Металлы в медицине

Металлы в медицине используются в органических системах в диагностических и лечебных целях. ^[1] Неорганические элементы также необходимы для органической жизни в качестве кофакторов ферментов, называемых металлопротеинами . Когда в организме металлов недостаточно или избыточно, равновесие необходимо вернуть в естественное состояние с помощью интервенционных и естественных методов.

Токсичные металлы

Металлы могут быть токсичными в больших количествах. Проглатывание или нарушение метаболических путей могут привести к токсичности металлов (отравлению металлами). Источники токсичных металлов включают кадмий из табака, мышьяк из сельского хозяйства и ртуть из вулканов и лесных пожаров. Природа в виде деревьев и растений способна улавливать многие токсины и возвращать их аномально высокие уровни в равновесие. Отравление токсическими металлами обычно лечат каким-либо типом хелатирующего агента . ^[2]^[3] Отравление тяжелыми металлами , например, ртутью, кадмием или свинцом, особенно губительно.

Примеры конкретных типов токсичных металлов включают:

Медь : токсичность меди обычно проявляется как побочный эффект низкого уровня белка церулоплазмина , который обычно участвует в хранении меди. Это называется болезнью Вильсона . Болезнь Вильсона — это аутосомно-рецессивное генетическое заболевание, мутация которого приводит к АТФазы , которая транспортирует медь в желчь и в конечном итоге включает ее в церулоплазмин. нарушению работы
Плутоний : начиная с ядерной эпохи отравление плутонием представляет собой потенциальную опасность, особенно среди сотрудников ядерных реакторов; Вдыхание пыли Pu особенно опасно из-за интенсивного излучения альфа-частиц. Случаев отравления плутонием было очень мало.
Ртуть : ртуть обычно попадает в организм из сельскохозяйственных источников или других источников окружающей среды. Отравление ртутью может привести к неврологическим заболеваниям и почечной недостаточности, если его не лечить.
Железо : токсичность железа, отравление железом или перегрузка железом хорошо известны. Тест Эймса на рак дает лишь очень слабый положительный результат теста на железо, однако, поскольку оно является очень сильным катализатором и необходимо для производства АТФ и, следовательно, производства ДНК, любой избыток растворимого железа становится токсичным, особенно с течением времени. Слишком большое количество железа, отложившееся в тканях, или его высокие уровни в кровотоке успешно связывают с подавляющим большинством заболеваний человека, от болезни Альцгеймера до малярии. В ботанике железо представляет собой серьезную проблему для орошения таких растений, как рис, кукуруза или пшеница в странах Африки к югу от Сахары, подземные воды которых содержат чрезмерное количество железа, которое затем отравляет эти культуры.
Свинец и кадмий : отравление свинцом и кадмием может привести к желудочно-кишечным, почечным и неврологическим нарушениям. Использование неэтилированных красок и газа успешно снизило количество случаев отравления тяжелыми металлами свинца.
Никель , хром и кадмий : из-за взаимодействия металла с ДНК эти металлы могут быть канцерогенными. ^[3]
Никель : часто встречается аллергия на никель, особенно при контакте кожи с металлом через ювелирные изделия.
Цинк , кадмий , магний , хром : лихорадка от паров металлов может быть вызвана проглатыванием паров этих металлов и приводит к гриппоподобным симптомам.
Бериллий : Риск отравления бериллием важен для безопасности и гигиены труда металлистов или горнодобывающих предприятий , работающих со сплавами или рудами , содержащими бериллий в количествах, превышающих следовые количества. Для сплавов это означает те сплавы, в которых намеренно присутствует бериллий, а для руд - те, которые преследуются для получения бериллия, или сплавы с немалым присутствием бериллия.

Биометаллы

Гомеостаз

Баланс жидкости и электролитов, при котором баланс жидкости и электролитный баланс переплетаются гомеостатически , необходим для здоровья всех организмов . Он включает референтные диапазоны концентраций катионов биометаллов уровни , которые применительно к медицине и ветеринарии в основном включают в себя концентраций ионов в сыворотке крови у людей , домашнего скота и домашних животных . Нарушения такого баланса жидкости и электролитов чаще всего возникают в результате обезвоживания , перенапряжения и диареи , но они также встречаются при раке (особенно при паранеопластических синдромах ), паразитизме , врожденных нарушениях обмена веществ и в ряде других случаев. Некоторые медицинские специальности особенно часто сталкиваются с электролитными нарушениями, в том числе терапия и эндокринология (особенно при хронических состояниях ), а также интенсивная терапия (при тяжелых острых состояниях).

Металлическая анемия

Для нормального функционирования людям необходимо определенное количество определенных металлов. Большинство металлов используются в качестве кофакторов или протезов ферментов, катализируя определенные реакции и выполняя важные функции. Незаменимыми металлами для человека являются: натрий , калий , магний , медь , ванадий , хром , марганец , железо , кобальт , никель , цинк , молибден и кадмий . Симптомы анемии вызваны недостатком определенного незаменимого металла. Анемия может быть связана с недоеданием или нарушением метаболических процессов, обычно вызванных генетическим дефектом. ^[3]

Примеры конкретных типов металлической анемии включают:

Железо : распространенная простая анемия (дефицит железа), приводит к потере функциональных белков гема ( гемоглобина , миоглобина и т. д.), которые отвечают за транспорт кислорода или утилизацию кислорода. Пернициозная анемия возникает из-за недостатка витамина B-12 (который содержит комплекс кобальта, называемый кобаламином), который, в свою очередь, нарушает функцию эритроцитов.
Цинк : Цинковая анемия, возникающая в основном из-за диеты, может привести к задержке роста.
Медь : Медная анемия у младенцев возникает в результате плохого питания младенцев и может вызвать болезни сердца. ^[3]

Металлы в диагностике

Металлокомплексы в ядерной визуализации

Ионы металлов часто используются для диагностической медицинской визуализации. Комплексы металлов можно использовать либо для радиоизотопной визуализации (по испускаемому ими излучению), либо в качестве контрастных веществ, например, при магнитно-резонансной томографии (МРТ). Такую визуализацию можно улучшить путем манипулирования лигандами в комплексе для создания специфичности, чтобы комплекс поглощался определенным типом клеток или органов. ^[3]^[4]

Примеры металлов, используемых для диагностики, включают:

Технеций . ^{99 м}Tc является наиболее часто используемым радиоизотопным агентом для целей визуализации. Он имеет короткий период полураспада, излучает только гамма-фотоны и не испускает бета- или альфа-частицы (которые более разрушительны для окружающих клеток), и поэтому особенно подходит в качестве радиоизотопа для визуализации.
Гадолиний (III), железо (III), марганец (II): для МРТ необходимы парамагнитные металлы для контрастной визуализации. Гадолиний(III), Железо(III) и Марганец(II) являются парамагнитными металлами, которые способны изменять время релаксации тканей и создавать контрастное изображение.
Галлий-68 полезен в качестве источника позитронов для позитронно-эмиссионной томографии .
Кобальт (III): ⁵⁷Кобальт(III) используется вместе с соединением блеомицином (BLM) (рис. 1), которое является антибиотиком и избирательно поглощается опухолевыми клетками. Использование кобальта обеспечивает наилучшее соотношение распределения крови и опухоли, но период его полураспада слишком велик, чтобы его можно было использовать для визуализации. Было предложено решение присоединить фрагмент ЭДТА к концевому тиазольному кольцу блеомицина, меченному радиоактивным изотопом, чтобы затем можно было проследить весь комплекс. Эта система может точно определить местоположение опухоли, что приведет к более раннему выявлению и более неинвазивным процедурам в будущем. ^[3]

Металлические предметы на МРТ

Важным противопоказанием к МРТ ( магнитно-резонансной томографии ) является наличие металлических предметов поблизости и особенно внутри поля зрения МРТ-сканера. Это не только влечет за собой то, что люди с имплантированными металлическими пластинами, костными винтами ( внутренняя фиксация ) или синдесмотическими винтами часто не могут пройти МРТ, это также влечет за собой то, что многие предметы повседневного обихода, включая украшения, пряжки ремней, кошельки, сумки, оружие охранников, и т. д., должны находиться вне зоны МРТ.

Металлы в обработке

Металлы использовались в лечении с древних времен. Папирус Эберса 1500 г. до н.э. является первым письменным отчетом об использовании металлов для лечения и описывает использование меди для уменьшения воспаления и использование железа для лечения анемии. Ванадат натрия используется с начала 20 века для лечения ревматоидного артрита. Недавно металлы начали использовать для лечения рака путем специфического воздействия на раковые клетки и непосредственного взаимодействия с ДНК. Положительный заряд большинства металлов может взаимодействовать с отрицательным зарядом фосфатного остова ДНК. Некоторые разработанные препараты, включающие металлы, напрямую взаимодействуют с другими металлами, уже присутствующими в активных центрах белков, в то время как другие препараты могут использовать металлы для взаимодействия с аминокислотами с самым высоким восстановительным потенциалом. ^[4]

Рисунок 2. Структура цисплатина , координационного комплекса платины.

Примеры металлов, используемых в лечении, включают:

Платина : Было показано, что соединения на основе платины оказывают специфическое воздействие на опухоли головы и шеи. Считается, что эти координационные комплексы способствуют сшиванию ДНК в опухолевых клетках (рис. 2).
Золото : Комплексы солей золота использовались для лечения ревматоидного артрита (рис. 3). Считается, что соли золота взаимодействуют с альбумином и в конечном итоге поглощаются иммунными клетками, вызывая антимитохондриальные эффекты и, в конечном итоге, апоптоз клеток. Это непрямое лечение артрита, смягчающее иммунный ответ.
Литий : Li ₂ CO ₃ можно использовать для профилактики маниакально-депрессивного расстройства.
Цинк : Цинк можно использовать местно для заживления ран. Зн ²⁺ можно использовать для лечения вируса герпеса.
Серебро: Серебро использовалось для предотвращения инфекции в месте ожога у пациентов с ожоговыми ранами.
Платина, титан, ванадий, железо: цис-ДДФ (цис-диаминдихороплатина), титан, ванадий и железо реагируют с ДНК, особенно в опухолевых клетках, при лечении пациентов с раком.
Золото , серебро , медь : соединения фосфиновых лигандов, содержащие золото, серебро и медь, обладают противораковыми свойствами. ^[3]
Лантан : Карбонат лантана, часто используемый под торговым названием Фосренол, используется в качестве связующего фосфата у пациентов с хронической болезнью почек.
Висмут : Субсалицилат висмута используется в качестве антацида .
Цирконий : циклосиликат циркония натрия представляет собой связующее вещество калия, используемое у людей с хроническим заболеванием почек.
Мышьяк : триоксид мышьяка является химиотерапевтическим средством, используемым для лечения острого промиелоцитарного лейкоза.

См. также

Ссылки

^ Карвер, Пегги Л. (2019). «Глава 1. Незаменимые металлы в медицине: терапевтическое использование ионов металлов в клинике». В Сигеле, Астрид; Фрейзингер, Ева; Сигел, Роланд, нокаут; Карвер, Пегги Л. (приглашенный редактор) (ред.). Незаменимые металлы в медицине: терапевтическое использование и токсичность ионов металлов в клинике . Том. 19. Берлин: де Грюйтер ГмбХ. стр. 1–16. дои : 10.1515/9783110527872-007 . ISBN 978-3-11-052691-2 . ПМИД 30855102 . S2CID 214079687 . {{cite book}}: |editor4-first= имеет родовое имя ( помощь ) ; |journal= игнорируется ( помогите )
^ Нэш, Роберт А. «Металлы в медицине». Альтернативные методы лечения II.4 (2005): 18-25.
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г Липпард, Стивен Дж. «Металлы в медицине». Биоинорганическая химия. Милл-Сити: Университетские научные книги, 1994. 505–583.
^ Jump up to: ^а ^б Домровяк, Джеймс К. «Металлы в медицине». Неорганическая химия Acta. (2012). Предисловие.

[1] Карвер, Пегги Л. (2019). «Глава 1. Незаменимые металлы в медицине: терапевтическое использование ионов металлов в клинике». В Сигеле, Астрид; Фрейзингер, Ева; Сигел, Роланд, нокаут; Карвер, Пегги Л. (приглашенный редактор) (ред.). Незаменимые металлы в медицине: терапевтическое использование и токсичность ионов металлов в клинике . Том. 19. Берлин: де Грюйтер ГмбХ. стр. 1–16. дои : 10.1515/9783110527872-007 . ISBN 978-3-11-052691-2 . ПМИД 30855102 . S2CID 214079687 . {{cite book}}: |editor4-first= имеет родовое имя ( помощь ) ; |journal= игнорируется ( помогите )

[2] Нэш, Роберт А. «Металлы в медицине». Альтернативные методы лечения II.4 (2005): 18-25.

[L-3] Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г Липпард, Стивен Дж. «Металлы в медицине». Биоинорганическая химия. Милл-Сити: Университетские научные книги, 1994. 505–583.

[D-4] Jump up to: ^а ^б Домровяк, Джеймс К. «Металлы в медицине». Неорганическая химия Acta. (2012). Предисловие.

[1]

[2]

[3]

[4]