Re: 질산염, 아질산염의 심혈관계 치료 기전 2012년

[문형철]

Eur J Nutr

. Author manuscript; available in PMC: 2012 Nov 5.

Published in final edited form as: Eur J Nutr. 2011 May 31;50(5):293–303. doi: 10.1007/s00394-011-0192-5

Dietary nitrite and nitrate: a review of potential mechanisms of cardiovascular benefits

Ajay Machha 1, Alan N Schechter 1,✉

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PMCID: PMC3489477  NIHMSID: NIHMS412098  PMID: 21626413

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Abstract

Purpose

In the last decade, a growing scientific and medical interest has emerged toward cardiovascular effects of dietary nitrite and nitrate; however, many questions concerning their mode of action(s) remain unanswered. In this review, we focus on multiple mechanisms that might account for potential cardiovascular beneficial effects of dietary nitrite and nitrate.

Results

Beneficial changes to cardiovascular health from dietary nitrite and nitrate might result from several mechanism(s) including their reduction into nitric oxide, improvement in endothelial function, vascular relaxation, and/or inhibition of the platelet aggregation. From recently obtained evidence, it appears that the longstanding concerns about the toxicity of oral nitrite or nitrate are overstated.

Conclusion

Dietary nitrite and nitrate may have cardiovascular protective effects in both healthy individuals and also those with cardiovascular disease conditions. A role for nitrite and nitrate in nitric oxide biosynthesis and/or in improving nitric oxide bioavailability may eventually provide a rationale for using dietary nitrite and nitrate supplementation in the treatment and prevention of cardiovascular diseases.

요약
목적
지난 10년 동안, 식이 아질산염과 질산염의 심혈관 효과에 대한 과학적, 의학적 관심이 증가해 왔지만, 그 작용 방식에 관한 많은 질문은 아직 답이 나오지 않고 있습니다. 이 리뷰에서는 식이 아질산염과 질산염의 잠재적인 심혈관 유익 효과에 대한 여러 가지 메커니즘에 초점을 맞춥니다.

결과

식이 아질산염과 질산염이 심혈관 건강에 미치는 유익한 변화는 

산화질소로 환원, 

내피 기능 개선, 혈관 이완, 혈소판 응집 억제 등 

여러 가지 메커니즘을 통해 발생할 수 있습니다. 

최근에 확보된 증거에 따르면, 

경구 아질산염 또는 질산염의 독성에 대한 오랜 우려는 과장된 것으로 보입니다.

결론
식이 아질산염과 질산염은 

건강한 사람과 심혈관 질환이 있는 사람 모두에게 심혈관 보호 효과가 있을 수 있습니다. 

아질산염과 질산염이 

산화질소 생합성 및/또는 산화질소 생체 이용률 개선에 중요한 역할을 할 수 있다는 사실은 

결국 심혈관 질환의 치료와 예방에 식이 아질산염과 질산염 보충제를 사용하는 근거를 제공할 수 있습니다.

Keywords: Cardiovascular disease, Diet, Endothelial dysfunction, Nitric oxide, Nitrite, Nitrate

Introduction

Scientific and medical interest in cardiovascular health benefits of fruit- and vegetable-rich diets has grown exponentially in recent years, due to compelling epidemiological evidence showing that consumption of fruits and vegetables might reduce the risk of cardiovascular diseases [1–3]. Understanding the precise factors in these foods that account for cardiovascular protection is a major focus of experimental and clinical research for many years. Over the past two decades, several factors in these foods have been identified to have favorable effects on cardiovascular health, although many questions concerning their relevant contribution remain unanswered [4–6]. Of late, there is great interest in the nitrite and nitrate content of these foods in improving cardiovascular health due to improved understanding of the role of endogenous nitrite and nitrate in the maintenance of vascular homeostasis [7–13]. Over the past decade, several in vitro and in vivo animal model studies [14–26] and a few human studies [15, 27–30] have provided evidence that the nitrite and nitrate content of the fruits and vegetables could contribute to their cardiovascular health benefits, although many questions concerning their mode of action(s) remain unanswered. The major focus of this paper will be to provide a review of mechanisms that might account for the potential cardiovascular beneficial effects of dietary nitrite and nitrate. These include enhancement in nitric oxide bioavailability in the vasculature, dilation of the vasculature (vasodilator effects), and inhibition of platelet aggregation. In addition, this paper briefly discusses data from animal and human studies investigating the effects of nitrite and nitrate supplementation in the treatment and prevention of myocardial ischemia and hypertension.

소개

과일과 채소가 풍부한 식단의 심혈관 건강에 대한 과학적, 의학적 관심은

과일과 채소의 섭취가 심혈관 질환의 위험을 감소시킬 수 있다는 강력한 역학적 증거로 인해

최근 몇 년 동안 기하급수적으로 증가했습니다 [1-3].

이러한 식품의 정확한 심혈관 보호 요인을 이해하는 것은

수년 동안 실험 및 임상 연구의 주요 초점입니다.

지난 20년 동안,

이러한 식품에 함유된 여러 가지 성분이 심혈관 건강에 긍정적인 영향을 미친다는 사실이 밝혀졌지만,

그 관련성에 대한 많은 의문은 여전히 풀리지 않고 있습니다 [4-6].

최근에는

혈관 항상성 유지에 있어 내인성 아질산염과 질산염의 역할에 대한 이해가 향상됨에 따라,

이러한 식품에 함유된 아질산염과 질산염이 심혈관 건강을 개선하는 데 큰 도움이 된다는 사실이 알려지면서

큰 관심을 받고 있습니다 [7-13].

지난 10년 동안

여러 가지 체외 및 체내 동물 모델 연구[14-26]와

몇 가지 인간 대상 연구[15, 27-30]를 통해

과일과 채소의 아질산염과 질산염 함량이 심혈관 건강에 도움이 된다는 증거가 제시되었지만,

그 작용 방식에 관한 많은 질문은 아직 답이 나오지 않고 있습니다.

이 논문의 주요 초점은

식이 아질산염과 질산염이 잠재적으로 심혈관계에 유익한 효과를 나타낼 수 있는 메커니즘을 검토하는 것입니다.

여기에는

혈관계에서 산화질소의 생체 이용률 향상,

혈관계 확장(혈관 확장 효과),

혈소판 응집 억제 등이 포함됩니다.

또한, 이 논문에서는

심근 허혈과 고혈압의 치료 및 예방에 대한 아질산염과 질산염 보충제의 효과를 조사한

동물 및 인간 대상 연구의 데이터를 간략하게 논의합니다.

Sources of nitrite and nitrate

Endogenous nitrite and nitrate originate from two potential sources [7–13]. First, oxidation of NO produced in vivo in biological fluids and cells. NO is synthesized in vivo from the amino acid l-arginine by the nitric oxide synthase (NOS) enzymes in the presence of molecular oxygen (O2) and several cofactors. These cofactors include nicotinamide adenine dinucleotide phosphate (NADPH), flavin mononucleotide (FMN), flavin adenine dinucleotide (FAD), tetrahydrobiopterin (BH4), and calmodulin and calcium. Three isoforms of NOS have been identified: endothelial (eNOS), neuronal (nNOS), and inducible (iNOS). Initially, eNOS was generally considered as the sole (major) source of NO in the vasculature. NO is labile with a short half-life in biological fluids [31]. Once synthesized, NO gets rapidly oxidized to nitrate by oxyhemoglobin and to nitrite in the plasma in a reaction catalyzed at least in part by the copperstorage plasma protein ceruloplasmin [32, 33]. Indeed, l-arginine-eNOS pathway has been reported to contribute to ~70% of plasma nitrite [34–36]. Second, diet is also the major potential source of endogenous nitrite and nitrate. For the average population, the range of dietary nitrite intake has been reported to be 0–20 mg per day, whereas for dietary nitrate, it ranges from 53 to 300 mg per day [37]. Most dietary nitrate (80–95%) exposure comes from plant foods (mostly vegetables and a few fruits), whereas most dietary nitrite comes from nitrite food additives and added nitrite in processed, cured meats (~39%) and baked goods and cereals (~34%) [13, 37]. In addition, drinking water can also contain considerable amounts of nitrate (usually <10 mg/L in the absence of bacterial contamination), although in many countries the levels are strictly regulated. On the other hand, systemic nitrite can also be derived from the reduction of nitrate, originated either from NO oxidation or from the diet, to nitrite by two sources. First, nitrate can be reduced to nitrite by commensal facultative anaerobic bacteria present in the oral cavity (i.e., mouth) and possibly in the gastrointestinal tract [38–40].

For instance, in a recent cross-over designed study involving seven healthy human volunteers, rinsing the mouth with antibacterial mouthwash has been shown to abolish conversion of nitrate into nitrite in saliva and to markedly reduce increase in plasma nitrite following a dietary nitrate load (10 mg/kg of sodium nitrate dissolved in water) [40], suggesting that oral bacteria plays a critical role in nitrate reduction into nitrite, and, conversely, contributes to systemic nitrite levels. Indeed, it has been known for several years that bacteria use nitrate as an alternative electron acceptor to oxygen during respiration and a fraction of the nitrate anions present in saliva is converted in the mouth to nitrite under the influence of bacterial enzymes [38, 39]. Second, but only recently recognized, possibility for systemic nitrate reduction to nitrite is nitrate reductase enzymes present in the tissues such as lung, liver, heart, and kidney [41]. For instance, in a recent study, Jansson et al. [39] demonstrated that mammalian tissues reduce inorganic nitrate to nitrite and that this effect is significantly inhibited by allopurinol [41], suggesting that molybdenum-based oxidoreductase enzymes such as xanthine oxidase present in mammalian tissues may catalyze, at least in part, the nitrate reduction to nitrite and, conversely, contribute to systemic nitrite levels.

