Линша Ма

Център за заболявания на слюнчените жлези и Пекин Ключова лаборатория за регенерация и реконструкция на зъбите, Капитал Медицински университет, Пекин 100069, Китай

Лианг Ху

Център за заболявания на слюнчените жлези и Пекин Ключова лаборатория за регенерация и реконструкция на зъбите, Капитал Медицински университет, Пекин 100069, Китай

Сяою Фън

Център за заболявания на слюнчените жлези и Пекин Ключова лаборатория за регенерация и реконструкция на зъбите, Капитал Медицински университет, Пекин 100069, Китай

Сонглин Уанг

Център за заболявания на слюнчените жлези и Пекин Ключова лаборатория за регенерация и реконструкция на зъбите, Капитал Медицински университет, Пекин 100069, Китай

Резюме

Нитратите (NO3) и нитритите (NO2) широко съществуват във водата, почвата, въздуха и растенията [1]. Основният източник на усвоен нитрат в организма е храната, като основната част допринасят зелените зеленчуци. Въпреки че нитратите са стабилни, диетичният нитрат се превръща в нитрит чрез неензимен процес и азотен оксид (NO) от симбиотични бактерии в устната кухина и стомаха, поради което изпълнява физиологични NO функции. NO, метаболитният продукт на диетичния нитрат, играе важна роля за защита на сърдечно-съдовата система и стомашната лигавица, както и при метаболитни заболявания [2, 3]. Ендогенният NO се получава от аргининовия път и се регулира от азотен оксид синтаза (NOS) и неговото редокс състояние. Въпреки това, при условия на хипоксия и исхемия, активността на NOS се регулира надолу, което води до намалено производство на ендогенен NO. Установено е, че скелетните мускулни клетки на плъхове са способни да приемат нитрати от периферната кръв, след което нитратът се деоксидира до NO по пътя на окислението-редуктаза на ксантина, като по този начин увеличава скоростта на кръвния поток и засилва метаболизма [4]. Диетичният нитрат служи като ефективен донор на NO, а възможните функции на NO от диетичния нитрат са широко проучени.

Смятало се е, че нитратът е вреден поради потенциалното производство на канцерогенни нитрозамини при определени условия като киселинен стомах. Съобщава се, че нитрозамините са свързани с рак на хранопровода, рак на стомаха, рак на дебелото черво и други тумори [5, 6]. По този начин Световната здравна организация (СЗО) препоръчва горната граница на концентрацията на дневно поглъщане на нитрати и нитрити да бъде съответно 3,7 mg/kg и 0,06-0,07 mg/kg [4]. Неотдавнашните епидемиологични проучвания на нитрати и тумори обаче показаха, че няма ясни доказателства, че диетичният нитрат може да увеличи появата на тумори [7]. През 2012 г. за пръв път се съобщава за сиалин като транспортер на нитратни клетъчни мембрани, който играе важна роля в циркулацията на хранителния нитрат. Нитратът се транспортира активно от сиалина в слюнчените жлези, концентрира се в слюнката и след това се секретира в устната кухина, след което възстановява циркулацията на тялото през стомаха и червата [8]. Тъй като диетичният нитрат се превръща в NO от орални и стомашни бактерии чрез неензимен синтез, нитратът може да се счита за необходим при физиологични дейности.

Източник на нитрати и нитрити

Системният циркулиращ нитрат се получава главно от два източника, диета и окисление на ендогенен NO, които съответстват на екзогенни и ендогенни нитрати, съответно [9]. Екзогенни източници на нитрати за човешки прием са предимно храни, които представляват приблизително 60% -80% от общия прием на нитрати [10]. В съответствие с последните доклади, зеленчуците, особено зелените листни зеленчуци, като спанак и цвекло, съдържат изобилие от нитрати [11], които допринасят близо 80% -90% от общия хранителен нитрат [12]. Други източници на нитрати са питейната вода (15% -20%) и други храни, включително продукти на животинска основа (10% -15%) [13].

По отношение на нитрита, приблизително 80% -85% [9, 14] от общия системен нитрит се получава чрез ендогенна конверсия от нитрат [15]. Почти 93% нитрит се превръща от нитрат [16]. Всеки човек консумира около 1,2-3,0 mg нитрит всеки ден [17]. Другите източници на нитрит са окисляването на ендогенни NO и екзогенни хранителни източници (сушеното месо е 4,8%, а зеленчуците - 2,2%) [10]. Екзогенният нитрит се абсорбира почти напълно в дванадесетопръстника и йеюнума [18]. Повечето системни циркулиращи нитрити се превръщат в NO и служат като относително стабилен резервоар за NO.

