Нитраты металлов — Теория горения и взрыва

Нитраты и нитриты в пищевых продуктах: что это такое, как определить и измерить

Современные пищевые продукты далеко не всегда отличаются натуральным и безопасным составом. Зачастую в них наблюдается повышенное количество нитратов. Очень важно, чтобы уровень этих химических соединений не превышал нормы, в противном случае они могут нанести серьезный вред организму человека, образуя в нем еще более опасные вещества — нитриты.

Нитраты калия представляют собой соли азотной кислоты, которые содержатся в большинстве живых организмов и растений. Люди получают их в основном из продуктов растительного происхождения (овощей) и воды. В наибольшем количестве они присутствуют в стеблях и листьях овощных культур. Само по себе наличие нитратов в организме не является отклонением от нормы, опасность составляет лишь их избыток, возникающий вследствие частого употребления продуктов с повышенным содержанием этих химических веществ.

Чрезмерное накопление нитратов в растительной пище возникает под воздействием различных факторов. Сюда можно отнести:

• применение большого количествах азотных удобрений;
• несбалансированное питание растений (недостаток в калийных и фосфорных удобрениях);
• нерациональное использование органических подкормок (например, птичьего помета и бесподстилочного навоза);
• загрязнение почвы пестицидами;
• игнорирование особенностей почвы, в которой может изначально содержаться повышенное количество нитратов;
• недостаток света (при круглогодичном выращивании растений в теплицах).

Учитывая, что сельскохозяйственные животные употребляют в пищу различные растения и кормовые смеси, в их мясе и молочных продуктах тоже могут скапливаться нитраты, однако при соблюдении норм по уходу за скотом количество химических веществ в итоге составляет не более 10 мг/кг. Кроме того, нитраты калия (не путать с нитратами натрия) входят в состав пищевых добавок, используемых в процессе производства сыров и колбас. Их количество обычно соответствует санитарным нормам, однако чрезмерное употребление этих продуктов может вызывать превышение допустимой дозы нитратов в организме.

Существуют продукты, фактические не содержащие нитратов. К ним относятся злаковые культуры, а также большинство фруктов и ягод (исключение составляют арбузы и дыни).

Такие вещества, как нитриты, представляют собой метаболиты (продукты молекулярного роста) нитратов. Превращение нитратов в нитриты происходит уже непосредственно в организме человека за счет деятельности микроорганизмов, которые обитают в толстом кишечнике и других отделах пищеварительного тракта, особенно у людей с пониженной кислотностью желудка.

При взаимодействии с гемоглобином нитриты образуют метгемоглобин – бескислородное соединение. В крови здорового человека содержится не более 2% метгемоглобина, однако при частом употреблении нитратсодержащей пищи это количество постепенно повышается до 30% и выше, вызывая кислородное голодание и нанося серьезный ущерб всему организму.

Нитриты также опасны тем, что способны образовывать канцерогенные нитрозамиды и нитрозамины в желудочно-кишечном тракте человека при соединении с молекулами любых белковых продуктов.

По заявлению Всемирной организации здравоохранения, допустимая суточная доза нитратов составляет 3,7 мг на килограмм массы тела, а нитритов — 0,2 мг на килограмм. При этом в различных странах существуют свои представления о допустимых дозах нитратов в рационе. Например, в Германии — не более 100 мг в сутки, а в США — не более 500 мг. Большинство стран СНГ принимают за норму 300 мг нитратов в сутки.

Известно немало случаев острого отравления нитратами, которое во многом схоже с последствиями радиации. Первые признаки такого состояния возникают уже спустя несколько часов после употребления токсичной пищи. К ним относятся:

• тошнота;
• рвота;
• диарея;
• увеличение печени и ее болезненность;
• снижение артериального давления;
• озноб и учащение дыхания.

Еще через некоторое время человек начинает испытывать сильную головную боль, возникают судороги в мышцах, нарушается координация движений. Если не обратиться за медицинской помощью и не принять срочные меры по очищению организма, человека может впасть в кому, и в итоге наступает смерть.

Опасность несет и частое употребление небольших порций продуктов с высоким содержанием нитратов. Из-за роста нитритов в организме развивается хроническое кислородное голодание, которое оборачивается головными болями и головокружением, нарушением сердечного ритма, анемией. Игнорирование таких симптомов может привести к возникновению инфаркта или инсульта, а также других смертельно опасных заболеваний.

Первым определяющим фактором становится внешний вид приобретаемых овощей и фруктов. Такие продукты обычно имеют чрезмерно яркий окрас. Кроме того, чаще всего они отличаются более крупными размерами по сравнению с выращенными в натуральных условиях аналогами. Насторожить должна и чрезмерно гладкая структура овоща без каких-либо внешних проблем. Все это в большей степени относится к тепличным культурам, которые приходится покупать в межсезонье. Они требуют особенно тщательной проверки.

Если есть возможность, стоит изучить срез овоща, попросив продавца устроить своеобразную «презентацию» своих товаров. Неблагоприятным признаком является наличие любых подозрительных уплотнений в мякоти либо разрастания сокопроводящих путей, из-за чего различные участки мякоти получают разный окрас. Кроме того, важное значение имеет вкус: овощи с химическими добавками практически не имеют ярко выраженного вкуса и обычно кажутся излишне водянистыми и пресноватыми, что не сочетается с их ярким и привлекательным внешним видом.

