Какво е деутерий
Следният материал беше подготвен за CEM 181H в Мичиганския държавен университет през есента на 1998 г .; лектори: д-р Маркос Дантус и Елизабет Кроал, Кърк Даун, Майкъл Мейл, Ян Минкарели, Нанси Ким.
Въпреки че деутерият, известен също като тежка вода, присъства в относително големи количества, малко се знае за въздействието му върху човешкото тяло след консумация. Експерименти с плъхове показват, че диетата, съдържаща обогатена с деутерий вода, наред с други ефекти, намалява скоростта на клетъчна митоза. Въпреки че общата анатомия на плъховете е коренно различна от тази на хората, клетъчното делене е физиологично сходно. Това сходство поражда възможността подобен ефект да се постигне и при хората. Ако това наистина е така, обогатената с деутерий диета може да бъде изключително полезна при лечението на заболявания при хората, като рак, за които клетъчното делене е от основно значение за заболяването. По-рано е установено, че тежката вода има добър ефект върху някои видове рак. Въпреки това, до каква степен това може да се приложи в клиничната практика и потенциалните му неблагоприятни ефекти върху човешкото тяло, остава да се проучи.
Физични свойства на деутерия
Деутерият е стабилен изотоп на водорода, което означава, че е нерадиоактивен и има много дълъг живот. Деутерият е същият елемент като водорода, но има неутрон, така че тежи два пъти повече от проциума. Деутерият е открит от Харолд Урей през 1932 година. Деутерият е първият изотоп, изолиран в чиста форма. Смята се, че деутерият е възникнал в началната фаза на Големия взрив. Свободният неутрон се разпада за десет минути, ако не взаимодейства с протон, с който образува ядрото на дейтериев атом. Повечето от деутериевите атоми образуват хелий, но някои остават във форма на деутерий.
Когато два деутериеви йона образуват кислороден йон, се образува деутериев оксид, т.е.тежка вода. Изглежда и има вкус, подобен на нормалната вода, но някои от нейните свойства са различни. Физическите свойства на тежката вода са различни от тези на обикновената вода. Тежката вода кипи при 101,41 градуса по Целзий и замръзва при 3,79 градуса по Целзий. Деутериевият оксид също има по-висок топлинен капацитет, топлина на синтез, топлина на изпарение и ентропия от водата. Вискозитетът на тежката вода също е по-висок от този на водата. Освен това деутерият не е толкова добър разтворител, колкото водата. Деутерият образува по-силни връзки от водорода.
На всеки шест хиляди капки вода една капка деутериев оксид. Съотношението деутерий-водород на земята е 1: 6600.
Биологични ефекти на деутерия
Извършени са много различни експерименти за тестване на ефектите на деутерия върху различни гризачи и резултатите са обобщени в J.F. Томсън в биологичните ефекти на деутерия. Когато чист деутериев оксид, т.е. тежка вода, се дава на гризачи, изглежда невъзможно за тях. Вкусът му е подобен на дестилирана вода или вода без кислород за хората. За гризачите е по-приятно да аерират или да добавят следи от соли.
Когато се дава тежка вода на тези животни, тя лесно се абсорбира и изглежда не се филтрира и отделя от бъбреците. Деутериевият оксид се вгражда в тялото, докато достигне равновесие, което обикновено е осемдесет процента от концентрацията, консумирана от гризачи.
Резултатите от експерименти с плъхове и мишки изглеждат последователни. Когато тежката вода замества нула до петнадесет процента от съдържанието на вода в тялото, това не причинява значителна промяна, освен че наддаването на тегло на животните не е толкова бързо, колкото това на контролната група. При петнадесет до двадесет процента животните стават много раздразнителни. Двадесет до двадесет и пет процента от животните вече са толкова раздразнителни, че при стимулация често се появяват припадъци. По това време се появяват кожни лезии, язви на краката и устата и некроза (некроза на опашката).
