Πώς ένας αναπνευστήρας εντοπίζει το αλκοόλ από την αναπνοή σας;

Το αλκοτέστ του Robert F. Borkenstein ήταν μια αξιοσημείωτη εφεύρεση στον τομέα της οδικής ασφάλειας. Χρησιμοποίησε μια απλή χημική αντίδραση που αλλάζει χρώμα για να σώσει πολλές ζωές και να κρατήσει τους δρόμους πιο ασφαλείς.

Το να πίνεις και μετά να πας στο δρόμο για το σπίτι δεν ήταν σημαντικό ζήτημα κατά τη διάρκεια του 1800. Πόσο άσχημα θα μπορούσαν οι μεθυσμένοι ποδηλάτες ή πεζοί να βλάψουν τον εαυτό τους ή τους άλλους ενώ επέστρεφαν στο σπίτι; Ωστόσο, ο Carl Benz παρουσίασε στον κόσμο το πρώτο εμπορικά διαθέσιμο αυτοκίνητο τη δεκαετία του 1880, και μέσα σε μια δεκαετία, η κατάσταση του αλκοόλ και της οδήγησης είχε μετατραπεί σε πρόβλημα. Στη συνέχεια, το καλοκαίρι του 1954, από τα βάθη του υπογείου του Robert F. Borkenstein, αναδύθηκε ο ήρωάς μας—το Breathalyzer™. Οι αναλυτές αλκοόλης αναπνοής είναι εξαιρετικά κομμάτια εξοπλισμού που χρησιμοποιούν απλή χημεία για να σώζουν χιλιάδες ζωές κάθε χρόνο. Λοιπόν, ας τους δώσουμε την τιμητική τους, εξοικειώνοντας λίγο περισσότερο την ιστορία και τη λειτουργικότητά τους. Αλλά πρώτα, πρέπει να καταλάβουμε γιατί το αλκοόλ κάνει τους ανθρώπους να απειλούν τους οδηγούς εξαρχής.

Ατύχημα DUI μετά από αλκοόλ και οδήγηση (Φωτογραφία :AntonioKalini/Shutterstock)

Επιδράσεις του αλκοόλ στον εγκέφαλο

Η οδήγηση απαιτεί από εμάς να κάνουμε πολλές εργασίες, να είμαστε σε εγρήγορση, να παραμένουμε ενήμεροι για το περιβάλλον μας, να επεξεργαζόμαστε πληροφορίες και να ενεργούμε με ελάχιστο χρόνο αντίδρασης. Συνοψίζοντας, ένας οδηγός πρέπει να έχει πλήρη έλεγχο των αισθήσεών του, αλλά το αλκοόλ υπονομεύει αυτές τις αισθήσεις. Το αλκοόλ, αντί να αφομοιωθεί όπως το φαγητό, διαχέεται στην κυκλοφορία του αίματος μέσω των τοιχωμάτων του στομάχου και των εντέρων. Μόλις μπει στο σώμα μας, πηγαίνει οπουδήποτε το αίμα και απορροφάται οπουδήποτε υπάρχει νερό (καθώς το αλκοόλ είναι εξαιρετικά υδατοδιαλυτό). Έτσι, όλα τα κύρια όργανα, συμπεριλαμβανομένης της καρδιάς, του εγκεφάλου, των πνευμόνων και των μυών, θα φτάσουν την ίδια συγκέντρωση αλκοόλ με αυτή στο αίμα μας. Αφού εισέλθει στον εγκέφαλο, το αλκοόλ ενισχύει τις επιδράσεις ενός σημαντικού ανασταλτικού νευροδιαβιβαστή, του GABA. Ως αποτέλεσμα, τα εγκεφαλικά μας κύτταρα παρουσιάζουν καθυστερημένη απόκριση και επικοινωνία. Το αλκοόλ μειώνει επίσης την αποτελεσματικότητα της παρεγκεφαλίδας, μειώνοντας έτσι την καθαρή όραση και τις κινητικές δεξιότητες. Διαβάστε περισσότερα.