Для более точного измерения нитратов следует купить специальный портативный аппарат – нитрат-тестер. Сделать замер прибором несложно: достаточно проделать небольшой прокол в проверяемом продукте при помощи специального зонда, и на цветном дисплее со счетчиком отобразится точное количество химических веществ. В памяти большинства современных устройств заложены данные по нормам содержания нитратов в различных овощах и фруктах.

Более доступный по цене и не менее эффективный метод измерения нитратов в пище — домашние тест-полоски, которые можно приобрести прямо на продуктовых рынках или в магазинах аквариумистики. Полоска прикладывается к срезу продукта и зависимости от содержания в нем вредных веществ окрашивается в зеленый, желтый или красный цвет. В последнем случае можно судить о том, что текущий продукт не пригоден в пищу из-за высокого уровня нитратов. В остальных двух случаях риск отравления нитратами будет достаточно мал.

Добавки l-аргинина

Как отмечалось выше, L-аргинин и другие аминокислоты могут использоваться в качестве субстратов для продукции оксида азота в организме. Большинство пищевых добавок, способствующих производству азотной кислоты, содержат L- аргинин (Bloomer et a. 2022).

Положительное влияние на работоспособность. В ранних работах Cheng and Baldwin (2001) сообщили, что оральное потребление аргинина, описанное в нескольких небольших исследованиях, показало улучшение способности выполнять упражнения у пациентов с коронарной болезнью сердца, но отмечалось, что большие и хорошо спланированные исследования необходимо провести для подтверждения влияния перед началом применения в лечении.

Более поздние исследования показали, что потребление L-аргинина в качестве добавки могут повышать работоспособность у пациентов со стабильной хронической сердечной недостаточностью (Doutreleau et al. 2006) и пациентов после трансплантации сердца (Doutreleau et al. 2022).

Относительно повышения работоспособности у здоровых людей данные ограничены. Bailey et al (2022А) сообщили, что потребление L-аргинина (6 г) за час до серии упражнений на велоэргометре средней и высокой интенсивности уменьшает потребление кислорода и увеличивает время до утомления в высокоинтенсивном тесте.

Не оказывают влияния на работоспособность. Большинство исследований не выявили эргогенного эффекта от потребления L-аргинина в виде добавки на показатели аэробной выносливости, анаэробной работоспособности или упражнения с отягощениями у пациентов и здоровых людей.

Относительно аэробных упражнений Wilson et al (2007) сообщили, что потребление добавки L-аргинина 3 г в день в течение 6 месяцев не улучшило показателей в ходьбе и продукцию NO у пациентов с болезнью периферических артерий. McConell et al (2006) вводили аргинин велосипедистам, тренирующимся на выносливость, во время выполнения упражнений и не обнаружили влияния на 15-минутную максимальную нагрузку после двух часов педалирования с интенсивностью 72% МПК.

Несколько исследований не обнаружили влияния на результаты тестов, оценивающих аэробную работоспособность. Olek et al (2022) изучали влияние потребления 2 г добавки аргинина перед 30-секундным субмаксимальным анаэробным тестом Вингейта и не обнаружили различий в результатах по сравнению с приёмом плацебо.

Liu et al (2009) оценивали влияние на работоспособность в интервальном тесте на велоэргометре приёма добавки L-аргинина по 6 г 3 раза в день у хорошо тренированных дзюдоистов. Несмотря на повышение уровней L-аргинина в плазме, не выявлено влияние на проявление нитритов и нитратов в плазме или среднюю мощность в тесте.

Также в исследованиях не обнаружено эргогенного эффекта от приёма добавки L-аргинина на тестовые упражнения с отягощениями. Altars et al (2022) оценивали срочный эффект потребления 6 г аргинина за 80 минут до теста на силу двуглавой мышцы плеча. Несмотря на то, что кровоток в упражняемой мышце увеличился, не обнаружено влияние добавки на оксид азота или силовые показатели, такие, как максимальный крутящий момент и выполненная работа.

Большинство исследований показывают, что потребление добавок L-аргинина не улучшает физическую работоспособность, а основным следствием приёма L- аргинина является повышение уровня L-аргинина в плазме, в то время как увеличения кровотока или оксида азота в мышцах не выявляется (Bescós et al. 2009; Tang et al. 2022; Willoughby et al. 2022).

Отрицательное влияние на работоспособность. В некоторых исследованиях обнаружено, что приём добавки L-аргинина или цитруллина может ухудшать физическую работоспособность. Buchman et al (1999) предлагал аргинин или плацебо бегунам-марафонцам и сделал вывод об эрголитических свойствах аргинина, так как бегуны, принимавшие добавку, показали худшее время, чем те, кто принимал плацебо.

Нитраты металлов

Нитраты, нитриты, нитрозамины и рак

Роль оксида азота и его производных в канцерогенезе активно изучается более 50-ти лет. Нитриты и нитраты сами по себе не вызывают рак, но могут образовывать канцерогенные соединения нитрозамины (подробно в отчете IARC, раздел 4.3).

В 2022 году Международное агентство по исследованию рака (IARC) внесло нитриты в группу 2В: possibly carcinogenic to humans, вместе с «работой в ночную смену» и «выхлопом дизельных двигателей».