아질산염과 질산염의 발생원

체내 아질산염과 질산염은 두 가지 잠재적 발생원으로부터 발생합니다 [7-13].

첫째, 체내에서 생체액과 세포에서 생성된 NO의 산화입니다.

NO는 분자 산소(O2)와 여러 가지 보조인자의 존재 하에

산화질소 합성효소(NOS)에 의해

체내에서 아미노산인 l-아르기닌으로부터 합성됩니다.

이러한 보조 인자에는

니코틴아미드 아데닌 디뉴클레오티드 포스페이트(NADPH),

플라빈 모노뉴클레오티드(FMN),

플라빈 아데닌 디뉴클레오티드(FAD),

테트라하이드로비오테린(BH4),

칼모둘린과 칼슘 등이 포함됩니다.

NOS의 세 가지 이소형이 확인되었습니다:

내피(eNOS), 신경(nNOS), 유도성(iNOS).

처음에는 eNOS가 혈관계에서 NO의 유일한(주요) 공급원으로 간주되었습니다.

NO는

생물학적 유체에서 반감기가 짧고 불안정합니다[31].

일단 합성되면,

NO는 적어도 부분적으로 구리 저장 혈장 단백질인 세룰로플라스민에 의해 촉매되는 반응에서

옥시헤모글로빈에 의해 질산염으로,

혈장에서 아질산염으로 빠르게 산화됩니다[32, 33].

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2590093520300084

산화질소(NO)는 혈관 항상성에서 중추적인 역할을 담당하며, 그 기능은 용량 의존적으로 작용합니다. 즉, NO 농도가 너무 높거나 낮으면 심혈관 질환의 발병을 유발할 수 있습니다. 이는 NO의 생성 및 소거 사이의 균형이 매우 중요하다는 것을 의미합니다. 지난 20년 동안 제시된 증거에 따르면 헤모글로빈(Hb)이 NO의 동적 평형에 영향을 미칠 수 있습니다. 한때 헤모글로빈(Hb)이 NO 수송을 억제함으로써 NO 신호 전달에 관여하는 것으로 여겨졌지만, 현재는 여러 가지 메커니즘을 통해 헤모글로빈(Hb)이 NO 활동을 보존하고 조절할 수도 있다는 사실이 밝혀졌습니다. 이 분야에 엄청난 양의 연구가 투입되었음에도 불구하고, NO 활성의 정확한 보존 메커니즘과 Hb가 NO 활성을 생성하는지, 그리고 어떻게 생성하는지에 관한 주요 질문은 아직 답이 없습니다. 이 리뷰에서는 NO 형성, 운반, 소비에 있어서 헤모글로빈의 역할에 대해 논의합니다. 또한 NO와 헤모글로빈 사이의 불균형 메커니즘이 어떻게 관련 질병을 유발하는지에 대해서도 논의합니다. 이는 새로운 치료법의 기초가 될 수 있습니다.

1.1. 헤모글로빈, NO 생체 활성의 제거제

Hb는 NO 파괴자로서 NO를 헴철과 OxyHb에 결합시켜 혈관 확장에 영향을 미칠 수 있습니다. NO 신호 전달의 억제는 주로 질산염과 메트헤모글로빈을 생성하기 위해 oxyHb와 반응하기 때문입니다 [25]. 높은 산소 압력 하에서, NO는 산소화된 Fe(II)Hb를 제2철로 산화시키고, 그 자체가 산화되어 질산염을 생성합니다. 반응 방정식은 다음과 같습니다. 

산소화 조건에서 내피에 의해 생성된 NO의 반감기는 정상적인 생물학적 반감기인 5초 이하보다 짧으며, 10mM Hb(적혈구 건조 중량의 97%에 해당)에서 약 1μs입니다 [26].

산화질소(NO)는 산소화 헤모글로빈(oxyHb)과 반응할 수 있을 뿐 아니라, 저산소 조건에서 탈산소 헤모글로빈(deoxygenated Hb)과 빠르게 반응하여 니트로실 헤모글로빈(nitrosylhemoglobin)을 형성할 수 있습니다 [27], 그 방정식은 다음과 같습니다. (2)

위의 연구는 헤모글로빈이 어떻게 한편으로는 NO를 배치하고 다른 한편으로는 매우 빠르게 비활성화할 수 있는지에 대한 문제를 반영하고 있으며, 적혈구가 순환계를 통과할 때 이러한 활동이 생리학적으로 의미 있게 연결될 수 있는지에 대한 문제를 반영합니다. 적혈구와 무적혈구 영역에서 Hb(그림 1)의 구획화가 NO 제거율을 크게 감소시킬 수 있다는 사실이 밝혀졌기 때문에, NO가 실제로 내피 유래 이완 인자로서 기능할 수 있습니다 [28].

실제로,

l-arginine-eNOS 경로가

혈장 아질산염의 약 70%를 생성하는 것으로 보고되었습니다 [34–36].

둘째, 식이요법도 내인성 아질산염과 질산염의 주요 잠재적 공급원입니다.

일반인의 경우,

식이 아질산염 섭취량은 하루 0-20mg인 것으로 보고되었으며,

식이 질산염의 경우, 하루 53-300mg인 것으로 보고되었습니다 [37].

식물성 식품(주로 채소와 일부 과일)에서

대부분의 식이 질산염(80-95%)이 노출되는 반면,

가공육(약 39%)과 구운 식품 및 곡물(약 34%)에 첨가된 아질산염 식품 첨가물 및 아질산염에서

대부분의 식이 아질산염이 노출됩니다 [13, 37].

또한, 식수에는 상당한 양의 질산염이 함유되어 있을 수 있지만(박테리아 오염이 없는 경우 일반적으로 10mg/L 미만), 많은 국가에서 그 수치가 엄격하게 규제되고 있습니다.

한편,

전신성 아질산염은 질산염의 환원 작용으로 인해 생성될 수 있는데,

이는 NO의 산화 또는 식이요법으로 인해

두 가지 원천에서 아질산염으로 전환되는 것입니다.

첫째, 질산염은 구강(즉, 입)과 위장관에 존재하는

공생성 통성 혐기성 세균에 의해

아질산염으로 환원될 수 있습니다 [38-40].

예를 들어, 최근 건강한 인간 자원자 7명을 대상으로 한 교차 설계 연구에서 항균성 구강 세정제로 입을 헹구면 타액에서 질산염이 아질산염으로 전환되는 것을 막을 수 있고, 식이성 질산염(물 속에 녹인 질산나트륨 10mg/kg)을 섭취한 후 혈장 아질산염의 증가를 현저하게 줄일 수 있는 것으로 나타났습니다[40]. 이는 구강 내 세균이 질산염을 아질산염으로 환원하는 데 중요한 역할을 하고, 반대로 전신 아질산염 수치에 기여한다는 것을 시사합니다.

실제로, 박테리아가 호흡 과정에서 산소를 대체하는 전자 수용체로 질산염을 사용한다는 사실은 이미 수년 전부터 알려져 왔으며, 타액에 존재하는 질산염 음이온의 일부는 박테리아 효소의 영향으로 입에서 아질산염으로 전환됩니다[38, 39]. 두 번째로, 최근에야 인식된 전신 질산염 감소의 가능성은 폐, 간, 심장, 신장과 같은 조직에 존재하는 질산염 환원 효소입니다[41]. 예를 들어, 최근 연구에서 Jansson et al. [39]은 포유류 조직이 무기질 질산염을 아질산염으로 환원한다는 것을 입증했고, 이 효과가 알로퓨리놀에 의해 상당히 억제된다는 것을 보여 주었습니다 [41]. 이는 포유류 조직에 존재하는 크산틴 산화효소와 같은 몰리브덴 기반 산화 환원 효소가 적어도 부분적으로는 질산염을 아질산염으로 환원하는 것을 촉매할 수 있으며, 반대로 전신 아질산염 수치에 기여할 수 있음을 시사합니다.

Pharmacokinetics of nitrite and nitrate

An important factor influencing the interpretation of the biological effects of nitrite and nitrate is their systemic concentration. Emerging data from human and animal studies suggest that nitrite and nitrate derived from both endogenous (i.e., oxidation of endogenously produced NO) and exogenous (i.e., dietary intake) sources contribute to steady-state systemic nitrite and nitrate concentrations [7–13]. In general, plasma concentrations obtained of nitrite and nitrate range between 0.01 and 0.6 µM and 20–40 µM, respectively [7–13, 32, 42–44]. The concentrations of nitrite in rat vascular tissue (10 ± 1 µM) have been reported to be much higher than that observed in the plasma [45]. Dietary nitrate is readily absorbed from the stomach and proximal small intestine into the blood and mixes with NO-derived nitrate. Although much of the nitrate ingested (65–70%) is excreted in the urine, part of it (~25%) accumulates greatly in saliva after active uptake by the salivary glands [38, 46– 48]. This nitrate is rapidly reduced to nitrite by bacteria in the mouth, and part of nitrite then formed is absorbed in the gut and enters the systemic circulation [39, 48]. Bartholomew and Hill [47] demonstrated that urinary nitrate reaches a maximum concentration in 4–6 h after ingestion of nitrate and returns to the baseline value within 24 h. Similar results were also reported by Pannala et al. [49].

