Lúgosság: 8,8 (mmol/dm3)

Természetes deutérium tartalom: 139ppm

Mi a deutérium

Az alábbi anyag a CEM 181H részére készült a Michigan State University egyetemen 1998 őszén; az előadók: Dr. Marcos Dantus és Elizabeth Croal, Kirk Down, Michael Maile, Jan Mincarelli, Nancy Kim.

Kivonat

Bár a deutérium, más néven nehézvíz, viszonylag nagy mennyiségben fordul elő, keveset tudunk arról, hogy elfogyasztása után milyen hatással van az emberi szervezetre. Patkányokon végzett kísérletek alapján kimutatták, hogy a deutériummal dúsított vizet tartalmazó diéta, egyéb hatások mellett csökkenti a sejtek mitózisának mértékét. Bár a patkányok általános anatómiája alapvetően különbözik az emberekéitől, a sejtosztódás fiziológiai szempontból hasonló. Ez a hasonlóság felveti azt a lehetőséget, hogy az embereknél is hasonló hatás érhető el. Ha ez valóban így van, akkor a deutériummal dúsított étrend az embereknél rendkívül hasznos lehet olyan betegségek – például a rák – gyógyításában, amelyek esetében a sejtosztódás a betegség központi eleme. Már korábban megállapítást nyert, hogy a nehézvíz jó hatással van bizonyos típusú rákbetegségekre. Ugyanakkor tanulmányozni kell még, hogy ez mennyire alkalmazható a klinikai gyakorlatban, és milyen káros mellékhatásai lehetnek az emberi szervezetre.

deuterium-atomA deutérium fizikai tulajdonságai

A deutérium a hidrogén stabil izotópja, ami azt jelenti, hogy nem radioaktív és nagyon hosszú az élettartama. A deutérium a hidrogénnel azonos elem, de van egy neutronja, ezért a prociumnál kétszer nagyobb a tömege. A deutériumot Harold Urey fedezte fel 1932-ben. A deutérium volt az első izotóp, amelyet tiszta formában izolálni tudtak. Az a vélekedés, hogy a deutérium az ősrobbanás kezdeti fázisában keletkezett. Egy szabad neutron tíz perc alatt elbomlik, ha nem lép kölcsönhatásba egy protonnal, amellyel együtt egy deutérium atom magját képezi. A deutérium atomok legtöbbje héliumot képzett, de néhány deutérium formában maradt.

Amikor két deutérium ion egy oxigén iont képez, akkor deutérium-oxid, azaz nehézvíz keletkezik. Ennek kinézete és íze a normál vízéhez hasonló, de némely tulajdonsága különbözik. A nehézvíz fizikai tulajdonságai eltérnek a közönséges vízétől. A nehézvíz 101,41 Celsius fokon forr és 3,79 Celsius fokon fagy meg. A deutérium-oxid hőkapacitása, olvadási hője, párolgási hője és entrópiája is magasabb, mint a vízé. A nehézvíz viszkozitása is nagyobb mint a vízé. Továbbá a deutérium nem olyan jó oldószer, mint a víz. A deutérium erősebb kötéseket képez, mint a hidrogén.

Megközelítőleg minden hatezer vízcseppből egy csepp deutérium-oxid. A földön a deutérium-hidrogén arány 1:6600.

A deutérium biológiai hatásai

Sok különböző kísérletet végeztek a deutérium különböző rágcsálók szervezetére kifejtett hatásainak tesztelésére, és ennek eredményeit foglalta össze J.F. Thomson a Deutérium biológiai hatásai (Biological Effects of Deuterium) című munkájában. Amikor a tiszta deutérium-oxidot, azaz a nehézvizet adják a rágcsálóknak, akkor úgy tűnik, hogy ez számukra élvezhetetlen. Az emberek számára desztillált vízhez vagy oxigénmentes vízhez hasonló az íze. A rágcsálók számára élvezhetőbb, ha levegőztetik vagy nyomokban sókat adnak hozzá.

