Pathomorphological changes due to helium inhalation: an expert case report

Cover Page


Cite item

Abstract

BACKGROUND: Helium, being an inert substance, does not have a significant effect on the human body, but sometimes at very high concentrations in the air, it can cause suffocation and a state of oxygen deficiency. Oxygen-helium therapy has proven to be the most effective recovery, rehabilitation, and treatment for all types of lung damage and reduced saturation. It is even included in the recommendations for preventing, diagnosing, and treating COVID-19.

Deaths due to inhalation of inert gases, especially helium, are sporadic in forensic practice. As a rule, the probability of death in such cases is most often associated with man-made accidents or violations of safety regulations when performing technological processes and operations related to the use of gas.

Safety instructions for handling helium warn of possible damage to the mucous membrane of the eyes and frostbite of the skin, as well as mechanical injury when a heavy gas cylinder falls.

CASE PRESENTATION: Inert gases do not interact with other chemicals. However, we encountered a suicide case where an inert gas was chosen as a means. Inhalation of helium caused macro- and micromorphological changes in the human body, which led to a fatal outcome.

The case is illustrated by photographs of microscopic preparations, which demonstrate the absence of specific signs of toxic effects on the organs and tissues of the deceased.

CONCLUSION: Despite the substance’s extreme volatility, the compressed gas’s pressure and low temperature can cause various injuries and even death. The study of general pathomorphology can be helpful in the conduct of a forensic medical examination.

Full Text

ОБОСНОВАНИЕ

Смертельный исход ввиду вдыхания гелия чрезвычайно редко встречается в судебно-медицинской практике. Принимая во внимание инертность данного газа, вероятность наступления смерти чаще всего обусловлена техногенными происшествиями или нарушением техники безопасности при выполнении технологических процессов и операций, связанных с его использованием [1]. Инструкции по технике безопасности при обращении с гелием содержат предупреждение о возможном повреждении слизистой оболочки глаз и обморожении кожи, а также получении механической травмы при падении тяжеловесного баллона с газом. Однако повреждения данным веществом среди всех разнообразных видов травмы составляют лишь одиночные случаи. Одновременно с этим литературный анализ доступной литературы убедительно свидетельствует об увеличении в мире количества случаев суицида путём ингаляции гелия [2–4]. Авторы работ связывают этот факт с повсеместной доступностью вещества для детей и взрослых, в связи с чем изучение вопроса представляет особый интерес.

Цель исследования ― описание морфологических изменений биологических тканей человека в случаях воздействия гелия.

ПРИМЕР ИЗ ПРАКТИКИ

В нашей практике встретился случай с летальным исходом от воздействия гелия.

Обстоятельства клинического случая

Мужчина, 23 года, правильного телосложения и удовлетворительной упитанности покончил жизнь самоубийством, оставив на месте происшествия предсмертные записки. В квартире на месте происшествия были обнаружены баллоны с надписью «Гелий», трубка от которых, длиною около 1 м, вела к трупу под полиэтиленовый пакет, надетый на голову.

Результаты судебно-медицинского исследования трупа

В ходе судебно-медицинской экспертизы трупа при наружном исследовании выявлено следующее. Трупное окоченение резко выражено во всех группах мышц. Обнаружены подкожные точечные тёмно-красные кровоизлияния (экхимозы), кровоизлияния в соединительную оболочку глаз и слизистую губ. Телесных повреждений при наружном исследовании трупа не обнаружено. При внутреннем исследовании мягкие ткани и внутренние органы полнокровные, стояние жидкой крови в крупных сосудах и полостях сердца. Лёгкие на ощупь и на разрезах резко эмфизематозные, воздушные. По всем поверхностям под плеврой лёгких и эпикарде множественные точечные и мелкоочаговые тёмно-красные кровоизлияния.

При судебно-гистологическом исследовании препаратов лёгких просветы альвеол щелевидны или расширены с выпрямлением и разрывами межальвеолярных перегородок (рис. 1), расширением межальвеолярных пор и относительным запустеванием капилляров, укорочением альвеолярных мешочков, в отдельных полях зрения безвоздушны, выполнены гомогенными слабоэозинофильными массами со значительной примесью эритроцитов, несколько увеличенных в объёме, относительно нечёткими контурами, дополненных обнаружением единичных десквамированных альвеолоцитов и клеток типа макрофагов, в том числе с бурым пигментом в цитоплазме. Просветы бронхиол фестончаты с гиперхромными нитевидно вытянутыми ядрами высоких клеток призматического эпителия с апикальной вакуолизацией и формированием «фигур колосьев» (рис. 2), содержат в небольшом количестве неравномерно распределённые слоистые массы слизи и слитно расположенные эритроциты. Перибронхиальные мелкие сосуды, прилегающие к просветам бронхиол в виде «клеточных тяжей», малокровны, с переориентацией просветов вдоль окружности бронхиол.

 

Рис. 1. Микропрепарат: гелий, эмфизема лёгких, разрывы меж-альвеолярных перегородок; окраска гематоксилином и эозином; ув. 10.