Pannala et al. demonstrated that high dietary nitrate (< 3.65 mg/kg body weight or ~ 250 mg nitrate) intake leads to a ~4 to sevenfold increase in plasma, urinary, and salivary nitrate content in healthy human volunteers. In this study, nitrate intake increased urinary nitrate excretion from 53 ± 4 mg on day 1 (low-nitrate day) to 223 ± 13, 241 ± 15, and 243 ± 16 mg on days 2, 3, and 4, (high-nitrate days), respectively [49]. Interestingly, in the later study, high dietary nitrate intake also increased nitrite concentration in urine (~23 µg pre-intake to ~39 µg post-intake) and saliva (0.27 mM pre-intake vs. 1.8 mM at 2 h post-intake) but not in the plasma (78 ± 4 nM pre-intake vs. 90 ± 3 nM post-nitrate intake) [49]. In contrast, in a recent study, Kapil et al. [28] demonstrated that plasma nitrite concentration was significantly elevated at ~1.5 h, peaked at ~2.5 h (increased from ~0.5 µM to ~1.5 µM), sustained to 6 h, and remained elevated than baseline values at 24 h after potassium nitrate (KNO3 capsules, 24 mmol) supplementation. This study also demonstrated that plasma nitrate concentrations peaked at 3 h and steadily decreased thereafter but remains significantly elevated than baseline values at 24 h after ingestion of 24 mmol KNO3. In this study, plasma nitrate concentration elevated above baseline by ~35-, 27-, and 7-fold after administration of 24, 12, and 4 mmol of KNO3, respectively. Furthermore, Kapil et al. [28] also demonstrated that plasma nitrate concentrations were elevated much sooner than plasma nitrite concentrations after ingestion of KNO3 (30 min vs. 1.5 h), reflecting the use of bacterial reduction of nitrate to nitrite in the oral cavity.

아질산염과 질산염의 약동학

아질산염과 질산염의 생물학적 영향에 대한 해석에

영향을 미치는 중요한 요소는

이들의 전신 농도입니다.

인간과 동물 연구에서 나온 새로운 데이터에 따르면,

내인성(즉, 내인성 NO의 산화)과 외인성(즉, 식이 섭취) 모두에서 유래된 아질산염과 질산염이

정상 상태의 전신 아질산염과 질산염 농도에 기여한다고 합니다 [7-13].

일반적으로

아질산염과 질산염의 혈장 농도는

각각 0.01~0.6 µM와 20~40 µM 범위입니다 [7-13, 32, 42-44].

쥐의 혈관 조직(10 ± 1 µM)에서 아질산염의 농도는

혈장에서 관찰되는 것보다 훨씬 더 높다고 보고되었습니다 [45].

식이성 질산염은

위와 근위 소장에서 혈액으로 쉽게 흡수되어

NO에서 유래된 질산염과 혼합됩니다.

섭취된 질산염의 대부분(65-70%)은

소변으로 배출되지만,

일부(약 25%)는 침샘에 의해 활발하게 흡수된 후 침에 많이 축적됩니다[38, 46-48].

이 질산염은

입안의 박테리아에 의해 아질산염으로 빠르게 환원되고,

그 후 형성된 아질산염의 일부는 장에서 흡수되어 전신 순환계로 들어갑니다 [39, 48].

Bartholomew와 Hill [47]은

질산염 섭취 후 4-6시간 내에 소변의 질산염 농도가 최대치에 도달하고,

24시간 내에 기준치로 돌아간다는 것을 증명했습니다.

Pannala 등 [49]도 유사한 결과를 보고했습니다.

Pannala 등은 높은 수준의 질산염(체중 1kg당 3.65mg 미만 또는 질산염 250mg)을 섭취할 경우,

건강한 사람의 혈장, 소변, 타액의 질산염 함량이 4~7배 증가한다는 것을 입증했습니다.

이 연구에서 질산염 섭취는

1일째(낮은 질산염 섭취일) 53±4mg에서

2일째, 3일째, 4일째(높은 질산염 섭취일) 각각 223±13, 241±15, 243±16mg으로

소변 내 질산염 배설이 증가했습니다 [49].

흥미롭게도, 후속 연구에서,

높은 질산염 섭취는

소변(섭취 전 23µg에서 섭취 후 39µg으로 증가)과 타액(섭취 전 0.27mM에서 섭취 후 2시간에 1.8mM로 증가)의

아질산염 농도를 증가시켰지만,

혈장(섭취 전 78±4nM에서 섭취 후 90±3nM으로 증가)에서는 그렇지 않았습니다 [49].

이와는 대조적으로,

최근 연구에서 Kapil 등은 [28]

질산염 혈장 농도가 1.5시간에 유의미하게 상승하고,

2.5시간에 최고치(0.5µM에서 1.5µM로 증가)에 도달한 후 6시간 동안 지속되며,

질산칼륨(KNO3 캡슐, 24mmol) 보충 후 24시간 동안 기준치보다 높게 유지된다는 것을 입증했습니다.

이 연구는 또한

혈장 질산염 농도가 3

시간에 최고조에 달한 후 꾸준히 감소하지만,

24mmol KNO3 섭취 후 24시간 동안 기준치보다 상당히 높게 유지된다는 것을 입증했습니다.

이 연구에서

혈장 질산염 농도는 각각 24, 12, 4mmol의 KNO3 투여 후 기준치보다 ~35배, 27배, 7배 높게 상승했습니다.

또한, Kapil et al. [28]은

KNO3 섭취 후 혈장 질산염 농도가

혈장 아질산염 농도보다 훨씬 빨리 상승한다는 것을 입증했습니다(섭취 30분 후 vs. 1.5시간 후).

이는

구강 내에서 박테리아가 질산염을 아질산염으로 환원하는 과정을 반영합니다.

Mechanisms by which nitrite and nitrate could improve cardiovascular health

When considering how nitrite and nitrate can improve cardiovascular health, it is important to consider recent insights into the pathophysiology of the cardiovascular system. The human cardiovascular system is composed of the heart, the blood vessels (or vasculature), and the cells and plasma of the blood. The walls of blood vessels consist three distinctive layers (from inside to outside): tunica intima (made of endothelial cells), tunica media (made of vascular smooth muscle cells), and tunica adventitia (made of connective tissue). The endothelial cell layer, referred to as the endothelium, separates rest of the vessel wall from the circulating blood. The endothelium plays an important role in the maintenance of vascular homeostasis, achieved through release of a variety of local vascular mediators [50–56]. Among these mediators, endothelium-derived NO is essential for the maintenance of vascular homeostasis due to its actions on both smooth muscle cells and circulating blood cells (platelets, monocytes, etc.) [50–56]. Endothelium-derived NO has been reported to control vascular tone, smooth muscle cell proliferation and growth, platelet activity and aggregation, leukocyte trafficking, expression‎ of certain adhesion molecules, and inflammation [50–56]. Thus, alterations in endothelium-derived NO bioavailability can result in endothelial dysfunction, broadly defined as a failure of the endothelium to perform its physiological functions, leading to impaired vascular homeostasis and thus to the pathogenesis and clinical expression‎ of a variety of cardiovascular diseases. Indeed, studies over the past two decades have suggested that cardiovascular risk factors including hypertension, diabetes mellitus, physical inactivity, postmenopausal state, smoking, aging, inflammation, dyslipidemia, and hypercholesterolemia are all associates with endothelial dysfunction due to reduced NO bioavailability in the vasculature [50–56].

Thus, restoration of or improving NO bioavailability in the vasculature has become a major goal of therapy in cardiovascular disease states. On the other hand, endothelial dysfunction causes a decrease in dilation of the vasculature, favors platelet adherence and activation leading to thrombosis, and increases vascular inflammation and proliferation of smooth muscle cells (hypertrophy), all of which could act to increase the risk of cardiovascular events. Prospective studies over the past two decades have shown that treatment modalities that can target one or more of the manifestations of endothelial dysfunction are likely to improve cardiovascular health. Beneficial changes to cardiovascular health from these interventions might result from promotion of vascular relaxation, inhibition of vasoconstriction, inhibition of platelet aggregation, reduction in the production of free radicals, or other mechanisms that protect the endothelium from the injury [50–56]. Relevant to the current review, there is increasing evidence that nitrite and nitrate in the diet can improve NO bioavailability in the vasculature, exert vasodilation, inhibit platelet aggregation, and conversely, improve cardiovascular health.

아질산염과 질산염이 심혈관 건강을 개선할 수 있는 메커니즘

아질산염과 질산염이 심혈관 건강을 개선할 수 있는 방법을 고려할 때,

심혈관계의 병태생리학에 대한 최근의 통찰을 고려하는 것이 중요합니다.

인간의 심혈관계는

심장, 혈관(또는 혈관계), 혈액의 세포와 혈장으로 구성되어 있습니다.

혈관벽은 세 개의 뚜렷한 층(내부에서 외부로)으로 구성되어 있습니다:

내피층(내피세포로 구성), 중간층(혈관 평활근세포로 구성), 외피층(결합조직으로 구성).

내피층이라고 불리는 내피세포층은 순환하는 혈액과 나머지 혈관벽을 분리합니다.

내피는

다양한 국소 혈관 매개체의 방출을 통해 달성되는

혈관 항상성 유지에 중요한 역할을 합니다 [50-56].

이러한 매개체 중에서도

내피에서 유래된 NO는

평활근 세포와 순환하는 혈액 세포(혈소판, 단핵구 등)에 작용하기 때문에

혈관 항상성 유지에 필수적입니다 [50-56].

내피에서 유래된 NO는

혈관 긴장도, 평활근 세포의 증식과 성장, 혈소판 활동과 응집, 백혈구 이동, 특정 부착 분자의 발현, 염증 등을

조절하는 것으로 보고되었습니다 [50-56].

따라서

내피에서 유래된 NO의 생체 이용률의 변화는 내피 기능 장애를 초래할 수 있으며,

이는 내피가 생리 기능을 수행하지 못하는 것으로 광범위하게 정의되며,

혈관 항상성 장애를 유발하여 다양한 심혈관 질환의 발병과 임상 증상을 초래합니다.