Amikor nehézvizet adnak ezeknek az állatoknak, akkor az könnyen felszívódik, és úgy tűnik, hogy azt a vese nem szűri és nem választja ki. A deutérium-oxid beépül a szervezetbe, amíg egyensúlyi állapotba nem kerül, amely általában a rágcsálók által fogyasztott mennyiség koncentrációjának nyolcvan százaléka.

Konzisztensnek tűnnek a patkányokon és egereken végzett kísérletek eredményei. Amikor a test víztartalmának nulla – tizenöt százalékát helyettesíti a nehézvíz, az nem okoz jelentős változást, kivéve, hogy ilyenkor az állatok súlygyarapodása nem olyan gyors, mint a kontrol csoporté. Tizenöt – húsz százalék esetén az állatok nagyon ingerlékennyé válnak. Húsz – huszonöt százaléknál az állatok már annyira ingerlékenyek, hogy stimulálás esetén gyakran görcsök lépnek fel. Ilyenkor már megjelennek a bőrelváltozások, fekélyek a lábon és a szájon, valamint a nekrózis (farok-elhalás).

Egyúttal az állatok nagyon agresszívvá válnak, a hímek szinte kezelhetetlenek. Amikor a helyettesítési mértéke eléri a harminc százalékot, az állatok nem hajlandók enni és kómába esnek. Testsúlyuk meredeken csökken és az egerek anyagcseréje a normális szint alá zuhan. Amikor a helyettesítés eléri a harminc-harmincöt százalékot, a rágcsálók elpusztulnak. Úgy tűnik, hogy nem alakul ki deutérium-oxid tolerancia az idő előrehaladtával, de a hatások visszafordíthatók, kivéve, ha a nehézvíz miatt a korábbi testsúlynak több mint harminc százalékát elveszíti az állat.

Élő patkányokon vizsgálták a vesefunkciót deutérium-oxid adása esetén: azt találták, hogy a deutérium-koncentráció testben való növekedésével csökkent a glomeruláris filtrációs ráta és a renális plazma-átáramlás (a vesén átáramló plazma mennyisége). Ennek hatására csökkent az általános veseműködés is. Ez a folyamat is teljes mértékben visszafordítható: ha a patkányoknak ismét vizet adtak, akkor a veseműködés rövid időn belül ismét visszaállt a normális szintre.

Azt találták, hogy ha a deutérium-oxid koncentrációja a testben meghaladta a húsz-huszonöt százalékot, akkor az érett eritrociták, azaz a vörösvértestek képződése teljes mértékben leállt. A vörösvértestek száma akár a normál érték huszonöt százalékáról is visszaállítható volt a normál szintre, ha a patkányokat visszahelyezték normál vízre. A probléma az, hogy amikor a vörösvértestszám-csökkenés eléri a huszonöt százalékot, akkor a rágcsálók közül sok elpusztul vérszegénységben. A deutériummal dúsított patkányoknak a normál vércukorszint tartásával is problémáik voltak. Még ha glukóz injekciót kaptak is, a glukóz szintjük néhány órán belül a normál szint alá esett. Továbbá a patkányok képtelen voltak glukózt tárolni máj glikogénként.

Az egerek anyagcseréje és testhőmérséklete a testükben lévő deutérium-oxid koncentrációjától függött.

A rágcsálók anyagcseréje és testhőmérséklete nőtt a testben lévő húsz százalékos deutérium szintig. Húsz százalék felett az anyagcsere és a testhőmérséklet csökkenni kezdett. A deutérium-oxidra vonatkozó termodinamikai adatok:
Képződéshő (cal/mol)
folyadék
gáz
D2O

-70,414

-59,564

H2O

-68,318

-57,798

Szabad energiaképződés (cal/mol)
folyadék
gáz
-58,201

-56,061

-56,693

-54,638

Entrópia (e.u.)
folyadék
gáz
47.41
18.19
45.14
16.75
Nullpont energia (cal) 9664 13,219
Hőkapacitás (cal/mol deg.), 20 °C 20.15 17.99
Olvadási hő (cal/mol) 1515 1436
Párolgási hő (cal/mol) 10,846 10,515

