Влияние оксидов азота и озона на здоровье человека

За последние 10 лет многие ученые активизировали свою деятельность в области изучения и исследования роли оксида азота на организм человека. Чем же обусловлен такой все возрастающий научный интерес к окиси азота?

Его действие на организм подобно действию NO2: озон также вызывает отек легких. Кроме того, озон нарушает нормальное движение мерцательных волосков в бронхах, ответственных за выведение чужеродных веществ из бронхов, что увеличивает вероятность заболевания раком. При концентрации озона 200 мкг/м3 наблюдаются усталость, головная боль, резь в глазах и раздражение слизистых оболочек глаз, носа, горла; может возникнуть тяжелый отек легких. При более высоких концентрациях — кашель, головокружение, общая усталость, резкий упадок сердечной деятельности. Функции легких снижаются у школьников при концентрациях озона 160-300 мкг/м3. У астматиков увеличивается частота приступов при концентрациях 240-300 мкг/м3. Поэтому в городах, где существует опасность образования смога, концентрации озона 300-400 мкг/м3 следует считать особенно опасными.

Наряду с названными выше видами смога возможно возникновение промежуточных видов смога различного состава. Из приведенных данных следует, что смог может образоваться при соответствующих погодных условиях и при концентрациях оксидов азота и озона на уровне 60-70 мкг/м3.

Действие на организм.

Наиболее типичным для оксидов азота является удушающее действие, приводящее к развитию отека легких. В основе действия лежит способность веществ активировать свободнорадикальные процессы в клетках, формирующих альвеолярно-капиллярный барьер. Так, NO2, взаимодействуя в водной среде с кислородом, инициирует образование супероксидных и гидроксильных радикалов, перекиси водорода. Действуя на глутатион, аскорбиновую кислоты, токоферол и т.д., токсикант повреждает низкомолекулярные элементы антирадикальной защиты клеток. В результате активируется перекисное окисление липидов и повреждаются биологические мембраны клеток, формирующих альвеолярно-капиллярный барьер. Вдыхание диоксида азота в очень высоких концентрациях приводит к быстрому развитию нитритного шока, часто заканчивающегося гибелью пострадавших. В основе нитритного шока лежит образование в крови метгемоглобина и химический отек легких. При ингаляции монооксида азота, происходит образование нитрозилгемоглобина с последующим превращением его также в метгемоглобин. Количество образовавшегося метгемоглобина при ингаляции оксидов азота в концентрациях до 0,15 г/м3 невелико и не играет существенной роли в проявлении токсических эффектов. При более высоких концентрациях роль метгемоглобинообразования в механизме развития патологии возрастает.

В случае преобладания в газовой смеси монооксида азота развивается так называемая обратимая форма интоксикации. Поражение сопровождается одышкой, рвотой, падением артериального давления за счет сосудорасширяющего действия NO. Эти явления быстро проходят после удаления пораженного из зараженной атмосферы

Почему необходима очистка выбросов от оксидов азота

По разным оценкам, в атмосферу Земли ежегодно выбрасывается от 35 до 58 миллионов тонн оксидов азота. Основной источник выбросов — сжигание топлива в промышленности, теплоэлектростанциях, генераторных установках, домохозяйствах и двигателях внутреннего сгорания различного назначения. Последние вносят значительный вклад в загрязнение окружающей среды оксидами азота, поскольку в промышленно развитых странах их доля составляет 45—60 % от общего объема. Ограничить выбросы можно, используя методы очистки газов от оксидов азота непосредственно у источника их образования.

Читайте также:  Лучшее спортивное питание для набора мышечной массы 

Оксиды азота повреждают легкие и увеличивают восприимчивость к инфекции верхних дыхательных путей. Вещество способствует возникновению раздражения глаз и расширению кровеносных сосудов, что приводит к снижению кровяного давления.

Для растений это высокотоксичный газ, более высокие концентрации которого приводят к повреждению хлоропластов. Реакции с углеводородами в атмосфере вызывают образование ацетилпероксида, который ингибирует фотосинтез. Реагируя с водой, диоксид азота образует азотную и азотистую кислоты и, таким образом, способствует (наряду с SO2) образованию так называемых кислотных дождей.

Роль оксида азота

Кровеносные сосуды — регулирует расширение кровеносных сосудов.

У оксида азота в этом важнейшая роль — регулирование систольного давления и кровеносных сосудов. Также регулирует гломерулярное и медуллярное кровоснабжение и снимает напряжение с нижних мочевых путей. При его помощи в организме образуются новые кровеносные сосуды (ангиогенез).

Оксид азота улучшает кровоснабжение, что способствует заживлению ран, восстановлению потерянной чувствительности, смягчению боли, ускорению сращения переломов, нормализации давления,  улучшению кровоснабжения капилляров (питание тканей), укреплению иммунной системы.

Холестерин — увеличение количества оксида азота уменьшает вредное влияние холестерина. Его нехватка  вызывает неспособность кровеносных сосудов к расширению в напряженных ситуациях. Такое же явление наблюдается у людей, у кого заметно превышен уровень холестерина.

Центральная нервная система — увеличение количества оксида азота в клетках приводит к продлению жизни клетки.

Костная система — деятельность клеток костной ткани – остеобластов – стимулирует оксид азота и тем самым создает новую костную ткань. С другой стороны оксид азота препятствует активности остеокластов, которые разрушают костную ткань.

Способствует бодрости — кровообращение и нервные импульсы быстрые. Добавление маленького количества оксида азота улучшает расширение кровеносных сосудов (регулирует тонус кровеносных сосудов) и приподнимает чувствительность. Способствует повышению эрекции.

Его применяют даже при лечении онкологии и это еще не весь список. Вот такое широкое применение и использование получил оксид азота в медицине.

Полезные свойства

Оксид азота обладает рядом полезных свойств для организма: снижает пагубное воздействие стрессовых гормонов, повышает иммунитет, регулирует кислотно-щелочной баланс крови, обеспечивая клетки организма кислородом, ускоряет заживление ран. Ниже более подробно перечислены наиболее важные его свойства. Итак, оксид азота:

Повышает выносливость

Вазодилатационный эффект оксида азота чрезвычайно важен для спортсменов, особенно для культуристов, потому что увеличение в крови количества питательных веществ и доставка большего количества кислорода к мышцам позволят дольше тренироваться, независимо от вида спорта.

Во время физической активности происходит возрастание сердечного выброса и перераспределение кровотока в мышечных волокнах. Когда вы тренируетесь, кислород в мышцах истощается. При недостатке кислорода организм начинает вырабатывать молочную кислоту, которая в конечном итоге приводит к мышечной усталости – до такой степени, что вы не можете больше продолжать тренировку. Оксид азота уменьшает количество молочной кислоты, вырабатываемой во время физических упражнений, и продлевает время до наступления истощения.

Улучшает результативность тренировок

Ускоряя доставку кислорода и питательных веществ в мышцы, оксид азота улучшает их реакцию на физические нагрузки и повышает спортивные результаты. Исследование, проведенное в 2010 году при Университете Небраски-Линкольна и опубликованное в Strength & Conditioning, изучало влияние добавок на основе аргинина на физическую работоспособность уставших людей.1

Исследование показало, что у пациентов, принимавших аргинин, наблюдалось значительное повышение работоспособности, в то время как в группе, принимавшей плацебо, не отмечалось значительных изменений.

Известно также, что оксид азота ускоряет выделение из организма аммиака и способствует увеличению поглощения глюкозы клетками.

Улучшает восстановление после тренировок

Исследование китайских ученых, результаты которого были опубликованы в журнале Chinese Journal of Physiologyв 2009 году, показало, что прием L-аргинина приводит к увеличению в крови концентрации глюкозы и инсулина после тренировки.2

Повышение уровня инсулина, в свою очередь, может помочь улучшить синтез мышечного белка а, следовательно, и улучшить восстановление после тренировок.

Может улучшать когнитивные функции

Результаты ряда исследований подтверждают, что оксид азота улучшает память и когнитивные функции мозга. Исследование, проведенное в 2011 году и опубликованное в  Indian Journal of Medical Research, показало, что «оксид азота активирует вычислительную способность мозга».3

Улучшает эректильную функцию

Оксид азота может улучшать эрекцию и бороться с эректильной дисфункцией. Это свойство препарата было подтверждено исследованием, проведенным в 1992 году доктором Бернеттом. Результаты выявили, что оксид азота играет решающую роль в эректильной функции, а добавка может помочь пациентам с эректильной дисфункцией).4

Как увеличить выработку оксида азота

Для этого существует много естественных способов. Одним из них является выполнение физических упражнений.5

Отличным способом увеличения содержания оксида азота является смех. Да, обычный смех! Исследование американских ученых, проведенное в  2009 году, показало, что смех высвобождает бета-эндорфины. Исследователи предположили, что «такие положительные эмоции приводят к прямому выбросу оксида азота и к связанным с его выработкой биологическим последствиям».6

Еще один способ – это употребление в пищу продуктов с высоким содержанием нитратов, поскольку в кишечнике нитраты могут разлагаться, выделяя оксид азота.7

Воздействие солнечного света также может способствовать увеличению выработки оксида азота.8

Ну и наконец, если ваш организм не вырабатывает достаточное количество оксида азота, для удовлетворения его потребностей, вы можете воспользоваться добавками.

Оксиды азота

При описании свойств азота отмечалось, что при непосредственном взаимодействии азота с кислородом образуется только оксид азота (II) NO. Однако существуют оксиды азота со всеми возможными степенями окисления (от +1 до +5).

При обычной температуре N2O – бесцветный газ со слабым приятным запахом и сладковатым вкусом; обладает наркотическим действием, вызывая сначала судорожный смех, затем – потерю сознания.

