Введение
Существующая сейчас проблема соотношения потенциальной пользы для здоровья или рисков, связанных с потреблением диетических продуктов, содержащих нитраты и нитриты, вызывает большой интерес в научном сообществе [1]. Положительный эффект нитратов и нитритов связан с тем, что они являются экзогенными донорами азота для образования NO. Молекулы оксида азота имеют потенциально полезную роль в физиологии и терапии, участвуя как сигнальная молекула, активирующая гуанилатциклазную систему регуляции биохимических процессов в клетке, что вызывает снижение силы сердечных сокращений, изменение тонуса сосудов, предотвращение агрегации тромбоцитов, регуляцию скорости апоптоза и другие эффекты. Многие исследования связывают положительный эффект потребления нитратов, нитритов и оксида азота со здоровьем не только сердечно-сосудистой системы, но и с регуляцией уровня глюкозы и кальция, мышечной сократимостью, биосинтезом митохондрий, дыханием и регуляцией кровотока. Сообщалось также о гемодинамических эффектах в виде повышения работоспособности и повышения энергии. [2]
В то время как нитрат нетоксичен даже в более высоких дозах, нитрит может причинить серьезный вред в более низких концентрациях. Известно, что нитриты вызывают метгемоглобинемию у младенцев, рак и гипотензию у взрослых, поэтому их потребление ограничено. [2]
Актуальность нашего исследования заключается в том, что в контексте воздействия на здоровье человека нитриты или нитраты и связанные с ними соединения азота, такие как оксид азота (NO), вызывают растущую научную полемику в мировом сообществе. Ежегодно появляются новые данные относительно положительных и отрицательных эффектов данных соединений. По данным ряда исследований превышение допустимой концентрации нитратов и нитритов в продуктах питания, в питьевой воде способно спровоцировать ряд заболеваний, что говорит о важности изучения данного вопроса и мониторинга концентраций нитратов и нитритов в пище.
Целью проводимого исследования стало изучение влияния нитратов и нитритов на организм человека, анализ уровня содержания нитратов в овощах и фруктах и определение степени риска для здоровья человека от полученных концентраций веществ в исследуемых продуктах питания.
Методика исследования
С помощью прибора Greentest 5 был выполнен экспресс-анализ содержания нитратов в свежих овощах и фруктах.
Для исследования были взяты следующие образцы продуктов: яблоки, бананы, огурцы, морковь, свёкла и молодая белокачанная капуста. Измерение проводилось в нескольких точках продукта.
Результаты и обсуждения
Нитраты и нитриты широко распространены в окружающей среде и встречаются в природе в растительных продуктах (овощах) и воде. Согласно исследованиям американских ученых, около 80-85% воздействия нитратов на человека приходится на овощи. Другими источниками нитратов в рационе человека являются фрукты, злаки, вода, мясные продукты и терапевтические средства для лечения стенокардии [1].
Уровни нитратов могут значительно различаться во фруктах и овощах в зависимости от многих биологических и абиотических факторов. Уровень нитритов, как правило, относительно низок в свежих, неповрежденных овощах, но может увеличиваться в овощах, богатых нитратами, после сбора урожая, особенно при хранении при комнатной температуре. [3]
Вклад питьевой воды в потребление нитратов обычно невелик (менее 14%). Однако, в некоторых особенно сельскохозяйственных районах, концентрация нитратов в питьевой воде выше из-за стока и сброса сточных вод и некоторых промышленных отходов. Рекомендуемый ВОЗ уровень питьевой воды составляет 50 мг/л для нитратов (как NO3-) и 3 мг/л для нитритов (NO2-). ВОЗ также установила норму содержания нитритов в питьевой воде на уровне 0,2 мг/л при длительном воздействии. [4]
Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) приводит данные, основанные на риске метгемоглобинемии, чтобы установить допустимую суточную дозу (ДСП) нитратов на уровне 3,7 мг/кг массы тела в день, что эквивалентно 222 мг нитратов в сутки для взрослого человека весом 60 кг, и нитрит 0,07 мг/кг массы тела в день, что эквивалентно 4,2 мг нитрита в день для взрослого человека весом 60 кг [4].