Az információ forrása: J.F. Thomson: Biological Effects of Deuterium

A deutérium-oxid és a mitózis

A mitózis a sejtek ivartalan szaporodása, illetve a sejtmag osztódása. Egy sejt megduplázza a DNS-ét, és azután négy lépésben két utódsejtté osztódik. A szervezetek a mitózis segítségével differenciálódnak, növekednek és pótolják az elpusztult sejteket. Alapvető szerepe van a szervezet növekedésében és egészségében, és általában kerülendő minden olyan anyag, amely gátolja vagy rombolja ezt a folyamatot (így például a deutérium-oxid). Mindazonáltal a rák esetében a mitózis olyan gyorsan és folyamatosan történik, hogy tumorokat okoz és károsan befolyásol számos közönséges testfunkciót. Ezért a mitózist gátló anyag kedvező lehet a rákos növekedés megakadályozásában. A deutérium-oxid tulajdonságai ígéretes lehetőséget biztosítanak a rák kezelésében.

Először is a mitózis bonyolult folyamatát kell megvizsgálni. A sejt életének legnagyobb részét az interfázisnak nevezett szakaszban tölti el. Ebben a fázisban a sejt normál anyagcsere-tevékenységet végez, fehérjéket alakít át és DNS-t másol.
Az interfázis nem a mitózis egyik szakasza, bár ekkor kerül a DNS lemásolásra. A mitózis első szakasza a profázis. A profázis során a sejtmembrán eltűnik, a DNS megkettőződik és orsórostok formájában kromoszómákká (testvér kromatidokká) tekeredik össze, amelyek középen összekapcsolódnak (kinetochorok). A második szakasz a metafázis, amelyben a testvér kromatidok egy vonalba rendeződnek a sejt egyenlítői síkjában (az úgynevezett metafázis lemeznél). A harmadik szakasz az anafázis, amikor a testvér kromatidák az orsórostok összehúzódása miatt szétválnak és a sejt két pólusa felé mozdulnak el. A telofázisban, a mitózis utolsó szakaszában tulajdonképpen a profázis fordítottja történik; a kromoszómák széttekerednek, a sejtmembrán kialakul és az orsórostok eltűnnek. A telofázisban citokinezis történik, amely a citoplazma szétválása. A mitózis (a sejtmag szétválása) és a citokinezis (a citoplazma szétválása) együttesen eredményezi a sejtosztódást.

mitozis_folyamata

A biológiáról a kémiára térve, a mitózis a celluláris makromolekulákon keresztül vizsgálható. A DNS a nitrogéntartalmú bázisokban és a dezoxiribóz cukrokban tartalmaz hidrogént. Valójában a DNS makromolekulák kettős spirál alakját az egymással szemben elhelyezkedő nitrogéntartalmú bázisok közötti kötések alakítják ki.

Amikor a sejtbe deutérium-oxid kerül, akkor a deutérium atomok fokozatosan a DNS molekula hidrogén atomjainak helyébe lépnek. A deutérium atomok közötti kötések erősebbek, mint az eredeti hidrogén kötések, és ezért a DNS molekula merevebbé válik. A mitózis folyamata erősen függ a DNS hidrogén-kötéseitől, ezért ennek bármiféle megváltoztatása hátrányosan befolyásolja a mitózist. A DNS megduplázásához például a kettős spirálnak szét kell tekerednie, és amikor a deutérium beépül a DNS-be, akkor merevebbé válik és nehezebben tekeredik vissza. Vagy ha a DNS megduplázódik is, a deutérium-oxid akkor is befolyásolhatja a mitózist. Amikor a DNS elkezd széttekeredni kromoszómákká, a deutérium-oxid miatt a kromoszómák megrövidülnek vagy megvastagodnak. A hatás a citoplazmában is érezhető, amely merevebbé válik a nehézvíz nagyobb viszkozitása miatt, és ezért a sejtosztódás amiatt is nehezebben megy végbe. Nagyon fontos tudni, hogy a deutérium-oxid azért különleges az anti-mitotikus anyagok között, mert a mitózis folyamatának sok fázisában működik, szemben a legtöbb más ilyen anyaggal, amelyek specifikusan a mitózis valamelyik fázisára hatnak.