실제로 지난 20년 동안의 연구에 따르면

고혈압, 당뇨병, 신체 활동 부족, 폐경 후 상태, 흡연, 노화, 염증, 이상지질혈증, 고콜레스테롤혈증 등의

심혈관 질환 위험 요인은

모두 혈관 내 NO 생체 이용률 감소로 인한 내피 기능 장애와 관련이 있는 것으로 나타났습니다 [50-56].

따라서,

혈관 내 NO 생체 이용률의 회복 또는 개선은

심혈관 질환 치료의 주요 목표가 되었습니다.

한편,

내피 기능 장애는 혈관 확장을 감소시키고,

혈소판 부착과 활성화를 촉진하여 혈전증을 유발하며,

혈관 염증과 평활근 세포 증식(비대)을 증가시킵니다.

이러한 모든 현상은

심혈관 질환의 위험을 증가시킬 수 있습니다.

지난 20년 동안의 예비 연구에 따르면,

내피 기능 장애의 하나 이상의 증상을 목표로 하는 치료 방식이

심혈관 건강을 개선할 가능성이 있는 것으로 나타났습니다.

이러한 중재로 인한 심혈관 건강의 유익한 변화는

혈관 이완 촉진, 혈관 수축 억제, 혈소판 응집 억제, 자유 라디칼 생성 감소 또는

내피를 손상으로부터 보호하는 기타 메커니즘으로 인해 발생할 수 있습니다 [50-56].

현재의 검토와 관련하여,

식이요법에서 아질산염과 질산염이 혈관 내 NO 생체 이용률을 향상시키고,

혈관 확장을 촉진하며,

혈소판 응집을 억제하고,

반대로 심혈관 건강을 개선할 수 있다는 증거가 증가하고 있습니다.

Improving NO bioavailability in the vasculature

Most studies to date have demonstrated that the protective effects of nitrite were attenuated or prevented by NO scavengers such as carboxy-PTIO and hemoglobin, suggesting that the beneficial effects of nitrite and nitrate were mediated at least in part, if not fully, by improved NO bioavailability. Emerging data suggest that the nitrite and nitrate in the diet could improve NO bioavailability through several mechanisms (discussed below) and, conversely, improved NO bioavailability could well contribute to the ability of nitrite and nitrate to improve cardiovascular health. When discussing the effect of nitrate, the results must be considered in relation to nitrite (i.e., nitrate should be viewed as a precursor of nitrite), because nitrate is first reduced to nitrite before entering the systemic circulation [38–41].

혈관 내 NO 생체 이용률 개선

지금까지 수행된 대부분의 연구에서 아질산염의 보호 효과가 카르복시-PTIO 및 헤모글로빈과 같은 NO 제거제에 의해 약화되거나 방지된다는 사실이 입증되었습니다. 이는 아질산염과 질산염의 유익한 효과가 적어도 부분적으로는 NO 생체 이용률 개선에 의해 매개된다는 것을 시사합니다. 최근의 연구 결과에 따르면, 식이요법에서 아질산염과 질산염이 여러 가지 메커니즘(아래에서 설명)을 통해 NO 생체 이용률을 향상시킬 수 있으며, 반대로 NO 생체 이용률의 향상은 아질산염과 질산염이 심혈관 건강을 개선하는 능력에 기여할 수 있다고 합니다. 질산염의 효과에 대해 논의할 때, 그 결과는 아질산염과 관련하여 고려되어야 합니다(즉, 질산염은 아질산염의 전구체로 간주되어야 함). 질산염은 전신 순환계에 들어가기 전에 먼저 아질산염으로 환원되기 때문입니다[38-41].

Nitrite and nitrate reduction to NO in the vasculature

Nitrite and nitrate can improve NO bioavailability in the vasculature by their reduction to NO in mammalian tissues including blood [7–13]. NO generation from one-electron reduction of inorganic nitrite was first described in stomach in 1994 [57, 58]. Protonation of inorganic nitrite in acidic gastric juice to form nitrous acid (HNO2), which then decomposes to NO and other nitrogen oxides, has been implicated in NO generation from inorganic nitrite [57, 58]. Soon after the discovery of gastric NOS-independent NO generation, Zweier et al. [59] showed that NO can also be generated in ischemic and acidic heart by direct reduction of nitrite to NO, providing the first evidence for NOS enzyme-independent production of systemic/vascular NO. In subsequent studies, numerous pathways that can catalyze nitrite and nitrate reduction to NO in vivo have been identified and the list is growing fatter. These include deoxyhemoglobin [29], deoxymyoglobin [60], xanthine oxidoreductase [61], cytochrome P450 enzymes [62], mitochondrial respiratory chain enzymes [63], aldehyde oxidase [64], carbonic anhydrase [65], acidic disproportionation [57, 58], and reducing agents (e.g., ascorbate, polyphenols) [66, 67]. These pathways have previously been reviewed [68], and a detailed discussion of these pathways is beyond the scope of this review. However, at this point of time, the relative contribution of each individual pathway to NO release from nitrite and nitrate is poorly understood. To our knowledge, so far only one study has addressed this issue [69]. In addition, whether or not all these pathways catalyze physiological NO generation from nitrite and nitrate is still a topic of debate due to their increased activity in the presence of very low pH and O2 (i.e., ischemic) environment. Nevertheless, their participation in the states of hypoxia/ischemia and acidosis is now well recognized and supported by a number of studies [7–13, 20, 68, 70].

While the controversy exists, several studies measuring arterial-to-venous gradients for nitrite suggest that nitrite is also metabolized to NO across physiological pH and oxygen gradients, as evidenced by large arterial-to-venous gradients for nitrite anions across human forearm circulation [29, 32, 71]. For example, Cosby et al. [29] demonstrated increased NO formation in the blood, as measured by the rate of formation of ironnitrosylated hemoglobin (HbNO), during nitrite infusion at rest and under exercise stress. On the other hand, emerging data show that NO generation from nitrite and nitrate is indeed an alternative source of bioactive NO in vivo in addition to that released from the endothelium and plays a key role in the maintenance of steady-state physiological NO levels [21, 22]. For example, nitrite supplementation (50 mg/L, 1 week in drinking water) has recently been shown to restore impaired NO homeostasis in eNOS-deficient mice [21]. However, at this point in time, there have been no direct experimental measurements in vivo of the amount of NO generated through nitrite and nitrate reduction.

혈관 내 NO로의 아질산염과 질산염의 환원 작용

아질산염과 질산염은 혈액 등 포유류 조직에서 NO로 환원되어 혈관 내 NO 생체 이용률을 향상시킬 수 있습니다 [7-13]. 무기질 아질산염의 일전자 환원에 의한 NO 생성은 1994년 위장에서 처음 설명되었습니다 [57, 58]. 산성 위액에서 무기 아질산염이 프로톤화되어 아질산(HNO2)을 형성하고, 이것이 다시 NO와 다른 질소 산화물로 분해되는 과정이 무기 아질산염으로부터 NO가 생성되는 과정과 관련이 있는 것으로 밝혀졌습니다[57, 58]. 위에서 NOS와 무관한 NO 생성이 발견된 직후, Zweier 등은 [59] 아질산염을 NO로 직접 환원시켜 허혈성 및 산성 심장에서 NO가 생성될 수 있음을 보여줌으로써 NOS 효소 독립적인 전신/혈관 NO 생성에 대한 첫 번째 증거를 제시했습니다. 이후의 연구에서 생체 내에서 아질산염과 질산염을 NO로 환원시키는 촉매 작용을 할 수 있는 수많은 경로가 확인되었으며, 그 목록은 점점 더 많아지고 있습니다. 여기에는 데옥시헤모글로빈[29], 데옥시미오글로빈[60], 크산틴 산화 환원 효소[61], 사이토크롬 P450 효소[62], 미토콘드리아 호흡 사슬 효소[63], 알데히드 산화 효소[64], 탄산 탈수 효소[65], 산성 불균형[57, 58], 환원제(예: g., ascorbate, polyphenols) [66, 67]. 이러한 경로에 대한 이전의 검토가 있었습니다 [68], 그리고 이러한 경로에 대한 자세한 논의는 이 검토의 범위를 벗어납니다. 그러나 현재로서는 아질산염과 질산염으로부터 NO가 방출되는 데 각 개별 경로의 상대적 기여도가 제대로 이해되지 않고 있습니다. 지금까지 저희가 아는 바로는, 이 문제를 다룬 연구는 단 한 건뿐입니다 [69]. 또한, 이러한 경로들이 모두 아질산염과 질산염으로부터 생리학적 NO 생성을 촉진하는지는 매우 낮은 pH와 O2(즉, 허혈성) 환경에서 활동이 증가하기 때문에 여전히 논쟁의 대상입니다. 그럼에도 불구하고, 저산소증/허혈 상태와 산증 상태에서의 이들의 참여는 현재 많은 연구에서 잘 알려져 있으며 뒷받침되고 있습니다 [7-13, 20, 68, 70].

논란이 존재하는 가운데, 아질산염의 동맥-정맥 구배를 측정하는 여러 연구에 따르면 아질산염은 생리적 pH와 산소 구배를 가로질러 NO로 대사되는 것으로 나타났습니다. 이는 인간의 팔뚝 순환을 가로지르는 아질산염 음이온의 큰 동맥-정맥 구배로 입증되었습니다 [29, 32, 71]. 예를 들어, Cosby et al. [29]은 휴식 중과 운동 스트레스를 받는 동안 아질산염을 주입하는 동안 철-니트로사이드화 헤모글로빈(HbNO)의 형성 속도로 측정된 혈액 내 NO 형성의 증가를 입증했습니다. 한편, 새로운 연구 결과에 따르면 아질산염과 질산염으로부터 생성된 NO는 내피세포에서 방출되는 NO 외에 생체 내 생리활성 NO의 또 다른 공급원이며, 정상적인 생리학적 NO 수준을 유지하는 데 중요한 역할을 한다고 합니다 [21, 22]. 예를 들어, 최근에 아질산염 보충(음용수에 50mg/L, 1주일)이 eNOS 결핍 마우스에서 손상된 NO 항상성을 회복시키는 것으로 나타났습니다 [21]. 그러나 현재로서는 아질산염과 질산염 환원을 통해 생성된 NO의 양에 대한 생체 내 직접적인 실험적 측정이 이루어지지 않았습니다.

Nitrite and nitrate as substrate to eNOS

Classically, endothelium-derived NO is synthesized from the amino acid l-arginine by the eNOS enzyme. This reaction requires the presence of molecular O2, and thus, eNOS-derived NO synthesis would be expected to cease to exist when the molecular O2 levels falls below the threshold levels (e.g., myocardial ischemia). Indeed, impaired endothelial NO production has been described in ischemic tissues [72, 73]. However, recent experimental data suggest that eNOS can generate NO in the absence of molecular O2 by utilizing nitrite as substrate, indicating that NO generation from nitrite and nitrate by eNOS could well contribute to improved vascular NO bioavailability in hypoxic/ischemic conditions [74, 75]. For example, using recombinant eNOS holoenzyme and its oxygenase domain, Gautier et al. [74] demonstrated that eNOS reduces nitrite ions to NO under anoxia. In this study, the release of NO from nitrite at physiological pH is observed electrochemically as well as with optical and electron paramagnetic resonance (EPR) spectroscopy. In another study, Vanin et al. [75] demonstrated that immortalized murine microvascular endothelial cells release significant quantities of NO under anoxic conditions. In this study, by utilizing multiple experimental approaches including pharmacological inhibition of eNOS and estimation of nitrite levels, the authors confirmed that the NO is released from nitrite reduction by eNOS. The later study also demonstrated that the magnitude of the anoxic NO production was significantly higher than basal normoxic yield, suggesting that the nitrite reductase activity of eNOS is relevant for fast NO delivery in hypoxic vascular tissues.

eNOS의 기질로서의 아질산염과 질산염

전통적으로, 내피세포 유래 NO는 eNOS 효소에 의해 아미노산 l-아르기닌으로부터 합성됩니다. 이 반응은 분자 산소(O2)의 존재를 필요로 하기 때문에, 분자 산소 수준이 임계 수준(예를 들어, 심근 허혈) 아래로 떨어지면 eNOS 유래 NO 합성이 중단될 것으로 예상됩니다. 실제로, 허혈성 조직에서 내피 NO 생성이 손상되는 것이 보고되었습니다 [72, 73]. 그러나 최근의 실험 데이터에 따르면 eNOS는 아질산염을 기질로 활용하여 분자 O2가 없는 상태에서도 NO를 생성할 수 있으며, 이는 저산소/허혈성 조건에서 eNOS에 의한 아질산염과 질산염으로부터의 NO 생성이 혈관 내 NO 생체 이용률 개선에 기여할 수 있음을 시사합니다 [74, 75]. 예를 들어, 재조합 eNOS holoenzyme과 그 산소화 효소 도메인을 사용하여 Gautier et al. [74]은 무산소 상태에서 eNOS가 아질산 이온을 NO로 환원한다는 것을 증명했습니다. 이 연구에서 생리학적 pH에서 아질산으로부터 NO가 방출되는 현상은 전기화학적으로 관찰될 뿐만 아니라 광학 및 전자 상자성 공명(EPR) 분광법으로 관찰됩니다. 또 다른 연구에서, Vanin et al. [75]은 무사멸된 쥐의 미세혈관 내피세포가 무산소 조건에서 상당한 양의 NO를 방출한다는 것을 증명했습니다. 이 연구에서 저자들은 eNOS의 약리학적 억제 및 아질산염 수준의 추정을 포함한 여러 가지 실험적 접근법을 활용하여 eNOS에 의한 아질산염 감소로 NO가 방출된다는 것을 확인했습니다. 후속 연구에서도 무산소 NO 생산량이 정상 산소 생산량보다 훨씬 더 높다는 사실이 밝혀졌는데, 이는 eNOS의 아질산염 환원효소 활성이 저산소 혈관 조직에서 빠른 NO 전달과 관련이 있음을 시사합니다.

Improving endothelium-derived NO bioavailability (endothelial function)

An important mechanism of impaired NO bioavailability in the vasculature is endothelial dysfunction [50–56]. Although the cause of endothelial dysfunction remains unclear, increased production of reactive oxygen species (ROS) represents the primary problem [50–56]. ROS, in particular superoxide anions, rapidly react with NO released from the endothelium to form peroxynitrite, leading to reduced bioavailability of endothelium-derived NO. Mitochondria are an important source of ROS overproduction in cardiovascular pathological states [76–78]. Nitrite has been shown to inhibit mitochondrial ROS generation, achieved through S-nitrosation of mitochondrial respiratory chain complex I enzyme [23, 24]. Attenuation in mitochondrial ROS generation may well contribute to improvement in endothelial function. In this regard, mitochondria-targeted antioxidants such as MitoQ10 have been demonstrated to improve endothelial function [78]. Nitrite inhibition of ROS production could also lead to preservation of NO production from the classical eNOS-l-arginine pathway because ROS can readily oxidize BH4, an essential cofactor for eNOS, into dihydrobiopterin (BH2) [79, 80]. Relative BH4 deficiency is a significant contributor to endothelial dysfunction and can be specifically rescued by restoration of BH4 in relation to eNOS function. Indeed, in a recent study, dietary nitrite ingestion (50 mg per liter of sodium nitrite in drinking water) has been reported to increase BH4 levels in mice fed with high-cholesterol diet [16]. In this study, nitrite administration also increased BH4-to-BH2 ratio (evidence for inhibition of BH4 oxidation) in high-cholesterol-fed mice indicating that nitrite is actually antioxidant rather than prooxidant. On the other hand, in a recent study, dietary nitrite ingestion (150 mg per liter of sodium nitrite in drinking water) has been shown to attenuate microvascular inflammation in high-cholesterol-diet-fed mice [16]. Emerging data suggest that inflammation, as evidenced by increased expression‎ of pro-inflammatory cytokines such as C-reactive protein (CRP), associates with endothelial dysfunction [81, 82]. Putting together, these findings suggest the possibility that the ability of nitrite and nitrate to modulate systemic inflammation may contribute at least in part to improvement in endothelium-derived NO bioavailability (i.e., endothelial function).

내피세포 유래 NO 생체 이용률(내피세포 기능) 개선

혈관 내 NO 생체 이용률을 저해하는 중요한 메커니즘은 내피 기능 장애입니다 [50-56]. 내피 기능 장애의 원인은 아직 밝혀지지 않았지만, 활성산소(ROS)의 생성 증가가 주요 문제입니다 [50-56]. 특히 슈퍼옥사이드 음이온인 ROS는 내피에서 방출된 NO와 빠르게 반응하여 퍼옥시니트라이트를 형성함으로써 내피에서 유래된 NO의 생체 이용률을 감소시킵니다. 미토콘드리아는 심혈관 병리학적인 상태에서 ROS 과잉 생산의 중요한 원인입니다 [76-78]. 아질산염은 미토콘드리아 호흡 사슬 복합체 I 효소의 S-니트로화를 통해 미토콘드리아 ROS 생성을 억제하는 것으로 나타났습니다 [23, 24]. 미토콘드리아 ROS 생성의 감소는 내피 기능 개선에 기여할 수 있습니다. 이와 관련하여, MitoQ10과 같은 미토콘드리아 표적 항산화제는 내피 기능을 개선하는 것으로 나타났습니다 [78]. 산화질소가 ROS 생성을 억제하면, eNOS-l-arginine 경로에서 NO 생성이 보존될 수 있습니다. 왜냐하면, ROS는 eNOS의 필수 보조인자 BH4를 쉽게 산화시켜 dihydrobiopterin(BH2)으로 만들 수 있기 때문입니다[79, 80]. 상대적인 BH4 결핍은 내피 기능 장애의 중요한 원인이며, eNOS 기능과 관련하여 BH4를 복원함으로써 구체적으로 해결할 수 있습니다. 실제로, 최근의 연구에 따르면, 식이성 아질산염 섭취(음용수에 함유된 아질산나트륨 1리터당 50mg)가 고콜레스테롤 식이요법을 받은 생쥐의 BH4 수준을 증가시킨다고 보고되었습니다 [16]. 이 연구에서, 아질산염 투여는 고콜레스테롤 식이요법을 받은 생쥐의 BH4-to-BH2 비율(BH4 산화 억제 증거)을 증가시켰는데, 이는 아질산염이 실제로 산화 촉진제보다는 항산화제라는 것을 나타냅니다. 반면에, 최근 연구에 따르면 식이성 아질산염 섭취(음용수 1리터당 아질산나트륨 150mg)가 고콜레스테롤 식이요법을 받은 생쥐의 미세혈관 염증을 완화하는 것으로 나타났습니다 [16]. 최근의 데이터에 따르면, C-반응성 단백질(CRP)과 같은 전염증성 사이토카인의 발현 증가로 입증되는 염증은 내피 기능 장애와 관련이 있는 것으로 나타났습니다 [81, 82]. 종합해 보면, 이러한 연구 결과는 아질산염과 질산염이 전신 염증을 조절하는 능력이 적어도 부분적으로는 내피 유래 NO 생체 이용률(즉, 내피 기능)의 개선에 기여할 수 있음을 시사합니다.

