Metaller i medicin

Metaller i medicin används i organiska system för diagnostiska och behandlingsändamål. Oorganiska element är också viktiga för organiskt liv som kofaktorer i enzymer som kallas metalloproteiner . När metaller är knappa eller stora kvantiteter är jämvikten ur balans och måste återföras till sitt naturliga tillstånd via interventionella och naturliga metoder.

Giftiga metaller

Metaller kan vara giftiga i stora mängder. Antingen förtäring eller felaktiga metaboliska vägar kan leda till metalltoxicitet (metallförgiftning). Källor till giftiga metaller är kadmium från tobak, arsenik från jordbruk och kvicksilver från vulkaner och skogsbränder. Naturen, i form av träd och växter, kan fånga många gifter och kan bringa onormalt höga nivåer tillbaka till jämvikt. Giftig metallförgiftning behandlas vanligtvis med någon typ av kelatbildare . Tungmetallförgiftning , till exempel från kvicksilver, kadmium eller bly, är särskilt skadlig.

Exempel på specifika typer av giftiga metaller inkluderar:

Koppar : koppartoxicitet uppträder vanligtvis som en bieffekt av låga nivåer av proteinet ceruloplasmin , som normalt är involverat i kopparlagring. Detta kallas Wilsons sjukdom . Wilsons sjukdom är en autosomal recessiv genetisk störning vars mutation gör att ATPaset som transporterar koppar in i gallan och slutligen införlivar det i ceruloplasmin inte fungerar.
Plutonium : ända sedan kärnkraftsåldern är plutoniumförgiftning en potentiell fara, särskilt bland kärnreaktoranställda; inandning av Pu-damm är särskilt farligt på grund av dess intensiva alfapartikelutsläpp. Det har varit väldigt få fall av plutoniumförgiftning.
Kvicksilver : kvicksilver intas vanligtvis från jordbrukskällor eller andra miljökällor. Kvicksilverförgiftning kan leda till neurologisk sjukdom och njursvikt om den inte behandlas.
Järn : järntoxicitet, järnförgiftning eller järnöverskott är välkänt. Järn testar endast mycket svagt positivt för Ames-testet för cancer, men eftersom det är en så stark katalysator och avgörande för produktionen av ATP och följaktligen DNA-produktion, är allt överskott av lösligt järn giftigt, särskilt över tiden. För mycket järn avsatt i vävnader eller höga nivåer i blodomloppet har framgångsrikt kopplats till en stor majoritet av mänskliga sjukdomar från Alzheimers till malaria. Inom botanik är järn ett allvarligt problem för bevattning av växter som ris, majs eller vete i Afrika söder om Sahara vars underjordiska vatten innehåller överdrivna mängder järn som sedan förgiftar dessa grödor.
Bly och kadmium : blyförgiftning och kadmiumförgiftning kan leda till mag-, njur- och neurologisk dysfunktion. Användningen av blyfri färg och gas har framgångsrikt minskat antalet fall av blytungmetallförgiftning.
Nickel , krom och kadmium : via metall-DNA-interaktioner kan dessa metaller vara cancerframkallande.
Nickel : allergier mot nickel, särskilt från hud till metallkontakt via smycken, är vanliga.
Zink , kadmium , magnesium , krom : metallröksfeber kan orsakas av intag av ångorna från dessa metaller och leder till influensaliknande symtom.
Beryllium : Risken för berylliumförgiftning är relevant för arbetarskyddet för metallarbetare eller malmkvarnare som arbetar med legeringar eller malmer som innehåller beryllium i mer än spårmängder. För legeringar betyder detta de legeringar där beryllium avsiktligt förekommer, och för malmer betyder det de som eftersträvas för beryllium eller de med icke försumbar beryllium förekomst.

Biometaller

Homeostas

Vätske- och elektrolytbalans, där vätskebalans och elektrolytbalans är sammanflätade homeostatiskt , är nödvändig för hälsan i alla organismer . Det inkluderar referensintervall för katjonkoncentrationer av biometaller , som med hänvisning till humanmedicin och veterinärmedicin huvudsakligen inkluderar de för blodserumjonkoncentrationer hos människor och i boskap och husdjur . Störningar i sådan vätske- och elektrolytbalans uppstår oftast i samband med uttorkning , överansträngning och diarré , men de förekommer också vid cancer (särskilt vid paraneoplastiska syndrom ), parasitism , medfödda metabolismfel och flera andra sammanhang. Vissa medicinska specialiteter behandlar särskilt ofta elektrolytrubbningar, inklusive internmedicin och endokrinologi (särskilt vid kroniska tillstånd ) och intensivvårdsmedicin (vid svåra akuta tillstånd).

Metallanemi

Människor behöver en viss mängd av vissa metaller för att fungera normalt. De flesta metaller används som kofaktorer eller proteser i enzymer, katalyserar specifika reaktioner och fyller viktiga roller. De essentiella metallerna för människor är: natrium , kalium , magnesium , koppar , vanadin , krom , mangan , järn , kobolt , nickel , zink , molybden och kadmium . Symtom på anemi orsakas av brist på en viss essentiell metall. Anemi kan associeras med undernäring eller felaktiga metaboliska processer, vanligtvis orsakade av en genetisk defekt.

Exempel på specifika typer av metallanemi inkluderar:

Järn : vanlig enkel anemi (järnbrist), resulterar i förlust av funktionella hemproteiner ( hemoglobin , myoglobin , etc.), som är ansvariga för syretransport eller utnyttjande av syre. Perniciös anemi kommer från brist på vitamin B-12 (som innehåller ett koboltkomplex som kallas kobalamin), vilket sedan i sin tur stör funktionen hos röda blodkroppar.
Zink : Zinkanemi beror mest på kosten kan resultera i tillväxthämning.
Koppar : Kopparanemi hos spädbarn orsakas av spädbarn med dålig kost och kan orsaka hjärtsjukdomar.

