A deutérium

1. A deutérium

2. A deutérium felfedezését Harold C. Urey az American Association for the Advancement of Science New Orleansban tartott 1931. évi karácsonyi ülésén jelentette be, akit felfedezéséért 1934-ben kémiai Nobel-díjjal jutalmaztak. A deutériumatom a proton mellett egy neutront is tartalmaz, tömegszáma kettő; innen ered a nehézhidrogén elnevezés is. A kezdeti kísérleteket nagymértékben hátráltatta, hogy csak igen kis mennyiségben állt rendelkezésre a nehézhidrogén fő forrásának tekinthető nehézvíz. A későbbi kísérletek közös vonása az volt, hogy a nehézvíz hatását nagy feleslegben adagolva vizsgálták

3. Természetes vizeink 150 ppm deutériumot tartalmaznak, mely 16,8 mmol/l HDO-koncentrációnak felel meg. Egy felnőtt ember szervezetében a deutérium koncentrációja kb. 12-14 mmol/l, tehát a deutérium kb. hatszor akkora mennyiségben van jelen, mint a kalcium, tízszer akkora mennyiségben, mint a magnézium. A D-megvonás hatása valószínűleg a sejtek pH-szabályozásán keresztül érvényesül. A tumoros sejteket magas glikolitikus aktivitás, savas metabolitok, hipoxiás(oxigénhiányos) és csökkent pH-jú mikrokörnyezet jellemzi. Az állati sejtek szaporodásához 7,1–7,2 pH feletti lúgos sejten belüli közeg elengedhetetlen. A sejtosztódás megkezdéséhez szükséges lúgos pH eléréséhez protonokat kell a sejtből kipumpálni. A tumoros sejtek kisebb ATP-termelésük folytán csökkent mértékben képesek a protonokat kipumpálni, sőt a sejten belüli savasabb közegbôl – a D/H-arány csökkenése miatt – megnő a H+ sejten kívüli térből a sejtbe történő passzív diffúzió mértéke, amely megnehezíti az osztódáshoz szükséges pH elérését, elősegítve a sejtek apoptózisát (programozott sejthalálát).

4. A D-koncentráció csökkenése megállíthatja a tumor növekedését, majd annak részleges, illetve teljes pusztulását idézheti elő. In vitro szövettenyészeteknél a D-szegény vízzel készült mesterséges tápfolyadékban gátolt a tumoros sejtek szaporodása, és a deutériummegvonás programozott sejthalált (apoptózis) indukált. Stagnált vagy csökkent a tumorok mérete egerekbe ültetett tumorok, spontán tumoros kutyák és macskák, valamint daganatos betegek esetében is a D-szegény víz fogyasztásának hatására. A prosztatatumoron folytatott Fázis II., kettős vak elrendezésű klinikai vizsgálat során a lényeges paraméterek vonatkozásában (hatékonyság, túlélés, klinikai tünetek) szignifikánsan jobb eredményeket kaptak azon betegeknél, akik a D-szegényvizet fogyasztották. Elfogadott, hogy a nem szteroid típusú gyulladáscsökkentő gyógyszereket (NSAID) rendszeresen szedők között bizonyos daganatféleségek (tüdő, vastagbél, stb.) ritkábban fordulnak elő. Az alapkutatások igazolták, hogy ez a hatás annak tulajdonítható, hogy ezek a gyógyszerek gátolják a COX-2 gént, mely a prosztaglandin-szintézisben játszik szerepet. A D-megvonás szintén gátolja a COX-2 gén működését. Policiklusos aromás szénhidrogének hatására génexpresszió emelkedést tapasztaltak állatkísérletekben a c-myc, Ha-ras és p53 génnél 48 órával a kezelés után. A Dd-vizet fogyasztó csoportban az egerek különböző szerveiben (lép, tüdő, timusz, vese, máj és nyirokcsomók) mindhárom gén expressziója jelentősen csökkent. A deutérium-koncentráció változtatásával befolyásolni lehet a tumor kialakulásában szerepet játszó gének expresszióját.