В подавляющем большинстве исследований лабораторные животные подвергались воздействию нитритов через зонд или питьевую воду. Сравнение с контрольной группой не дает роста опухолей (отчет IARC). Однако, на данный момент риск для человека оценивается в совокупности источников нитрозаминов, а не только через продукты питания — условия работы, курение и другие условия учитываются вместе.

FDA учло это потенциальное воздействие и ограничило допустимое количество нитритов 700 частями на миллион (0,07%) 1. Кроме того, добавка антиоксидантов эритробата и аскорбата (ими «пользуются» растения в природе) препятствует образованию нитрозаминов.

Нитритов, попадающих извне, очень мало, чтобы представлять опасность для здоровья. Основное их количество синтезируется уже в самом организме из других азотистых соединений. Для большей части потребителей это все, что необходимо знать о безопасности мясных консервантов, но почему бы не разобраться глубже!? Все, что наука знает по этой теме, собрано в отчете IARC vol.94 в разделах 2-5.

Воздействие соединений азота на организм отличается в зависимости от участия определенных катализаторов, ингибиторов, наличия воспалительных процессов, pH среды, количества и вида бактерий, способных образовывать нитрит и нитрозамины из нитрата. Возможно, поэтому исследования на опухолях часто показывают совершенно противоположные результаты (для подобных опытов выведены специальные породы крыс с предрасположенностью к разным формам рака, которые страдают за нас).

В зависимости от концентрации азота и типа тканей, окружающих опухоль, азот может как подавлять рост мутировавших клеток, так и провоцировать его. При высоких концентрациях N-нитрозосоединения вызывают мутации и нарушение эмбрионального развития у нескольких видов животных.

Существует корреляция между повышенным риском развития колоректального рака и высоким потреблением красного мяса и мясных изделий (что значит «высокое потребление» я так и не выяснила). Нам доступны только эпидемиологические данные, провести полноценные исследования на людях нельзя. По этим данным роль азотных соединений в канцерогенезе не подтверждена окончательно.

Изучение «табачного» рака на лабораторных животных показало канцерогенность нитрозаминов, в избытке содержащихся в табаке и табачном дыме. Норникотин и нитрит превращаются в N-нитрозонорникотин (NNN), специфический табачный нитрозамин-канцероген. В пище и среде не встречается, присутствует только в табачном дыме и некоторых препаратах для лечения зависимости на основе никотина.

Привожу 2 долгосрочных исследования. Двухлетнее наблюдение за 100 крысами, поделенными на 3 группы, получавшими 0%, 2,5 и 5% нитрата натрия от общего суточного рациона в течение 2 лет с 8 недель жизни (эквивалентно 0, 1259 и 2500 мг нитрата натрия на кг м.т. в день). Достаточных оснований для канцерогенности не было получено.

Нитрит натрия проверялся Национальной программой токсикологии США 2 года на мышах и крысах, 100 особей в 4 группах. В воду ежедневно добавляли 0, 35, 70 или 130 мг нитрита натрия/кг м.т. самцам и 40, 80 или 150 мг нитрита натрия/кг м.т. самкам. Доказали канцерогенность только в сочетании с аминами и амидами, некоторые результаты на самцах были противоречивыми.

Оксид азота (iv)

Оксид азота (IV) — бурый газ. Очень ядовит!  Для NO2  характерна высокая химическая активность.

Способы получения.

1. Оксид азота (IV) образуется при окислении оксида азота (I) и оксида азота (II) кислородом или озоном:

2NO     O2  →   2NO2

2. Оксид азота (IV) образуется при действии концентрированной азотной кислоты на неактивные металлы.

Например, при действии концентрированной азотной кислоты на медь:

4HNO3(конц.)        Cu   →    Cu(NO3)2        2NO2      2H2O

3. Оксид азота (IV) образуется также при разложении нитратов металлов, которые в ряду электрохимической активности расположены правее магния (включая магний) и при разложении нитрата лития.

Например, при разложении нитрата серебра:

2AgNO3    →  2Ag      2NO2        O2

Химические свойства.

1. Оксид азота (IV) реагирует с водойс образованием двух кислот — азотной и азотистой:

2NO2       H2O   →  HNO3      HNO2

Если растворение NO2 в воде проводить в избытке кислорода, то образуется только азотная кислота:

4NO2      2H2O     O2   →  4HNO3

Поскольку азотистая кислота неустойчива, то при растворении NO2 в теплой воде образуются HNO3  и   NO:

3NO2       H2O   →  2HNO3      NO

2. При растворении оксида азота (IV) в щелочахобразуются нитраты и нитриты:

 2NO2       2NaOH   →  NaNO3      NaNO2      H2O

4NO2       2Ca(OH)2  →   Ca(NO2)2      Ca(NO3)2         2H2O

В присутствии кислорода образуются только нитраты:

4NO2       4NaOH     O2   →   4NaNO3      2H2O

3. Оксид азота (IV) – сильный окислитель. В атмосфере оксида азота (IV) горят фосфор, уголь, сера, оксид серы (IV) окисляется до оксида серы (VI):

2NO2       2S   →  N2      2SO2

2NO2       2C   →  N2      2CO2

10NO2       8P   →  5N2      4P2O5

NO2        SO2  →   SO3       NO

4. Оксид азота (IV) димеризуется:

2NO2  ⇄  N2O4

Пищевые источники нитратов

Как обсуждалось выше, различные овощи могут быть прекрасным источником пищевых нитратов. В частности, свекольный сок изучается на предмет его использования для увеличения работоспособности. Дозы, используемые в экспериментах, составляют 300 – 500 мг нитратов, что соответствует 500 мл свекольного сока, причём нет подтверждений об увеличении эффективности при повышении дозы (Lundberg et al. 2022).