Двумя основными факторами, определяющими содержание нитратов во фруктах и овощах, являются их виды и количество нитратов в почве. Некоторые виды овощей, такие как зеленые листовые овощи (среднее содержание нитратов около 975–3624 мг/кг) и свекла (среднее содержание нитратов около 1992 мг/кг), от природы имеют высокое содержание нитратов; однако факторы окружающей среды могут привести к большим различиям между образцами. К этим факторам относятся сезонные различия и нарушение нормального роста растений, приводящее к накоплению нитратов в листьях, стеблях растений вследствие изменения фотосинтетического превращения растительных нитратов в аминокислоты. Кроме того, методы ведения сельского хозяйства, приводящие к порче продукции, ранний сбор урожая, условия хранения и транспортировки, методы обработки и приготовления пищи также приведут к значительным колебаниям содержания нитратов в овощах и фруктах. [5]
Нитраты и нитриты также могут использоваться в качестве добавок в пищевых продуктах животного происхождения. Нитриты (нитрит натрия — E249, нитрит калия — E250) и нитраты (нитрат натрия — E251, нитрат калия — E252) разрешены в качестве пищевых добавок в Европейском Союзе в соответствии с Регламентом Комиссии (ЕС) № 1129/2011. Они используются в пищевых продуктах для стабилизации переработанного мяса и сыра. Регламент определяет максимальное количество нитритов и нитратов, которое может быть добавлено в качестве пищевой добавки во время обработки пищевых продуктов. Количество нитрита, разрешенное для использования в переработанном мясе, в настоящее время составляет 150 мг/кг, за исключением стерилизованных мясных продуктов, для которых ограничение составляет 100 мг/ кг. Нитриты добавляют к мясу в качестве консерванта, так как они предотвращают окисление жирных кислот, предотвращая прогорклость и контролируя Clostridium botulinum. Воздействие нитритов от обработанного мяса составляет лишь относительно небольшое количество общего воздействия нитритов с пищей (5-7%). [6]
Влияние на здоровье людей из-за воздействия на человека нитратов и нитритов с пищей может варьироваться в зависимости от образа жизни (статус курения, физическая подготовка, характер питания), физиологических факторов (возраст, кислотность желудка, риск атеросклероза, ожирение) и факторов окружающей среды (концентрация сульфатов в воде, состояние почвы, методы приготовления и хранения пищи). Учитывая эти разнообразные параметры, воздействие нитратов и нитритов с пищей сильно различается, что чрезвычайно затрудняет вывод упрощенных диетических рекомендаций по потреблению нитратов и нитритов. [4]
Ряд исследований показал высокие уровни нитратов в слюне после введения нитратов добровольцам. Высокие концентрации нитратов в слюне возникают благодаря активному поглощению системно поглощенных нитратов слюнными железами и секреции в слюну. Количественная оценка состоит в том, что около 25% поглощенных нитратов секретируется обратно в слюну. Доля нитратов в слюне восстанавливается до нитрита комменсальными бактериями, расположенными главным образом у основания языка. По-видимому, существует прямая связь между концентрациями нитратов и нитритов в слюне и нитратами, поступающими в организм человека с пищей, так что около 20% нитратов слюны восстанавливается до нитрита в полости рта. [3]
Нитриты играют особую роль в физиологии человека. Некоторые из физиологических свойств, связанных с NO, полученным из нитрита у человека, связаны с артериальным давлением, иммунным ответом, образованием биопленки. Однако в кислой среде или в условиях окислительного стресса он может быть преобразован в ряд активных форм азота. К активным формам азота относятся оксид азота (NO), диоксид азота (NO2) и пероксинитрит (ONOO-), NO2 и ONOO – наиболее реакционноспособные соединения. В живых системах их образование регулируется за счет того, что они участвуют в разнообразных биологических функциях. Однако его неконтролируемое внутриклеточное присутствие вызывает значительную токсичность, поскольку он может воздействовать на различные биомолекулы, включая белки, ДНК, липиды и углеводы. Таким образом, появление нитритов и NO на относительно высоких уровнях в условиях нитрозативного стресса может быть связано с рядом неблагоприятных событий, таких как мутагенез, канцерогенез. [1]
Метаанализ, опубликованный в период с 1985 по 2016 год, в котором приняли участие более 4,7 миллиона человек из 49 и 51 международного когортного исследования и исследования «случай-контроль» нитратов и нитритов, соответственно, оценил влияние высокого или низкого потребления нитратов и нитритов с пищей на специфические для конкретного места риск рака. Выявлена значительная связь между высоким содержанием нитритов в рационе и повышенным риском развития глиомы у взрослых, рака щитовидной железы и незначительная тенденция к повышению риска рака желудка. [7]
Китайские исследователи из Нанкинского университета провели впечатляющий метаанализ литературы о влиянии потребления нитратов, нитритов и нитрозаминов с пищей на риск развития рака желудка. Их подробный анализ опубликованных результатов предполагает связь между потреблением нитратов с пищей и снижением заболеваемости раком желудка, тогда как потребление нитритов и N-нитрозаминов увеличивает этот риск. Они обосновали это явление тем, что пищевые нитраты в основном обеспечивались овощами, и любой защитный эффект может отражать другие защитные соединения (такие как антиоксиданты или витамины), а не нитраты. Результаты, полученные некоторыми исследовательскими группами указывают на то, что потребление с пищей нитратов и нитритов из животных источников положительно связано с почечно-клеточным раком. Тесты, проведенные американскими учёными указывают на повышенный риск рака щитовидной железы у людей, потребляющих большое количество нитритов. [1]
Известными факторами, изменяющими восприимчивость к развитию рака в пищеварительной системе, являются воспалительные заболевания кишечника, высокое потребление красного мяса, диеты, богатые аминами, курение и диетическое потребление ингибиторов эндогенного нитрозирования (например, витамина С). Лица с повышенным уровнем эндогенного образования канцерогенных N-нитрозосоединений с большей вероятностью подвергаются риску. Эти группы лиц необходимо учитывать при попытке провести анализ соотношения риска и пользы для потребления нитратов. Экологические и когортные исследования в целом не дают статистически значимых доказательств связи между потреблением нитратов и раком желудка, толстой или прямой кишки. Необходимы молекулярно-эпидемиологические исследования, направленные на совершенствование методов оценки воздействия в восприимчивых подгруппах. Этот подход требует разработки биомаркеров, которые позволяют количественно определять индивидуальные уровни воздействия эндогенной нитрозации и N-нитрозосоединений, а также методов точной количественной оценки факторов, опосредующих воздействие. [8]
Наиболее широко рассматриваемым и описываемым преимуществом приема нитратов и нитритов является их положительное влияние на сердечно-сосудистую систему.