Vasodilation

Vasodilation refers to the opening of the blood vessels resulting from relaxation of smooth muscle cells within the blood vessel wall. Vasodilation plays a key role in regulation of blood flow and blood pressure, and thus in the control of cardiovascular system. Therefore, abnormal vasodilation would contribute to development and progression of cardiovascular events. Indeed, impaired dilation of the blood vessels (vasculature) has been demonstrated in a number of cardiovascular disease states including hypertension and atherosclerosis [50–56]. In addition, pharmacological agents such as calcium channel blockers and angiotensin-converting enzyme inhibitors have been suggested to achieve cardiovascular protection through improving vasodilation [83, 84]. Substantial data now demonstrate that nitrite and nitrate relax vascular smooth muscle both in vitro and in vivo [7–13, 15, 25, 27, 29], indicating that vasodilation might contribute at least in part to cardiovascular beneficial effects of dietary nitrite and nitrate. For example, infusion of inorganic nitrite (400 nM, at 1 mL/min for 5 min) has been shown to significantly increase fore-arm blood flow in healthy humans at rest and during exercise stress [29].

In another study, inorganic nitrite inhalation (300 mg in 5 mL buffered saline for 20 min) was found to exert potent and selective vasodilation of pulmonary circulation in newborn lambs [25]. Indeed, the vasodilatory properties of pharmacological doses of exogenous nitrite have been known for more than half a century [85, 86]. The mechanisms underlying smooth muscle relaxant effect of nitrite and nitrate remain unclear, but appear to involve their reduction to NO and thus activation of soluble guanylyl cyclase (sGC) in smooth muscle cells (classical NO/sGC/cGMP pathway) or direct activation of sGC in smooth muscle cells (at higher concentrations) [87, 88]. For instance, Laustiola et al. [88] demonstrated that sodium nitrite induces vascular smooth muscle relaxation in rat mesenteric arteries via stimulation of cGMP production, and this effect was augmented in the presence of exogenous guanosine triphosphate (GTP). In addition, in the mid-1970s and early 1980s, supra-physiological concentrations of nitrite were shown by Arnold et al. [89] and Gruetter et al. [90] to activate sGC and vasodilate vascular smooth muscle preparations. An additional potential mechanism for the vasorelaxant effect of nitrite is the release of cyclooxygenase (COX)-derived products from the endothelium. In this regard, Pinder et al. [91] demonstrated that nitrite-induced relaxation in endothelium-intact vessels, but not endothelium-denuded vessels, was inhibited significantly by the nonspecific COX inhibitor indomethacin. On the other hand, substituting endotheliumderived NO with organic nitrates (e.g., nitroglycerin) that release NO to cause vasodilation has been an important strategy in the pharmacotherapy of cardiovascular diseases for more than a century. However, the development of nitrate tolerance and increased formation of peroxynitrite under oxidative stress limits their continuous clinical application. In 1908 and 1930, two studies have investigated the effects of inorganic nitrite on the development of tolerance and compared it with nitroglycerin [92, 93]. These studies demonstrated that repeated oral administration of nitrite (150 mg to 300 mg, 2–3 times a day) similarly lowered systolic blood pressure over a period of 6 days, indicating that nitrite does not induce tolerance. Consistent with these findings, in a recent study, Dejam et al. [15] also reported that the vasodilatory effects of inorganic nitrite are not susceptible to tolerance, which sets this anion apart from the organic nitrates.

혈관 확장

혈관 확장은 혈관벽 내의 평활근 세포의 이완으로 인해 혈관이 열리는 것을 말합니다. 혈관 확장은 혈류와 혈압을 조절하는 데 중요한 역할을 하므로, 심혈관계 조절에 중요한 역할을 합니다. 따라서 비정상적인 혈관 확장은 심혈관 질환의 발생과 진행에 기여합니다. 실제로, 혈관(혈관 구조)의 확장 장애는 고혈압과 죽상 동맥 경화증을 포함한 여러 심혈관 질환 상태에서 입증되었습니다 [50-56]. 또한, 칼슘 채널 차단제와 안지오텐신 전환 효소 억제제와 같은 약리학적 약제가 혈관 확장을 개선하여 심혈관 보호를 달성하는 것으로 제안되었습니다 [83, 84]. 질산염과 아질산염이 체외와 체내에서 혈관 평활근을 이완시킨다는 사실은 상당한 양의 데이터를 통해 입증되었습니다 [7-13, 15, 25, 27, 29]. 이는 혈관 확장이 식이성 질산염과 아질산염의 심혈관 건강에 유익한 효과에 적어도 부분적으로 기여할 수 있음을 시사합니다. 예를 들어, 무기질 아질산염(400 nM, 1mL/min, 5분간)을 주입하면 휴식 상태의 건강한 사람과 운동 스트레스를 받는 사람의 전완 혈류가 크게 증가하는 것으로 나타났습니다 [29].

또 다른 연구에서는 무기질 아질산염 흡입(5mL 완충식염수에 300mg을 20분 동안 흡입)이 신생아 양의 폐 순환에 강력하고 선택적인 혈관 확장을 일으킨다는 사실이 밝혀졌습니다 [25]. 실제로, 약리학적 용량의 외인성 아질산염의 혈관 확장 특성은 반세기 이상 알려져 왔습니다 [85, 86]. 아질산염과 질산염의 평활근 이완 효과의 기전은 아직 명확하지 않지만, NO로 환원되어 평활근 세포에서 수용성 구아닐릴 사이클라제(sGC)를 활성화하거나(고전적인 NO/sGC/cGMP 경로) 평활근 세포에서 sGC를 직접 활성화하는 것으로 보입니다(고농도). [87, 88]. 예를 들어, Laustiola et al. [88]은 아질산나트륨이 cGMP 생산을 자극하여 쥐의 장간막 동맥에서 혈관 평활근 이완을 유도한다는 것을 입증했으며, 이 효과는 외인성 구아노신 삼인산(GTP)의 존재 하에서 증강되었습니다. 또한 1970년대 중반과 1980년대 초반에 아놀드(Arnold) 등[89]과 그뤼터(Gruetter) 등[90]은 아질산염의 생리적 농도를 초과하는 농도가 sGC를 활성화시키고 혈관 평활근을 확장시키는 것으로 나타났습니다. 아질산염의 혈관 이완 효과에 대한 추가적인 잠재적 메커니즘은 내피에서 사이클로옥시게나제(COX) 유래 생성물의 방출입니다. 이와 관련하여, Pinder 등[91]은 내피가 온전한 혈관에서는 아질산염에 의한 이완이 억제되지만, 내피가 제거된 혈관에서는 그렇지 않다는 것을 비특이적 COX 억제제인 인도메타신에 의해 현저하게 억제된다는 것을 입증했습니다. 한편, 내피세포에서 생성된 NO를 혈관 확장을 유발하는 NO를 방출하는 유기 질산염(예: 니트로글리세린)으로 대체하는 것은 100년 이상 동안 심혈관 질환의 약물 치료에서 중요한 전략이었습니다. 그러나, 질산염 내성 발달과 산화 스트레스 하에서 퍼옥시니트라이트의 형성 증가로 인해 지속적인 임상 적용이 제한되고 있습니다. 1908년과 1930년에 두 건의 연구에서 무기 아질산염이 내성 발달에 미치는 영향을 조사하고 이를 니트로글리세린과 비교했습니다 [92, 93]. 이 연구들은 아질산염(하루 2-3회 150-300mg)을 반복적으로 경구 투여하면 6일 동안 수축기 혈압이 비슷하게 낮아지는 것으로 나타났으며, 이는 아질산염이 내성을 유발하지 않는다는 것을 의미합니다. 이러한 연구 결과와 일치하는 최근 연구에서 Dejam 등은 무기 아질산염의 혈관 확장 효과가 내성에 영향을 받지 않는다고 보고했습니다. 이로 인해 무기 아질산염은 유기 질산염과 구별됩니다.

Inhibition of platelet aggregation

Platelet adhesion and aggregation are important events in the pathogenesis of cardiovascular diseases. For instance, abnormal platelet activation and adhesion can result in thrombosis and thus vessel occlusion within the coronary artery leading to myocardial infarction. Therefore, inhibiting platelet aggregation is an important strategy in the prevention and treatment of cardiovascular diseases. A growing weight of evidence suggests that nitrite and nitrate reduce platelet aggregation [26, 30, 94], indicating that inhibition of abnormal platelet aggregation may contribute at least in part to cardiovascular benefits of dietary nitrite and nitrate. For instance, a single bolus supplementation with 2 mM (10.1 mg) potassium nitrate has been demonstrated to inhibit platelet aggregation by up to 70% [94]. In another study, acidified sodium nitrite has been demonstrated to significantly inhibit platelet aggregation in a dose-dependent manner in cat platelet-rich plasma [26]. Indeed, in a recent study, modest dietary supplementation with nitrate (beetroot juice) has been shown to inhibit ex vivo platelet aggregation in healthy volunteers [30]. The precise mechanism(s) of this inhibition has still to be clarified. However, it is hypothesized that NO generated from nitrite and nitrate in the acidic stomach will be absorbed systemically, by nitrosating thiol groups which in the acidic stomach will be mainly in the reduced form, and exert an inhibitory effect on platelet aggregation [95]. Nevertheless, the above studies have shown that nitrite and nitrate have inhibitory effects on platelet activation which may actively contribute to cardiovascular health promoting properties.