5. Alkálifémek

6. A periódusos rendszer első oszlopának elemei közül a Na, K és jóval kisebb mértékben - a Li és Rb játszik jelentősebb szerepet az élő szervezetek életében. Ezek az ionok a legtöbb általánosan használt szerves és szervetlen komplexképzôvel nem, vagy csak igen kis stabilitású komplexet képeznek. Biológiai szempontból azok a komplexek a jelentősek, melyek esetén a komplexképző a kérdéses kationnnal képez jó szelektivitással komplexet, a komplexképzés gyors, a hordozómolekula külsô felülete hidrofób (hogy a biológiai membránokon minél könnyebben tudjon áthatolni) és a hordozómolekula nem túl nagy méretű A stabilitási sorrend a gyenge savak anionjai (pl. OH-, CO32-, PO43-) esetén a következő: Li+ > Na+ > K+ > Rb+ > Cs+ b. erős savak esetében a sorrend fordított: Li+ > Na+ > K+ > Rb+ > Cs+

7. Jó komplexképző ligandumok: Nonaktin Nonaktin K-komplexe Valinomycin Valinomycin-K A különbözô ionokkal képzett komplexek stabilitási sorrendje az alábbi: Rb+  K+ Cs+ Ba2+ Na+

8. A kálium és a nátrium Az extracelluláris tér Na- és Ca-ionokban, míg az intracelluláris tér K- és Mg-ionokban gazdag. A sejtmembrán külső oldalán lévő tér magas Na+ kon-centrációja koncentrációgradienst hoz létre, mely a sejt belsejébe irányul. A passzív diffúzió következtében bejutó Na+ mennyiségével azonos mennyiségű Na+ -ot pumpál ki a sejt a külsô térbe. Ez a folyamat az alábbiakkal is bizonyítható: 1, A sejt halálát követően azonnal megindul a Na+ beáramlása a sejtbe. 2, A sejt teljes energiatermelésének 15-20 %-át for-dítja a Na transzportjára.Ha hűtéssel lassítjuk a sejt anyagcserefolyamatait, a Na+ kiáramlása is csökkenni fog. 3, A sejtmembránban lévő ATP-áz aktivitásának bé-nítása /pl.szívglikozidokkal/ bénítja a Na+transzportot is.

9. A Na+/K+ pumpa és az ATP kapcsolata Egy mól ATP hidrolízisekor felszabaduló energia 3 mol Na és 2-3 mol K transzportjához elegendő. Az aktív folyamathoz Ca és Mg ionokra is szükség van.

10. Az egészséges emberi plazma állandó, jól meghatározott mennyiségben tartalmazza az élethez feltétlenül szükséges kationokat és anionokat. A rendezett mûködés fenntartása az ionok szigorúan meghatározott mennyiségét feltételezi és ezek összhatásaként a plazma jól definiált ozmolalitással rendelkezik. Az egészséges emberi plazma fagyáspontja -0,55 -0,57 oC között ingadozik, ozmolalitása 0,3 osmol/l (1 l vízben 1 osmol oldott anyagot tartalmaznak azok az oldatok, melyeknek fagyáspontja -1,86 oC). A plazma teljes ozmolalitásának 90%-a a Na és az ahhoz kapcsolt anionok függvénye. A fokozott plazma-Na /hipernatremia/ fokozott ozmolalitást /hiperozmózis/, csökkent plazma-Na /hiponatremia/ csökkent ozmolalitást /hipozmózis/ is jelent.Az emberi szervezet kiválasztó-mechanizmusai biztosítják a Na nagymértékû visszaszívódását a vizeletbôl. Naponta kb 26 000 mmol Na (ez kb megfelel 1500 g NaCl-nak) kerül a filtrátumba. Az ürített mennyiség 85-250 mmol ( kb.5-15 g NaCl), ami a filtrált mennyiség 0,3-1,0%-a. A filtrált Na túlnyomó része (99,7-99,0%-a) tehát a tubulusokban reabszorbeálódik.

