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Report on a study of fires with smoke gas development

Determination of blood cyanide levels, clinical signs and laboratory values in victims

Bericht über eine Studie zu Bränden mit Rauchgasentwicklung

Bestimmung von Zyanidblutspiegeln, klinischen Symptomen und Laborwerten bei den Opfern

Der Anaesthesist Aims and scope Submit manuscript

Abstract

Background

This is a report on an international non-interventional study of patients exposed to fires with smoke development in closed rooms. The objective of the study was to document clinical symptoms, relevant laboratory values and blood cyanide concentrations from fire victims in order to confirm or rule out presumptive correlations between the individual parameters.

Materials and methods

The study was conducted in five European countries with patients being included if they presented with the characteristic clinical signs, such as soot deposits and altered neurological status. Venous blood samples were taken from victims prior to administration of an antidote in all cases and determination of cyanide concentration was performed in a central laboratory using high performance liquid chromatography.

Results

Data from 102 patients (62 % male, average age 49 years) were included in the evaluation with no blood samples being available for analysis from 2 patients. In 25 patients the blood cyanide concentration was below the limit of detection of 1.2 μmol/l. Cyanide levels between 1.2 and 10 μmol/l were measured in 54 patients, 7 patients had values between 10 and 20 μmol/l, 4 patients between 20 and 40 μmol/l while levels above 40 μmol/l were determined in 10 patients. The results of the study could not demonstrate that the cyanide level was influenced either by the interval between smoke exposure and blood sampling or the duration presence at the fire scene. The following clinical signs or laboratory values were recorded as relevant for increased and possibly toxic cyanide levels: respiratory arrest, dyspnea, resuscitation requirement, tracheal intubation, respiratory support measures, low Glasgow coma scale (GCS) score and respiratory frequency. A correlation between cyanide concentration and the total amount of soot deposits on the face and neck, in the oral cavity and in expectoration was confirmed. A correlation between cyanide and carboxyhemoglobin (COHb) levels in the blood of fire victims was also confirmed.

Conclusions

As long as it is not possible to immediately determine the blood cyanide concentration in patients exposed to fire with smoke development, a decreased GCS score, soot deposits particularly in expectoration, dyspnea and convulsions are to be regarded as risk markers for intoxication. In their presence immediate administration of hydroxocobalamin as an antidote is recommended.

Zusammenfassung

Hintergrund

Es werden die Resultate einer internationalen, nichtinterventionellen Studie (Risk of Cyanide Poisoning in Smoke Inhalation, Symptoms and Key Signs, RISK) präsentiert, in die Opfer von Bränden in geschlossenen Räumen mit Rauchgasentwicklung aufgenommen wurden. Das Hauptziel der Studie bestand in der Dokumentation von klinischen Symptomen, von relevanten Laborwerten und von Zyanidkonzentrationen im Blut der Patienten, um Zusammenhänge zwischen den einzelnen Messwerten und dem Risiko für eine Blausäurevergiftung zu erkennen.

Material und Methoden

Die RISK-Studie wurde in 5 europäischen Ländern durchgeführt. Die Patienten wurden in die Studie aufgenommen, wenn bei ihnen die charakteristischen klinischen Symptome wie Rußablagerungen oder ein auffälliger neurologischer Status registriert wurden. Die Blutproben für die Bestimmung der Zyanidkonzentrationen wurden aus der Vene der Patienten immer vor einer als notwendig erachteten Antidotapplikation entnommen und in einem Zentrallabor mithilfe der Hochleistungsflüssigkeitschromatographie („high performance liquid chromatography“, HPLC) analysiert.

Resultate

Für die explorative Auswertung wurden die Daten von 102 Patienten (62 % männlich, Durchschnittsalter 49 Jahre) tabellarisch zusammengestellt und entsprechenden Datenanalysen unterzogen. Für 2 Patienten lagen keine Blutproben zur Untersuchung vor. Bei 25 Patienten lag die Konzentration von Zyanid im Blut unterhalb der Nachweisgrenze von 1,2 mmol/l. Bei 54 Patienten wurden Zyanidspiegel zwischen 1,2 und 10 μmol/l festgestellt; sieben Patienten wiesen Zyanidwerte zwischen 10 und 20 μmol/l auf. Weitere 4 Patienten hatten Zyanidwerte zwischen 20 und 40 μmol/l, und bei 10 Patienten betrugen die Zyanidkonzentrationen im Blut ≥ 40 μmol/l. Es ergab sich bei dieser Studie keine Korrelation hinsichtlich der Einwirkzeit des Rauchgases und der Zyanidkonzentration im Blut der Opfer. Auch konnten keine Korrelationen zwischen der Zeit nach der Exposition und den Zyanidkonzentrationen nachgewiesen werden. Folgende klinische Symptome und Laborwerte wurden als relevant für einen erhöhten Zyanidspiegel und für ein Intoxikationsrisiko angesehen: Atemstillstand, Dyspnoe, Rettung aus dem Unglücksort durch Personal, Beatmung, verminderte Werte in der Glasgow Coma Scale (GCS) und beschleunigte Atmung. Es wurde eine direkte Korrelation zwischen der Gesamtsumme an Rußablagerungen im Gesicht, im Sputum, am Hals sowie in der Mundhöhle und den Zyanidkonzentrationen nachgewiesen. Ebenso ergab sich eine gesicherte Korrelation zwischen den Zyanidspiegeln und den Konzentrationen an Carboxyhämoglobin (COHb) im Blut der Opfer.

Schlussfolgerungen

Solange keine Möglichkeit besteht, Zyanidkonzentrationen im Blut von Patienten bei Brandunfällen mit Rauchgasentwicklung direkt vor Ort zu bestimmen, müssen als Resultat dieser Studie ein verminderter Glasgow Coma Score (CGS), Rußablagerungen – besonders im Sputum –, Dyspnoe und Konvulsionen als Risikomarker für eine Zyanidintoxikation angesehen werden. In diesen Fällen wird die sofortige Applikation von Hydroxocobalamin als Antidot empfohlen.

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Acknowledgements

The authors wish to thank Marion Cramer (Medidata, Constance, Germany) for her contributions to organising the RISK study and for a thorough management of the study. The authors also acknowledge Maximilian van der Beck, Bensheim (Germany) for very reliable transfer of the data from the CRF into the analysis file.

Compliance with ethics guidelines

Conflict of interest

The authors (Geldner, Koch, Baud, Burillo, Fauville, Levi, Locatelli, Zilker) received an allowance from Merck, Darmstadt, for their engagements in the organization of this study. G. Geldner twice received an honorarium for giving a lecture and took part in a national and international study board. The cost of the cyanide analyses and the study board meetings of all participants were funded by Merck. U. Hostalek is employed by Merck and has received no special remuneration for this study. All the investigations on humans described in this manuscript were carried out with the approval of the appropriate ethics commission, in line with national laws and according to the Declaration of Helsinki from 1975 (in the current amended version). Written informed consent was obtained from all participating patients.

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Geldner, G., Koch, E., Gottwald-Hostalek, U. et al. Report on a study of fires with smoke gas development. Anaesthesist 62, 609–616 (2013). https://doi.org/10.1007/s00101-013-2209-3

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