Вплив оксидів азоту на організм людини і
рослини
Голдовская Л.Ф.
Оксид
азоту (I), що утворюється головним чином природним шляхом, нешкідливий для
людини. Він представляє собою безбарвний газ зі слабким запахом і солодкуватим
смаком. Вдихання невеликих кількостей N2O призводить до притуплення больової
чутливості, внаслідок чого цей газ іноді в суміші з киснем
застосовують для наркозу. У малих кількостях N2O викликає відчуття сп'яніння
(звідси назва «звеселяючий газ»). Вдихання чистого N2O швидко викликає
наркотичний стан і задуха.
Оксид
азоту NO і діоксид азоту N2O в атмосфері зустрічаються разом, тому найчастіше
оцінюють їх сумісна дія на організм людини. Тільки поблизу від
джерела викидів спостерігається висока концентрація NO. При згорянні палива в
автомобілях і в теплових електростанціях приблизно 90% оксидів азоту утворюється
у формі монооксиду азоту. Решта 10% припадає на діоксид азоту. Однак у
ході хімічних реакцій значна частина NO перетворюється на N2O - набагато
більш небезпечне з'єднання. Монооксид азоту NO являє собою безбарвний газ.
Він не подразнює дихальні шляхи, і тому людина може його не
відчути. При вдиханні NO, як і CO, зв'язується з гемоглобіном. При цьому
утворюється нестійка Нітрозосполуки, яке швидко переходить в
метгемоглобін, при цьому Fe2 + переходить у Fe3 +. Іон Fe3 + не може оборотно
пов'язувати O2 і таким чином виходить з процесу переносу кисню. Концентрація
метгемоглобіну в крові 60 - 70% вважається летальної. Але таке граничне
значення може виникнути тільки в закритих приміщеннях, а на відкритому повітрі
це неможливо.
За
міру віддалення від джерела викиду все більша кількість NO перетворюється у NO2
- Бурий, що володіє характерним неприємним запахом газ. Діоксид азоту сильно
дратує слизові оболонки дихальних шляхів. Вдихання отруйних парів
діоксиду азоту може призвести до серйозного отруєння. Діоксид азоту викликає
сенсорні, функціональні та патологічні ефекти. Розглянемо деякі з
них. До сенсорним ефектів можна віднести нюхові і зорові реакції
організму на вплив NO2. Навіть при малих концентраціях, що становлять всього
0,23 мг/м3, людина відчуває присутність цього газу. Ця концентрація є
порогом виявлення діоксиду азоту. Однак здатність організму виявляти
NO2 пропадає після 10 хвилин вдихання, але при цьому відчувається відчуття сухості і
першения в горлі. Хоча і ці ознаки зникають при тривалому впливі
газу в концентрації, в 15 разів перевищує поріг виявлення. Таким чином, NO2
послаблює нюх.
Але
діоксид азоту впливає не тільки на нюх, а й послаблює нічний зір
- Здатність очі адаптуватися до темряви. Цей же ефект спостерігається при
концентрації 0,14 мг/м3, що, відповідно, нижче порога виявлення.
Функціональним
ефектом, що викликається діоксидом азоту, є підвищений опір
дихальних шляхів. Іншими словами, NO2 викликає збільшення зусиль, що витрачаються
на дихання. Ця реакція спостерігалася у здорових людей при концентрації NO2 всього
0,056 мг/м3, що в чотири рази нижче порога виявлення. А люди з хронічними
захворюваннями легень зазнають ускладненість дихання вже при концентрації
0,038 мг/м3.
