Проблема нитратов

Введение
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 [1].
Как известно, овощи и фрукты - важный поставщик витаминов и минеральных веществ, необходимых для организма человека. Но вместе с полезными веществами в организм человека попадают и опасные, которые накапливаются в растениях и вызывают отравление организма. Этими опасными веществами являются нитраты [2]. Нитраты (соли азотной кислоты) – один из элементов питания растений. Их содержание в овощах зависит более чем от 20 самых важных факторов, половиной из которых можно управлять. К основным факторам, вызывающим накопление нитратов в овощах, относятся биологические особенности и сортовые признаки растений, уровень плодородия почвы, температура и влажность почвы и воздуха, интенсивность и продолжительность освещения, технология выращивания овощных растений.
Цель работы: изучить особенности экологической проблемы нитратов.
Задачи:
-провести исследование эколого-биологических особенностей натратов;
-изучить особенности содержания нитратов в продуктах, влияние на организм человека;
-изучить научную литературу по использованию нитратов, их экологическому применению.
Предмет исследования: нитраты.
Объект исследования: влияние нитратов на организм человека.
Эколого-биологические особенности нитратов
Само по себе присутствие нитратов в растениях - нормальное явление, так как они являются источниками азота в этих организмах, но излишнее увеличение их крайне нежелательно, так как они (как отмечалось выше) обладают высокой токсичностью для человека и домашних животных [7].
Нитраты — соли азотной кислоты, являются естественными соединениями и хорошо растворяются в воде. В природе распространены в виде минералов — натриевой и калиевой селитры. Основное применение селитра нашла в сельском хозяйстве. Здесь нитраты используются в качестве удобрений. Азот, который берут растения из соли, необходим им при построении клеток и создании хлорофилла. Кроме этого, из нитратов получают стекло, лекарства. Они идут на производство взрывчатых веществ, пиротехнических средств, компонентов топлива для ракет. Их используют в качестве пищевых добавок при изготовлении колбас и других продуктов.
Из известных нам всем солей азотной кислоты можно назвать нитраты:
-натрия — натриевая селитра (NaNO3);
-калия — калиевая селитра (KNO3);
-кальция — кальциевая селитра (Ca(NO3)2);
-аммония — аммиачная селитра (NH4NO3).
Этими селитрами в основном пользуются как удобрениями.
Впервые заговорили о нитратах в нашей стране в 70-х годах прошлого века, когда в Узбекистане случилось насколько массовых желудочно-кишечных отравлений арбузами, при их чрезмерной подкормке аммиачной селитрой [6].
Азот- это один из самых важнейших химических элементов в жизни растений и животных. Без азота невозможен рост и нормальная жизнедеятельность растений. Азот отвечает за формирование зеленой массы растения-стеблей и листьев. Часть азота растения получают в результате корневого питания и дыхания из почвы. Но наши почвы слишком бедны и содержащегося в них азота совершенно недостаточно даже для обычного урожая, а для высоких урожаев и тем более. Поэтому в почву нужно вносить азотосодержащие органические (компост, навоз, торф) и минеральные (мочевину, сульфат аммония, натриевую и аммиачную селитру) удобрения.
Растение усвоит из них, сколько ему потребуется азота, а остальной не переработанный азот отложится и будет накапливаться в форме нитратов. При неблагоприятных условиях нитраты переходят в более токсичную форму- нитриты (HNO2). Вот почему так важна верная дозировка. При несоблюдении норм внесения азотных удобрений в почву накапливается большое количество нитратов [2].
В любой почве есть микроорганизмы (нитрофикаторы), которые вызывают процесс образования нитратов. Происходит минерализация органического вещества (гумуса) и внесенных органических удобрений (навоза, торфа, перегноя), в результате образуются нитраты. Этот процесс называется нитрификацией.
Накопление нитратов в растениях зависит от комплекса многих причин:
1. От биологических особенностей самих растений и их сортов. Содержание нитратов зависит и от возраста растений: в молодых органах их больше (кроме шпината и овса). Меньше накапливается нитратов в гибридных растениях. Нитратов больше в ранних овощах, чем в поздних.2. От режима минерального питания растений. Уменьшается содержание нитратов в растениях и в результате замены минеральных удобрений на органические (навоз, торф и др.), которые постепенно разлагаются и усваиваются растениями. Нерациональное, халатное использование химических удобрений, чрезмерные дозы их приводят к сильному накоплению нитратов, особенно в столовых корнеплодах. Содержание нитратов возрастает сильнее при использовании нитратных удобрений, чем при употреблении аммонийных.
3. Накопление нитратов зависит и от факторов окружающей среды:
-температуры;
-влажности воздуха;
-почвы, интенсивности;
-продолжительности светового освещения.
Пути попадания нитратов в организм человека
1. Через продукты питания:
- растительного происхождения;
- животного происхождения.
- через питьевую воду.
2. Через лекарственные препараты.
Нитраты в растениях восстанавливаются до нитритов. В этом процессе участвуют различные металлы (молибден, железо, медь, марганец), и при этом происходит интенсивная трата углеводов, так как на восстановление тратится энергия, источником которой являются углеводы. Нитриты могут накапливаться в растениях и этим подавлять их рост. Но основная часть нитритов, подвергаясь дальнейшим превращениям, даёт аммиак (NH3).
Нитрит натрия - NaNO2, является стабилизатором красного цвета консервированного мяса и вкусовой добавкой в изделиях из мяса и рыбы. Без него хот-доги и бекон были бы серого цвета. Нитрат натрия используется для сухой консервации мяса, например, в ветчине, поскольку он медленнее распадается на нитриты. Нитриты также замедляют рост бактерий, вызывающих ботулизм (пищевая добавка E-250.) Очищенный нитрит натрия представляет собой белый или слегка желтоватый кристаллический порошок. Хорошо растворим в воде и гигроскопичен. На воздухе медленно окисляется до нитрата натрия NaNO3 [9]. О добавлении нитритов и нитратов в продукты питания как о проблеме заговорили ещё с 60-х годов прошлого века. Все попытки были направлены на то, чтобы их употребление свести к минимуму и таким образом снизить опасность образования нитрозоаминов в готовых продуктах. В настоящее время использование современных технологий мясных изделий, новых видов упаковочных материалов позволяет изменить условия и сроки хранения готовых изделий [5].
Содержание нитратов в пищевых продуктах, их влияние на организм человека
Нитраты в основном скапливаются в корнях, корнеплодах, стеблях, черешках и крупных жилках листьев, значительно меньше их в плодах.
Нитратов также больше в зеленых плодах, чем в спелых.
По способности накапливать нитраты овощи, плоды и фрукты делятся на 3 группы (Таблица 1):
1. С высоким содержанием (до 5000 мг/кг сырой массы): салат, шпинат, свекла, укроп, листовая капуста, редис, зеленый лук, дыня, арбуз;2. Со средним содержанием (300-600 мг): цветная капуста, кабачок, тыква, репа, редька, белокочанная капуста, хрен, морковь, огурец;3. С низким содержанием (10-80 мг): брюссельская капуста, горох, щавель, фасоль, картофель, томат, репчатый лук, фрукты и ягоды.
Рис.1-ПДК нитратов в овощах
Накопление нитратов в растениях зависит от комплекса причин:
- от биологических особенностей самих растений и их сортов. Выяснено, что больше всего нитратов содержится в редисе сорта «Красный великан» по сравнению с другими ее сортами («Розовый с белым кончиком», «Жара» и др.);
- от возраста растений: в молодых органах их больше (кроме шпината и овса). Меньше накапливается нитратов в гибридных растениях. Нитратов больше в ранних овощах, чем в поздних;- от режима минерального питания растений. Так, микроэлементы (особенно молибден) снижают содержание нитратов в редисе, редьке и цветной капусте; цинк и литий - в картофеле, огурце и кукурузе. Уменьшается содержание нитратов в растениях и в результате замены минеральных удобрений на органические (навоз, торф и др.), которые постепенно разлагаются и усваиваются растениями.