Дозы, которые используются для исследований, измеряются миллиграммами или миллимолями. Один миллимоль нитратов эквивалентен 62 мг, таким образом, 5 – 8 миллимолей – это приблизительно 300 – 500 миллиграммов нитратов. В некоторых экспериментах свекольный сок, очищенный от нитратов, используют как плацебо.

Применяются различные протоколы нагрузки для оценки эргогенных свойств потребления нитратов, включая острое (несколько часов) и хроническое (несколько дней) потребление перед тестированием, изменение доз и многих сопутствующих условий, варьирование интенсивности и направленность упражнений.

Повышение оксида азота. Множество исследований показали, что потребление нитратов с пищей, обычно в виде свекольного сока, повышает концентрацию нитритов в плазме, маркеров оксида азота (Bailey et al. 2009; Lansley et al. 2022A; Lansley et al. 2022B; Vanhatalo et al. 2022). Подобное повышение отмечается после острого и хронического потребления.

Уменьшение потребления кислорода при упражнении. Одним из наиболее частых выводов исследований является понижение «кислородной стоимости» или увеличение кислородной эффективности, вследствие острого или хронического потребления пищевых нитратов.

Относительно однократного приёма Kenjale et al (2022) сообщили, что потребление свеклы за три часа до тестирования понижает фракционную экстракцию кислорода икроножной мышцей при выполнении субмаксимального теста с ходьбой у пациентов с заболеванием периферических артерий.

Vanhatalo et al (2022) доложили о существенном уменьшении, почти на 4% кислородной стоимости упражнений на велоэргометре средней интенсивности в результате однократного (за 2,5 часа до теста) и хронического (ежедневно 5 и 15 дней) потребления. Эти исследователи пришли к выводу, что потребление нитратов с пищей однократно понижает кислородную стоимость субмаксимальных упражнений, а эффект поддерживается по крайней мере 15 дней, если приём нитратов продолжается.

В других экспериментах показан аналогичный эффект от хронического потребления свекольного сока. Lansley et al (2022В) обнаружили уменьшение кислородной стоимости ходьбы на тредмиле, бега средней и высокой интенсивности после 4,5 дней потребления нитратов.

Cermak et al (2022) сообщили о существенном уменьшении потребления кислорода у велосипедистов во время 60-минутной субмаксимальной нагрузки после 6 дней потребления нитратов. В двух исследованиях Bailey et al (2022В; 2009) обнаружили также снижение кислородной стоимости упражнений низкой, средней и высокой интенсивности, включающих велоэргометрию или разгибания голени, после 4 – 6 дней потребления.

В эксперименте со спортсменами велосипедистами Lansley et al (2022А) не обнаружили различий в потреблении кислорода между потреблявшими нитраты и плацебо ни в одной из стадий эксперимента, но мощность увеличилась, подтверждая улучшение кислородной эффективности.

В другом подобном исследовании Lansley et al (2022В) сделали заключение о позитивном влиянии потребления свекольного сока на физиологические реакции, вызванные упражнением, преимущественно, снижение кислородной стоимости ходьбы и бега, которое может быть отнесено к высокому потреблению нитратов.

Увеличение работоспособности. Как отмечалось выше, потребление соли нитрата натрия, аналогичное содержащемуся в 100 – 300 г овощей, богатых нитритами, проявило тенденцию к увеличению времени выполнения упражнения до изнеможения (Larsen et al. 2022). Исследования с применением свекольного сока, богатого нитратами, подтверждает эти выводы.

Время до изнеможения. При измерении работоспособности во многих исследованиях используются тесты, включающие упражнения до изнеможения, где субъекты не могут больше продолжать выполнение упражнения с заданным уровнем нагрузки или прекращают выполнение вследствие глубокого утомления.

При использовании подобных протоколов, исследователи сообщают о существенном улучшении в тесте до изнеможения после употребления свекольного сока. Kenjale et al (2022) обнаружили, что пациенты с болезнью периферических артерий улучшают максимальное время ходьбы на 17% в сердечно-лёгочном тесте спустя три часа после потребления.

Lansley et al (2022B) сообщили об увеличении времени бега до изнеможения на тредмиле после 4 и 5 дней приёма нитратов. Bailey et al (2022В; 2009), используя различные протоколы, включающие разгибания голени высокой интенсивности до отказа и тесты на велоэргометре, обнаружили, что потребление нитратов в течение 4-6 дней увеличивает время до изнеможения.

Vanhatalo et al (2022), изучали влияние потребления пищевых нитратов в условиях гипоксии и обнаружили, что спустя день после употребления работоспособность в тесте разгибание голени, ограниченная под влиянием гипоксии, восстанавливается до уровней, которые наблюдаются при нормоксии.