A deutérium hatása a mitózisra

A deutérium mitózisra gyakorolt hatásával kapcsolatban nem sok kutatás történt, amely azért meglepő, mert még mindig nem tudni, hogy a deutérium valójában miért lassítja le a mitózist. Jan Lamprecht, Dieter Schroeter és Niedhard Paweletz 1989-ben kutatást végeztek a Sejt- és Tumorbiológiai Intézetben (The Institute of Cell and Tumor Biology) és a német Rákkutatási Központban, Heidelbergben. A deutérium-oxid anti-mitotikus tevékenységének alapját képező mechanizmusokat vizsgálták és azt, hogy ez hogyan hat a szomatikus emlősállat sejtekre a mitózis különböző szakaszaiban. A deutérium hatását már korábban vizsgálták tengerisün petékben, de magasabb rendű állatok sejtjeit még nem vizsgálták.

A tanulmány során az egyik tesztnél két órán át tartották a sejteket 25%-os, 50%-os és 75%-os deutérium-oxidban, a másiknál pedig 75%-os nehézvízben tartották a sejteket kettő, hat, tizenkettő és húsz órán keresztül. Ezután megállapították a profázisban, metafázisban, anafázisban, telofázisban és citokinetikus párokban (interfázisban) lévő sejtek százalékos arányát, és helyreállították a sejtmagokat (azokat a sejteket, amelyekben a sejtmag membránja újra megjelent, de a sejt nem fejezte be az osztódást).

Az adatok azt mutatták, hogy abnormálisan sok sejt volt profázisban és metafázisban, különösen metafázisban. A deutérium-oxid százalékos arányának növekedésével együtt nőtt a metafázisban lévő sejtek előfordulása. Ez pedig arra mutat, hogy a deutérium-oxid anti-mitotikus hatása optimalizálódik a metafázis és az anafázis között. A deutérium-oxidban lévő sejteknél problémát okozott a metafázis lemeznél való rendeződés. A kromoszómák gyakran sugárirányban rendeződtek, nem pedig egyenes vonalban, és ez megakadályozta az anafázis végbemenését. Ámbár úgy tűnt, hogy a deutérium-oxid befolyásolja az orsórostokat, ez a feltételezés megdőlt, mert a rostok a deutériummal dúsított vízben is tudtak összehúzódni illetve tágulni.

A kutatók úgy vélték, hogy a nehézvíz a kromoszómák centroszómáira (a kinetochorokra) van hatással; ezek valamiféleképpen elveszítik a rendeződésre való képességüket, és így az orsórostok nem tudnak pontosan kapcsolódni, illetve a mozgásukat lelassítja a deutérium-oxid fokozott viszkozitása. A kutatók további kutatásokat javasoltak, mert nem tudták biztosan megállapítani, hogy mi az oka az anti-mitotikus hatásnak, bár a teóriájuk logikus volt. Sajnos további kutatások a témában nem voltak.

A deutérium hatása a rákra
rakos-sejtburjanzas

A nehézvíz rákos növekedésre gyakorolt hatásaival kapcsolatos kutatások főleg arra irányultak, hogy a mérsékelten deuterált víz hogyan tudja csökkenteni a tumor növekedésének ütemét thymus-hiányos egerekben. A thymus (csecsemőmirigy) hiánya azt jelenti, hogy az egereknek nincs immunrendszerük, és ezért a rákos sejteket az egérbe injektálva azok rákkal megbetegíthetőek. A Berni Egyetem svájci kutatói, Hans Altermatt, Jan-Olaf Gebbers, és Jean Albert Laissue kimutatták, hogy amikor ezeknek az egereknek nehézvizet adnak, akkor ennek hatása hasonló az egyéb citosztatikus szerekhez és azokkal szinergizál.