Metaller i diagnos

Metallkomplex vid kärnavbildning

Metalljoner används ofta för diagnostisk medicinsk bildbehandling. Metallkomplex kan användas antingen för radioisotopavbildning (från deras emitterade strålning) eller som kontrastmedel, till exempel vid magnetisk resonanstomografi (MRT). Sådan avbildning kan förbättras genom manipulering av liganderna i ett komplex för att skapa specificitet så att komplexet tas upp av en viss cell eller organtyp.

Figur 1. Struktur för Bleomycin A2

Exempel på metaller som används för diagnos inkluderar:

Teknetium . ^99m Tc är det mest använda radioisotopmedlet för avbildningsändamål. Den har en kort halveringstid, avger endast gammastrålningsfotoner och avger inte beta- eller alfapartiklar (som är mer skadliga för omgivande celler), och är därför särskilt lämplig som en avbildande radioisotop.
Gadolinium (III), Järn (III), Mangan (II): För MRT-avbildning behövs paramagnetiska metaller för kontrastavbildning. Gadolinium(III), Järn(III) och Mangan(II) är alla paramagnetiska metaller som kan förändra vävnadens avslappningstider och producera en kontrastbild.
Gallium-68 är användbar som en positronkälla för Positron-emissionstomografi .
Kobolt (III): ⁵⁷ Kobolt(III) används med föreningen bleomycin (BLM) (Figur 1), som är ett antibiotikum, för att selektivt tas upp av tumörceller. Användningen av kobolt ger det bästa blod-till-tumörfördelningsförhållandet, men dess halveringstid är för lång för att vara gynnsam för avbildningsändamål. En lösning har föreslagits för att fästa en EDTA -del till den terminala tiazolringen av bleomycin, radiomärkt så att hela komplexet sedan kan spåras. Detta system skulle kunna tillhandahålla tumörlokaliseringar exakt, vilket leder till tidigare upptäckt och mer icke-invasiva procedurer i framtiden.

Metallföremål i MRT-avbildning

En viktig kontraindikation för MRT ( magnetisk resonanstomografi ) är att ha metallföremål var som helst i närheten av, och framför allt inom fältet för, MRT-skannern. Detta innebär inte bara att personer med implanterade metallplattor, benskruvar ( intern fixering ) eller syndesmotiska skruvar ofta inte kan genomgå MRT, det innebär också att många vardagsföremål, inklusive smycken, bältesspännen, plånböcker, väskor, säkerhetsvakters vapen, och så vidare, måste hållas utanför MR-området.

Metaller i behandling

Metaller har använts i behandlingar sedan urminnes tider. Ebers Papyrus från 1500 f.Kr. är den första skriftliga redogörelsen för användningen av metaller för behandling och beskriver användningen av koppar för att minska inflammation och användningen av järn för att behandla anemi. Natriumvanadat har använts sedan början av 1900-talet för att behandla reumatoid artrit. Nyligen har metaller använts för att behandla cancer, genom att specifikt attackera cancerceller och interagera direkt med DNA. Den positiva laddningen på de flesta metaller kan interagera med den negativa laddningen av fosfatryggraden i DNA. Vissa läkemedel som utvecklats som inkluderar metaller interagerar direkt med andra metaller som redan finns på proteinaktiva platser, medan andra läkemedel kan använda metaller för att interagera med aminosyror med den högsta reduktionspotentialen.

Figur 2. Struktur av Cisplatin , ett platinakoordinationskomplex.

Exempel på metaller som används vid behandling inkluderar:

Platina : Platinabaserade föreningar har visat sig specifikt påverka huvud- och halstumörer. Dessa koordinationskomplex tros verka för att tvärbinda DNA i tumörceller (Figur 2).
Guld : Guldsaltkomplex har använts för att behandla reumatoid artrit (Figur 3). Guldsalterna tros interagera med albumin och så småningom tas upp av immunceller, vilket utlöser anti-mitokondriella effekter och så småningom cellapoptos. Detta är en indirekt behandling av artrit som dämpar immunsvaret.
Litium : Li ₂ CO ₃ kan användas för att behandla profylax av manodepressiv sjukdom.
Zink : Zink kan användas topiskt för att läka sår. Zn ²⁺ kan användas för att behandla herpesviruset.
Silver: Silver har använts för att förhindra infektion på brännplatsen för patienter med brännsår.
Platina, titan, vanadin, järn: cis-DDP (cis-diamindikoroplatina), titan, vanadin och järn har visat sig reagera med DNA specifikt i tumörceller för att behandla patienter med cancer.
Guld , silver , koppar : Fosfinligandföreningar som innehåller guld, silver och koppar har anti-canceregenskaper.
Lantan : Lantankarbonat som ofta används under handelsnamnet Fosrenol används som ett fosfatbindemedel hos patienter med kronisk njursjukdom.
Vismut : Vismutsubsalicylat används som antacida .
Zirkonium : Natriumzirkoniumcyklosilikat är ett kaliumbindemedel som används hos personer med kronisk njursjukdom
Arsenik : Arseniktrioxid är ett kemoterapeutikum som används för att behandla akut promyelocytisk leukemi

Figur 3. Struktur av natriumaurotiomalat , ett guldsaltkomplex.

Figur 4. Struktur av vismutsubsalicylat .

Se även