В същото време животните стават много агресивни, мъжките са почти неуправляеми. Когато степента на заместване достигне тридесет процента, животните отказват да ядат и изпадат в кома. Теглото им рязко спада и метаболизмът на мишките пада под нормалните нива. Когато заместването достигне тридесет до тридесет и пет процента, гризачите се убиват. Изглежда, че толерантността към деутериев оксид не се развива с течение на времето, но ефектите са обратими, освен ако животното не загуби повече от тридесет процента от предишното си телесно тегло поради тежката вода.
Бъбречната функция е изследвана при живи плъхове след приложение на деутериев оксид: установено е, че повишаването на концентрацията на деутерий в организма намалява скоростта на гломерулна филтрация и бъбречния плазмен поток (количеството плазма, протичаща през бъбреците). В резултат на това общата бъбречна функция също намаля. Този процес също е напълно обратим: ако плъховете отново получават вода, бъбречната функция се нормализира за кратко време.
Установено е, че когато концентрацията на деутериев оксид в тялото надвиши двадесет до двадесет и пет процента, образуването на зрели еритроцити, т.е. червени кръвни клетки, е напълно спряно. Броят на червените кръвни клетки може да бъде възстановен до нормални нива от двадесет и пет процента от нормалните стойности, ако плъховете бъдат върнати в нормална вода. Проблемът е, че когато намаляването на броя на червените кръвни клетки достигне двадесет и пет процента, много от гризачите умират при анемия. Обогатените с деутерий плъхове също са имали проблеми с поддържането на нормални нива на глюкоза в кръвта. Дори ако са получили инжекция с глюкоза, нивата на глюкозата им са паднали под нормалните нива в рамките на няколко часа. Освен това, плъховете не са в състояние да съхраняват глюкоза като чернодробен гликоген.
Метаболизмът и телесната температура на мишките зависят от концентрацията на деутериев оксид в телата им.
Източник на информация: J.F. Томсън: Биологични ефекти на деутерия
Деутериев оксид и митоза
Митозата е безполова пролиферация на клетки и разделяне на ядрото. Клетката удвоява своята ДНК и след това се разделя на две потомствени клетки в четири стъпки. Организмите използват митоза, за да диференцират, растат и заместват мъртвите клетки. Той играе основна роля за растежа и здравето на тялото и като цяло, всяко вещество, което инхибира или унищожава този процес (като деутериев оксид), трябва да се избягва. Независимо от това, при рак митозата се появява толкова бързо и непрекъснато, че причинява тумори и засяга неблагоприятно много често срещани телесни функции. Следователно, инхибиторът на митозата може да бъде от полза за предотвратяване на растежа на рака. Свойствата на деутериевия оксид предоставят обещаваща възможност за лечение на рак.
Първо, сложният процес на митоза трябва да бъде изследван. Той прекарва по-голямата част от живота си във фаза, наречена интерфаза. В тази фаза клетката извършва нормална метаболитна активност, преобразува протеини и копира ДНК.
Интерфазата не е етап на митоза, въпреки че ДНК се копира. Първият етап на митозата е профилактиката. По време на профилактиката клетъчната мембрана изчезва, ДНК се удвоява и под формата на вретенови влакна се сгъва в хромозоми (сестрински хроматиди), които се свързват в средата (кинетохори). Вторият етап е метафазата, при която хроматидите на братята и сестрите са подравнени в екваториалната равнина на клетката (така наречената метафазна плоча). Третият етап е анафаза, когато хроматидите на братя и сестри се отделят поради свиване на влакната на вретеното и се придвижват към двата полюса на клетката. В телофазата, последният етап на митоза, всъщност настъпва обратното на профазата; хромозомите се разгръщат, клетъчната мембрана се образува и влакната на вретеното изчезват. В телофазата възниква цитокинеза, която представлява отделяне на цитоплазмата. Митозата (отделяне на ядрото) и цитокинезата (отделяне на цитоплазмата) заедно водят до клетъчно делене.