Способы получения

1. Разложение нитрата аммония при небольшом нагревании:

NH4NO3 = N2O↑ + 2Н2О

2. Действие HNO3 на активные металлы

10HNO3(конц.) + 4Са = N2O↑ + 4Ca(NO3)2 + 5Н2О

Химические свойства

N2O не проявляет ни кислотных, ни основных свойств, т. е. не взаимодействует с основаниями, с кислотами, с водой (несолеобразующий оксид).

При Т > 500'С разлагается на простые вещества. N2O – очень сильный окислитель. Например, способен в водном растворе окислить диоксид серы до серной кислоты:

N2O + SO2 + Н2О = N2↑ + H2SO4

NO – оксид азота (II), монооксид азота

При обычной температуре NO – бесцветный газ без запаха, малорастворимый в воде, очень токсичный (в больших концентрациях изменяет структуру гемоглобина).

Читайте также:  Витамины для волос и ногтей: список самых эффективных

I. NO – окислитель

2NO + SO2 + Н2О = N2O↑ + H2SO4

2NO + 2H2 = N2 + 2Н2О (со взрывом)

II. NO – восстановитель

2NO + O2 = 2NO2

10NO + 6KMnO4 + 9H2SO4 = 10HNO3 + 3K2SO4 + 6MnSO4 + 4Н2О

NO2 – оксид азота (IV), диоксид азота

При обычной температуре NO2 – красно-бурый ядовитый газ с резким запахом. Представляет собой смесь NO2 и его димера N2O4 в соотношении -1:4. Диоксид азота хорошо растворяется в воде.

NO2 – кислотный оксид, смешанный ангидрид 2-х кислот

Оксиды азота

NO2 взаимодействует с водой, основными оксидами и щелочами. Но реакции протекают не так, как с обычными оксидами – они всегда окислительно – восстановительные. Объясняется это тем, что не существует кислоты со С.О. (N) = +4, поэтому NO2 при растворении в воде диспропорционирует с образованием 2-х кислот – азотной и азотистой:

2NO2 + Н2О = HNO3 + HNO2

Если растворение происходит в присутствии O2, то образуется одна кислота – азотная:

4NO2 + 2Н2О + O2 = 4HNO3

Аналогичным образом происходит взаимодействие NO2 со щелочами:

в отсутствие O2: 2NO2 + 2NaOH = NaNO3 + NaNO2 + Н2О

в присутствии O2: 4NO2 + 4NaOH + O2 = 4NaNO3 + 2Н2О

NO2 – очень сильный окислитель

По окислительной способности NO2 превосходит азотную кислоту. В его атмосфере горят С, S, Р, металлы и некоторые органические вещества. При этом NO2 восстанавливается до свободного азота:

10NO2 + 8P = 5N2 + 4P2O5

2NO2 + 8HI = N2 + 4I2 + 4Н2О (возникает фиолетовое пламя)

В присутствии Pt или Ni диоксид азота восстанавливается водородом до аммиака:

2NO2 + 7Н2 = 2NH3 + 4Н2О

Как окислитель NO2 используется в ракетных топливах. При его взаимодействии с гидразином и его производными выделяется большое количество энергии:

2NO2 + 2N2H4 = 3N2 + 4Н2О + Q

N2O3 и N2O5 – неустойчивые вещества

Оба оксида имеют ярко выраженный кислотный характер, являются соответственно ангидридами азотистой и азотной кислот.

N2O3 как индивидуальное вещество существует только в твердом состоянии ниже Т пл. (-100С).

С повышением температуры разлагается: N2O3 → NO + NO2

N2O5 при комнатной температуре и особенно на свету разлагается так энергично, что иногда самопроизвольно взрывается:

2N2O5 = 4NO2 + O2

Улучшает физическую работоспособность

Оксид азота вовлечен во многие клеточные процессы, включая расширение кровеносных сосудов или вазодилатацию. Более широкие кровеносные сосуды помогают увеличить доставку питательных веществ и кислорода к работающим мышцам во время упражнений, повышая таким образом физическую работоспособность.

Это делает добавки оксида азота популярными среди спортсменов и любителей тренажерных залов.

Как правило, подобные добавки содержат несколько повышающих уровень оксида азота ингредиентов, таких как нитраты или аминокислоты L-аргинин и L-цитруллин.

Многие анализы показали, что нитраты улучшают физические показатели у велосипедистов, пловцов и даже каякеров. (28, 29, 30)

С другой стороны, аналогичная эффективность L-аргинина доказана не была. (31, 32, 33)

Скорее всего это связано с тем, что большая часть потребляемого L-аргинина метаболизируется или расщепляется еще до того, как получает возможность добраться до кровотока. При этом с L-цитруллином такого не происходит. (34)

По этой причине L-цитруллин гораздо лучше, чем L-аргинин, способствует повышению уровня оксида азота, а следовательно, и работоспособности. (35)

Вывод:

Добавки, предназначенные для увеличения выработки оксида азота, часто позиционируются как средства для повышения физической работоспособности. В этом вопросе имеет смысл обратить внимание на нитраты и L-цитруллин. При этом польза от L-аргинина здесь минимальна.