A tumoros egereket három csoportba osztották: olyan egerekre, amelyek csak nehézvizet kaptak, olyanokra, amelyek csak citosztatikus szereket kaptak (attól függően, hogy az egerekbe milyen eredetű sejtekből oltották be a tumorokat), és olyan egerekre, amelyek nehézvizet és citosztatikus szereket is kaptak, továbbá volt egy kontrol csoport. Az egerekben előidézett tumorok méretét és súlyát is megmérték, az eredményeket pedig összehasonlították az egyes kezelések összehasonlítása végett. A kísérlet eredményei egyértelműek voltak a kevésbé differenciált tumorkeltő sejtekből származó egér tumorok esetében; mindig a kontrol egereknél volt a legmagasabb a tumor növekedés. Azoknál a patkányoknál, amelyek vagy citosztatikus szereket vagy deutériumot kaptak, szignifikánsan csökkent a tumornövekedés, de a deutériumnál kicsit nagyobb volt a hatás. Végül, amikor kombinálták a citosztatikus szereket és a deutériumot, az egereknél még lassabb volt a tumornövekedés. A differenciáltabb rákos sejtekből származó tumorok esetében a deuterált víz kevésbé volt hatásos. A kutatás megállapította, hogy a nehézvíz hatásos, mint más egyéb drogok alternatívája a rák növekedésének késleltetésében, de azt nem vizsgálta, hogy milyen mellékhatásokkal jár az egerekre a deuterált víz.

Javasolt kutatás

Mielőtt a deutériumot klinikai környezetben lehet használni, kiterjedt kutatásokat kell végezni annak megállapítására, hogy milyen hatásokat gyakorol az emberi testre. Természetesen előzetes vizsgálatokat kell végezni egyszerűbb szervezeteken. A vizsgálatok fokozatosan folynak, először Petri csészében, aztán patkányokon, majmokon és végül embereken.

Először is kísérleteket kell végezni annak megállapítására, hogy a testben milyen az a deutérium koncentráció és milyen hosszú ideig tarthat, hogy még biztonságos legyen a kezelés.

Természeten várható, hogy kedvezőtlen hatások lépnek fel, például az emésztőrendszert illetően, csökken a vörösvértestek száma, és csökken a sebgyógyulás képessége. A lényeg hogy meg kell találni azt a pontot, ahol a deutérium kezelés előnyei a lehető legnagyobb mértékben meghaladják a hátrányokat.

Ezt az optimális pontot nem lehet azonnal megtalálni. Sok tesztet kell elvégezni különböző időtartamokban és különböző deutérium koncentrációval, hogy meg lehessen találni a legjobb kombinációt, amely minimalizálja a káros hatásokat.

A tesztek során a rövid távú hatások mellett meg kell határozni a hosszú távú hatásokat is. A test minden szervrendszerét alaposan meg kell vizsgálni. Továbbá vizsgálni kell olyan módszereket is, mint a deutériummentes diéta, amely segít abban, hogy a szervezet ismét megtalálja az optimális egyensúlyát.

Miután meghatározásra kerültek a deutérium biztos felhasználásának határai, logikailag a következő lépés a deutérium kezelés kemoterápiával és sugárterápiával való kompatibilitásának vizsgálata lenne. Ez azért lenne fontos, mert a deutérium kezelés nem gyógyítja a rákot, csak gátolja a kifejlődését. Ezért a rákot megszüntető kezelést a deutérium kezeléssel együtt kell alkalmazni. A deutérium kezelés hatékonyságát különböző emberi rákbetegségeken is tesztelni kell.

