Биологическое влияние нитратов и N-нитрозосоединений на организм человека

Автор: Шашкова Инна Александровна

Организация: МБОУ СОШ 11 им. Ф.Ф. Ушакова

Населенный пункт: Краснодарский край, г. Кропоткин

Аннотация: в работе представлены результаты определения нитратов в различных овощных культурах. Установлено превышение предельно допустимой концентрации нитратов практически во всех исследуемых образцах: капуста пекинская, капуста белокочанная кабачки, огурцы, редис, картофель.

Рассматриваются биохимические механизмы превращения нитратов в организме человека, и их негативное влияние на здоровье человека. Даны рекомендации по снижению нитратов в овощах в процессе их использования.

Сохранение качества окружающей среды и здоровья населения находится в числе самых острых проблем современности. За последние годы наблюдается устойчивая тенденция ухудшения экологической ситуации экосистем биосферы (почва, вода, воздух) и здоровья населения, вызванная преимущественно антропогенным воздействием человека на окружающую среду. Одним из важнейших факторов является негативное влияние нитратов на здоровье человека.

Само по себе присутствие нитратов в растениях – нормальное явление, т. к. они являются источниками азота в этих организмах, но излишнее увеличение их крайне нежелательно, потому, что они обладают высокой токсичностью для человека и сельскохозяйственных животных. У человека в желудочно-кишечном тракте избыточное количество нитратов под действием микрофлоры кишечника нитраты превращаются в токсичные нитриты, далее в нитрозамины – сильные канцерогенные яды, вызывающие опухоли.

нитраты®нитриты®нитрозамины®канцерогенные яды

Нитраты – неотъемлемая часть наземных и водных экосистем, поскольку процесс нитрификации, ведущий к образованию окислительных неорганических соединений азота, носит глобальный характер. В то же время, в связи с применением в больших масштабах азотных удобрений, поступление неорганических соединений азота в растения возрастает. Избыточное потребление азотных удобрений не только ведет к аккумуляции нитратов в растениях, но и способствует загрязнению водоемов и грунтовых вод остатками удобрений, в результате чего территория загрязнения сельхозпродукции нитратами расширяется. [1]

Нитраты попадают в организм человека различными путями:

• через продукты питания:
• растительного происхождения,
• животного происхождения;
• через питьевую воду;
• через лекарственные препараты.

Основная масса нитратов попадает в организм человека с консервами и свежими овощами (40 - 80 % суточного количества нитратов).

Соли азотной кислоты, нитраты, являются элементом питания растений и естественным компонентом пищевых продуктов растительного происхождения. Их высокая концентрация в почве абсолютно не токсична для растений, напротив, она способствует усиленному росту надземной части растений, более активному протеканию процесса фотосинтеза, лучшему формированию репродуктивных органов и в конечном итоге – более высокому урожаю.

Нитраты, поступившие в растения, восстанавливаются по схеме:

Первый этап восстановления нитрата протекает в соответствии с уравнением:

где NAД(Р)H – никотинамидадениндинуклеотидфосфат восстановленный, NAД(Р)⁺ – никотинамидадениндинуклеотидфосфат окисленный.

Нитратредуктаза – фермент класса оксидоредуктаз, синтезируемый в клетках в ответ на поступление NO₃^–; им особенно богаты молодые листья и кончики корней.

Образующиеся нитриты не накапливаются, а быстро восстанавливаются до NH₄⁺ с помощью фермента – нитритредуктазы:

где ФД – ферредоксин – железосодержащий белок, выполняющий функции переносчика электронов.

Нитритредуктаза – фермент, активность которого в 5–20 раз выше, чем нитратредуктазы. Эффективность этого фермента так высока, что свободные промежуточные продукты при восстановлении NO₂^– до NН₄⁺ (гипонитрит (HNО)₂, гидроксиламин NН₂ОН) в растении не накапливаются. Нитритредуктаза может содержаться и в листьях, и в корнях.

Аммиак, поступивший в растение извне, образовавшийся при восстановлении нитратов или в процессе фиксации молекулярного азота, далее усваивается растениями с образованием различных аминокислот и амидов. Таким образом, нитраты являются естественным азотистым компонентом растительного организма.

В то же время у животных и человека высокие дозы нитратов могут вызвать отравление и даже привести к летальному исходу. Токсическое действие нитратов связано с восстановлением их до нитритов, аммиака, гидроксиламина под влиянием микрофлоры пищеварительного тракта и тканевых ферментов. Если в организм человека поступают высокие дозы нитратов, через 4–6 ч появляются тошнота, одышка, посинение кожных покровов, диарея. Одновременно ощущается общая слабость, головокружение, боли в затылке и сердцебиение. Чувствительность к нитратам повышают все факторы, вызывающие кислородное голодание: высокогорье, наличие в воздухе оксидов азота, угарного газа, углекислоты, употребление спиртных напитков. При отравлении высоконитратными продуктами поражаются желудочно-кишечный тракт, сердечно-сосудистая и центральная нервная системы; нитратной водой — сердечно-сосудистая, дыхательная и центральная нервная системы. Признаки отравления появляются через 1—6 часов после поступления нитратов в организм.

Токсическое действие нитратов на организм человека обусловлено тем, что нитраты, превратившись в желудочно-кишечном тракте в нитриты, попадают в кровь и окисляют двухвалентное железо гемоглобина в трехвалентное. При этом образуется метгемоглобин, не способный переносить кислород к тканям и органам, в результате чего может наблюдаться удушье.

Метгемоглобин — это кислородное голодание (гипоксия), вызванное переходом гемоглобина крови в метгемоглобин, не способный переносить кислород. При этом заболевании ион NO₃ ^– взаимодействует с гемоглобином крови, окисляя железо, входящее в гемоглобин, до трёхвалентного, а образовавшийся в результате этого метгемоглобин не способен переносить кислород. При содержании метгемоглобина в крови около 15% появляется вялость, сонливость, при содержании более 50% наступает смерть, похожая на смерть от удушья.

Исследователями России установлено, что нитраты и нитриты вызывают у человека рак желудка, отрицательно влияют на нервную и сердечно-сосудистую системы, на развитие эмбрионов. У людей с пониженной кислотностью желудочного сока из нитратов образуется большое количество нитрозоаминов, которые вызывают рак желудка.

Выявлены два способа окисления гемоглобина HbFe²⁺. При прямом окислении роль окислителя играют нитрит-анионы:

3HbFe²⁺ + 2NO₂^– + 14H⁺ = 3HbFe³⁺ + 2NH₃­ + 4H₂O.

Во время косвенного окисления гемоглобина сначала нитриты окисляются до нитратов с образованием пероксида водорода, затем последний вступает в реакцию с железом гемоглобина:

NO₂^– + О₂ + Н₂О = NO₃^– + Н₂О₂,

HbFe²⁺ + 2Н₂О₂ + 4Н⁺ = HbFe³⁺+ 4Н₂О.

Угрозой для жизни является накопление в крови более 20% метгемоглобина (HbFe³⁺).

Наибольшая же опасность повышенного содержания нитратов в организме заключается в способности нитрит-иона участвовать в реакции нитрозирования аминов и амидов, в результате которой образуются N-нитрозосоединения, обладающие канцерогенным и мутагенным действием.

N- нитрозосоединения – вещества, у которых нитрозогруппа связана с атомом азота: >N – N = О. Они образуются при взаимодействии нитритов с различными аминами (вторичными, третичными и четвертичными):

N-нитрозосоединения имеют общую структуру:

Их можно разделить на два класса с различными свойствами: нитрозамины, где R₁ и R₂ – алкильные или арильные группы, и нитрозамиды, где R₁ – алкильная или арильная группа, R₂ – ацильная группа.

В зависимости от природы радикала могут образовываться разнообразные нитрозоамины, 80 % из которых обладают канцерогенным, мутагенным, тератогенным действием, причем канцерогенное действие - определяющее.

Канцерогенный эффект N-нитрозосоединений зависит от дозы и времени их влияния на организм, низкие однократные дозы суммируются, и затем вызывают злокачественные опухоли. НС оказывают на организм человека выраженное токсическое действие, поражают печень, кроветворную, лимфатическую, пищеварительную системы, являются иммунодеприсантами, обладают эмбриотоксическим, тератогенным и канцерогенным действиями.

Нитрозирование протекает при рН 2-3, а в присутствии катализаторов и при более низком значении рН, которое, как правило, поддерживается в желудке человека. Такими катализаторами служат ионы галогенов и тиоционат (роданид).

В данной работе представлены результаты определения нитратов в различных овощных культурах, приобретенных на рынке г. Кропоткин (осень-весна). Для определения нитратов в овощных культурах был использован метод, который основан на реакции нитрат-ионов (NO₃^-) с дифениламином. (Таблица 1)

Полный текст статьи см. в приложении.

1. file0.docx (659,5 КБ)

Опубликовано: 31.10.2025