Tlenek azotu (NO), gaz rozpuszczalny, jest fizjologiczną cząsteczką sygnalizacyjną występującą u ludzi i wielu innych kręgowców. Śródbłonkowy tlenek azotu jest wytwarzany w wyściółce naczyń krwionośnych, gdzie wpływa na ciśnienie krwi, powodując rozszerzenie naczyń krwionośnych, czyli rozszerzenie naczyń krwionośnych. Wpływa również na wzrost tętnic i odpowiedzi immunologiczne. Zmniejszona produkcja lub dostępność tlenku azotu w śródbłonku charakteryzuje takie choroby jak miażdżyca, gdzie przyczynia się do wysokiego ciśnienia krwi, stanów zapalnych, a czasem krzepnięcia krwi.
Cały układ krążenia, w tym tętnice, wyłożony jest śródbłonkiem, który kontroluje ciśnienie krwi i stanowi selektywnie przepuszczalną barierę między wnętrzem naczyń krwionośnych a środowiskiem zewnętrznym. Nerwy regulujące śródbłonek uwalniają neuroprzekaźnik acetylocholinę. To wysyła sygnał do komórek śródbłonka, aby wytworzyły NO. Tlenek azotu powoduje rozszerzenie naczyń krwionośnych, rozluźniając ścianę tętnicy i powodując spadek ciśnienia krwi w naczyniu.
Główną cechą dysfunkcji śródbłonka jest brak pełnego rozszerzenia naczyń krwionośnych. Kiedy wytwarzanie lub uwalnianie tlenku azotu przez śródbłonek jest upośledzone, następuje zwężenie naczyń krwionośnych, gdy naczynia krwionośne się zwężają. To z kolei powoduje wzrost ciśnienia krwi. Bez regulującego działania tlenku azotu komórki odpornościowe, takie jak leukocyty, proliferują, powodując przewlekły stan zapalny. Płytki krwi, które regulują krzepnięcie krwi, również proliferują, zaczynają przylegać do śródbłonka i tworzą skrzep krwi, który blokuje krążenie.
Fizjologicznie istnieje wiele sygnałów, które indukują śródbłonkową produkcję tlenku azotu w zdrowych komórkach. Uważa się, że najważniejsza jest szybkość przepływu krwi przez tętnice i żyły. Powikłania związane z otyłością, nadciśnienie, wysoki poziom cholesterolu, choroby genetyczne i brak ruchu przyczyniają się do dysfunkcji śródbłonka i zmniejszonej produkcji tlenku azotu. Wysiłek fizyczny i zmniejszone spożycie tłuszczów nasyconych zwiększa produkcję NO. Aminokwas arginina jest cząsteczką prekursorową, z której powstaje NO, więc spożywanie pokarmów bogatych w argininę, takich jak fasola i ryby zimnowodne, może pomóc w zwiększeniu produkcji NO.
Tlenek azotu zapobiega przywieraniu tłuszczów do ścian tętnic. Przy wysokim poziomie lipoprotein o niskiej gęstości we krwi, cholesterol jest przenoszony do ścian tętnic. Zmniejszenie poziomu tlenku azotu umożliwia przyleganie cholesterolu. Cholesterol przylegający do ścian naczyń jest częścią reakcji łańcuchowej, która powoduje uszkodzenie śródbłonka, w wyniku czego powstają włókniste płytki prowadzące do miażdżycy. Powoduje również zmniejszoną produkcję śródbłonkowego tlenku azotu.
Tlenek azotu w postaci nitrogliceryny stosuje się w leczeniu dusznicy bolesnej. Nitrogliceryna przyjmowana w leczeniu bólu serca przekształca się w NO w organizmie. Rozszerza żyły, zmniejszając obciążenie serca poprzez zmniejszenie ilości krwi zwracanej do serca w każdym cyklu pracy serca. Serce ma wtedy mniej krwi do pompowania.
Inne leki pośrednio stymulują wytwarzanie i stosowanie tlenku azotu. Erekcja prącia jest spowodowana sygnałami tlenku azotu w celu rozszerzenia lokalnych naczyń krwionośnych. Niektóre leki na zaburzenia erekcji mogą nasilać sygnalizację przez tlenek azotu do naczyń krwionośnych prącia, aby działały one w zdrowej, normalnej objętości.