혈소판 응집 억제

혈소판 부착과 응집은 심혈관 질환의 발병 기전에서 중요한 사건입니다. 예를 들어, 비정상적인 혈소판 활성화와 부착은 혈전증을 유발할 수 있으며, 따라서 관상동맥 내 혈관 폐색으로 이어져 심근 경색을 일으킬 수 있습니다. 따라서 혈소판 응집을 억제하는 것은 심혈관 질환의 예방과 치료에 중요한 전략입니다. 아질산염과 질산염이 혈소판 응집을 감소시킨다는 증거가 늘어나고 있습니다 [26, 30, 94]. 이는 비정상적인 혈소판 응집 억제가 식이 아질산염과 질산염의 심혈관 건강에 적어도 부분적으로 기여할 수 있음을 나타냅니다. 예를 들어, 2mM(10.1mg)의 질산칼륨을 한 번에 보충하면 혈소판 응집이 최대 70%까지 억제되는 것으로 나타났습니다 [94]. 또 다른 연구에서는 산성화된 아질산나트륨이 고양이 혈소판이 풍부한 혈장에서 용량 의존적 방식으로 혈소판 응집을 현저하게 억제하는 것으로 나타났습니다 [26]. 실제로, 최근 연구에서는 적당한 양의 질산염(비트 뿌리 주스)을 식이 보충제로 섭취하는 것이 건강한 지원자의 생체 외 혈소판 응집을 억제하는 것으로 나타났습니다 [30]. 이 억제 작용의 정확한 메커니즘은 아직 밝혀지지 않았습니다. 그러나, 산성 위장에서 아질산염과 질산염으로부터 생성된 NO가 산성 위장에서 주로 환원된 형태로 존재하는 티올기를 니트로화함으로써 전신에 흡수되어 혈소판 응집에 억제 효과를 발휘한다는 가설이 있습니다 [95]. 그럼에도 불구하고, 위의 연구들은 아질산염과 질산염이 혈소판 활성화에 억제 효과가 있다는 것을 보여 주었고, 이는 심혈관 건강 증진에 적극적으로 기여할 수 있습니다.

Cardiovascular protection by nitrite and nitrate: human and animal studies

The usage of inorganic nitrate for the treatment of cardiovascular conditions (angina and digital ischemia) has been harnessed since medieval times as evidenced by a translation of medieval Buddhist manuscripts [10]. However, it is perhaps only in the last decade or so that interest in the cardiovascular effects of inorganic nitrite and nitrate ions has grown enormously. Over the past several years, a wealth of investigations, ranging from clinical and animal model studies to in vitro analyses, have examined the cardiovascular effects of nitrite and nitrate. These studies, mostly from animal models, in general indicate that exogenous nitrite and nitrate ingestion may have beneficial effects on cardiovascular health, most notably in the treatment and prevention of myocardial ischemia and hypertension.

아질산염과 질산염의 심혈관 보호: 인간과 동물 연구

심혈관 질환(협심증과 디지털 허혈)의 치료를 위한 무기질 질산염의 사용은 중세 불교 사본의 번역본에서 알 수 있듯이 중세 시대부터 활용되어 왔습니다 [10]. 그러나 무기질 아질산염과 질산염 이온의 심혈관 효과에 대한 관심이 크게 증가한 것은 아마도 지난 10년 정도에 불과할 것입니다. 지난 몇 년 동안, 임상 및 동물 모델 연구에서 체외 분석에 이르기까지 다양한 조사를 통해 아질산염과 질산염의 심혈관 영향을 조사했습니다. 이러한 연구는 대부분 동물 모델에서 이루어졌으며, 일반적으로 외인성 아질산염과 질산염 섭취가 심혈관 건강에 유익한 영향을 미칠 수 있으며, 특히 심근 허혈과 고혈압의 치료 및 예방에 도움이 될 수 있음을 보여줍니다.

Myocardial ischemia

The health of cardiovascular system depends on structural and functional integrity of the heart and blood vessels. Limited supply of the blood to the heart muscle (myocardium) leads to myocardial ischemia (MI). Reperfusion therapy, the procedure that allows the rapid return of blood flow to the ischemic zone of the myocardium, is the most effective strategy for reducing the size of myocardial infract and improving the clinical outcome in these patients. However, reperfusion after extensive ischemia may lead to further damage to the myocardium, referred to as myocardial ischemia–reperfusion (IR) injury. Therefore, strategies that can limit the extent of infarction during ischemia and reperfusion are of great clinical importance in MI patients. Several studies over the past decade have demonstrated that nitrite and nitrate administration can ameliorate myocardial IR injury [17–19]. Effects of exogenous nitrite against myocardial IR injury have now been studied in a variety of in vitro and in vivo models. For example, Webb et al. [19] investigated the protective effects of exogenous nitrite (10 and 100 µM) against the damaging effects of IR injury using a Langendroff isolated heart model.

In this study, Webb et al. [19] demonstrated that perfusion of hearts with nitrite before and during the IR insult reduced infract size by >60% with corresponding improvements in recovery of left ventricular function. In another study, using mice subjected to left coronary artery occlusion (model for myocardial ischemia), Duranski et al. [18] reported that nitrite administered at near physiological blood concentrations (2.4–960 nM) exerted dose-dependent protective effects against cellular necrosis and myocardial IR injury. This study also demonstrated that the nitrite-mediated protection of heart from IR injury was dependent on NO generation and independent of eNOS and hemeoxygenase-1 enzyme activities. Moreover, in a recent study, Gonzalez et al. [17] revealed that nitrite dosing during the last 5 min of a 120-min occlusion period reduced myocardial infarction size from 70 to 36% in a canine model. In another study, the eNOS-deficient mouse has been used to investigate the effect of nitrite supplementation (50 mg/L, in drinking water) on steady-state nitrite and NO metabolite levels and on severity of myocardial IR injury [21]. This study found that nitrite supplementation restored impaired NO homeostasis in eNOS-deficient mice and protected against myocardial IR injury. On the other hand, inorganic nitrate has been used to treat digital ischemia for centuries [10]. However, unlike the case with nitrite, the effect of nitrate on IR injury has not been studied extensively. In a recent study, mice fed with nitrite- and nitrate-deficient diet have been used as animal models to investigate the effects of nitrite and nitrate on the severity of myocardial IR injury [22]. In this study, dietary nitrite and nitrate insufficiency led to exacerbated myocardial IR injury and post-myocardial infarction morbidity rates in mice. Collectively, these studies clearly indicate that exogenous administration of nitrite and nitrate could limit the extent of myocardial injury following ischemia and reperfusion.

심근 허혈

심혈관 시스템의 건강은 심장과 혈관의 구조적, 기능적 완전성에 달려 있습니다. 심장 근육(심근)으로의 혈액 공급이 제한되면 심근 허혈(MI)이 발생합니다. 심근 허혈 부위에 혈류를 신속하게 되돌려 주는 재관류 요법은 심근 경색의 크기를 줄이고 이러한 환자의 임상 결과를 개선하는 가장 효과적인 전략입니다. 그러나 광범위한 허혈 후 재관류는 심근 허혈-재관류(IR) 손상으로 불리는 심근의 추가 손상을 초래할 수 있습니다. 따라서 허혈과 재관류 동안 경색의 정도를 제한할 수 있는 전략은 심근경색 환자들에게 매우 중요한 임상적 중요성을 가집니다. 지난 10년 동안 여러 연구에서 아질산염과 질산염 투여가 심근 IR 손상을 개선할 수 있다는 사실이 입증되었습니다 [17-19]. 심근 IR 손상에 대한 외인성 아질산염의 효과는 현재 다양한 체외 및 생체 내 모델에서 연구되고 있습니다. 예를 들어, Webb et al. [19]은 Langendroff 분리 심장 모델을 사용하여 외인성 아질산염(10 및 100 µM)이 IR 손상의 손상 효과에 미치는 보호 효과를 조사했습니다.

이 연구에서 Webb 등은 [19] IR 손상 전과 도중에 심장에 아질산염을 주입하면 좌심실 기능 회복이 개선되면서 손상 크기가 60% 이상 감소한다는 것을 입증했습니다. 또 다른 연구에서, Duranski 등은 왼쪽 관상동맥 폐색(심근 허혈 모델)을 받은 쥐를 대상으로 한 연구에서, 생리학적 혈중 농도(2.4-960 nM)에 가까운 농도로 아질산염을 투여했을 때 세포 괴사 및 심근 IR 손상에 대한 용량 의존적 보호 효과가 나타난다고 보고했습니다. 이 연구는 또한 아질산염이 심장을 IR 손상으로부터 보호하는 작용이 NO 생성에 의존적이며 eNOS 및 헤모옥시게나제-1 효소 활성과 무관하다는 것을 입증했습니다. 또한, 최근 연구에서 Gonzalez et al. [17]은 120분 폐색 기간 중 마지막 5분 동안 아질산염을 투여했을 때, 개 모델에서 심근 경색 크기가 70%에서 36%로 감소했다는 것을 밝혀냈습니다. 또 다른 연구에서는 eNOS 결핍 마우스를 사용하여 아질산염 보충제(음수에 50mg/L)가 정상 상태의 아질산염과 NO 대사물질 수준, 그리고 심근 IR 손상의 심각성에 미치는 영향을 조사했습니다 [21]. 이 연구에서는 아질산염 보충제가 eNOS 결핍 마우스의 손상된 NO 항상성을 회복시키고 심근 IR 손상을 방지한다는 사실이 밝혀졌습니다. 반면에 무기질 질산염은 수세기 동안 디지털 허혈을 치료하는 데 사용되어 왔습니다 [10]. 그러나 아질산염의 경우와는 달리, 질산염이 IR 손상에 미치는 영향은 광범위하게 연구되지 않았습니다. 최근 연구에서, 아질산염과 질산염이 결핍된 식단을 먹인 쥐를 동물 모델로 사용하여 아질산염과 질산염이 심근 IR 손상의 심각성에 미치는 영향을 조사했습니다 [22]. 이 연구에서, 식이 아질산염과 질산염의 부족은 쥐의 심근 IR 손상과 심근 경색 후 이환율을 악화시켰습니다. 종합적으로, 이러한 연구들은 아질산염과 질산염의 외인성 투여가 허혈과 재관류 후 심근 손상의 정도를 제한할 수 있음을 분명히 보여줍니다.

