Relevance of metallic elements in biomedical contexts
Los metales se utilizan en medicina en sistemas orgánicos con fines de diagnóstico y tratamiento. [1] Los elementos inorgánicos también son esenciales para la vida orgánica como cofactores en enzimas llamadas metaloproteínas . Cuando los metales son insuficientes o sobreabundantes en el cuerpo, el equilibrio debe volver a su estado natural mediante métodos intervencionistas y naturales.
Metales tóxicos
Los metales pueden ser tóxicos en grandes cantidades. La ingestión o vías metabólicas defectuosas pueden provocar toxicidad por metales (intoxicación por metales). Las fuentes de metales tóxicos incluyen el cadmio del tabaco, el arsénico de la agricultura y el mercurio de los volcanes y los incendios forestales. La naturaleza, en forma de árboles y plantas, es capaz de atrapar muchas toxinas y puede restablecer el equilibrio en niveles anormalmente altos. La intoxicación por metales tóxicos suele tratarse con algún tipo de agente quelante . [2] [3] La intoxicación por metales pesados , como el mercurio, el cadmio o el plomo, es especialmente perniciosa.
Algunos ejemplos de tipos específicos de metales tóxicos incluyen:
Cobre : la toxicidad del cobre suele presentarse como un efecto secundario de los bajos niveles de la proteína ceruloplasmina , que normalmente participa en el almacenamiento de cobre. Esto se conoce como enfermedad de Wilson . La enfermedad de Wilson es un trastorno genético autosómico recesivo cuya mutación hace que la ATPasa que transporta el cobre a la bilis y finalmente lo incorpora a la ceruloplasmina funcione mal.
Plutonio : desde la era nuclear, el envenenamiento por plutonio es un peligro potencial, especialmente entre los trabajadores de los reactores nucleares; la inhalación de polvo de Pu es particularmente peligrosa debido a su intensa emisión de partículas alfa. Se han registrado muy pocos casos de envenenamiento por plutonio.
Mercurio : el mercurio suele ingerirse a partir de fuentes agrícolas o ambientales. El envenenamiento por mercurio puede provocar enfermedades neurológicas e insuficiencia renal si no se trata.
Hierro : la toxicidad del hierro, el envenenamiento por hierro o la sobrecarga de hierro son bien conocidos. El hierro sólo da un resultado positivo muy débil en la prueba de Ames para el cáncer, sin embargo, dado que es un catalizador tan fuerte y esencial para la producción de ATP y, en consecuencia, la producción de ADN, cualquier exceso de hierro soluble es tóxico, especialmente con el tiempo. El exceso de hierro depositado en los tejidos o los altos niveles en el torrente sanguíneo se han relacionado con una gran mayoría de enfermedades humanas, desde el Alzheimer hasta la malaria. En botánica, el hierro es un problema grave para el riego de plantas como el arroz, el maíz o el trigo en el África subsahariana, cuyas aguas subterráneas contienen cantidades excesivas de hierro que luego envenenan estos cultivos.
Plomo y cadmio : el envenenamiento por plomo y cadmio puede provocar disfunciones gastrointestinales, renales y neurológicas. El uso de pinturas y gasolina sin plomo ha logrado reducir el número de casos de envenenamiento por plomo, un metal pesado.
Níquel , cromo y cadmio : a través de interacciones metal-ADN, estos metales pueden ser cancerígenos. [3]
Níquel : las alergias al níquel, en particular las provocadas por el contacto de la piel con el metal a través de las joyas, son comunes.
Los seres humanos necesitan una cierta cantidad de ciertos metales para funcionar normalmente. La mayoría de los metales se utilizan como cofactores o prótesis en enzimas, catalizando reacciones específicas y cumpliendo funciones esenciales. Los metales esenciales para los seres humanos son: sodio , potasio , magnesio , cobre , vanadio , cromo , manganeso , hierro , cobalto , níquel , zinc , molibdeno y cadmio . Los síntomas de anemia son causados por la falta de un cierto metal esencial. La anemia puede estar asociada con la desnutrición o procesos metabólicos defectuosos, generalmente causados por un defecto genético. [3]
Algunos ejemplos de tipos específicos de anemia metálica incluyen:
Hierro : la anemia simple común (deficiencia de hierro) produce la pérdida de las proteínas funcionales del hemo ( hemoglobina , mioglobina , etc.), que son responsables del transporte o utilización del oxígeno. La anemia perniciosa se debe a la falta de vitamina B-12 (que contiene un complejo de cobalto llamado cobalamina), que a su vez interfiere en la función de los glóbulos rojos.