Исследования влияния на спортивные результаты. Когда проводятся специфичные к виду упражнения или спорта исследования, учёные обычно рекомендуют рассматривать два фактора. Первый — упражнение должно отражать как можно полнее реальную спортивную деятельность.

Второй — субъекты должны быть тренированными в этом упражнении или спортивной дисциплине. Несмотря на то, что тесты до изнеможения могут быть полезны для изучения влияния субстанций, повышающих работоспособность, они не воспроизводят реальные спортивные условия.

Более приемлемым вариантом является моделирование условий соревнования, н-р, время нагрузки, в лабораторных условиях, как попытка скопировать реальную обстановку. Принимая во внимание уровень тренированности субъектов исследования потребления пищевых нитратов Bescós et al (2022) отметили, что большинство исследований показали увеличение работоспособности, когда тестировали нетренированных мужчин.

Между тем, в двух исследованиях, использующих протокол, сходный со спортивными соревнованиями и тренированных велосипедистов, сообщили об увеличении работоспособности при однократном и многократном потреблении свекольного сока. В одном из экспериментов девять соревнующихся велосипедистов- мужчин из клубных команд потребляли свекольный сок за 2,5 часа до тестирования.

По сравнению с плацебо, велосипедисты существенно увеличили мощность и результаты на отрезках 4 и 16,1 километров. Потребление кислорода было аналогичным на различных временных отрезках, подтверждая улучшение экономичности педалирования от свекольного сока (Lansley et al. 2022A).

Во втором эксперименте тренированные мужчины-велосипедисты потребляли свекольный сок 6 дней, а тест состоял из 60 минут субмаксимального педалирования и 10 км гонки на время. Подобно исследованию с однократным потреблением, в результате потребления свекольного сока увеличились мощность и результаты на отрезке, несмотря на то, что различия результатов между отрезками были относительно невелики (Cermak et al. 2022).

Подводя итог этих экспериментов, данные подтверждают, что потребление пищевых нитратов способно улучшать спортивные результаты.

Предположительный механизм влияния потребления нитратов на улучшение работоспособности

Потребление нитратов с пищей, как отмечалось, может оказывать положительное влияние на здоровье сердечно-сосудистой системы и работоспособность. Machha и Schechter (2022) отметили несколько механизмов, которые могут лежать в основе этих положительных эффектов.

Применительно к физической работоспособности Bescós et al (2022) полагают, что улучшение вследствие потребления нитратов с питанием может быть связано с увеличением продукции оксида азота и последующем улучшении доставки кислорода к работающим мышцам .

Как отмечается ниже, улучшение доставки кислорода может быть одним из ключевых механизмов, но исследования, касающиеся положительных влияний на работоспособность от доставки нутриентов, чрезвычайно ограничены, а те, что доступны, нельзя принять для подтверждения.

Например, Cermak et al (2022) не обнаружили влияния потребления нитратов на выбор субстрата организмом, а также на концентрацию глюкозы и лактата в плазме во время 10 км гонки на время. Тем не менее, Baily et al (2022В) сообщили о небольшом сдвиге при использовании субстратов в сторону большего использования углеводов, возможно обусловленного увеличением поглощения глюкозы, опосредованное оксидом азота, которое может снижать потребление кислорода. Они рекомендовали дополнительные исследования для оценки этой возможности.

Larsen et al (2022), отметили, что потребление нитратов с пищей способно снижать кислородную стоимость упражнений при максимальных нагрузках, связывая это с двумя механизмами: первый – уменьшение потребления кислорода, второй – улучшение энергетических функций работающих мышц.

Сосудорасширяющий эффект пищевых нитратов, — по-видимому, основной фактор, ответственный за уменьшение потребления кислорода при выполнении упражнений. У этого явления может быть несколько объяснений. Jones et al (2022) отмечают замедление развития медленного компонента потребления кислорода во время работы с постоянным уровнем нагрузки, выполняемой выше лактатного порога, что постепенно уменьшает сократительную эффективность скелетных мышц и связано с развитием утомления.

Они также отмечают, что потребление нитратов с пищей может уменьшать размеры медленного компонента потребления кислорода и замедлять развитие мышечного утомления путём улучшения окислительных способностей мышц или повышения внутримышечной доставки кислорода.

Увеличение поступления кислорода способно повышать его распределение в работающей мышце. Kenjale et al (2022) сообщили о снижении фракционной экстракции кислорода тканями икроножной мышцы во время ходьбы после потребления свеклы у людей с заболеванием периферических артерий.

Это, вероятно, обусловлено увеличением доставки кислорода к медленно сокращающимся волокнам икроножной мышцы, вместо быстро сокращающихся. Медленно сокращающиеся волокна способны использовать кислород более эффективно, чем волокна с быстрым сокращением.

Другим объяснением может быть уменьшение потребления кислорода сердечной мышцей. Drechsler-Parks (1995) обнаружили, что вдыхание нитритов вызывает понижение сердечного выброса во время упражнений, которое может означать снижение работы сердца и потребления кислорода.