11. A nátrium-háztartás szabályozása sokszoros befolyás alatt áll. Befolyásolják a hemodinamikai tényezők /a vérnyomás változása az ürített víz mennyiségét jelentősen befolyásolja /, hormonális tényezők és idegi szabályozás alatt is áll. A mellékvesekéreg hormonja - az aldoszteron - fontos szerepet játszik a Na reabszorpció szabályozásában. /Az aldoszteron voltaképpen az antidiuretikus hormon analógja./ Mellékveseirtott állatban vagy Addison-kórban szenvedő emberben a fokozott Na és csökkent K ürítés oka az aldoszteron hiánya. A napi 30 g NaCl-nak megfelelő Na veszteség megfelelő kezelés hiányában halálra vezet.A vese distalis tubulusára hatva a szervezet elektrolit- és vízháztartását szabályozza. Hatására a K+/Na + transzporter- és pumpafehérje termelése fokozódik, ezáltal a vesében a Na+ retenció és a K+ ürítés mechanizmusa serkentődik.

12. A filtrátumba naponta 800 mmol K (31,0 g K) kerül, az ürített mennyiség a bevitel szerint ingadozik, átlagos vegyes táplálkozás mellett 70-100 mmol K-t (ez megfelel 2,7-3,9 g K-nak) fogyasztunk, illetve ürítünk. . A szervezet kálium-készletének állandóságát a táplálékkal történô kálium-bevitel és az ahhoz alkalmazkodó veseműködés biztosítja. Az átlagos vegyes táplálkozással 70-100 mmol K-ot viszünk be, ennek teljes mennyisége a bélbôl felszívódik és egyensúlyi helyzetben a vizelettel kiürül. A szokásos vegyes étrend, különösképpen a növényi eredetű tápanyagok a K-szükségletet messzemenően fedezik. Kálium-hiányra vezet a hosszú ideig tartó kálium-szegény táplálás és/vagy fokozott kálium-veszteség /pl. káliumban gazdag emésztônedvek vesztése, fokozott renális kálium-ürítés/. A testfehérje fokozott lebontásával járó folyamatok (pl. izomzúzódás, égés, stb) a kálium készleteket csökkentik. A normális vese kálium-hiányban is ürít naponta kb 15-30 mmol káliumot, vagyis a vese kálium-konzerváló képessége messze nem olyan tökéletes, mint pl. a nátrium-konzerváló képessége. Kálium-többletre vezet pl. a nagyarányú kálium-bevitel /pl. káliumsók infúziója/ vagy a kálium-ürítés vese eredetű zavara. Kálium-többlet esetén nő, kálium-hiány esetén csökken a tubulussejtek kálium-tartalma, ami a normálisan mûködő regulációk esetén fokozott, illetve csökkent kálium-ürítéshez vezet. Az aldoszteron szintén befolyásolja a kálium-ürítést. A káliumszint emelkedése növeli az aldoszteron-szekréciót, ami a kálium-ürítést fokozza.

13. Átlagos vegyes táplálkozás mellett 70-100 mmol K-t (ez megfelel 2,7-3,9 g K-nak) fogyasztunk, illetve ürítünk. A káliumion izolált szíven és minden szívpreparátumon negatív inotróp (a szív szisztolés összehúzódásainak erejét csökkentő) hatású. MegfelelőK+koncentráció alkalmazásával diasztoléban megállíthatjuk a szívizom összehúzódását, de fiziológiás oldattal végzett többszöri átmosás után a hatás elmúlik, a szívmegállás reverzibilis. Kisebb káliumadagok hatását a pozitív inotróp hatású vegyületek ( adrenalin, digitálisz, teofillin, kalciumionok) antagonizálják. A harántcsíkolt izom ingerlékenységét növeli. A kálium normális szintje a vérplazmában 3,8-5,2 mmol/l és ha ez az érték 2,5 mmol/l alá csökken, izomgyengeség jelentkezik. Súlyos hipokalémia fejlôdhet ki erős hasmenés, hányás esetén, de jelentôsen csökkenhet a káliumszint átmeneti légzésmegállás (apnoe), mellékvesekéreg-túlmûködés, diabéteszes kóma nagy inzulinadagokkal való kezelése, továbbá húgyhajtókezelés, stb. következtében.