Várt/várható eredmények

A testben lévő deutérium a normális és a rákos sejtekben egyaránt lelassítja a mitózist. A mitózis lassítása során csökkenti a rák növekedésének ütemét, remélhetőleg egészen addig a pontig, hogy megállítja vagy megelőzi a metasztázist, hogy legyen idő a tumor sebészi úton való eltávolítására. A tumor növekedését is lassítja, és javítja a besugárzás és a kemoterápia hatékonyságát. A deutériumot deutérium-oxid, azaz nehézvíz formájában adják, viszonylag alacsony koncentrációban, hogy az egyéb hatások súlyossága minimális legyen.

A kezelés azokat a szervrendszereket érintheti még, amelyekben nagyon nagy az anyagcsere vagy mitotikus aktivitás. Így az emésztőrendszert és a csontvelőt. A gyógyulás is jelentősen lelassul, mert az is mitózis-függő. Ez pedig komplikációkat okozhat olyan pácienseknél, akiknek egyéb fizikai problémáik is vannak. Azoknál a betegeknél, akiknél befejezték a besugárzást, a kemoterápiát vagy a sebészi beavatkozást, azonnal be kell szüntetni a deutériumos kezelést. A testükben a deutérium koncentrációja fokozatosan csökkenni fog, és visszaáll a mitózis normális szintje, miközben a beteg egyéb kezelések nyomán meggyógyul.

Alkalmazások

A deutérium-oxid sejt mitózist gátló hatása olyan lehetőséget biztosít, amelyet fel lehet használni a humán rákkezelésben. A rákos betegek jelenlegi kezelése – például a kemoterápia vagy a sugárzás – traumát okoz a testben; bár a nehézvíz nem pótolja ezeket, lehetővé teszi a metasztázis, illetve a rák növekedésének megakadályozását. A deutérium sejt mitózist gátló tulajdonsága miatt felhasználható arra, hogy bármely tumor növekedését lassítani lehessen, amíg a daganatok a jelenleg ismert módokon elpusztíthatók. Így ezen kezelési módszerek alkalmazása minimálisra szorítható.

A deutérium-oxid emberek esetében való felhasználásánál a fő korlátozó tényező az, hogy ha túl magas koncentrációban vagy túl sokáig alkalmazzák, akkor káros hatásokat fejthet ki a páciensre. Ha hosszú ideig alkalmazzák, akkor már kis koncentrációnak is súlyos mellékhatásai lehetnek. Ezért a deutérium-oxidot legjobb olyan köztes megoldásként alkalmazni, amely segíti az egyéb rákkezelési módszereket.

Szójegyzék

Thymus-hiányos egerek: más néven meztelen egerek, amelyekből hiányzik a csecsemőmirigy, ezért nincs rajtuk szőrzet.

Citosztatikus: a sejtek növekedését gátló.

Differenciált rákos sejtek: a rák kifejlődött stádiumát reprezentáló sejtek.

Glomeruláris filtrációs ráta: a vér filtrációs rátája a kapillárisokon keresztül a vesékben.

Glikogén: gazdagon elágazó glukózraktár az állatok májában és izmaiban, a keményítő állati megfelelője.

Metasztázis: a rákos sejtek továbbterjedése, áttétele az eredeti szervről máshova.

Nekrózis: a szövetek pusztulása.

Prócium: hidrogénatom egy protonnal és egy elektronnal.

Renális plazma-átáramlás: a vér áramlása a vesékben.

Szomatikus sejt: egy soksejtű szervezet bármely sejtje, kivéve a spermasejtet vagy petesejtet.

Orsórostok: hosszú, hengeres fehérjemolekulák.

Szinergia: különböző dolgok egyidejű megtörténte, amelynek hatása így nagyobb, mint az egyedi hatások összege.

Thymus (csecsemőmirigy): belső elválasztású mirigy az emlősök nyaki részén, amely az immunrendszer működéséért felel; ez választja ki a thymosint, amely stimulálja a T-sejteket.

Tumorkeltő: tumort okozó.

Viszkozitás: a folyadékok tulajdonsága, azok sűrűségét és folyékonyságát jellemzi.

Szerző:            Anita D.

Forrás: eletmodszer.com

Top