Увеличение эффективности производства энергии при выполнении упражнения может приводить к снижению потребления кислорода. Несмотря на то, что Lasley et al (2022В) не выявили изменений в окислительной способности митохондрий во время выполнения упражнений после нескольких дней приёма нитратов с пищей, Larsen et al (2022) сообщили об улучшении эффективности окислительного фосфорилирования митохондрий скелетных мышц, которое коррелировало со снижением кислородной стоимости упражнений.

Они отметили, что после приёма нитратов митохондрии скелетных мышц проявляют улучшение эффективности окислительного фосфорилирования (соотношения P/О), которое коррелирует с понижением кислородной стоимости упражнения. Эти наблюдения подтверждают повышение эффективности продукции АТФ для сокращений мышц при неизменном количестве кислорода.

Они также подтвердили, что потребление нитратов оказывает глубокое воздействие на основные функции митохондрий. Тем не менее, хоть Bailey et al (2022В) и не исключали возможности положительного влияния потребления нитратов на соотношение Р/О, они показали, что пониженная кислородная стоимость упражнений – следствие улучшения связи между гидролизом АТФ и производством усилия скелетными мышцами, которое может уменьшать количество необходимого АТФ при том же производимом усилии.

Общий уровень обмена АТФ был ниже при упражнениях низкой и высокой интенсивности после потребления пищевых нитратов. Кроме того, Vanhatalo et al (2022) отметили, что по сравнению с плацебо, в гипоксических условиях, потребление нитратов оказывает положительное влияние на восстановление креатинфосфата и мышечного рН – факторов, которые вносят вклад в увеличение физической работоспособности.

Авторы заметили, что приём нитратов при гипоксии восстанавливает устойчивость к упражнениям и окислительные способности до величин, которые наблюдаются при нормоксии. В общем, эти находки подтверждают способность приёма нитратов повышать энергетику мышц при упражнениях, что может приводить к уменьшению потребления кислорода.

Другие факторы также могут влиять на ситуацию. Гипотеза центрального утомления предполагает, что причиной утомления являются процессы, происходящие (преимущественно) в мозге. Presley et al (2022) измеряли кровоснабжение мозга у пожилых людей и наблюдали положительное действие нитратов пищи на региональное кровообращение в регионах мозга, ответственных за исполнительные функции.

Чтобы разобраться с механизмом, лежащим в основе понижения кислородной стоимости упражнений вследствие потребления нитратов, необходимо провести дополнительные исследования, в частности, со свекольным соком. Bailey et al (2022B) отметили, что свекольный сок богат антиоксидантами и фенолами, что указывает на возможность независимого или синергетического действия этих веществ и нитратов.

Химические свойства

Азотная кислота – это сильная кислота. За счет азота со степенью окисления 5 азотная кислота проявляет сильные окислительные свойства.

1. Азотная кислота практически полностью диссоциируетв водном растворе.

 HNO3 → H NO3–

2. Азотная кислота реагирует с основными оксидами, основаниями, амфотерными оксидами  и амфотерными гидроксидами. 

Например, азотная кислота взаимодействует с оксидом меди (II):

CuO     2HNO3   →   Cu(NO3)2     H2O

Еще пример: азотная кислота реагирует с гидроксидом натрия:

HNO3      NaOH   →   NaNO3     H2O

3. Азотная кислота вытесняет более слабые кислоты из их солей (карбонатов, сульфидов, сульфитов). 

Например, азотная кислота взаимодействует с карбонатом натрия:

2HNO3     Na2CO3   →  2NaNO3     H2O     CO2

4. Азотная кислота частично разлагается при кипении или под действием света:

4HNO3  →   4NO2      O2      2H2O

5.Азотная кислота активно взаимодействует с металлами. При этом  никогда не выделяется водород! При взаимодействии азотной кислоты с металлами окислителем всегда выступает азот 5.

металл HNO3 → нитрат металла вода газ (или соль аммония)

С алюминием, хромом и железомна холодуконцентрированная HNO3  не реагирует – кислота «пассивирует» металлы, т.к. на их поверхности образуется пленка оксидов, непроницаемая для концентрированной азотной кислоты. При нагревании реакция идет. При этом азот восстанавливается до степени окисления 4:

Fe       6HNO3(конц.)  →   Fe(NO3)3      3NO2     3H2O

 Al      6HNO3(конц.)   →  Al(NO3)3      3NO2     3H2O

Золото и платина не реагируют с азотной кислотой, но растворяются в «царской водке» – смеси концентрированных азотной и соляной кислот в соотношении 1 :  3 (по объему):

HNO3         3HCl      Au   →   AuCl3      NO      2H2O

Концентрированная азотная кислота взаимодействует с неактивными металлами и металлами средней активности (в ряду электрохимической активности после алюминия). При этом образуется оксид азота (IV), азот восстанавливается минимально:

4HNO3(конц.)        Cu   →    Cu(NO3)2        2NO2      2H2O

С активными металлами (щелочными и щелочноземельными) концентрированная азотная кислота реагирует с образованием оксида азота (I):

10HNO3          4Ca   →    4Ca(NO3)2        2N2O      5H2O

Разбавленная азотная кислота взаимодействует с неактивными металлами и металлами средней активности (в ряду электрохимической активности после алюминия). При этом образуется оксид азота (II).