Разпределение и преобразуване на нитрати и нитрити

Нитратите и нитритите съществуват широко в човешкото тяло, докато разпределението им е доста различно. Доброволците, получаващи вода с етикет азот 13 (13 N03 -), установиха, че нитратът не се абсорбира бързо в кръвта от стомаха, а по-скоро стабилно съществува в червата. Докато след интравенозно приложение на 13 NO3 -, разпределението на нитратите е активно в сърцето, достигайки пикова концентрация от около 3% процента от общия нитрат за 2 минути, след което бързо пада през следващите 2 минути [19, 20].

Системният нитрат и нитрит циркулира между кръвта, слюнката и тъканите, след богата нитратна диета нитратът се абсорбира и плазменото ниво достига максимум за 15-30 минути с полуживот около 5-8 часа [3, 21, 22]. Тъй като концентрацията на нитрат е около 10 пъти по-висока от тази в плазмата, слюнката съдържа голямо количество общ нитрат [23]. Активната способност за поглъщане на нитрати в различните органи се различава значително, вероятно в зависимост от експресията на протеина-сиалин, транспортиращ нитрата [8, 24].

Нитритът в кръвта скоро се превръща в нитрат с полуживот около 110 секунди, докато нитритът в плазмата е относително стабилен с полуживот около 20-30 минути [4, 25-28]. Нормалните плазмени нива на нитрит са 50-100 nM и се повишават 4-5 пъти след богато на нитрати хранене, при което многобройните протеини и ензими в кръвта и тъканите катализират редукцията на нитратите до нитрити [2, 29]. Превръщането на нитрата в нитрит е ензимен процес, докато превръщането на нитрита в NO е неензимен процес.

Циркулация на нитрати и нитрити

Слюнчените жлези и оралните бактерии играят съществена роля в процеса на циркулация и преобразуване на екзогенния път NO3 - -NO2 - -NO. Диетичният нитрат се абсорбира почти изцяло поради бионаличността му в стомаха и тънките черва и около 75% се екскретира с урината, докато останалото количество се реабсорбира в бъбреците, от жлъчните и слюнчените жлези [3, 30, 31] . При нормални условия до 25% от рециклирания нитрат може да се намери в слюнчените жлези, където концентрацията на нитрати достига 10 пъти повече от тази на плазмата [32]. През 2012 г., въз основа на органния модел на слюнчените жлези, сиалинът е открит като нитратен транспортер в клетъчните мембрани на бозайници, което е предоставило научната основа за изследване на биологичния ефект и метаболизма на нитратите в организма [8, 24, 33] Приблизително 5% -7% от хранителния нитрат се превръща в нитрит в устната кухина от коменсални факултативни анаеробни бактерии, разположени в дълбоките крипти на задната част на езика [34, 35]. След това повечето нитрити се превръщат в азотен оксид в стомаха и се усвояват систематично (фиг. 1).

здравето

Рециклирането на хранителния нитрат се извършва главно в слюнчените жлези, където сиалинът играе ключова роля в активния транспорт и концентрацията на нитрати. Част от нитрата се превръща в нитрит от орални бактерии и впоследствие се абсорбира в стомаха и червата. Почти 25% от циркулиращия нитрат се реабсорбира от слюнчените жлези, докато по-голямата част се екскретира чрез бъбреците. Нитратът изпълнява физиологични функции чрез екзогенния път NO3 - -NO2 - -NO. NO, азотен оксид; NO2 -, нитрит; NO3 -, нитрат.

Функция на нитратите и нитритите

При условия на хипоксия и исхемия, производството на ендогенно NO от L-аргинин се инхибира. Напротив, активността на екзогенните NO3 - -NO2 - -NO се засилва. По този начин диетичните нитрати и нитрити служат като ефективни донори на NO при условия на хипоксия и исхемия [34]. Нитратите и нитритите се използват като хранителни добавки в преработените храни, където действат като консерванти, като инхибират растежа на микроорганизмите, по-специално Clostridium botulinum. Освен директния антимикробен ефект на нитрита, наскоро се съобщава и за физиологичните ефекти на азотните видове, включително неорганични нитрати и нитрити.