Hypertension

Hypertension is a chronic medical condition in which the arterial blood pressure is elevated (systolic >140 mm Hg, diastolic >90 mm Hg). It affects health of millions of people worldwide and remains the most common risk factor for cardiovascular morbidity and mortality. Several studies over the past decade have studied the effects of dietary nitrite and nitrate ingestion on blood pressure in animal models and in humans [27, 28, 30, 96, 97]. The results of these studies suggest that ingestion of dietary nitrite and nitrate can reduce blood pressure in both healthy and hypertensive conditions. For example, in Nω-nitro-l-arginine methyl ester (L-NAME)-induced hypertensive rat model, co-administration of nitrite with L-NAME was found to significantly attenuate blood pressure increases [96]. In another study, oral nitrate administration (at a dose of 0.1 mmol per kg of body weight per day for 3 days) has been shown to lower diastolic and mean arterial blood pressures in young normotensive subjects [27]. Indeed, a picture is now emerging showing that nitrite and nitrate contribute significantly to blood pressure reduction associated with fruit- and vegetable-rich diet intake, since these foods are rich in nitrite and nitrate content. For instance, in a recent study, Sobko et al. [98] demonstrated that consumption of vegetable-rich diet (traditional Japanese diet, 18.8 mg of nitrate per kg body weight per day) for 10 days greatly increased plasma nitrite and nitrate levels and lowered diastolic blood pressure by an average of 4.5 mm Hg compared to Western-style diet in healthy volunteers. In another study, Webb and colleagues [30] demonstrated that ingestion of nitrate load (beetroot juice, 500 mL, ~0.3 mmol nitrate per kg) reduced both systolic and diastolic blood pressures in healthy human volunteers, an effect that correlated with peak increases in plasma nitrite concentrations. Collectively, these studies clearly indicate that exogenous administration of nitrite and nitrate could reduce the blood pressure in both healthy and hypertensive conditions.

Other blood vessel-related conditions

Peripheral vascular disease and cerebrovascular ischemia (i.e., stroke) are often characterized by narrowing or blockade of the blood vessels supplying blood from or to the heart, leading to defective vascular perfusion, and, conversely, to decreased oxygen supply to tissues (i.e., ischemia). Emerging evidence supports the view that nitrite therapy could be of clinical utility in the treatment of these conditions. For instance, using left common femoral artery ligation method, Kumar et al. [99] recently demonstrated that sodium nitrite increases the percentage blood flow in ischemic hind limbs by day 3 of the ligation, which progressively increased by day 7. In another study, Jung et al. [100] investigated whether nitrite therapy limits ischemic injury in brain using adult male rats subjected to middle cerebral artery occlusion. The results of the later study demonstrated that early (30 min before ischemic surgery) intravenous infusion of low doses of sodium nitrite (48 and 480 nmol) protects brain against IR injury. An attractive possibility to explain the beneficial effects of nitrite and nitrate in the treatment of the above conditions is their ability to improve the blood flow, coupled at least in part to their vasodilator and/or antiplatelet effects (discussed in Sects. 4.2, 4.3). In addition, inhibition of superoxide anion production (discussed in Sect. 4.1.3), which promotes cellular damage by forming peroxynitrite via its reaction with NO, may also explain the beneficial effects of nitrite and nitrate in the prevention of cerebrovascular ischemia [100].

Toxicity of nitrite and nitrate

Interestingly, nitrite and nitrate have for long been considered as unwanted carcinogenic residues in the diet because several earlier studies (1970s and 1980s) have demonstrated that nitrite-derived reaction products in stomach may nitrosate dietary amines leading to the formation of N-nitrosamines, a class of carcinogenic substances that could cause tumors by reacting with nucleic acids [46, 101, 102]. However, several lines of experimental and epidemiological research failed to show any causative link between nitrite and nitrate intake and development of cancer [103–106]. For instance, a multiyear dose escalation study in rats and mice found no evidence of carcinogenicity by nitrite and nitrate in either species [103]. In addition, in healthy volunteers, high dietary nitrate (< 3.65 mg/kg body weight or ~250 mg nitrate) intake has been demonstrated to have no significant effect on both protein-bound (1.31 ± 0.14 ng/mg dry protein pre-intake vs. 1.39 ± 0.2 ng/mg dry protein postnitrate intake) and free (5.44 ± 1.19 nM pre-nitrate intake vs. 5.26 ± 1.54 nm post-nitrate intake) plasma 3-nitrotyrosine concentrations [49]. On the other hand, there are also reports showing association between nitrite and nitrate in meats with increased risk of bladder, prostate, and colorectal cancer [107, 108]. However, most associations in these studies were relatively weak (relative risk in most cases < 2) and should not be used for public policy recommendations according to the US National Cancer Institute [109] (Figs. 1, 2).

아질산염과 질산염의 독성

흥미롭게도, 아질산염과 질산염은 오랫동안 식이에서 원치 않는 발암성 잔류물로 간주되어 왔습니다. 왜냐하면 여러 초기 연구(1970년대와 1980년대)에서 위장에서 아질산염이 반응하여 생성된 물질이 식이 아민을 니트로사민화하여 핵산과 반응하여 종양을 유발할 수 있는 발암성 물질인 N-니트로사민을 형성할 수 있다는 사실이 밝혀졌기 때문입니다 [46, 101, 102]. 그러나 여러 실험 및 역학 연구에서 아질산염과 질산염 섭취와 암 발병 사이에 인과 관계가 있다는 것을 입증하지 못했습니다 [103-106]. 예를 들어, 쥐와 생쥐를 대상으로 한 다년간의 용량 증량 연구에서 두 종 모두에서 아질산염과 질산염의 발암성 증거가 발견되지 않았습니다 [103]. 또한, 건강한 지원자를 대상으로 한 연구에서, 높은 식이 질산염(체중 1kg당 3.65mg 미만 또는 질산염 250mg) 섭취가 단백질 결합(섭취 전 건조 단백질 1g당 1.31±0.14ng)과 무관하게 유의미한 영향을 미치지 않는 것으로 나타났습니다. 1.39 ± 0.2 ng/mg 건조 단백질 질산염 섭취 전)과 유리(5.44 ± 1.19 nM 질산염 섭취 전 vs. 5.26 ± 1.54 nM 질산염 섭취 후) 혈장 3-니트로티로신 농도 [49]. 반면에, 육류에 함유된 아질산염과 질산염이 방광암, 전립선암, 대장암의 위험을 높인다는 연구 결과도 있습니다 [107, 108]. 그러나, 이러한 연구에서 나타난 대부분의 연관성은 상대적으로 약했으며(대부분의 경우 상대적 위험도 2 미만), 미국 국립암연구소(National Cancer Institute)에 따르면 공공 정책 권고 사항에 사용되어서는 안 됩니다 [109] (그림 1, 2).

Fig. 1.

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Schematic presentation of nitric oxide (NO) generation and metabolism in the body. NO is generated from the classical nitric oxide synthase (NOS)-l-arginine pathway and from the reduction of systemic nitrate (NO−3) and nitrite (NO−2). Systemic NO−3 and NO−2 originates from the oxidation of NO in biological fluids and from the diet. NO−3 undergoes reduction to NO−2 and then to NO. Possible NO−3 and NO−2 reduction pathways to NO in the body are depicted

Fig. 2.

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Schematic presentation of potential mechanisms by which dietary nitrite and nitrate could modulate cardiovascular health

Conclusion

At present, it seems that dietary nitrite and nitrate have cardiovascular protective effects. As discussed in this review, the effects of nitrite and nitrate to enhance NO bioavailability, to improve endothelial function, to cause vasodilation, and to inhibit platelet aggregation may at least partly mediate their cardiovascular beneficial effects. Considering the fact that reduced bioavailability of endothelium-derived NO (i.e., endothelial dysfunction) is a cause of, or is associated with cardiovascular diseases, a role for nitrite and nitrate in NO biosynthesis and/or in improving NO bioavailability could provide a rationale for using dietary nitrite and nitrate supplementation in the treatment and prevention of cardiovascular diseases. Taking the data presented above together with the failure of recent studies to show significant correlation between nitrite and nitrate exposure and cancer, we suggest that the benefits of dietary nitrite and nitrate will strongly outweigh any potential risks, particularly for cardiovascular disease patients.

결론
현재로서는 아질산염과 질산염이 심혈관계에 보호 효과가 있는 것으로 보입니다. 이 리뷰에서 논의된 바와 같이, 아질산염과 질산염이 NO 생체 이용률을 높이고, 내피 기능을 개선하고, 혈관 확장을 유발하고, 혈소판 응집을 억제하는 효과는 적어도 부분적으로 심혈관계에 유익한 효과를 나타내는 데 영향을 미칠 수 있습니다. 내피에서 유래된 NO의 생체 이용률 감소(즉, 내피 기능 장애)가 심혈관 질환의 원인 또는 관련 요인이라는 사실을 고려할 때, NO 생합성 및/또는 NO 생체 이용률 개선에 아질산염과 질산염이 관여한다는 사실은 심혈관 질환의 치료 및 예방에 식이 아질산염과 질산염을 보충하는 것이 타당하다는 근거를 제공할 수 있습니다. 위에서 제시된 데이터와 최근 연구에서 아질산염과 질산염 노출과 암의 상관관계가 유의미하지 않다는 점을 종합해 볼 때, 식이 아질산염과 질산염의 이점이 잠재적 위험을 크게 능가할 것이라고 생각합니다. 특히 심혈관 질환 환자의 경우 더욱 그렇습니다.

Acknowledgments

This work was supported by the Intramural Research Program of the National Institute of Diabetes and Digestive and Kidney Diseases (NIDDK) at National Institutes of Health (NIH), Bethesda, Maryland, USA. We thank Dr Barbora Piknova (Molecular Medicine Branch, NIDDK) for her valuable inputs.

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