Fig. 1. Micropreparation: helium, emphysema of the lungs, ruptures of the interalveolar septa; hematoxylin and eosin stain, x10.

 

Рис. 2. Микропрепарат: гелий, спазм бронхиолы; окраска гематоксилином и эозином; ув. 40.

Fig. 2. Micropreparation: helium, bronchiole spasm; hematoxylin and eosin stain, x40.

 

Во всех препаратах исследуемых внутренних органов отмечаются острое венозное полнокровие и мелкоочаговые кровоизлияния (в головном мозге, миокарде, лёгких, печени, почках, надпочечнике); отёк мягкой мозговой оболочки; стромы сердца и надпочечника, плевры и лёгких, капсул клубочков в почках; спазм артериол и мелких артерий сердца; очаги фрагментации кардиомиоцитов (рис. 3); эритростазы в лёгких.

 

Рис. 3. Микропрепараты: a ― гелий, сердце, артериолоспазм; окраска гематоксилином и эозином; ув. 40; b ― гелий, печень, венозное полнокровие; окраска гематоксилином и эозином; ув. 10; c ― гелий, почка, венозное полнокровие; окраска гематоксилином и эозином; ув. 10; d ― гелий, надпочечник, венозное полнокровие; окраска гематоксилином и эозином; ув. 10.

Fig. 3. Micropreparations: a ― helium, heart, arteriol spasm; hematoxylin and eosin staining; x40; b ― helium, liver, venous fullness; hematoxylin and eosin staining; x10; c ― helium, kidney, venous fullness; hematoxylin and eosin staining; x10; d ― helium, adrenal gland, venous fullness; hematoxylin and eosin staining; x10

 

Гистологическое, токсикологическое, судебно-биохимическое исследование органов и тканей, как правило, входит в перечень стандартных диагностических процедур при производстве судебно-медицинских экспертиз. При биохимическом исследовании в крови из синуса твёрдой мозговой оболочки была обнаружена глюкоза в концентрации 1,7 ммоль/л, в крови из полости сердца ― 3,8 ммоль/л. В судебно-медицинской литературе описан способ диагностики механической асфиксии в результате сдавления органов шеи петлёй путём определения глюкозы в крови трупа [5]. При этом содержание глюкозы в сосудах головного мозга бывает в 3–4 раза ниже по сравнению с концентрацией в крови, взятой из сердца, что объясняют прекращением мозгового кровообращения [6]. В описываемом нами случае столь значительной разницы в содержании глюкозы не было выявлено. Иные биохимические исследования при выполнении исследований в отношении данного трупа не проводились. Методом судебно-химического исследования этиловый и другие алифатические спирты в крови и моче не обнаружены.

Резкий бронхоспазм стал результатом местного воздействия газовоздушной смеси низкой температуры с раздражением рецепторов трахеи и бронхов, что в свою очередь оказало рефлекторное влияние на дыхательный центр и нервные окончания нервов, иннервирующих бронхи, дезорганизовав акт дыхания и вызвав развитие острой гипоксии. Стенозирование просвета дыхательных путей усугубилось отёком слизистых оболочек и гиперсекрецией бокаловидных клеток. На уровне микроциркуляторного русла также наблюдались местные (сосудистые, вне- и внутрисосудистые) изменения: с неравномерностью величины и деформированием просветов перибронхиальных сосудов, периваскулярным отёком и кровоизлияниями, стазами, агрегацией эритроцитов.

ОБСУЖДЕНИЕ

Согласно общеизвестным данным, гелий не оказывает существенного влияния на организм человека, поскольку является инертным веществом, но иногда при очень высоких концентрациях в воздухе гелий может вызвать удушье и состояние кислородной недостаточности [1]. В то же время кислородно-гелиевая терапия зарекомендовала себя наиболее эффективным методом восстановления, реабилитации и лечения при любых видах поражения лёгких и сниженной сатурации и даже включена во временные методические рекомендации по профилактике, диагностике и лечению новой коронавирусной инфекции COVID-19, утверждённые Министерством здравоохранения Российской Федерации [7, 8]. Гелий нашёл своё применение в разных сферах медицины, особенно в кардиологии, неврологии, хирургии при лечении постгипоксических состояний. Ведутся активные разработки новых технологий с его использованием в таких областях медицины, как радиология и микроскопия [9]. Однако в ситуации с изменённым сознанием человека, решившегося на суицид, использование гелиевых баллонов может иметь фатальные последствия. И хотя вещество не вызывает непосредственно токсикологического действия на организм, повреждение гелием происходит при воздействии сжатого газа низкой температуры, который и является основным поражающим фактором. Несмотря на чрезвычайную летучесть вещества, величина давления сжатого газа и очень низкая температура в момент его воздействия могут стать причиной различных телесных повреждений и даже смертельного исхода.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, приведённый пример наглядно демонстрирует изменения органов и тканей, происходящих при таком редком виде внешнего воздействия, как вдыхание инертного газа. Несмотря на отсутствие специфических признаков токсического воздействия гелия на организм, изучение общей патоморфологической картины может быть полезным при проведении судебно-медицинской экспертизы.

ДОПОЛНИТЕЛЬНО

Источник финансирования. Исследование и публикация не имели спонсорской поддержки.

Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов, связанных с публикацией настоящей статьи.

Вклад авторов. А.А. Анисимов ― сбор данных, написание черновика рукописи; Л.Г. Александрова ― сбор данных, написание черновика рукописи, научная редакция рукописи, рассмотрение и одобрение окончательного варианта рукописи. Авторы подтверждают соответствие своего авторства международным критериям ICMJE (все авторы внесли существенный вклад в разработку концепции, проведение исследования и подготовку статьи, прочли и одобрили финальную версию перед публикацией).

ADDITIONAL INFORMATION

Funding source. The study had no sponsorship.

Competing interests. The authors declare that they have no competing interests.

Authors’ contribution. A.A. Anisimov ― data collection, drafting of the manuscript; L.G. Aleksandrova ― data collection, drafting of the manuscript, critical revition of the manuscript for important intellectual content, review and approve the final manuscript. Authors made a substantial contribution to the conception of the work, acquisition, analysis, interpretation of data for the work, drafting and revising the work, final approval of the version to be published and agree to be accountable for all aspects of the work.

×

About the authors

Lilya G. Aleksandrova

Kazan State Medical University

Author for correspondence.
Email: lilya-aleksandrova@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-6332-8757
SPIN-code: 4392-6853

MD, Cand. Sci. (Med.)

Russian Federation, 49, Butlerov street, Kazan, 420012

Andrei A. Anisimov

Kazan State Medical University; Kazan (Volga Region) Federal University

Email: aa_anisimov@bk.ru
ORCID iD: 0000-0002-5323-7226
SPIN-code: 8870-5382

MD

Russian Federation, 49, Butlerov street, Kazan, 420012; Kazan

References

  1. Whitt A, Garland EL, Howard MO. Helium inhalation in adolescents: characteristics of users and prevalence of use. J Psychoactive Drugs. 2012; 44:365–371. doi: 10.1080/02791072.2012.736803
  2. Nowak K, Szpot P, Zawadzki M. Suicidal deaths due to helium inhalation. Forensic Toxicol. 2019;37:273–287. doi: 10.1007/s11419-019-00473-2
  3. Byard RW. Changing trends in suicides using helium or nitrogen – a 15-year study. J Forensic Leg Med. 2018; 58:6–8. doi: 10.1016/j.jflm.2018.04.007
  4. Chang SS, Cheng Q, Lee ES, Yip PS. Suicide by gassing in Hong Kong 2005–2013: emerging trends and characteristics of suicide by helium inhalation. J Affect Disord. 2016; 192:162–166. doi: 10.1016/j.jad.2015.12.026
  5. Lyubovitsky AV, Korotun VN, Chemurzieva NV. Changes in glucose content in victims of mechanical asphyxia. In: 3rd All-Russian Congress of Forensic physicians: collection of materials. Part 2. Saratov; 1992. Р. 312–314. (In Russ).
  6. Alexandrova LG, Nigmatullin NS. Changes in blood glucose concentration as a diagnostic test of lifetime hanging. In: XIV Plenum of the All-Russian Society of Forensic Physicians (June 17–18, 1999): collection of materials. Moscow; 1999. Р. 48–49. (In Russ).
  7. Prevention, diagnosis and treatment of new coronavirus infection (COVID-19). Temporary methodological recommendations. Version 13 (14.10.2021) (approved by the Ministry of Health of Russia). (In Russ). Available from: https://static-0.minzdrav.gov.ru/system/attachments/attaches/000/058/211/original/BMP-13.pdf. Accessed: 15.11.2021.
  8. Shogenova LV, Petrikov SS, Zhuravel SV, et al. Thermal helium-oxygen mixture as part of a treatment protocol for patients with COVID-19. Annals of the Russian Academy of Medical Sciences. 2020;75(5S):353–362. (In Russ). doi: 10.15690/vramn1412
  9. Berganza CJ, Zhang JH. The role of helium gas in medicine. Med Gas Res. 2013; 3:18. doi: 10.1186/2045-9912-3-18

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. Fig. 1. Micropreparation: helium, emphysema of the lungs, ruptures of the interalveolar septa; hematoxylin and eosin stain, x10.

Download (120KB)
2. Fig. 2. Micropreparation: helium, bronchiole spasm; hematoxylin and eosin stain, x40.

Download (270KB)
3. Fig. 3. Micropreparations: a ― helium, heart, arteriol spasm; hematoxylin and eosin staining; x40; b ― helium, liver, venous fullness; hematoxylin and eosin staining; x10; c ― helium, kidney, venous fullness; hematoxylin and eosin staining; x10; d ― helium, adrenal gland, venous fullness; hematoxylin and eosin staining; x10

Download (813KB)

Copyright (c) 2021 Aleksandrova L.G., Anisimov A.A.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies