Schweres Wasser

Es gibt drei verschieden Wasserstoffisotope, die sich durch die Menge an vorhandenen Neutronen unterscheiden: Protium, das häufigste Isotop, besitzt nur ein Proton im Atomkern, Deuterium zusätzlich ein Neutron. Wasser beinhaltet überwiegend Protium und wird dann als H₂O bezeichnet. Deuterium hat eine höhere Masse als Protium und somit hat auch D₂O eine größere Molekülmasse als H₂O. Daher wird D₂O auch als "schweres" Wasser bezeichnet.

siehe auch: Wasserstoff

Schweres Wasser ist weniger reaktionsfähig als normales Wasser und hat eine niedrigere Lösefähigkeit. Dies lässt sich auf die höhere Masse des Deuteriums zurückführen.

Die diagnostische oder gar therapeutische Anwendung von schwerem Wasser wird aktuell (2025) noch erforscht. Es gibt vereinzelte Ergebnisse aus Tierversuchen, die Wachstumshemmung und Apoptose in Karzinomzellen zeigen konnten.^[1] Auch eine radioprotektive Wirkung wird vermutet.

In niedriger Dosis ist D₂O für den Menschen weitgehend unbedenklich. Die natürliche Konzentration von schwerem Wasser in gewöhnlichem Trinkwasser liegt bei etwa 0,015 %, was physiologisch keine Relevanz hat. Auch der gezielte Einsatz geringer Mengen in der Diagnostik – beispielsweise zur Bestimmung des Gesamtkörperwassers mittels Deuterium-markierter Tracer – gilt als sicher.

Toxische Effekte zeigen sich bei der Einnahme größerer Mengen. In Tierversuchen konnten toxische Effekte bereits bei einem Austausch von rund 20 bis 30 Prozent des Körperwassers durch D₂O beobachtet werden. Eine weitergehende Substitution – etwa ab 50 Prozent – führt bei Ratten und Mäusen regelmäßig zum Tod innerhalb weniger Tage.

Die toxischen Effekte von D₂O lassen sich auf die veränderten physikalischen Eigenschaften von Deuterium im Vergleich zu Protium zurückführen. Deuterium bildet stärkere Wasserstoffbrückenbindungen, was sich auf die Funktion zahlreicher biologischer Moleküle auswirkt. Besonders betroffen sind enzymatische Prozesse, die Replikation von DNA sowie die Translation von Proteinen. In Zellen mit hoher Teilungsrate führt dies zu einer ausgeprägten Funktionsstörung. Beobachtet wurden unter anderem eine dosisabhängige Knochenmarkdepression mit konsekutiver Panzytopenie, Wachstumshemmung sowie reversible Sterilität.^[2]

Therapie

Aktuell (2025) gibt es keine einheitlichen Therapieempfehlungen. Bei Intoxikationen steht vor allem die Elimination des im Organismus befindlichen D₂O im Vordergrund. Dazu wird durch Aufnahme von gewöhnlichem Wasser das schwere Wasser sukzessiv verdrängt und die normale Zellfunktion dadurch in der Regel wieder erreicht werden.

Darüber hinaus können symptomorientierte Maßnahmen wie Transfusionen bei Zytopenien oder Antiemetika bei Beteiligung des Gastrointestinaltrakts sinnvoll sein. Eine direkte Antidot-Therapie besteht nicht.

• Kleemann J, Reichenbach G, Zöller N, Jäger M, Kaufmann R, Meissner M, Kippenberger S. Heavy Water Affects Vital Parameters of Human Melanoma Cells in vitro. Cancer Manag Res. 2020 Feb 17;12:1199-1209. doi: 10.2147/CMAR.S230985. PMID: 32110094; PMCID: PMC7034964.
• Frontiers in Pharmacology 2024;1431204 (D₂O in Organprotektion
• ResearchGate: „Living Cells Grown in Deuterium Oxide“ (2023)