14. Hipokalémiában a bélfal dilatációja miatt paralitikus ileusz alakulhat ki. A vesében a tubulussejtek strukturális elváltozása jön létre, nő a vese és a vesemedence gyulladására való hajlam. Szívgyengeség, a rostok felpuffadása, jellegzetes EKG kép a kísérô tünetek. A káliumszint csökkenése izomgyengeséget okoz. Hipokalémia és hipokalcémia együttes fennállása esetén ez nem figyelhető meg. Ha ilyenkor káliumot adnak, tetania alakulhat ki. Izomgyengeséget okoz a hiperkalémia is. Mellékvesekéreg-elégtelenség esetén (Addison kór) a vér káliumszintje a kétszeresére nő, és részben ez okozza a mellékvesekéreg hormonjaival megszüntethető jellegzetes izomgyengeséget. Hiperkalémiát okozhat a kálium túladagolása, akut és krónikus vesebetegségek, szöveti sérülések, melyek során sok kálium áramlik a vérbe. A káliumhoz hasonló farmakológiai hatásokkal rendelkezik a cézium és a rubídium is. Ezek az ionok a Ringer oldatban a káliumot helyettesíteni képesek.

15. Az alkálifémek szerepe az ingerületvezetésben

16. Az alkálifémek szerepe az ingerületvezetésben Az idegsejtek kapcsolódása:

17. Az alkálifémek szerepe az ingerületvezetésben

18. A lítium a káliummal ellentétes, terápiásan is felhasználható központi idegrendszeri hatásokkal rendelkezik. Az egyértékû kationok közül a lítium tudja helyettesíteni a nátriumot az akciós potenciál létrehozásában. A szövetek membránjában mûködő nátriumpumpa azonban a lítiumot csak lényegesen lassabban tudja kipumpálni, ezért a lítium a sejtekben akkumulálódik. => Terápiás alkalmazás mániás depresszióban! Inozit-ciklus: A mániás depresszió kezelésében a lítium-karbonát a mániás szakaszok megszüntetésére, illetőleg megelőzésére használatos. 2-3 mmol/l az optimális szérumszint, amelyet 300-600 mg/nap adagolásával lehet elérni. A lítium

19. A rubídium A rubídium a Földön a 17. leggyakoribb elem, átlagos koncentrációja a földkéregben 310 mg/kg, bioszervetlen kémiai szempontból az ultramikro elemek közé soroljuk. A növényekbe igen könnyen bejut a rubídium, s eloszlik szervezetükben. A keményítôben gazdag cereáliák, a liszt kevés rubídiumot tartalmaznak (1 mg/kg), míg a kávé (40 mg/kg) és a fekete tea (100 mg/kg) igen gazdagok rubídiumban, s ez 85%-ban ki is oldódik a belôlük készült italba. A könnyû kioldhatóság okozza, hogy főzéskor drasztikusan csökken az élelmiszereink rubídiumtartalma. Rubídiumszegény diétán tartott állatok jóval kevesebb táplálékot vettek magukhoz, mint a kontroll állatok. Fejlôdésük és testsúlynövekedésük jöval kisebb mértékû volt. Az ivarérett állatok esetében az elsô sikeres megtermékenyítések száma 23 %-kal volt alacsonyabb. s a spontán abortuszok mennyisége 88% volt, míg a kontrollcsoport esetében 0% ! A megszületett utódok közül 20 % hullott el három hónapon belül, a kontrollcsoportnál ez az érték 7 % volt. Emberi szervezetben játszott szerepe nem tisztázott, de az állatkísérletek alapján jelentős szerepe lehet.