Чем вреден оксид азота
Чем вреден оксид азота
Введение. Оксид азота (II) – молекула года, а также вещество, за исследование физиологических и биохимических свойств которого была присуждена Нобелевская премия на исходе прошедшего тысячелетия
Цель работы – расширить базовые представления об оксиде азота, при этом объясняя возросший интерес к данной молекуле в лице мирового научного сообщества.
История изучения биологических свойств окиси азота отсчитывается с середины 20 века и продолжается по сей день. В этот продолжительный период было сделано много важных открытий в изучении механизмов различных жизненно важных процессов человеческого организма, которые протекают с непосредственным участием NO:
• 1955 г. – Роберт Форчготт обнаружил расслабляющее действие света на аорту кролика;
• 1965 г. – А.Ф. Ванин опубликовал в журнале «Биофизика» статью «Свободные радикалы нового типа в дрожжевых клетках»;
• 1970-е гг. – Ферид Мьюрэд экспериментально подтвердил влияние NO на активацию гуанилатциклазы;
• 1980 – 1991 гг. – Р. Форшготт и параллельно с ним Луис Игнарро публикуют серию статей про EDRF (Endothelium-Derived Relaxing Factor);
• 1998 г. – Р. Форчготт, Ф. Мьюрэд и Л. Игнарро стали лауреатами Нобелевской премии по физиологии или медицине за открытие роли оксида азота как сигнальной молекулы в сердечно-сосудистой системе.
Оксид азота (NO) – в нормальных условиях бесцветный газ, плохо растворимый в воде, однако хорошо растворимый в органических средах. Вследствие наличия в его электронной структуре неспаренного электрона относится к разряду радикалов (нитроксил-анион). Данный факт объясняет крайне непродолжительный срок существования молекулы в соответствующем состоянии.
Учитывая крайне высокую реакционную способность окиси азота, организму необходимо ее синтезировать и впоследствии хранить в нужных количествах на определенных этапах метаболизма.
Для синтеза эндогенного оксида азота в каждой клетке нашего организма предусмотрен ген, в результате активации которого происходит выработка фермента NO–синтазы. Данный фермент катализирует реакцию превращения аминокислоты L–аргинин в цитруллин с выделением молекулы NO.
Выделившись в результате описанной реакции, окись азота либо сразу же направляется на нужды организма, либо хранится до востребования последним в форме динитрозильного комплекса с железом (Fe+2). Подобные комплексы (сокращенно ДНКЖ) имеют важное биологическое значение: они не только стабилизируют никтроксил-анион, но и способствуют его транспорту от места образования до места действия.
Оксид азота – нейромедиатор.
Физико-химические свойства оксида азота (II) детерминируют его участие в механизме передачи импульсов по нервным волокнам. Нитроксил-анион – это универсальный трансмиттер химических синапсов.
Для большинства нейромедиаторов существует ряд ограничений: они передают импульс только в одном направлении (от пре- к постсинаптическому нейрону) посредством трансмембранных клеточных рецепторов соответственно всего двух нейроцитов, формирующих синапс. В то же время NO способен передавать сигнал не только в пределах лишь одного синапса, но и между целой группой близко расположенных нервных клеток, при этом осуществляя обмен информацией в обе стороны без участия рецепторов.
Такой вариант передачи возбуждения между клетками имеет определенный ряд преимуществ. Исключается необходимость существования в клетках механизмов специфического энзиматического расщепления (например нейромедиатор ацетилхолин расщепляется холинэстаразой), а также механизмов специфического обратного захвата для прекращения потерявшего актуальность сигнала (прошедшего синаптическую щель химического трансмиттера). Будучи высокореакционной частицей, молекула NO вступает в реакции с другими радикалами организменной среды, что в итоге приводит к неспецифическому прекращению его действия как медиатора.
Вазодилататорный эффект NO.