Накопление нитратов зависит от факторов окружающей среды (температуры, влажности воздуха, почвы, интенсивности и продолжительности светового освещения) [7].
Установлено, что нитраты, содержащиеся в растениях, могут в организме восстанавливаться до нитритов и реагировать в желудке с вторичными аминами, входящими в состав пищевых и лекарственных продуктов, с образованием нитрозаминов, являющихся для организма канцерогенами. В этом процессе участвуют различные металлы (молибден, железо, медь, марганец), и при этом происходит интенсивная трата углеводов, так как на восстановление тратится энергия, источником которой являются углеводы. Нитриты могут накапливаться в растениях и этим подавлять их рост. Но основная часть нитритов, подвергаясь дальнейшим превращениям, дает аммиак (КН3) [4].
При недостатке азота в среде обитания тормозится рост растений, ослабляется образование боковых побегов и кущение у злаков, наблюдается мелколистность. Одновременно уменьшается ветвление корней, но соотношение массы корней и надземной части может увеличиваться. Растения для своего развития нуждаются в значительных количествах азота.
У животных и человека высокие дозы нитратов могут вызвать отравление и даже привести к смерти. 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. Первой медицинской помощью при этом является обильное промывание желудка, прием активированного угля и солевых слабительных. Употребление в течение долгого времени пищи и воды с высоким содержанием нитратов вызывает также аллергию, нарушение деятельности щитовидной железы, приводит к возникновению многочисленных болезней в результате нарушения обмена веществ, опорно-двигательного аппарата и нервной системы [3].
Такое токсическое действие на организм нитратов обусловлено следующим. 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, то есть тканевая гипоксия, вследствие чего накапливается молочная кислота, холестерин и резко падает количество белка в организме.
Угрозой для жизни является накопление в крови 20% и более метгемоглобина (НЬБе3). Однако во взрослом здоровом организме под действием восстанавливающих ферментативных систем метгемоглобинредуктазы легко преобразуются в оксигемоглобин.
Наибольшая же опасность повышенного содержания нитратов в организме заключается в способности нитрит-иона участвовать в реакции нитрозирования аминов и амидов, в результате которой образуются нитрозосоединения, обладающие канцерогенным и мутагенным действием.
Для взрослого человека предельно допустимая норма нитратов 5 мг на 1 кг массы тела человека, то есть 0,25 г на человека весом в 60 кг. Для ребенка допустимая норма составляет не более 50 мг. Сравнительно легко человек переносит дневную дозу нитратов в 15-200 мг; 500 мг - это предельно допустимая доза (600 мг - уже токсичная доза для взрослого человека). Для отравления грудного малыша достаточно и 10 мг нитратов [2].
Основная масса нитратов попадает в организм человека с консервами и свежими овощами (40-80% суточного количества нитратов). Незначительное количество нитратов поступает с хлебными изделиями, фруктами, с молочными продуктами.
Вредное влияние повышенных доз нитратных и нитритных форм азота обсуждается Продовольственной комиссией ООН, Всемирной организацией здравоохранения и Академией Медицинских наук. Решением этой проблемы занимаются медики, работники сельского хозяйства, агрохимики и селекционеры.
Токсичность нитратов зависит от пищевого рациона, индивидуальных особенностей организма, в частности, от активности фермента метгемоглобинредуктазы, способного восстанавливать метгемоглобин в гемоглобин.
Исследователями России установлено, что нитраты и нитриты вызывают у человека метгемоглобин, рак желудка, отрицательно влияют на нервную и сердечно-сосудистую системы, на развитие эмбрионов [6].