Патологічні
ефекти виявляються в тому, що NO2 робить людину більш чутливим до
патогенів, що викликає хвороби дихальних шляхів. У людей, що зазнали
впливу високих концентрацій діоксиду азоту, частіше спостерігаються катар верхніх
дихальних шляхів, бронхіти, круп і запалення легенів. Крім того, діоксид
азоту сам по собі може стати причиною захворювань дихальних шляхів. Потрапляючи в
організм людини, NO2 при контакті з вологою утворює азотистих і азотну
кислоти, які роз'їдають стінки альвеол легенів. При цьому стінки альвеол і
кровоносних капілярів стають настільки проникними, що пропускають
сироватку крові в порожнину легенів. У цій рідині розчиняється вдихуваний
повітря, утворюючи піну, що перешкоджає подальшому газообміну. Виникає набряк
легень, який часто призводить до летального результату. Тривала дія
оксидів азоту викликає розширення клітин у корінцях бронхів (тонких
розгалуженнях повітряних шляхів альвеол), погіршення опірності легень до
бактерій, а також розширення альвеол. Деякі дослідники вважають, що в
районах з високим вмістом в атмосфері діоксиду азоту спостерігається підвищена
смертність від серцевих і ракових захворювань.
Люди,
страждають хронічними захворюваннями дихальних шляхів (емфіземою легенів,
астмою) і серцево-судинними хворобами, можуть бути більш чутливі до
прямим впливів NO2. У них легше розвиваються ускладнення (наприклад,
запалення легенів) при короткочасних респіраторних інфекціях. Вважають, що
близько 10 - 15% населення США страждає хронічними респіраторними
захворюваннями. Виходячи з цього, у США встановлено стандарт на вміст NO2 на
рівні, що оберігає населення від респіраторних інфекцій. Середньорічний
стандарт якості повітря в США передбачає концентрацію NO2 0,1 мг/м3. Ні
даних на допустимий вміст NO2 в невеликі проміжки часу (наприклад,
середньодобову концентрацію). У Німеччині прийнята максимально допустима
емісійна концентрація (МЕК) NO2 - 9 мг/м 3. МЕК показує, яка
концентрація речовини викидається тим або іншим джерелом в повітря. Вимірювання
концентрації викидів здійснюється безпосередньо в потоці газів. Але слід
знати, що діоксид азоту являє собою небезпеку для здоров'я людини,
навіть якщо його концентрація в повітрі менше МЕК, особливо при тривалому
дії.
В
Україні встановлені такі екологічні стандарти на утримання оксидів
азоту в атмосферному повітрі населених місць: для NO2 максимальна разова
гранично допустима концентрація (ПДКм.р.) складає 0,085 мг/м 3, а
середньодобова гранично допустима концентрація (ПДКс.с.) - 0,04 мг/м 3; для NO
ПДКм.р = 0,4 мг/м 3, ПДКс.с = 0,06 мг/м 3.
Руйнівна
вплив складових фотохімічного смогу на рослини було виявлено
раніше, ніж підтверджено їх вплив на здоров'я людей.
Оксиди
азоту NOx можуть впливати на рослини трьома шляхами:
прямим
контактом з рослинами;
через
що утворюються в повітрі кислотні опади;
побічно
- Шляхом фотохімічного утворення таких окислювачів, як озон і ПАН.
Пряме
вплив NOx на рослини визначається візуально за пожовтіння або побуріння
листя і голок, що відбувається в результаті окислення хлорофілу. Окислення
жирних кислот у рослинах, що відбувається одночасно з окисленням хлорофілу,
крім того, призводить до руйнування мембран і некрозу. Утвориться, при цьому в
клітинах Азотиста кислота надає мутагенну дію. Негативне
біологічний вплив NOx на рослини проявляється в знебарвлення листя,
в'яненні квіток, припинення плодоношення і росту. Така дія пояснюється
утворенням кислот при розчиненні оксидів азоту в міжклітинної і
внутрішньоклітинної рідинах.
Ботаніки
вважають, що початкові симптоми пошкодження рослин оксидами азоту
проявляються в безладному поширенні знебарвлюються плям сіро-зеленого
відтінку. Ці плями поступово грубіють, висихають і стають білими. Оксиди
азоту токсичні при концентрації 3 млн-1. Для порівняння: сірчистий газ викликає
ураження рослин при більшій концентрації (5 млн-1).