8HNO3 (разб.)          3Cu   →    3Cu(NO3)2        2NO      4H2O

С активными металлами (щелочными и щелочноземельными), а также оловоми железом разбавленная азотная кислота реагирует с образованием молекулярного азота:

12HNO3(разб)        10Na   →    10NaNO3       N2       6H2O

При взаимодействии кальцияи магнияс азотной кислотой любой концентрации (кроме очень разбавленной) образуется оксид азота (I):

10HNO3          4Ca    →   4Ca(NO3)2        2N2O      5H2O

Очень разбавленная азотная кислота реагирует с металлами с образованием нитрата аммония:

10HNO3            4Zn   →    4Zn(NO3)2        NH4NO3      3H2O

Таблица. Взаимодействие азотной кислоты с металлами.

6. Азотная кислота окисляет и неметаллы (кроме кислорода, водорода, хлора, фтора и некоторых других). При взаимодействии с неметаллами HNO3  обычно восстанавливается до NO  или NO2, неметаллы окисляются до соответствующих кислот, либо оксидов (если кислота неустойчива).

Например, азотная кислота окисляет серу, фосфор, углерод, йод:

6HNO3           S     →   H2SO4      6NO2        2H2O

Безводная азотная кислота – сильный окислитель. Поэтому она легко взаимодействует с красным и белым фосфором. Реакция с белым фосфором протекает очень бурно. Иногда она сопровождается взрывом.

5HNO3          P   →    H3PO4        5NO2        H2O

5HNO3          3P         2H2O   →    3H3PO4        5NO

Видеоопытвзаимодействия фосфора с безводной азотной кислотой можно посмотреть здесь.

4HNO3         C   →   CO2        4NO2        2H2O

Видеоопытвзаимодействия угля с безводной азотной кислотой можно посмотреть здесь.

10HNO3      I2  →   2HIO3      10NO2       4H2O

7. Концентрированная азотная кислота окисляет сложные вещества (в которых есть элементы в отрицательной, либо промежуточной степени окисления): сульфиды металлов, сероводород, фосфиды, йодиды, соединения железа (II) и др.

Например, азотная кислота окисляет оксид серы (IV):

2HNO3        SO2  →   H2SO4        2NO2

Еще пример: азотная кислота окисляет йодоводород:

6HNO3      HI   →  HIO3      6NO2      3H2O

Азотная кислота окисляет углерод до углекислого газа, т.к. угольная кислота неустойчива.

3С        4HNO3   →    3СО2       4NO       2H2O

Сера в степени окисления -2 окисляется без нагревания до простого вещества, при нагревании до серной кислоты. 

Например, сероводород окисляется азотной кислотой без нагревания до молекулярной серы:

2HNO3        H2S     →  S        2NO2      2H2O

При нагревании до серной кислоты:

2HNO3        H2S     →  H2SO4         2NO2      2H2O

8HNO3         CuS   →   CuSO4       8NO2       4H2O

Соединения железа (II) азотная кислота окисляет до соединений железа (III):

4HNO3         FeS   →   Fe(NO3)3     NO       S       2H2O

8. Азотная кислота окрашивает белкив оранжево-желтый цвет («ксантопротеиновая реакция»).

Ксантопротеиновую реакцию проводят для обнаружения белков, содержащих в своем составе ароматические аминокислоты. К раствору белка прибавляем концентрированную азотную кислоту. Белок свертывается. При нагревании белок желтеет. При добавлении избытка аммиака окраска переходит в оранжевую.

Видеоопыт обнаружения белков с помощью азотной кислоты можно посмотреть здесь.

Химические свойства аммиака

1.В водном растворе аммиак проявляет основные свойства (за счет неподеленной электронной пары). Принимая протон (ион H ), он превращается в ион аммония. Реакция может протекать и в водном растворе, и в газовой фазе:

:NH3      H2O    ⇄    NH4       OH–

Таким образом, среда водного раствора аммиака – щелочная. Однако аммиак – слабое основание. При 20 градусах один объем воды поглощает до 700 объемов аммиака.

Видеоопытрастворения аммиака в воде можно посмотреть здесь.

2. Как основание, аммиак взаимодействует с кислотами в растворе и в газовой фазе с образованием солей аммония.

Например, аммиак реагирует с серной кислотой с образованием либо кислой соли – гидросульфата аммония (при избытке кислоты), либо средней соли – сульфата аммония (при избытке аммиака):

NH3       H2SO4    →    NH4HSO4

2NH3      H2SO4    →   (NH4)2SO4

Еще один пример: аммиак взаимодействует с водным раствором углекислого газа с образованием карбонатов или гидрокарбонатов аммония:

NH3       H2O    CO2  →    NH4HCO3

2NH3      H2O    CO2    →   (NH4)2CO3

Видеоопытвзаимодействия аммиака с концентрированными кислотами – азотной, серной и и соляной можно посмотреть  здесь.

В газовой фазе аммиак реагирует с летучим хлороводородом. При этом образуется густой белый дым – это выделяется хлорид аммония. 

NH3      HCl  →   NH4Cl

Видеоопытвзаимодействия аммиака с хлороводородом в газовой фазе (дым без огня) можно посмотреть здесь.

3. В качестве основания, водный раствор аммиака реагирует с растворами солей тяжелых металлов, образуя нерастворимые гидроксиды.