Таким образом, для человека и животных нитраты очень опасны, так как обладают высокой токсичностью:   
-нитраты  восстанавливаются до нитритов и взаимодействуют с гемоглобином крови, окисляют в нём 2-х валентное железо в 3-х валентное. В результате образуется вещество метгемоглобин, который уже не способен переносить кислород. Вследствие этого нарушается нормальное дыхание клеток и тканей организма (тканевая гипоксия), в результате чего накапливается молочная кислота, холестерин, и резко падает количество белка;
-нитраты  способствуют развитию патогенной кишечной микрофлоры, которая выделяет в организм человека ядовитые вещества токсины, в результате чего идёт отравление организма. Основными признаками нитратных отравлений у человека являются: синюшность ногтей, лица, губ; тошнота, рвота, увеличение печени, желтизна белков глаз; головные боли, повышенная усталость, одышка, усиленное сердцебиение, при повышенном отравлении – смерть;-нитраты  снижают содержание витаминов в пище, которые входят в состав многих ферментов, стимулируют действие гормонов, а через них влияют на все виды обмена веществ;
-у беременных женщин возникают выкидыши, а у мужчин – снижение потенции;
-при длительном поступлении  нитратов  в организм человека уменьшается количество йода, что приводит к увеличению щитовидной железы;
-установлено, что  нитраты  сильно влияют на возникновение раковых опухолей в желудочно-кишечном тракте у человека;
-нитраты  способны вызывать резкое расширение сосудов, в результате чего понижается кровяное давление.
     Вред наносят организму человека нитриты, в которые превращаются нитраты при определённых условиях. Проблема токсичного накопления нитратного азота в сельскохозяйственной продукции и вредного воздействия его на человека и сельскохозяйственных животных на современном этапе является одной из наиболее острых и актуальных.  Решением этой задачи заняты многие научно-исследовательские учреждения всего мира, но несмотря на пристальное внимание к этой проблеме до сих пор радикального решения пока не найдено [1].
Экология нитратов. Их применение
Экологическая проблема повышенного содержания нитратов в некоторых видах овощей и продуктах питания иногда упрощается применением азотных удобрений. Очень часто виновником всё ухудшающихся условий окружающей среды считают химию. Этому в немалой степени способствует появление многочисленных сообщений в средствах массовой информации, которые порой носят субъективный характер и недостаточно научно обоснованы. Действительно, продукты химического производства любого вида чужды природе. Однако следует иметь в виду, что дальнейшее развитие человеческого общества без химии немыслимо. Вся проблема состоит в том, чтобы правильно её использовать для нужд человечества [5].
Накопление нитратов в растениях – следствие чрезмерного содержания азота в почве. Внесение большого количества азотных удобрений, что часто имеет место, уже не способствует соответствующему повышению урожая, но зато значительно ухудшает питательную, технологическую и гигиеническую ценность продуктов, осложняет послеуборочную их обработку и хранение. Кроме того, переудобрение почвы азотом сопровождается всё возрастающим загрязнением воды. Эта проблема остро стоит сейчас во всём мире. При производстве овощей в первую очередь следует предусматривать оптимизацию дозы вносимых удобрений, сроков их применения и формы использования. Внесение азота в почву следует регулировать не только в зависимости от содержания его в почве на данный момент, но и от предполагаемой эффективности использования. 
На долю сельскохозяйственного производства приходится не менее половины связного азота, поступающего и в водоемы. Обогащение воды питательными элементами приводит к чрезмерному росту водорослей. Отмирая, они подвергаются анаэробному бактериальному разложению, вызывая дефицит кислорода, а следовательно, гибель рыбы и других водных животных.
Избыточное количество нитратов вызывает не нормальный ход функционирования природных экосистем и живых организмов, происходит снижение биологической ценности продукции и возрастает негативное воздействие на человека и животных. Образование и накопление нитратов в почве и в воде становится экологическим фактором, определяющим не только режим питания растении, обмен веществ и продуктивность, но и качество урожая, воды и воздуха. Содержание нитратов в избыточных количествах ухудшает биологическое качество растительной продукции, создает потенциальную опасность для здоровья человека и животных [3].
Но все ли так плохо, оказывается, нет. Приведем некоторые аргументы в поддержку нитратов. Одним из четырех основных элементов, составляющих живой организм, является азот. Он необходим для синтеза белковых молекул. Нитраты – это молекулы солей, которые содержат необходимое растению количество азота. Поглощаясь клеткой, соли восстанавливаются до нитритов. Последние, в свою очередь, по цепи химических превращений доходят до аммиака. А он, в свою очередь, необходим для образования хлорофилла.
Основным источником нитратов в природе является сама почва. Когда органические вещества, которые в ней содержатся, минерализируются — образуются нитраты. Скорость этого процесса зависит от характера землепользования, погоды и вида почвы. В земле не содержится много азота, поэтому экологи не беспокоятся из-за образования значительного количества нитратов. Тем более что сельскохозяйственные работы (боронование, дискование, постоянное использование минеральных удобрений) уменьшают количество органического азота. Поэтому естественные источники нельзя считать фактором загрязнения подземных вод и накопления нитратов в растениях.
Нитраты являются одними из самых старых и наиболее часто применяемых лекарственных средств в кардиологии. В настоящее время имеется большое число разнообразных форм нитратов. Значительным достижением последнего времени является создание нитратов короткого действия в виде спрея.  Широкие возможности современной терапии нитратами, являются очень важной стороной повседневной клинической практики. Сегодня уже не ограничиваются использованием обычных лекарственных форм мононитратов, а создают специальные лекарственные формы, содержащие в микросферах изосорбида-5-мононитрат. Активное вещество, через дозирующие мембраны, замедленно высвобождаясь, оказывают пролонгированное действие в течение 19-24 ч.
Заключение
Проблема нитратов активно обсуждается общественностью нашей страны.
Нитраты - соли азотной кислоты, например NaNO3, KNO3,NH4NO3, Mg(NO3) 2. Они являются нормальными продуктами обмена азотистых веществ любого живого организма - растительного и животного, поэтому «безнитратных» продуктов в природе не бывает. Даже в организме человека в сутки образуется и используется в обменных процессах 100 мг и более нитратов. Из нитратов, ежедневно попадающих в организм взрослого человека, 70% поступает с овощами, 20% - с водой и 6% - мясом и консервированными продуктами.
При потреблении в повышенных количествах нитраты в пищеварительном тракте частично восстанавливаются до нитритов (более токсичных соединений), а последние при поступлении в кровь могут вызвать метгемоглобинемию. Кроме того, из нитритов в присутствие аминов могут образоваться N - нитрозамины, обладающие канцерогенной активностью (способствуют образованию раковых опухолей). При приеме высоких доз нитратов с питьевой водой или продуктами через 4-6 ч появляются тошнота, одышка, посинение кожных покровов и слизистых, понос. Сопровождается все это общей слабостью, головокружением, болями в затылочной области, сердцебиением.
Допустимая суточная доза нитратов для взрослого человека составляет 325 мг в сутки. Как известно, в питьевой воде допускается присутствие нитратов до 45 мг/л. Рекомендуемое потребление продуктов питания, где используется питьевая вода (чай, первые и третья блюда), примерно 1,0-1,5 л, максимум - 2,0 л в день. Таким образом, с водой взрослый человек может употребить около 68 мг нитратов. Следовательно, на пищевые продукты остается 257 мг нитратов.
Список использованных источников
Андрющенко В. К. Содержание нитратов в овощах // Вопросы питания. 2009. № 5. С. 57-59.
Белоусов Ю.Б. Место мононитратов в терапии ИБС // Кардиология. 2000. №7. 85-96 с.
Петухов М.П. Агрохимия и система удобрения. М.: Колос, 2013. 392 с.
Константинов А.П. Экология и здоровье: опасности мифические и реальные // Экология и жизнь. 2012. № 11. С. 84-85.
Официальный сайт УФС по Надзору. О вреде нитратов
http://04.rospotrebnadzor.ru/index.php/san-nadzor/43-san-ottel/4739-22052015.htmlКондрашова И.Н. Проблемы накопления нитратов и экологическая безопасность продукции растениеводства https://cyberleninka.ru/article/n/problemy-nakopleniya-nitratov-i-ekologicheskaya-bezopasnost-produktsii-rastenievodstvaЭкобаланс. Нитраты в нашей жизни http://ekobalans.ru/harmful-substances/nitratyi-v-nashey-zhizni