Потенциальное свойство неорганических нитратов и нитритов превращаться в NO, ключевой регулятор сосудистого гомеостаза и естественный вазодилататор, выделило эти анионы в качестве терапевтических вариантов при сосудистых аномалиях и гипертонических состояниях. Пищевые добавки с нитратом натрия в дозе 150 мкмоль / кг массы тела (~ 300 г шпината) могут улучшить эндотелиальную дисфункцию и жесткость сосудов у субъектов с умеренно повышенным сердечно-сосудистым риском. Также сообщалось о других сердечно-сосудистых защитных эффектах после приёма нитратов и нитритов, которые в себя включают антитромбоцитарную активность, гиполипидемические и противовоспалительные эффекты, улучшение кровотока в гипоксической и ишемической ткани. В нескольких клинических исследованиях наблюдалось улучшение эндотелиальной дисфункции и эффект снижения артериального давления после приема неорганических нитратов и свекольного сока с высоким содержанием нитратов. [9]
Христос Раммос и его коллеги из Дюссельдорфа исследовали эффект 4-недельного испытания приема нитрата натрия у пожилых добровольцев с гипертензией и обнаружили, что жесткость сосудов значительно улучшилась у добровольцев, принимавших нитраты. Важность открытия состоит в том, что жесткость сосудов имеет тенденцию к естественному увеличению с возрастом. [5]
Благоприятные эффекты на метаболизм липидов и липопротеинов являются другими потенциальными свойствами неорганических нитратов и нитритов. Введение нитрата натрия на моделях диабетических крыс значительно снижало уровень триглицеридов в сыворотке крови, общего холестерина и ЛПНП и повышало уровень ЛПВП. У людей с риском сердечно-сосудистых заболеваний 30-дневный прием пищевых нитратов нормализовал концентрацию ТГ. [9]
Тем не менее, использование нитритных солей для контроля АД так и не получило широкого распространения. Это связано с опасениями, связанными с реакциями между нитритом и оксигемоглобином, генерирующими метгемоглобин. Если уровень метгемоглобина повышается >10%, то доля кислорода, связанного с гемоглобином, становится недостаточной для удовлетворения метаболических потребностей, что провоцирует симптоматическую гипоксемию, несмотря на адекватную оксигенацию. [6]
Младенцы особенно уязвимы к метгемоглобинемии из-за высокого потребления овощей, богатых нитратами, а также того факта, что только после трехмесячного возраста организм начинает вырабатывать фермент, который восстанавливает способность гемоглобина переносить кислород. В связи с этим исследования колодезной воды после Второй мировой войны в сельских районах Америки, в которых были зарегистрированы случаи младенческой метгемоглобинемии, привели к созданию нормативно-правовой базы для контроля уровня нитратов в такой воде на уровнях <50 мг/л. [6]
Организм взрослого человека может постоять за себя, превращая с помощью ферментов часть метгемоглобина в нормальный гемоглобин, тем самым уменьшая выраженность симптомов интоксикации. В организме маленького ребенка не происходит обратных превращений, поэтому отравление нитратами дети переносят тяжелее, чем взрослые, и процент летальных исходов выше, хотя точной статистики по этому поводу нет. [10]
Результаты исследований in vitro и на животных показывают, что неорганический нитрат / нитрит можно рассматривать как альтернативный источник эндогенного NO, который может усиливать сигнальный путь инсулина, поглощение глюкозы и ослаблять резистентность к инсулину и осложнения диабета. Было показано, что NO участвует в качестве критической сигнальной молекулы в поглощении глюкозы, а неорганические нитраты и нитриты выделяются в качестве потенциальных терапевтических агентов при резистентности к инсулину при диабете 2 типа. Нитрат / нитрит может увеличить секрецию инсулина за счет увеличения кровотока островков поджелудочной железы и активации гуанилилциклазы и пути цГМФ; нитрат / нитрит также улучшает резистентность к инсулину и поглощение глюкозы за счет увеличения экспрессии гена GLUT4. Кроме того, нитраты / нитриты увеличивают нитрозирование и инсулиннезависимую транслокацию GLUT4, также увеличивают поглощение глюкозы скелетными мышцами и жировой тканью. Нитрат также ингибирует продукцию активных форм кислорода в адипоцитах и активность дефосфорилирования белок-тирозинфосфатазы 1B, тем самым облегчая фосфорилирование субстрата рецептора инсулина и последующую транслокацию GLUT4 и поглощение глюкозы. [9]
