15572-1 (Оксид азота(II): новые возможности давно известной молекулы), страница 2

Наиболее эффективными катализаторами разложения оксида азота являются металлические сплавы или смеси оксидов металлов (хрома, меди, железа). Были испытаны различные физические формы катализаторов, например в виде металлического войлока или металлической ваты. Эти материалы обладают большой поверхностью, однако на практике обычно используют металлическую стружку, которая менее подвержена спеканию.

Фотохимические реакции с участием оксидов азота протекают под действием солнечной радиации и в верхних слоях атмосферы. Загрязнение стратосферы этими веществами происходит в процессе работы реактивных двигателей самолетов и ракет. Кроме того, под действием ультрафиолетовой радиации происходит фотохимическое окисление азота воздуха, продуктами которого являются NO и NO2 . С ними связаны процессы деструкции озона, причем в них проявляется каталитическая роль этих веществ:

O + NO2 NO + O2

NO + O3 NO2 + O2

Содержащиеся в атмосфере твердые частицы пыли с адсорбированными на них различными химическими соединениями также оказывают каталитическое действие на протекающие в атмосферном воздухе реакции с участием оксидов азота. Уменьшение концентрации озона и атомарного кислорода в стратосфере происходит в результате цепных реакций с катализаторами такого типа, причем эффективность этого взаимодействия возрастает с высотой.

Итак, оксид азота - важный фактор, определяющий состояние окружающей нас атмосферы и внешние условия существования. Однако это же вещество, как оказалось, является и мощным внутренним биорегулятором.

1992 год - молекула года

Современный механизм межклеточных взаимодействий основан на концепции образования в клетках продукта, который не секретируется с помощью специализированных систем, распространяется посредством простой диффузии и действует прямо на внутриклеточные мишени. Длительное время поиски такого вещества оставались безрезультатными. Сенсационные публикации появились в 1987 году. Исследовательскими группами, возглавляемыми С. Монкадой (Великобритания) и Л. Иньярро (США), были получены однозначные доказательства того, что этот фактор есть не что иное, как окись азота. К настоящему времени насчитывается уже тысячи публикаций, посвященных окиси азота, а в журнале "Science" в 1992 году окись азота была названа молекулой года.

В организме человека NO образуется из аминокислоты - аргинина в результате реакции, которая катализируется ферментом, получившим название NO-синтетаза (синтетаза окиси азота - СОА):

Общая продукция окиси азота в организме превышает 100 мг в сутки. Период полураспада NO или ее комплексов в организме колеблется от 1 до 6 с, что достаточно для диффузии через внутриклеточную среду, клеточные мембраны и внеклеточную среду.

Так, окись азота попадает в клетки стенок кровеносных сосудов, где действует на белки, содержащие геминовое железо. Это вызывает расслабление гладких мышц сосудов, посредством чего осуществляется локальная ауторегуляция кровотока. Ослабление действия этого механизма приводит к развитию гипертонии. Избыточная продукция NO чревата немедленными тяжелыми последствиями. Это реализуется при эндотоксическом шоке, когда грамотрицательные бактерии вызывают мощное образование NO в гладких мышцах сосудов, что приводит к падению кровяного давления и развитию характерных для шока нарушений кровообращения.

Значение NO отнюдь не ограничивается ее ролью в регуляции кровяного давления. Важны функции NO в головном мозгу. Диффузия NO от нейронов к пресинаптическим мембранам является необходимым условием феномена, связанного с функционированием механизмов памяти и формированием устойчивых патологических связей в нервной системе. С окисью азота связаны регуляция секреции инсулина и развитие диабета вследствие гибели клеток поджелудочной железы при вирусных инфекциях, регуляция почечной фильтрации, регуляция репаративных процессов в костной и кожной тканях, регуляция слизеобразования в кишечном эпителии. Не исключено, что хроническая экспозиция клеток организма эндогенно образующимися продуктами окисления окиси азота может быть причиной появления некоторых опухолей.

Нельзя не отметить терапевтические воздействия, направленные на процессы образования NO, для пульмонологии при острой респираторной недостаточности, отеке легкого, синдроме шокового легкого. Ингаляция газовой смеси, содержащей NO, снижает уровень легочной гипертонии и предотвращает гипоксию в легких - важнейший фактор в развитии асфиксии новорожденных. Может оказаться полезным и насыщение окисью азота инфузируемых растворов. В эксперименте таким образом удалось предотвратить развитие ишемической болезни сердца. Следовательно, этот считавшийся крайне токсичным газ становится лекарственным препаратом. Не исключено, что именно такой простой способ применения NO сделает этот вредоносный компонент фотохимического смога средством предотвращения самых трагичных ситуаций, возникающих в медицине.