Порушення
росту рослин при дії NO2 спостерігаються при концентраціях 0,35 мг/м3 і
вище. Це значення є граничною концентрацією. Небезпека пошкодження
рослинності діоксидом азоту існує тільки у великих містах і
промислових районах, де середня концентрація NO2 становить 0,2 - 0,3 мг/м 3.
Рослини
більш стійкі (в порівнянні з людиною) до впливу чистого діоксиду
азоту. Це пояснюється особливостями засвоєння NO2, який відновлюється в
хлоропластах і як NH2-групи входить в амінокислоти. При концентрації
0,17 - 0,18 мг/м3 оксиди азоту використовуються рослинами в якості добрив.
Ця здатність до метаболізірованію NOx людині не притаманна.
Руйнівний
дію NO2 на рослини посилюється в присутності діоксиду сірки. Це
підтверджене на дослідах, проведених з наступними породами дерев: тополь
чорний, береза плакуча, вільха біла, липа мелколистная. Ці гази володіють
синергізмом, і в атмосфері часто присутні разом. У той час як
дію одного діоксиду азоту багато рослин переносять у концентрації до 0,35
мг/м 3, у присутності діоксиду сірки така ж кількість NO2 може завдати їм
збиток.
Озон
і пероксоацілнітрати (ПАН) - сильні окислювачі. Вони впливають на
метаболізм, ріст і енергетичні процеси в рослинах, пригнічуючи багато
ферментативні реакції, наприклад, синтез гліколіпіду, полісахаридів стінок
клітини, целюлози і т.д. Озон та ПАН також впливають на фотосинтезу процес.
Озон
значно токсичніша оксидів азоту при дії на рослини. Для них він
токсичний при концентрації 0,2 млн-1. Чутливі види рослин вже після
часовий обробки озоном при концентрації 0,05 - 0,1 мг/м 3 проявляються ознаки
гноблення (біла або коричнева крапчастість). Озон також змінює структуру
клітинних мембран, внаслідок чого можна спостерігати сріблясту плямистість
листя. При дії озону також окислюються пігменти і листя
знебарвлюються. На глянцевому шарі шкірки листя і голок виявляються тріщини, і
лист стає крихким. Крім того, в тріщинах можуть проростати грибні спори,
проникаючі потім вглиб листа і руйнують його. Цей інфекційний процес
є однією з причин загибелі лісів.
При
окисних процесах у клітині рослин може виділятися етилен, що викликає
опадання листя і голок. Результатом дії високих концентрацій озону
є штрихова смугастість листя. Встановлено, що озон впливає на
цитрусові, призводить до надмірно раннього дозрівання плодів і обпадання їх до
досягнення нормальних розмірів. Спеціальне дослідження, проведене з
чотирма видами сільськогосподарських рослин (соя, кукурудза, пшениця та
земляний горіх), показало, що забруднення повітря озоном призводить до втрати
врожаю.
Таким
чином, ознаки пошкоджень, викликаних NO2 і O3, візуально діагностуються.
Однак слід враховувати, що в природних умовах, ці гази діють на
рослини не окремо, а комплексно в складній суміші з іншими
забруднювачами, тому ідентифікацію впливу провести важко. ПАН
стає фізіологічно активним тільки при освітленні. Фотолітіческі він
розпадається на і пероксоацетіл-радикал, який окислюючи, руйнує пігменти
рослин. У висновку слід зазначити, що фотохімічні окислювачі
мають найбільший вплив на салатні культури, боби, буряк, злаки,
виноград і декоративні насадження. Спочатку на листках утворюється водне
набухання. Через деякий час нижні поверхні листя набувають
сріблястий або бронзовий відтінок, а верхні стають плямистими з білим
нальотом. Потім настає швидке в'янення та загибель листків.
Список літератури
Для
підготовки даної роботи були використані матеріали з сайту http://masters.donntu.edu.ua
