מים קלים

מים קלים הם מים שמורכבים מהאיזוטופים הקלים והנפוצים ביותר של חמצן ומימן ¹H₂¹⁶O. במלים אחרות, מים קלים הם האיזוטופולוג הקל ביותר של מים. ריכוז המים הקלים במים המצויים בטבע הוא בין 99.73%-99.76% (ריכוז מולי).

מאפיינים ביולוגיים

כמדיום אוניברסלי, בו מתרחשות כל התגובות הביולוגיות, מים קלים מזרזים את התגובות הללו, יחסית למים טבעיים. תופעה זו ידועה בשם "אפקט איזוטופי קינטי של ממס". כשערכי צמיגות, צפיפות וכו' קטנים של מים קלים כממס מובילים לזירוז וספציפיות של תגובות פרמנטליות.
ההשפעה החזקה ביותר של מים הנקיים מאיזוטופים כבדים נוכחת על מנגנון אנרגטי של תא ביולוגי. שרשרת נשימה מטוכונדראלית מאופיינת בתגובות קאסקאדה. איזוטופים כבדים מאטים את קצב התגובה המעורבים בשרשרת הנשימתית. על סמך ניסויים, למשל נקבע שאיזוטופים כבדים של מים מעכבים יצירת מי חמצן במיטוכונדריה בזמן שירידה של איזוטופים אלו מתחת לרמה טבעית מביאה לעליה בקצב הראקציה. תחת השפעה של מים קלים משתפרת ספיגה של גלוקוז על ידי התאים.
בנוכחות מים קלים משתפרת אקטיביות אנטי גידולית – את זה ניתן לראות בעבודות מחקר אשר נעשו על ידי חוקרים במכוני מחקר שונים במדינות שונות. לדברי Sholmai, תוצאות של מחקרים קליניים אשר נערכו ב 1994-2001 בהונגריה, הראו כי שיעור ההישרדות של חולים שהשתמשו במים קלים בשילוב עם שיטות טיפול מסורתיות, או לאחר הטיפולים גבוהים משמעותית מאשר בקרב חולים שטופלו רק בכימותרפיה או הקרנה. מחקרים אשר נערכו ב"מכון רפואי – ביולוגי" של רוסיה הראו כי למים קלים יש השפעה הגנתית על בעלי-חיים שנחשפו להקרנה מסוג גמא, במינונים נמוכים, אשר בה על ידי הביטוי בהפחתת חומרת נזקי הקרינה ובתהליכי ההתאוששות. מנגנוני השפעה של מים קלים על הגוף של חיות הניסוי קשור להתנגדות הכללית של האורגניזם, אשר ההתנגדות לקרינה מהווה חלק מהתנגדות זו. נמצא כי מים עם ריכוז נמוך, יחסית לריכוז טבעי, של איזוטופים כבדים עם משך חשיפה ארוך לא מהווה השפעה רעילה על האורגניזם של חיות ניסוי. מים קלים, הנקיים מאיזוטופים כבדים, מועילה בהוצאת רעלנים ותוצרים של תהליכים מטבוליים מגוף. תכונות הגנתיות כנגד רעלנים של מים קלים הוכחו בניסוים מחקרים.

הפקת מים קלים וייצורם

לצורך הפקת מים קלים פותחו שיטות ומתקנים אשר מאפשרים להפחית במידת מה את נוכחות של דאוטריום במים תוך שמירה על ההרכב האיזוטופי של החמצן המקורי. תהליך העושה שימוש בשיטת "מי טל" מפחית את האיזוטופים הכבדים של דאוטריום וטריטיום וכולל פעולות של קירור מים והפשרתם לאחר מכן, אך היקף ההפחתה של דאוטריום במקרה זה קטן למדי. דילול משמעותי של איזוטופי דאוטריום מושג על ידי שימוש באלקטרוליזה, אבל ההספק בשיטה זו נמוך ביותר.
למרות שירידה בדאוטריום מביאה לעליה בריכוז של ¹H₂¹⁶O, האפקטיביות של דילול הדאוטריום בלבד מהמים מוגבלת. גידול משמעותי בריכוז של ¹H₂¹⁶O במים אפשרי רק כאשר מדללים גם את המולקולות המכילות איזוטופים כבדים של ¹⁷O, ¹⁸O. דרך יעילה לייצור מים קלים טהורים במיוחד וריכוז ¹H₂¹⁶O גבוה בקנה מידה תעשייתי, שהוצעה בפטנט, עושה שימוש במעבר של מים במגדל זיקוק לצורך הסרת כמות גדולה מאוד של מולקולות המכילות איזוטופים כבדים של מימן וחמצן, וכתוצאה מכך הגדלה משמעותית של הריכוז של ¹H₂¹⁶O. המים הקלים המתקבלים בדרך זו נקיים מאוד, ומתאפיינים ברמה גבוהה של הומוגניות של ההרכב האיזוטופי.

שימוש

מולקולות כבדות של המים הן מזהמים פנימיים של גוף האדם. מים עם ריכוז גבוה של מולקולות קלות מקלים על תהליכים ביוכימיים ומגבירים את הפונקציונליות של תאים בפרט האורגניזם בכלל. על-מנת להוציא את מולקולות הכבדות של המים מהגוף קיים צורך בתגובות חילופי איזוטופים, מה שמצריך מים קלים. ריכוז גבוהה של מים קלים מביא לעליה ברמת הטוהר של מי שתייה. שימוש יום-יומי במים אלו משפר פעילות פיזית, אקטיביות והתנגדות הגוף. במים קלים, כמו כן גם בכבדים משתמשים כדי לחקור את דינאמיקה של תגובת חילופי איזוטופ המימן: