К. Martens et al. (1998) полагают, что содержание алкоголя в выдыхаемом воздухе в значительной мере зависит от подготовитель­ ной стадии определения алкоголя. В экспериментах на доброволь­ цах авторы показали, что вариабельность BBR определяется меж- и индивидуальными особенностями организма обследуемого и что нет никакого существенного различия между BBR на стадии абсорбции и стадии элиминации.

Различие в значениях BBR на различных стадиях кинетических фаз связано прежде всего с присутствием алкоголя в ротовой по­ лости. В зависимости от употребляемого напитка алкоголь может оказывать существенное влияние на концентрацию алкоголя в вы­ дыхаемом воздухе в течение более чем 30 минут. Из этого следует, что проведение анализа выдыхаемого воздуха на алкоголь у освидетельствуемого должно проводиться не менее чем через 20 минут или необходимо предоставить ему возможность ополоснуть рот не менее 10 раз, чтобы удалить алкоголь.

При изучении кинетики этанола в биологических средах Т. О. Баринская с соавторами (2006) в экспериментах на добровольцах показали, что длительность фаз резорбции и равновесия может со­ ставлять до 2 часов по данным анализа выдыхаемого воздуха и до 3 часов — при анализе венозной крови. Таким образом, вероятность проведения освидетельствования (или забора крови) в период не­ завершенной резорбции на самом деле гораздо выше, чем принято считать. В отличие от первых двух фаз, границы фазы элиминации достаточно легко определимы и составляли от 2 до 4,7 часов.

Средняя скорость элиминации этанола в исследуемых биологи­ ческих средах, а также ее крайние значения, представленные авторами в табл. 1, мало отличаются от значений, описанных в литературе.

При сравнении концентраций этанола в выдыхаемом воздухе, венозной крови и слюне установлено их практически полное совпа­ дение в период резорбции. В фазе элиминации уровень в венозной крови достоверно выше, чем в выдыхаемом воздухе и слюне.

17

Таблица 1

Скорость элиминации этанола, определенная в разных биологических средах (п = 13, р = 0,01)

Авторами указывается, что уровень этанола в слюне занимает промежуточное положение (рис. 4) между венозной и капиллярной кровью легочных альвеол (выдыхаемым воздухом).

Время после приема, мин

Рис. 4. Соотношение концентраций этанола в венозной крови, слюне и капиллярах легких в разное время после приема алкоголя

Уровень этанола в моче в период элиминации обнаруживает положительную корреляцию с уровнями венозной крови и капил­ лярной кровью легочных альвеол (выдыхаемым воздухом). При этом соотношение концентрация алкоголя в моче и в капилляр­ ной крови легочных альвеол (в выдыхаемом воздухе) составляет 1,71 ±0,15.

Авторами приводятся соотношения концентраций этанола в раз­ ных биологических средах (табл. 2).

18

W. Gubala, D. Zuba (2002) определяли содержание этанола в крови, слюне и выдыхаемом воздухе методом газовой хроматографии каж­ дые 15 минут у здоровых испытуемых обоего пола после приема эта­ нола в дозе 0,7 г/кг (мужчины) и 0,6 г/кг (женщины). Максимальная концентрация этилового спирта в этих биопробах обнаружена через 65—75 минут и составляла 0,6—0,7 г/л. Различия в концентрации ал­ коголя в слюне и крови не превышали 0,03 г/л.

R. Baselt (1995) приводит следующие соотношения этанола в кро­ ви, моче, слюне и других биообъектах, представленные в табл. 3.

Таблица 3

Соотношение этилового спирта в биологических объектах и крови

2.2. Способы выражения концентрации этилового спирта в выдыхаемом воздухе,

крови и других биологических жидкостях

Концентрация этилового спирта в выдыхаемом воздухе может из­ меряться в:

19