Нитратите, отделяни от слюнката, предпазват от стомашни язви, като насърчават стомашната експресия на NO и стимулират съпътстващото образуване на слуз [43]. Съобщава се за стрес-индуцирано увреждане на стомаха с анализ за ограничаване на водното потапяне (WIRS) в модел на плъх. Резултатите показаха, че стресът насърчава секрецията на слюнчен нитрат и образуването на нитрити при здравни доброволци и че екзогенното приложение на нитрати (5 mmol/L NaNO3) възстановява стомашния кръвен поток в лигавицата и нивото на интрогастрален NO, като по този начин спасява индуцираното от WIRS увреждане на стомаха [44]. Концентрацията на биоактивен NO в стомаха се е увеличила 50 пъти след поглъщане на хранителен нитрат [45]. Междувременно не-ензимното производство на NO от диетичен нитрат (0,1 или 1 mmol/kg NaNO3) може ефективно да облекчи индуцираното от диклофенак нараняване на стомашната лигавица и да подобри дебелината на слузния слой в стомаха [43].

Безопасност на нитратите и нитритите

Преди това нитратите и нитритите се считаха за предшественици на N-нитрозо съединения, които бяха класифицирани като човешки канцерогени. Нитратът се превръща в нитрит и след това попада в стомаха, където състоянието с ниско pH насърчава превръщането на нитрита в реактивна азотна киселина [51]. Освен при условия на възпаление и бактерии (Helicobacter Pylori), се подобрява образуването на нитрозамин, свързан с нитрозамин. Пациентите с ахлорхидрия и бактериален свръхрастеж са били изложени на висок риск от развитие на рак на стомаха, вероятно поради образуването на нитрозамин [52, 53]. Този процес обаче би бил отслабен от полифеноли и други антиоксиданти като витамин С. При достатъчно количество антиоксиданти като витамин С нитрозилирането на вторичния амин чрез нитрит беше инхибирано [54, 55].

Международната агенция за изследване на рака (IARC) стигна до заключението, че няма съществени доказателства, които да означават нитратите като канцерогени за животни през 2010 г. [56]. Освен това при последните епидемиологични изследвания диетичният нитрат не показва връзка с рак на стомаха или рак на хранопровода при хората [7, 57]. Някои изследвания дори показват, че нитратите могат да намалят появата на рак на стомаха [11, 58], вероятно защото основният източник на хранителен нитрат са зеленчуците, които съдържат голямо количество фибри, витамин С и други редуктори. Разследване в Корея, където приемът на хранителни нитрати (390-742 mg/ден) е значително по-висок от този на европейските страни (52-156 mg/ден) и Китай (422,8 mg/ден), показа, че не е открита корелация между високия прием на нитрати и рака [59]. Освен това в миниатюрен модел на прасета беше идентифицирана безопасността на доставките с високо съдържание на диети (91 g/L калиев нитрат). Чернодробните и бъбречните тъкани бяха проверени след хранене с високи дози нитрати в продължение на 2 години и не беше установена наблюдавана системна токсичност или увреждане при миниатюрни прасета [60]. При 17 непрекъснати седмици от 85 mg/L добавка натриев нитрат-вода, повишена чувствителност към инсулин, намалено ниво на плазмен IL-10 и тенденция за продължителен живот са установени без нараняване на тялото при тези мишки [61].

Свързването на нитрита с рака изглежда противоречиво [11]. Корелацията между нитрит и рак на стомаха е противоречива в различните епидемиологични изследвания [57]. През 2011 г., провеждайки голямо кохортно проучване, включващо приблизително 50000 индивида, последвано от почти 10 години, Крос и неговите съотборници стигнаха до извода, че нитратите и нитритите не са свързани с рак на хранопровода или стомаха, докато са установени положителни връзки между приема на червено месо и езофагеален плоскоклетъчен карцином [62]. Някои епидемиологични проучвания използват преработено или пушено месо като източник на екзогенен нитрит, пренебрегвайки сложни съединения като нитрозамини в такива храни, което води до липса на еднаквост и научна точност в заключенията. Следователно асоциирането на екзогенен нитрит с рак изглежда по-малко вероятно, тъй като големи количества нитрити се образуват ендогенно. Концентрацията на нитрити в слюнката може да се повиши до 72 mg/L след консумация на нитрати, еквивалентни на 200 g спанак [63]. Освен това хората са в контакт с нитрозамин при много обстоятелства, като например чрез дим, бира, вода, работна среда, особено цигари, които съдържат около 100-1000 пъти нивото на нитрозамин в ежедневната диета.