Например, водный раствор аммиака реагирует с сульфатом железа (II) с образованием сульфата аммония и гидроксида железа (II):

FeSO4   2NH3  2H2O  →  Fe(OH)2  (NH4)2SO4

4. Соли и гидроксиды меди, никеля, серебра растворяются в избытке аммиака, образуя комплексные соединения – амминокомплексы.

Например, хлорид меди (II) реагирует с избытком аммиака с образованием хлорида тетрамминомеди (II):

4NH3      CuCl2  →  [Cu(NH3)4]Cl2

Гидроксид меди (II) растворяется в избытке аммиака:

4NH3       Cu(OH)2   → [Cu(NH3)4](OH)2

5.Аммиак горит на воздухе, образуя азот и воду:

4NH3        3O2    →  2N2      6H2O

Если реакцию проводить в присутствии катализатора (Pt), то азот окисляется до NO:

4NH3        5O2    →    4NO     6H2O

6. За счет атомов водорода в степени окисления 1 аммиак может выступать в роли окислителя, например в реакциях с щелочными, щелочноземельными металлами, магнием и алюминием. С металлами реагирует только жидкий аммиак.

Например, жидкий аммиак реагирует с натрием с образованием амида натрия:

2NH3       2Na   →   2NaNH2     H2

 Также возможно образование Na2NH,  Na3N.

При взаимодействии аммиака с алюминием образуется нитрид алюминия:

2NH3        2Al   →   2AlN      3H2

7. За счет азота в степени окисления -3 аммиак проявляет восстановительные свойства. Может взаимодействовать с сильными окислителями — хлором, бромом, пероксидом водорода, пероксидами и оксидами некоторых металлов. При этом азот окисляется, как правило, до простого вещества.

Например, аммиак окисляется хлором до молекулярного азота:

2NH3        3Cl2    →  N2      6HCl

Пероксид водорода также окисляет аммиак до азота:

2NH3        3H2O2    →  N2      6H2O

Оксиды металлов, которые в электрохимическом ряду напряжений металлов расположены справа — сильные окислители. Поэтому они также окисляют аммиак до азота.

Например, оксид меди (II) окисляет аммиак:

2NH3       3CuO   →    3Cu      N2      3H2O

Химические свойства солей аммония

1. Все соли аммония – сильные электролиты, почти полностью диссоциируют на ионы в водных растворах:

NH4Cl   ⇄   NH4 Cl–

2.Соли аммония проявляют свойства обычных растворимых солей –вступают в реакции обмена с щелочами, кислотами и растворимыми солями, если в продуктах образуется газ, осадок или образуется слабый электролит.

Например, карбонат аммония  реагирует с соляной кислотой. При этом выделяется углекислый газ:

(NH4)2CO3      2НCl →   2NH4Cl Н2O CO2

Соли аммония реагируют с щелочами с образованием аммиака.

Например, хлорид аммония реагирует с гидроксидом калия:

NH4Cl        KOH   →   KCl       NH3       H2O

Взаимодействие с щелочами — качественная реакция на ионы аммония. Выделяющийся аммиак можно обнаружить по характерному резкому запаху и посинению лакмусовой бумажки.

3. Соли аммония подвергаются гидролизу по катиону, т.к. гидроксид аммония — слабое основание:

NH4Cl      Н2O    ↔   NH3 ∙ H2O      HCl

NH4           HOH    ↔   NH3 ∙ H2O         H

4. При нагревании соли аммония разлагаются. При этом если соль не содержит анион-окислителя, то разложение проходит без изменения степени окисления атома азота. Так разлагаются хлорид, карбонат, сульфат, сульфид и фосфат аммония:

NH4Cl   →    NH3      HCl

NH4HCO3    →   NH3      CO2       H2O

  (NH4)2SO4    →   NH4HSO4     NH3

NH4HS  →   NH3      H2S

Если соль  содержит анион-окислитель, то разложение сопровождается  изменением степени окисления атома азота иона аммония. Так протекает разложение нитрата, нитрита и дихромата аммония:

NH4NO2   →   N2        2H2O  

190 – 245° C:

NH4NO3  →   N2O      2H2O

При температуре 250 – 300°C:

 2NH4NO3  →   2NO       4H2O

При температуре выше 300°C:

2NH4NO3    →   2N2      O2       4H2O

Разложение бихромата аммония («вулканчик»).Оранжевые кристаллы дихромата аммония под действием горящей лучинки бурно реагируют. Дихромат аммония – особенная соль, в ее составе – окислитель и восстановитель. Поэтому «внутри» этой соли может пройти окислительно-восстановительная реакция (внутримолекулярная ОВР):

(NH4)2Cr2O7  →   Cr2O3       N2      4H2O

Окислитель –  хром (VI) превращается в хром (III), образуется зеленый оксид хрома. Восстановитель – азот, входящий в состав иона аммония, превращается в газообразный азот. Итак, дихромат аммония превращается в зеленый оксид хрома, газообразный азот и воду.

Реакция начинается от горящей лучинки, но не прекращается, если лучинку убрать, а становится еще интенсивней, так как в процессе реакции выделяется теплота, и, начавшись от лучинки, процесс лавинообразно развивается. Оксид хрома (III) – очень твердое, тугоплавкое вещество зеленого цвета, его используют как абразив.

Видеоопытразложения дихромата аммония можно посмотреть здесь.