Кроме того, NO является мощным противовоспалительным медиатором. Возможно, в основе этой особенности биологической активности NO лежит его способность ингибировать рекрутирование лейкоцитов, что является ключевой особенностью воспалительных реакций. В настоящее время достоверно установлено, что системное лечение нитритами (преимущественно NaNO2) приводит к снижению количества провоспалительных лейкоцитов в очагах воспаления. Это было продемонстрировано на множестве разных животных моделей у нескольких разных видов, в том числе на индуцированном декстраном сульфатом натрия воспалении толстой кишки в качестве модели колита у крыс; воздействие газообразного хлора как модель экологической токсичности и потенциального химического оружия у мышей; индуцированная эластазой эмфизема легких на мышиной модели и трансплантация легких у крыс. Во всех этих моделях снижение воспалительных реакций коррелирует с уменьшением количества клеток, и во многих случаях это связано конкретно с уменьшением количества нейтрофилов. [6]
При проверке продуктов с помощью прибора Greentest 5 были замечены сильные колебания содержания нитратов в различных их частях, что объясняется неравномерным распределением нитратов в плоде. Значение нитратов варьировалось от <30 мг/кг до 3100 мг/кг, при этом самые высокие концентрации наблюдались в овощных продуктах. Наибольшая концентрация нитратов определялась в пробах свёклы в верхней части сердцевины (3100 мг/кг), что соответствует высокому уровню содержания нитратов (при норме их содержания в данном овоще 1400 мг/кг) и в пробах капусты в кочерыжке (1600 мг/кг), что соответствует повышенному содержания нитратов (при норме их содержания в данном овоще 900 мг/кг). Кроме того, повышенное содержание нитратов было зафиксировано в бананах в верхней внутренней части плода (280 мг/кг) при допустимом значении содержания нитратов в данном продукте 200 мг/кг. Концентрация нитратов в других продуктах находилась в пределах допустимых значений. Более подробные данные полученных результатов отражены в таблице 1.
Таблица 1. Результаты исследования
|
Наименование пищевого продукта |
Номер пробы пищевого продукта |
Обнаруженная концентрация нитратов, мг/кг |
Предельно допустимая концентрация нитратов, мг/кг |
|
Яблоки новый урожай
|
1-9 |
<30 |
60 |
|
Бананы |
1 2 3 4 5 6 |
<30 40 <30 80 280 70 |
200 |
|
Огурцы короткоплодные пупырчатые |
1 2 3 4 5 6 |
110 140 60 40 70 80 |
400 |
|
Морковь |
1 2 3 4 5 6 |
50 <30 40 50 40 40 |
400
|
|
Свекла |
1 2 3 4 5 6 7 8 9 |
1200 2500 560 520 290 2400 3100 2500 1400 |
1400 |
|
Капуста молодая белокачанная |
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 |
1300 1400 690 90 180 <30 1600 1400 980 340 220 70 |
900 |
Заключение
Таким образом, содержание нитратов и нитритов в продуктах питания населения РФ требует большего контроля. Анализ уровня степени риска для здоровья человека высоких концентраций нитратов, включённых в работу анаэробных бактерий желудочно-кишечного тракта человека, позволяет сделать вывод о высокой токсичности продукта. Превращение соединений азота в нитриты и включение их в метаболизм в виде нитрозаминов повышает риск развития различных патологий желудочно-кишечного тракта, например, развитие рака. Однако, нельзя не учитывать преимущество азотистых соединений в регуляции физиологических проявлений организма человека, изменяя ход и направление биохимический реакций. Таким образом осуществляя контроль артериального давления, улучшая сердечно-сосудистую систему, оказывая благоприятные эффекты на метаболизм липидов и липопротеинов, обеспечивая потенциальное улучшение толерантности к глюкозе и инсулину и мощный противовоспалительный антимикробный эффект.