Endothelium-Derived Relaxing Factor (EDRF) – на русский язык дословно переводится как эндотелий-производный расслабляющий фактор, являющийся очередным эквивалентным названием оксида азота (II). Данная аббревиатура довольно четко и понятно описывает функциональное назначение NO в процессе вазодилатации (расширения) кровеносных сосудов нашего организма.
Ацетилхолин (АЦХ) – основной нейромедиатор парасимпатической нервной системы. При воздейтсвии АЦХ на сосуды из эндотелия последних высвобождается NO, который впоследствии стимулирует расслабление гладкомышечного слоя тех же сосудов.
Оксид азота очень важен для нормального функционирования человеческого организма. Многие его условно патологические состояния невозможно разрешить без участия NO. При физической нагрузке организму требуется большее количество кислорода, что в случае недостаточного усвоения может привести к гипоксии. Чтобы избежать длительного кислородного голодания активируется процесс бронходилатации (увеличение просвета воздухоносных путей в легких), вследствие чего усиливается газообмен между окружающей средой и организмом человека.
Естественное состояние при активном потреблении пищи и жидкости – увеличение объема желудка вследствие расслабления мышц его фундального отдела. Данный эффект также достигается при непосредственном участии NO.
Нитроглицерин – широко известный своим лекарственным действием нитроэфир. Стенокардия (возникает из-за недостаточного кислородного снабжения сердечной мышцы), кишечная колика (спазм гладкой мускулатуры кишечника), повышенный тонус матки и прочие патологические состояния нашего организма могут быть устранены применением данного вещества. Дело все в том, что при разрушении данной молекулы возможно образование окиси азота хорошо известной своим вазодилататорный эффектом и, как следствие, спазмолитическим действием на ткани организма. Поэтому при острых состояниях, сопровождающих многие заболевания внутренних органов человека, вполне может быть применен препарат, содержащий нитроглицерин, для устранения подобной болезненной симптоматики.
Участие в иммунном ответе.
Оксид азота (II) является условным цитотоксическим фактором, который вырабатывается макрофагами и некоторыми другими клетками иммунной системы с целью оказания повреждающего эффекта на клетки бактерий, грибов, простейших, а также на различные злокачественные образования макроорганизма хозяина. В основе данного процесса лежит реакция взаимодействия NO с супероксидом (O2−). В результате образуется высокотоксичный окислитель пероксинитрит (ONOO−), который уже непосредственно взаимодействует со структурными (белки) и генетическими (ДНК) компонентами инфекционных агентов, тем самым нейтрализуя их патогенный потенциал.
Самыми известными для широкой общественности антимикробными препаратами (АМП) являются препараты из группы нитроимидазолов (метронидазол и другие). Принцип действия препарата метронидазола следующий: в процессе метаболизма соответствующего соединения в клетке анаэробных микробов образуется нитроксил-анион (NO), оказывающий описанный ранее повреждающий эффект. В случае же более поздних эволюционных представителей (аэробов) подобной картины при приеме нитроимидазолов не наблюдается, поскольку образующийся в них NO сразу же окисляется с образованием относительно безвредных нитратов.
Стоит так же отметить, что при резком увеличении концентрации оксида азота (II) в результате различных иммунных реакций или при активно развивающихся инфекционных болезнях (сепсис, пневмония и др.) возможна следующая клиническая картина: в результате чрезмерной вазодилатации наблюдается резкое падение АД, что чревато коллапсом и гипоксией жизненно важных органов – печени, мозга, сердца и т.д. Таким образом излишняя продукция NO может оказывать отрицательное воздействие как на региональный воспалительный процесс (наблюдается чрезмерная интенсивность воспаления), так и на весь организм в целом.
Загрязнение атмосферного воздуха диоксидом азота
Диоксид азота (NO2) — один из группы высокореактивных газов известных как оксиды азота (NOx). Производные оксиды азота включают азотную кислоту и азотную кислоту. NO2 используется в качестве индикатора для большей группы оксидов азота.
NO2 в основном попадает в воздух в результате сгорания топлива. NO2 образуется в результате выбросов легковых и грузовых автомобилей, автобусов, электростанций и внедорожной техники.
Мы осуществляем измерения диоксида азота в атмосферном воздухе по самым надежным методикам.
Воздействие диоксида углеродана организм
Влияние на здоровье
Воздух с высокой концентрацией NO2 может раздражать дыхательные пути в дыхательной системе человека. Такое кратковременное воздействие может усугубить респираторные заболевания, особенно астму, приводя к респираторным симптомам (таким как кашель, свистящее дыхание или затрудненное дыхание), госпитализации и посещению кабинетов неотложной помощи.
Более длительное воздействие повышенных концентраций NO2 может способствовать развитию астмы и потенциально повысить восприимчивость к респираторным инфекциям. Люди, страдающие астмой, а также дети и пожилые люди, как правило, подвержены большему риску воздействия NO2 на здоровье.
Воздействию этого опасного вещества подвержены и сварщики, именно поэтому мы проводим измерение диоксида азота в сварочном аэрозоле.
NO2 в воздухе вместе с другими химическими веществами вступают в реакцию с образованием твердых частиц и озона. Оба эти вещества также вредны при вдыхании в результате воздействия на дыхательную систему.
Воздействие на окружающую среду
NO2 и другие NOx взаимодействуют с водой, кислородом и другими химическими веществами в атмосфере, образуя кислотный дождь. Кислотные дожди наносят вред чувствительным экосистемам, таким как озера и леса.
Нитратные частицы, образующиеся в результате взаимодействия NOx с другими веществами, делают воздух затуманенным.
NOx из атмосферы, растворяющийся в воде и усваиваемый бактериями способствует загрязнению вод.
Как уменьшить загрязнения воздуха оксидом азота?
Нормативы выбросов загрязняющих веществ, назначаемые предприятиям содействуют сокращению выбросов NO2.
Ссоответствовать национальным стандартам качества воздуха весьма важно.
Если содержание NO2 в воздухе не соответствует установленным стандартам по вине предприятия, то возникнет административная ответственность.
Опасность оксидов азота и наш способ ее нейтрализации (система SCR)
То, что отработавшие газы (ОГ) двигателей внутреннего сгорания (бензиновых, газовых, дизельных) как транспортных средств различного назначения, так и электрогенерирующих установок и спецтехники, содержат загрязняющие атмосферный воздух вещества, хорошо известно. Среди более чем 200 компонентов, содержащихся в отработавших газах ДВС, есть как вредные, так и токсичные.
Известно и то, какой вред окружающей среде и человеку они наносят. Во многих случаях альтернативы использованию ДВС в качестве приводов для электрогенерирующих установок просто нет. Поэтому производителям двигателей и электростанций на их базе, проектировщикам систем энергоснабжения и эксплуатационщикам приходится предусматривать, разрабатывать и использовать различные технологии и оборудование для очистки ОГ, чтобы выполнять требования экологических нормативов.
Согласно «Методике расчёта выделений загрязняющих веществ в атмосферу от стационарных дизельных установок» (НИИ АТМОСФЕРА, С-Пб, 2000 г.), используемой для оценки воздействия отработавших газов на окружающую среду и расчета величин выбросов загрязняющих веществ при сгорании дизельного топлива в двигателях ДГУ, в ОГ содержатся следующие загрязняющие вещества: оксид углерода; диоксид азота; оксид азота; керосин; черный углерод (сажа); диоксид серы; формальдегид; бенз(а)пирен.
Одними из наиболее значимых нормируемых компонентов в отработавших газах дизелей, например транспортных средств, «вклад» которых в целом составляет 80-90% вредных выбросов в атмосферу городов, являются сажа и оксиды азота (NOx). Образование NOx обусловлено взаимодействием при высокой температуре в цилиндрах ДВС азота с кислородом воздуха, при этом при температуре выше 1370 °C происходит его резкий рост. Поскольку дизель работает при высокой степени сжатия, то по определенным причинам горение «облака» впрыснутого топлива начинается по краям, там, где оно смешивается с воздухом. Далее уже начинает гореть и его середина, но все равно оно полностью не сгорает и остается немало воздуха, который вступает в реакцию с азотом. Из-за этого также остается и достаточное количество топлива, которому не хватило кислорода для полноценного сгорания, что приводит к появлению NOx, сажи и несгоревших углеводородов.
Оксид азота NO — бесцветный газ, плохо растворимый в воде и достаточно быстро окисляющийся до NO2. Диоксид азота NО2 — газ красновато-бурого цвета, который при больших концентрациях обладает удушливым запахом. По различным оценкам суммарное содержание NOx в ОГ дизельных ДВС доходит до 10%, бензиновых – до 9%, а газовых – до 8%. Оксиды азота представляют серьезную опасность для здоровья человека, причем токсикологический эффект воздействия NОх на человека примерно в десять раз выше, чем у монооксида углерода СО. Небольшие концентрации оксидов азота в атмосфере приводят к постепенному отравлению организма, причем каких-либо нейтрализующих его средств нет. Они воздействуют на слизистые оболочки глаз и носа (при концентрациях в воздухе более 0,0013% NОх действуют как острый раздражитель слизистых оболочек), а также на нервную и сердечно-сосудистую системы человека, кроветворные органы и печень. Оксиды азота, взаимодействуя с парами воды в воздухе, образуют азотистую HNО2 и азотную HNO3 кислоты, которые разрушают легочную ткань, вызывая хронические заболевания, а при концентрациях 0,004-0,008% — могут вызвать отек легких. Наибольшую опасность оксиды азота представляют в качестве активного компонента смога. Так, соединяясь с несгоревшими олефиновыми углеводородами, они образуют токсичные нитроолефины, вызывающие заболевания дыхательных путей и нервные расстройства.
Осознанная необходимость снижения негативного воздействия отработавших газов ДВС обусловила введение и постоянное ужесточение экологических нормативов, которые стимулировали производителей ДВС на совершенствование экологических характеристик создаваемых двигателей и разработку технологий и оборудования для очистки отработавших газов.
В таблице 1 приведены абсолютные нормативные значения, зафиксированные при введении очередных экологических нормативов, устанавливаемых Правилами ЕЭК ООН, для дизелей тяжёлых коммерческих грузовиков (категория транспортных средств N3, предназначенных для перевозки грузов, с максимальной массой более 12 т.).
| Экологический стандарт | Год введения в ЕС | Норматив (г/кВт×ч) | |||
| CO | NOx | CH | PM | ||
| Euro-0 | 1988–1992 | 12.3 | 15.8 | 2.6 | – |
| Euro-I | 1992–1995 | 4.9 | 9.0 | 1.23 | 0.40 |
| Euro-II | 1995–1999 | 4.0 | 7.0 | 1.1 | 0.15 |
| Euro-III | 1999–2005 | 2.1 | 5.0 | 0.66 | 0.1 |
| Euro-IV | 2005–2008 | 1.5 | 3.5 | 0.46 | 0.02 |
| Euro-V | 2008–2012 | 1.5 | 2.0 | 0.46 | 0.02 |
| Euro-VI | 2014–2015 | 1.5 | 0.4 | 0.13 | 0.01 |
Данные, представленные в таблице 1 наглядно показывают, что имеется существенное ужесточение ограничений на выброс нормируемых компонентов в отработавших газах, в том числе и оксидов азота, при этом изменение норм на выбросы оксидов азота при переходе от уровня Euro-III к уровню Euro-IV составило 30%, при переходе от уровня Euro-IV к уровню Euro-V – 42%, а при переходе от уровня Euro-V к уровню Euro-VI – уже 80%.
Универсального решения, обеспечивающего максимальную эффективность очистки ОГ от всех содержащихся в них вредных и токсичных веществ, в силу особенностей физико-химических процессов их образования при сгорании углеводородного топлива, не существует, поэтому, как правило, используются комбинированные системы очистки.
Система EGR, суть работы которой заключается в подаче некоторой части отработанных газов из выпускного коллектора во впускной, хорошо зарекомендовала себя в режиме частичных нагрузок ДВС, однако при этом происходит ухудшение параметров рабочего процесса (снижается удельная мощность и приемистость двигателя), повышение выброса частиц и дымности отработавших газов вследствие чего падает ресурс сажевого фильтра, сильнее загрязняется моторное масло, повышается требовательность к качеству топлива (опасность перехода серы из топлива в коррозийную серную кислоту), как правило, более интенсивная работа системы охлаждения и повышение расхода топлива в среднем на 3–6%.
Принцип работы системы селективной каталитической нейтрализации основан на химических реакциях взаимодействия оксидов азота и аммиака.
HNCO + H2O → NH3 + CO2
Далее все продукты реакций вместе с потоком отработавших газов попадают в катализатор, где токсичные оксиды азота взаимодействуют с аммиаком, в результате чего в атмосферу уносятся безвредные вещества, являющиеся её естественными компонентами: углекислый газ, азот и пары воды.
4NO + 4NH3 + O2 → 4N2 + 6H2O (протекает при температуре более 250°С)
NO + NO2 + 2NH3 → 2N2 + 3H2O (протекает при температуре от 170°С до 300°С)
Техническая реализация принципа действия SCR обеспечивается специальным образом создаваемой системой очистки ОГ.
К основным компонентам системы очистки ОГ, реализующей селективную каталитическую нейтрализацию, относятся:
Преимущество системы SCR, которая в последнее время получает всё большее распространение, связано с тем, что она не только позволяет добиваться соблюдения требований экологических стандартов Euro-IV и Euro-V, но и сохранить при этом традиционную концепцию двигателей без серьезных изменений в конструкции, т.е. с меньшими затратами. Система SCR, в отличие от EGR, гораздо меньше вмешивается в работу двигателя и имеет срок эксплуатации, сопоставимый со сроком его службы. Фактически все что нужно — это вовремя восполнять расход водного раствора мочевины, что впрочем, составляет дополнительные расходы на эксплуатацию ДВС.
Напоминаем, что ГК «ЭКОЭНЕРГОТЕХ» готова изготовить систему SCR в соответствии с Вашими требованиями.
Другие статьи
Причины изменения климата
Современное человечество все больше волнует вопрос глобального изменения климата на Земле. Изменение климата по-прежнему является актуальной темой для обсуждения в научной среде и повседневной жизни, важным фактором в экономике и политике, о чем свидетель
Из чего состоит и как работает система SCR?
Тепловое загрязнение атмосферы
Тепловое загрязнение атмосферы – изменение температуры окружающей среды, нарушающее естественные процессы экосистемы, превышающее естественный диапазон ее температурной изменчивости.
Сильфонный компенсатор – правила выбора сильфонных компенсаторов
Сильфонный компенсатор – вид запорной трубопроводной арматуры, предназначенный для сглаживания движения труб в системе водо-, газо-, масло- и нефтепроводов.
Шум – источники промышленных шумов, характеристики и виды. Классификация шумов
Промышленный шум – звук, возникающий в процессе осуществления производственных процессов.
Чем вреден оксид азота
В свободном состоянии монооксид азота (NO) – это бесцветный газ без запаха, обладающий высокой реакционной способностью. Его молекулярная масса составляет 30,01 г/моль, растворимость в воде – 74 см3/дм3, показатель преломления – 1,0002697, температура плавления – 163,6 °С, температура кипения – 151,7 °С [5].
Основным природным источником NO являются электрические разряды молний в грозу. При сгорании топлива примерно 90% оксидов азота превращается в NO, а оставшиеся 10% – в диоксид азота [20]. В ходе химических реакций значительная часть монооксида азота превращается в N2O. Это бесцветный газ со сладковатым вкусом, большие количества которого приводят к притуплению болевой чувствительности и потере сознания, благодаря чему в смеси с кислородом (80% N2О+20% О2) он иногда применяется для наркоза.
Профессор доктор биологических наук А.Ф. Ванин в 1965 году обнаружил в биологических объектах с помощью электронного парамагнитного резонанса радикалы неизвестной природы, показав их гипотензивное действие. В 1985 г. он получил данные, что открытые радикалы имеют отношение к окиси азота [16].
В 1980 году фармаколог из Университета штата Нью-Йорк Р. Фарчготт в эксперименте показал, что ацетилхолин расширяет кровеносные сосуды в тех случаях, когда стенка сосудов не повреждена. Р. Фарчготт пришел к выводу, что неповрежденные эндотелиальные клетки продуцируют сигнал, расслабляющий гладкую мускулатуру сосудов. Этот сигнал молекулы был назван EDRF (эндотелиум-получательно-распределяющий фактор).
Независимо от Р. Фарчготта в поисках неизвестной сигнальной молекулы принимал участие доктор Л. Игнарро из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе. В 1986 году Л. Игнарро заключил, что EDRF идентичен окиси азота.
В 1977 году врач-фармаколог Ф. Мюрад из Медицинской школы Техасского университета в Хьюстоне установил, что нитроглицерин и другие родственные сосудорасширяющие вещества освобождают окись азота, которая расширяет гладкую мускулатуру клеток.
В июле 1986 года Р. Фарчготт и Л. Игнарро получили аналогичные данные. Это вызвало лавину исследований в различных лабораториях во всем мире. 10 декабря 1998 г. в Стокгольме (Швеция) трем ученым из США: Р. Ферчготту, Л. Игнарро и Ф. Мюраду, была присуждена Нобелевская премия по физиологии и медицине за открытие роли оксида азота как сигнальной молекулы в сердечно-сосудистой системе [12].
Синтез монооксида азота в организме
2L-аргинин + 3НАДФН + 4O2 + 3H+ → 2L-цитруллин + 2NO + 3НАДФ+ + 4H2O
В зависимости от структуры и локализации различают следующие изоформы NO-синтаз (NOS): эндотелиальные (eNOS), нейрональные (nNOS) и макрофагальные (mNOS). Активность nNOS имеет максимальное значение около 300 нмоль/мг/мин, mNOS – до 1000 нмоль/мг/мин, eNOS – около 15 нмоль/мг/мин. Молекула nNOS (161 kDa) состоит из 1434 аминокислотных остатков, mNOS (131 kDa) – 1153, eNOS (133 kDa) –1203. nNOS и mNOS содержатся, главным образом, в цитоплазме клетки, eNOS связана с клеточными мембранами [9; 22; 23]. В активный центр NOS входит железопорфириновый комплекс, содержащий цистеин или метионин. В синтез монооксида азота посредством NO-синтаз включаются шесть кофакторов: никотинамидадениндинуклеотидфосфат (НАДФ-Н), флавинадениндинуклеотид (ФАД), флавинмононуклеотид (ФМН), тетрагидробиоптерин, гем и кальмодулин.
Изоформы NOS отличаются по механизму действия и биологическому значению для организма. Поэтому их подразделяют на конститутивную (cNOS) и индуцибельную (iNOS). Нейрональная NOS является только конститутивной, mNOS –индуцибельной формой, eNOS в 80% является конститутивной и в 20% – индуцибельной ферментативной формой (табл. 1).
Активность cNOS зависит от концентрации Са2+ и кальмодулина. Механизм действия eNOS и nNOS имеет сходный характер. Под влиянием вазодилятаторных агентов (ацетилхолина, аденозина, 5-оксиптриптамина, глутамата, брадикинина, гистамина и других) в цитозоле эндотелиальных клеток возрастает уровень Са2+, который соединяется с кальмодулином. Комплекс Ca-кальмодулин выступает как кофактор, активирующий NOS. Под влиянием ингредиентной NOS образуются малые количества NO, который осуществляет местную регуляцию. Он диффундирует к прилегающим гладким мышцам, вызывая последовательную активацию гуанилатциклазы, протеинкиназы G, протеинфосфатазы. В результате дефосфорилируется одна из субъединиц К+ мембранного канала, приводя к усилению калиевой проводимости через плазматическую мембрану миоцитов. Вследствие конформационных изменений, вызванных гиперполяризацией мембраны, снижается проницаемость кальциевых каналов и падает уровень свободного Са2 + в клетках. Это вызывает расслабление миофибрилл и является причиной снижения тонуса кровеносных сосудов [ 13; 22; 24; 26; 32].
Сравнительная характеристика NOS [1]
Нейроны, эпителиоциты, эндотелиоциты, миоциты скелетных мышц и сосудов, нейтрофилы, тромбоциты, f3-клетки поджелудочной железы
Макрофаги, нейтрофилы, эпителиоциты, кардиомиоциты, глиальные клетки, миоциты сосудов, эндотелиоциты, нейроны
Эндотелиоциты, кардиомиоциты, тромбоциты, нейроны
Основные регуляторные механизмы
Цитоплазма, эндоплазматический ретикулум, сарколемма
Фагосомы, пероксисомы, мембрана, ядро клетки, митохондрии
Аппарат Гольджи, мембрана клетки в области маленьких инвагинаций, которые содержат трансмембранный кавеолин, ядро клетки, митохондрии
Активация сNOS наблюдается при гипоксических состояниях организма, при вазоконстрикции сосудов, под влиянием фактора активации тромбоцитов (ФАТ) через ФАТ-рецепторы на клетках эндотелия [2; 6; 12]. Монооксид азота, продуцируемый под влиянием nNOS и eNOS, при некоторых формах патологии, наряду с регуляторным, оказывает и протективное действие [10; 11; 21].
iNOS появляется в клетках (макрофагах, нейтрофилах, кератиноцитах, фибробластах, хондроцитах, остеокластах) только после индукции их бактериальными эндотоксинами и некоторыми медиаторами воспаления (гамма-интерфероном, ИЛ-1, ИЛ-2, фактором некроза опухоли), активными формами кислорода, а также гормонами, которые воздействуют на синтез циклического аденозинмонофосфата (адреналин, глюкагон). iNOS участвует в реакциях неспецифического иммунитета [12; 15; 18; 20-23; 26].
Физиологическая роль и механизмы действия NO
Все многообразие физиологических эффектов NO можно разделить на 3 типа:
• повреждающее действие [17; 19].
Центральная и периферическая нервная система. Наиболее хорошо изучена роль NO в нервной системе, где окись азота активирует процесс выброса нейромедиаторов из нервных окончаний во время синаптической передачи. Более того, молекула NO сама может играть роль нейромедиатора [4; 12; 20; 21; 22; 26].
nNOS регулирует рост и дифференцировку клеток ЦНС и, предположительно, их восстановление после локальных ишемических повреждений головного мозга [11; 12; 17]. В ишемизированном участке мозга глутаматергические нейроны вместо физиологической порции нейротрансмиттера выделяют поток глутамата, который обрушивается на NO-синтезирующие нейроны, – происходит так называемый глутаматный каскад. В результате повышается поступление Ca2+ в клетку и, как следствие, возрастает синтез и выделение из нейрона NO [23]. Ингибиторы синтеза оксида азота (нитроаргинин, гемоглобин) защищают нейроны, снижая их гибель на 73% [4; 7; 26].
NO участвует в процессах долговременной синаптической потенциации, связанной с образованием памяти. Таким образом, в мыслительной деятельности окись азота является и непосредственным участником, и косвенным регулятором [11; 15; 23].