На самом деле лекарственное воздействие окиси азота используется уже давно. Речь идет о таком распространенном кардиологическом препарате, как нитроглицерин. Нитроглицерин - типичный пример пролекарства. Пролекарство - химически модифицированная форма лекарственного средства, которая в биосредах в результате метаболических процессов превращается в само лекарственное средство. Нитроглицерин быстро всасывается стенками желудка и диффундирует в кровяное русло, где легко, как всякий сложный эфир, гидролизуется с образованием нитрат-иона:

Гемоглобин крови и железосодержащие ферментные системы гладкомышечных клеток восстанавливают нитрат-ион с образованием окиси азота (см. реакцию "бурого кольца"):

3Fe2 + + + 4H+ 3Fe3 + + NO + 2H2O

Окись азота и оказывает терапевтическое действие. Казалось бы, вместо нитроглицерина можно применять обычный нитрат натрия, однако он малоэффективен, так как плохо проникает через стенки желудка. Совокупность приведенных выше превращений и составляет суть применения нитроглицерина и других органических нитроэфиров в качестве пролекарств.

Обращаясь к реакции образования окиси азота в организме, можно высказать предположение, что терапевтическое воздействие можно, кроме того, оказывать как с помощью аргинина, так и посредством веществ, влияющих на активность фермента СОА. Действительно, инфузия растворов аргинина добровольцам приводила к снижению системного кровяного давления. С помощью ингибиторов СОА удается сократить размеры инфарктной зоны при ишемии головного мозга. Интересно, что такой результат получен при введении ингибитора в течение нескольких суток после периода ишемии. Введение ингибиторов СОА до начала ишемии приводило к противоположному результату. Это указывает на возможность разностороннего действия NO в патогенезе инсульта.

Таким образом, складывается новое направление в теоретической медицине, именуемое NO-физиологией, которое занимается исследованием роли этого вещества в тех или иных жизненных процессах, изучением их тонких механизмов и клинических проявлений, конструированием новых лекарственных препаратов. В связи с этой проблемой заслуживает отдельного комментария ситуация, связанная с ролью нитрат-иона в практической деятельности человека и с его воздействием на организм. Принято считать, что нитрат-ион, поступающий в организм вследствие загрязнения окружающей среды азотсодержащими промышленными и бытовыми отходами, оказывает отрицательное воздействие на состояние здоровья. По оценкам, в развитых странах человек в сутки получает с едой и питьем до 400 мг нитрат-иона в сутки. Между тем известно, что продуцируемая организмом окись азота в итоге окисляется до нитрат-иона, количество которого сопоставимо с приведенной цифрой. Это подтверждается тем, что при отсутствии внешних источников нитрат-иона его обнаруживают в моче, причем его повышенное выделение может быть вызвано теми или иными заболеваниями, что можно использовать в диагностических целях.

Таким образом, требуется более глубокий анализ роли нитрат-иона в организме. Это, конечно, не распространяется на случаи отравления нитрат-ионом при одноразовом поступлении аномально высоких количеств нитрат-иона. Последняя ситуация особенно часто возникает при неумеренном употреблении овощей и фруктов, обработанных повышенными количествами нитрата. Продукты метаболизма нитрат-иона вызывают превращение гемоглобина в неспособный к связыванию с кислородом метгемоглобин, что вызывает удушье.

Заключение

Рассмотренный пример демонстрирует роль двухатомной молекулы и ее реакций в самых различных областях человеческой практики - от промышленных процессов и работы двигателя внутреннего сгорания до тонких механизмов биорегуляции. Последний и самый современный аспект открывает новые возможности для науки о здоровье человека. В частности, обращено внимание на возможную роль в биорегуляции таких метаболитов с родственным строением, как СО и HCN, и уже имеются данные, что эти вещества, которые в ничтожных средах присутствуют в биосредах, выполняют важную физиологическую роль.

Список литературы

1. Джуа М. История химии. М.: Мир, 1982.

2. Некрасов Б.В. Основы общей химии. М.: Химия, 1989.

3. Химия и общество. М.: Мир, 1995.

4. Химия окружающей среды. М.: Химия, 1982.

5. Проблемы фиксации азота. М.: Мир, 1982.

6. Голубев А.Г. // Междунар. мед. обзоры. 1993. Т. 1, № 2. С. 128.

7. Цыганенко О.И. и др. // Гигиена и санитария. 1989. № 4. С. 55.