Kohlenmonoxid wird durch die unvollständige Oxidation von Kohlenstoff gebildet. Wenn es eingeatmet wird, diffundiert es schnell in den Blutkreislauf. Dort hat es eine 240-mal höhere Affinität zu Hämoglobin als Sauerstoff. Daher wird vorzugsweise Carboxyhämoglobin gebildet. Carboxyhämoglobin dissoziiert weniger leicht als Oxyhämoglobin. Infolgedessen ist die verfügbare Sauerstofftransportkapazität im Blut geringer. Die Hämoglobin-Dissoziationskurve ist nach links verschoben. Die Dissoziationsreaktion kann durch die Verabreichung von 100 % Sauerstoff gefördert werden; die Halbwertszeit verringert sich von vier Stunden in Luft auf vierzig Minuten.
Kohlenmonoxid bindet sich gern an andere hämhaltige Verbindungen. Die intrazelluläre Cytochrom-Elektronenübertragungskette kann beeinträchtigt werden, was zum "Sick-Cell-Syndrom" führt. An die Kette gebundenes Kohlenmonoxid dissoziiert bis zu 24 Stunden nach der Exposition; dies kann zu einer Postintoxikations-Enzephalopathie führen.
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