Сердечно-сосудистая система. NO поддерживает вазодилатацию, регулирует кровоток и контролирует базальное артериальное давление [7; 12; 16]. Окисленные липопротеины низкой плотности (ЛПНП) подавляют синтез оксида азота в тромбоцитах, стимулируют их агрегацию, образование тромбоксана А2 и серотонина, способствуя дисфункции эндотелия и нарушению структуры сосудов, ведущих к развитию атеросклероза [11; 12].
В случае инфаркта миокарда оксид азота стимулирует ангиогенез [12]. NO способствует синтезу эндотелиального фактора роста, тормозит пролиферацию и миграцию гладкомышечных клеток [11], гипертрофию сосудов [1], подавляет синтез внеклеточного матрикса, поддерживая всем этим нормальную структуру сосудистой стенки.
В различных отделах почки представлены все три изоформы NOS. Оксид азота активно участвует в её физиологических процессах: регулирует почечную гемодинамику, гломерулярную фильтрацию, ингибирует транспорт Na+ и увеличивает его экскрецию.
NO играет важную роль в регуляции функций легких и в патофизиологии заболеваний системы дыхания. Активные радикалы азота увеличивают продукцию муцина и эпителиальной слизи, ускоряют движения ресничек реснитчатого эпителия, индуцируют активность апикальных анионных и базолатеральных калиевых каналов эпителиоцитов, способствуя механической элиминации инфекционных агентов.
При цилиарной дискинезии, муковисцидозе, дефиците α1-антитрипсина, легочной артериальной гипертензии наблюдается снижение содержания NO в выдыхаемом воздухе [1].
Иммунонейроэндокринная система. Установлена важная роль оксида азота в регуляции иммунонейроэндокринной системы [8; 9; 15]. Запуск стресс-реакции происходит за счет активации гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой и симпатоадреналовой систем [27]. Торможение активности nNOS способствует увеличению концентрации вазопрессина и окситоцина [29]. NO ингибирует активацию гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой системы, вызываемую вазопрессином, обладая стресслимитирующим действием [9; 13; 15; 29].
Аксоны NO-ергических нейронов надпочечников контактируют с хромаффинными клетками, продуцирующими катехоламины. Выделение оксида азота происходит одновременно с норадреналином. В небольших концентрациях NO угнетает высвобождение катехоламинов из надпочечников и симпатических нервных окончаний, приводя к ограничению стресс-реакции [28].
Оксид азота выполняет функцию медиатора воспаления. Каждая фаза асептического воспаления ассоциирована с определенными изоформами NOS. На ранней фазе воспалительной реакции под действием медиаторов (гистамина, брадикинина, простагландинов и лейкотриенов) [30] происходит стимуляция продукции оксида азота с помощью nNOS. Параллельно усиливается активность еNOS. В клетках сосудистого эндотелия NO активирует растворимую гуанилатциклазу, что приводит к усиленному образованию цГМФ, который вызывает релаксацию гладкомышечных клеток сосудов, увеличивая сосудистую проницаемость [17]. сNOS и iNOS имеют отношение к продукции оксида азота в ранней фазе воспаления.
В развитие поздней фазы воспаления вносит вклад только оксид азота, продуцируемый с помощью iNOS, локализованной в лейкоцитах. На этой стадии воспалительного процесса NO стимулирует синтез и высвобождение провоспалительных цитокинов – ИЛ-1, ИЛ-2, ИЛ-3, ИЛ-6, лейкотриенов, хемокинов, которые, в свою очередь, стимулируют миграцию лейкоцитов в очаг воспаления. NOS контролирует биосинтез ИЛ-4, ИЛ-10, ИЛ-11 и ИЛ-13, которые относятся к противовоспалительным цитокинам [17; 30].
Действие высоких и низких концентраций оксида азота
Действие оксида азота опосредовано его концентрацией (рисунок). Малые физиологические концентрации NO (