Εξέλιξη αναλυτών αλκοόλης αναπνοής

Στις αρχές του 1900, ο μόνος τρόπος για να ανιχνευθούν οι μεθυσμένοι οδηγοί ήταν να αναζητηθούν τα ενδεικτικά σημάδια της οδήγησης υπό την επήρεια μέθης, όπως η στροφή, η υπερβολική ταχύτητα, τα μάτια με αίμα κ.λπ. σήμερα. Ωστόσο, αυτό το σύστημα εξαρτιόταν πλήρως από τη διαίσθηση ή την αντίληψη ενός αστυνομικού. Δεν υπήρχαν επιστημονικά πρότυπα που να καθορίζουν το επίπεδο της μέθης. Οι επιστήμονες και οι αρχές βρέθηκαν τελικά μαζί για να βρουν έναν τρόπο να τυποποιήσουν πότε ένα άτομο θα μπορούσε να κατηγορηθεί για «οδήγηση υπό την επήρεια» ή DUI.

Οδικός χάρτης για την εφεύρεση του αλκοτέστ™.

Υπάρχουν πολλά συμπαγή και ακριβή αλκοολούχα τεστ που διατίθενται στην αγορά σήμερα, αλλά θα εξετάσουμε αυτό που έγινε συνώνυμο με τους αναλυτές αλκοόλης αναπνοής, το Breathalyzer™. Ο εφευρέτης του αλκοτέστ, Robert F. Borkenstein, ήταν καπετάνιος στις εργαστηριακές υπηρεσίες της αστυνομίας της πολιτείας της Ιντιάνα και αργότερα έγινε καθηγητής στο Πανεπιστήμιο της Ιντιάνα. Συνεργάστηκε με τον Hagner κατά τη διάρκεια της εργασίας του στο Drunkometer και εκπαιδεύτηκε στο πώς να το χειρίζεται. Αυτή η εκπαίδευση κέντρισε το ενδιαφέρον του για τους αναλυτές αλκοόλ αναπνοής. Δεδομένου ότι εργαζόταν με την αστυνομία, ήθελε να φτιάξει κάτι πιο ακριβές και πιο εύκολο στη λειτουργία, κάτι που θα μπορούσε να αποδειχθεί πιο βολικός διάδοχος του Μεθυσόμετρο του Hagner. Μετά από χρόνια δοκιμής και λάθους, το έτος 1954, βρήκε μια φόρμα για το επαναστατικό αλκοτέστ™—την τεχνολογία που τα ξεκίνησε όλα.

Πώς ανιχνεύεται το αλκοόλ;

Ζητείται από το υποκείμενο (άτομο για το οποίο υπάρχει υποψία ότι είναι μεθυσμένο) να φυσήξει μέσα από ένα σωλήνα μέσα στο μηχάνημα. Τους ζητείται να παρέχουν μια βαθιά εκπνοή, προκειμένου να αποκτήσουν κυψελιδική ή βαθιά πνευμονική αναπνοή. Ο χειριστής ελέγχει για παραμόρφωση στη βελόνα του δείκτη. Εάν η βελόνα κινηθεί, στη συνέχεια επαναφέρεται στο μηδέν με τη βοήθεια ενός πόμολο. Η οριοθέτηση στο πόμολο βοηθά την αστυνομία να διαπιστώσει εάν ένα άτομο είναι μεθυσμένο ή όχι.

Η βελόνα του αναπνευστήρα υποδεικνύεται BAC (Προσφορά φωτογραφίας :Raimond Spekking/Wikimedia Commons)

Ο αέρας από τους πνεύμονες του οδηγού εισέρχεται στο δοκιμαστικό φιαλίδιο, που περιέχει ένα κοκκινωπό-πορτοκαλί μείγμα που αποτελείται από διχρωμικό κάλιο, θειικό οξύ και νιτρικό άργυρο (καταλύτης). Αυτό το μείγμα, μαζί με την αιθανόλη (το είδος αλκοόλης που βρίσκεται στα αλκοολούχα ποτά) από την αναπνοή κάποιου, σχηματίζει ένα σύστημα οξειδοαναγωγής. Σε μια αντίδραση οξειδοαναγωγής, ένα από τα αντιδρώντα οξειδώνεται ταυτόχρονα μειώνει ένα άλλο. Αυτό που οξειδώνεται είτε κερδίζει οξυγόνο είτε φθάνει σε υψηλότερη κατάσταση οξείδωσης, ενώ το είδος που ελαττώνεται χάνει οξυγόνο ή αποκτά χαμηλότερη κατάσταση οξείδωσης. Το θειικό οξύ (H2SO4) στο διάλυμα βοηθά στην απορρόφηση της αιθανόλης (χημικός τύπος:C2H5OH) από τον αέρα στο μείγμα. Το διχρωμικό κάλιο (K2Cr2O7), χάνει ένα άτομο οξυγόνου κατά την αντίδραση με την ομάδα -ΟΗ που υπάρχει στην αιθανόλη. Το χρώμιο στο διχρωμικό κάλιο έχει οξείδωση +7, αλλά αφού ανάγεται με αιθανόλη, βρίσκεται σε κατάσταση οξείδωσης +3. Περαιτέρω αντιδρά με τα θειικά ιόντα (SO42-) από το θειικό οξύ για να σχηματίσει θειικό χρώμιο και θειικό κάλιο.

Η αντίδραση οξειδοαναγωγής που λαμβάνει χώρα στο δοκιμαστικό φιαλίδιο.

Η αιθανόλη, αφού αποκτήσει ένα άτομο οξυγόνου από το διχρωμικό κάλιο, οξειδώνεται σε οξικό οξύ (CH3COOH) και νερό (H2O). Το πιο συναρπαστικό με αυτή την αντίδραση είναι ότι είναι μια αντίδραση που αλλάζει χρώμα. Το διάλυμα διχρωμικού καλίου, το οποίο είναι κυρίως κοκκινωπό-πορτοκαλί, παρουσία θειικού οξέος και αιθανόλης, δημιουργεί ένα πράσινου χρώματος θειικό χρώμιο. Μέσα στο αλκοτέστ υπάρχει ένα τυπικό φιαλίδιο που έχει ένα μείγμα πανομοιότυπο με το δοκιμαστικό φιαλίδιο, αλλά χωρίς καθόλου αιθανόλη. Υπάρχει μια πηγή φωτός που φωτίζει και τα δύο φιαλίδια και στο άλλο άκρο υπάρχει ένα σύστημα φωτοκυττάρων που ανιχνεύει τη μετάδοση και από τα δύο φιαλίδια. Παρατηρείται η διαφορά στη διαπερατότητα και η ποσοτική ανάλυση γίνεται σύμφωνα με τον νόμο Beer-Lamberts (ο οποίος δηλώνει συσχέτιση μεταξύ των ιδιοτήτων ενός έγχρωμου διαλύματος και της εξασθένησης του φωτός που διέρχεται από αυτό). Η διαφορά στη διαπερατότητα του δοκιμαστικού και του τυπικού φιαλιδίου εξαρτάται από την αλλαγή του χρώματος από κοκκινωπό-πορτοκαλί σε πράσινο. Ο σχηματισμός πράσινου θειικού χρωμίου εξαρτάται από την ποσότητα αιθανόλης που υπάρχει στην αντίδραση.

Το χρώμα του διαλύματος στο πρότυπο φιαλίδιο έναντι του δοκιμαστικού φιαλιδίου. (Φωτογραφία :Ajamal/Shutterstock)

Ο εξοπλισμός συγκρίνει τη διαφορά στη διαπερατότητα και χρησιμοποιεί τον νόμο Beer-Lamberts για να προσδιορίσει τη συγκέντρωση της πράσινης ουσίας, η οποία δείχνει έμμεσα τη συγκέντρωση αλκοόλ στην αναπνοή.

Είναι το αλκοόλ στην αναπνοή το ίδιο με το αλκοόλ στο αίμα;

Ναι, το αλκοόλ στην αναπνοή ενός ατόμου υποδηλώνει την παρουσία αλκοόλ στο αίμα του, αλλά οι συγκεντρώσεις είναι διαφορετικές. Όταν ένα άτομο καταναλώνει αλκοόλ, εισέρχεται στην κυκλοφορία του αίματος και κινείται σε ολόκληρο το σώμα. Κατά τη διάρκεια του ταξιδιού, κατανέμεται στους ιστούς των πνευμόνων και με τον αέρα στους πνεύμονες κάποιου. Οι αναλυτές αναπνοής χρησιμοποιούν μια έμμεση μέθοδο υπολογισμού της συγκέντρωσης αλκοόλ στο αίμα (BAC) με βάση τον νόμο του Henry. Ο νόμος του Henry δηλώνει ότι για ένα κλειστό σύστημα σε σταθερή θερμοκρασία και πίεση, η συγκέντρωση μιας πτητικής ουσίας διαλυμένης σε ένα διάλυμα είναι ανάλογη με τη συγκέντρωση της ίδιας ουσίας στον αέρα πάνω από το διάλυμα. Ένα ανθρώπινο σώμα ρυθμίζει σχολαστικά τη θερμοκρασία και την πίεσή του. Τώρα, αν θεωρήσουμε το σώμα ως ένα κλειστό σύστημα, τότε η συγκέντρωση αλκοόλ στον αέρα που υπάρχει στους πνεύμονες ενός ατόμου είναι ανάλογη με τη συγκέντρωση αλκοόλ στο αίμα του. Έρευνες έχουν δείξει ότι η αναλογία είναι 2100:1 (δηλαδή, για κάθε 1 ml αλκοόλ στην αναπνοή, υπάρχουν 2100 ml αλκοόλ στο αίμα). Αυτή η αναλογία δεν είναι καθολική για κάθε ανθρώπινο σώμα, αλλά θεωρείται μια ευχάριστη αναλογία.

Τα επίπεδα BAC και οι επιπτώσεις του στην οδήγηση. (Φωτογραφία:gritsalak karalak/Shutterstock)

Η μέθη που προκαλείται από το αλκοόλ ποικίλλει από το ένα φύλο στο άλλο και εξαρτάται επίσης από το σωματικό βάρος. Όλοι αυτοί οι παράγοντες λαμβάνονται υπόψη κατά τον υπολογισμό του BAC πριν από τη χρέωση ενός ατόμου με DUI. Το υψηλότερο επιτρεπόμενο BAC στην Ινδία είναι 0,03% (0,03 g αλκοόλ ανά 100 ml αίματος), 0,08% στις ΗΠΑ, 0,05% στη δυτική Ευρώπη. Πολλές χώρες, όπως η Ουγγαρία, η Ιαπωνία και το Ιράν έχουν πολιτική μηδενικής ανοχής όσον αφορά την οδήγηση υπό την επήρεια μέθης. Οι πολιτικές και οι ποινές οδήγησης υπό την επήρεια αλκοόλ διαφέρουν από όλο τον κόσμο. Για να μάθετε περισσότερα, κάντε κλικ εδώ.

Συμπέρασμα

Σύμφωνα με την παγκόσμια έκθεση για την οδική ασφάλεια του 2018, που εκπονήθηκε από τον ΠΟΥ, 1,35 εκατομμύρια ζωές τερματίζονται απότομα λόγω τροχαίων ατυχημάτων κάθε χρόνο. Και το 5-35% τέτοιων τραγικών ατυχημάτων σχετίζονται με την επιρροή αλκοόλ, που σημαίνει ότι ~270.000 άνθρωποι πεθαίνουν λόγω μεθυσμένων οδηγών. Αυτοί οι αριθμοί θα ήταν πολύ υψηλότεροι αν δεν υπήρχαν οι αρχές οδικής ασφάλειας και οι ανιχνευτές αλκοόλ που σώζουν ζωές. Μην ξεχνάτε ποτέ πώς μικρές ενέργειες και αποφάσεις μπορούν να έχουν πολύ μεγαλύτερο αντίκτυπο, ακριβώς όπως το φαινόμενο ντόμινο του τρόπου με τον οποίο ένα μόριο χάνει ένα άτομο οξυγόνου, με αποτέλεσμα να σωθούν χιλιάδες ζωές σε όλο τον κόσμο!