Установено е, че метхемоглобинемията се причинява при поглъщане на прекомерен нитрит [64], докато поглъщането на прекомерен нитрат не води до разстройството. Изследване в Америка показа, че въпреки че майката е погълнала голямо количество нитрати, бебето няма да получи метхемоглобинемия чрез кърмене [65]. От друга страна, диетичният нитрат, чийто източник са предимно зеленчуци, които съдържат голямо количество антиоксиданти, ефективно намалява появата на метхемоглобинемия [3].

Клинично приложение на нитрати и нитрити

При условия на заболяване или стареене активността на eNOS е намалена и производството на NO е намалено, както се съобщава [46, 66, 67], което показва, че екзогенният източник на добавка NO може да има потенциално терапевтично лечение за пациенти, подложени на заболяване или стареене . Съобщава се, че нитратът може да понижи кръвното налягане при здравни доброволци [68] и е установен в няколко експеримента при опити с хора [69]. Подобрена е скоростта на пулсовата вълна на аортата и тромбоцитно-моноцитните агрегати са намалени при пациенти с допълнителна употреба на нитрати, което води до понижено кръвно налягане [70]. Докато при положителни клинични проучвания се съобщава за отрицателни резултати, които показват, че не е установен значителен ефект при понижаване на кръвното налягане с нитратна добавка [71, 72]. Причината за тези сложни резултати беше несигурна и бяха необходими повече клинични изпитвания за по-нататъшни изследвания.

Въпреки че много положителни ефекти бяха открити при животински модели, клиничната употреба на нитрати беше доста ограничена. През последните години богати на нитрати напитки от плодове и зеленчуци, особено напитки от цвекло, зеленчукова напитка Biotta (Biotta®, Швейцария) [73] и BEET-IT (James White Drinks, Ipswich, UK) [74-76] станаха популярни. С увеличаване на осведомеността относно нитратите се приемат нитрати и продукти, свързани с нитратите.

Заключение

Като част от ежедневната си диета, хората поглъщат неорганичен нитрат най-вече чрез зелени листни зеленчуци. Освен техните негативи, хранителните нитрати и нитрити са докладвани като екзогенни донори на биологичен NO, играещ важна роля във физиологичната активност. Освен това хранителните нитратни добавки изглежда имат потенциален защитен ефект за телесния баланс, подобряване на нарушенията (инсулт, инфаркт на миокарда, системна и белодробна хипертония и др.), Както и за облекчаване на стомашни язви. Нормалните диетични нитрати и нитрити не показват вреда за човешкото здраве и няма потвърдени доказателства, които да посочват изричната връзка между диетичния нитрат и рака. Повечето съществуващи изследвания на нитрити и тумори игнорират сложните съединения в целевите храни, което води до противоречиви заключения сред изследователите. Като се имат предвид различните защитни ефекти, различни от официално вредните заподозрени, диетичният нитрат и нитрит играят важна роля във физиологичните функции чрез осигуряване на неензимен NO. С ново разбиране за нитратите и нитритите, техните биологични функции и приложения се нуждаят от допълнителни изследвания в бъдеще.

Благодарности

Това проучване бе подкрепен от безвъзмездна помощ от Националния природонаучен научна фондация на Китай (91649124), а безвъзмездните средства от субсидии Пекин Община правителството (Пекин Наука програмно PXM2016_014226_000034, PXM2016_014226_000006, PXM2015_014226_000116, PXM2015_014226_000055, PXM2015_014226_000052, PXM2014_014226_000048, PXM2014_014226_000013, PXM2014_014226_000053, PXM2013_014226_000055, Z121100005212004, PXM2013_014226_07_000080, PXM2013_014226_000021 и TJSHG201310025005).

Информация за сътрудника

Линша Ма, Център за заболявания на слюнчените жлези и Пекин Ключова лаборатория за регенерация на зъбите и реконструкция на функции, Капитален медицински университет, Пекин 100069, Китай.

Liang Hu, Център за заболявания на слюнчените жлези и Пекин Ключова лаборатория за регенерация на зъбите и реконструкция на функции, Капитален медицински университет, Пекин 100069, Китай.

Xiaoyu Feng, Център за заболявания на слюнчените жлези и Пекин Ключова лаборатория за регенерация на зъбите и реконструкция на функциите, Capital Medical University, Пекин 100069, Китай.

Songlin Wang, Център за заболявания на слюнчените жлези и Пекин Ключова лаборатория за регенерация на зъбите и реконструкция на функции, Капитал Медицински университет, Пекин 100069, Китай.