Zinc : La anemia por zinc se debe principalmente a la dieta y puede provocar retraso en el crecimiento.
Cobre : La anemia por cobre en los bebés es consecuencia de una dieta deficiente y puede provocar enfermedades cardíacas. [3]
Los metales en el diagnóstico
Complejos metálicos en imágenes nucleares
Los iones metálicos se utilizan a menudo para el diagnóstico por imágenes médicas. Los complejos metálicos se pueden utilizar para la obtención de imágenes con radioisótopos (a partir de la radiación que emiten) o como agentes de contraste, por ejemplo, en la obtención de imágenes por resonancia magnética (IRM). Estas imágenes se pueden mejorar mediante la manipulación de los ligandos de un complejo para crear especificidad de modo que el complejo sea captado por un determinado tipo de célula u órgano. [3] [4]
Algunos ejemplos de metales utilizados para el diagnóstico incluyen:
El tecnecio 99m Tc es el radioisótopo más utilizado para la obtención de imágenes. Tiene una vida media corta, emite únicamente fotones de rayos gamma y no emite partículas beta o alfa (que son más dañinas para las células circundantes), por lo que es especialmente adecuado como radioisótopo para la obtención de imágenes.
Gadolinio (III), hierro (III), manganeso (II): para la obtención de imágenes por resonancia magnética se necesitan metales paramagnéticos que permitan obtener imágenes de contraste. El gadolinio (III), el hierro (III) y el manganeso (II) son metales paramagnéticos capaces de alterar los tiempos de relajación del tejido y producir una imagen de contraste.
Cobalto (III): 57 El cobalto (III) se utiliza con el compuesto bleomicina (BLM) (Figura 1), que es un antibiótico, para que las células tumorales lo absorban de forma selectiva. El uso de cobalto da como resultado la mejor relación de distribución sangre-tumor, pero su vida media es demasiado larga para ser propicia para fines de obtención de imágenes. Se ha propuesto una solución para unir una fracción de EDTA al anillo de tiazol terminal de la bleomicina, radiomarcado de modo que se pueda rastrear todo el complejo. Este sistema podría proporcionar ubicaciones de tumores con precisión, lo que conduciría a una detección más temprana y a procedimientos más no invasivos en el futuro. [3]
Objetos metálicos en imágenes de resonancia magnética
Una contraindicación importante para la resonancia magnética es tener objetos metálicos cerca y, sobre todo, dentro del campo de acción del escáner. Esto no sólo implica que las personas con placas metálicas implantadas, tornillos óseos ( fijación interna ) o tornillos sindesmóticos a menudo no pueden someterse a la resonancia magnética, sino que también implica que muchos objetos cotidianos, incluidas joyas, hebillas de cinturón, billeteras, bolsos, armas de los guardias de seguridad, etc., deben mantenerse fuera del área de resonancia magnética.
Metales en el tratamiento
Los metales se han utilizado en tratamientos desde la antigüedad. El Papiro de Ebers del año 1500 a. C. es el primer relato escrito del uso de metales para tratamientos y describe el uso de cobre para reducir la inflamación y el uso de hierro para tratar la anemia. El vanadato de sodio se ha utilizado desde principios del siglo XX para tratar la artritis reumatoide. Recientemente, los metales se han utilizado para tratar el cáncer, atacando específicamente a las células cancerosas e interactuando directamente con el ADN. La carga positiva de la mayoría de los metales puede interactuar con la carga negativa de la cadena principal de fosfato del ADN. Algunos fármacos desarrollados que incluyen metales interactúan directamente con otros metales ya presentes en los sitios activos de las proteínas, mientras que otros fármacos pueden utilizar metales para interactuar con los aminoácidos con el mayor potencial de reducción. [4]
Figura 2. Estructura del cisplatino , un complejo de coordinación de platino.
Algunos ejemplos de metales utilizados en el tratamiento incluyen:
Platino : Se ha demostrado que los compuestos a base de platino afectan específicamente a los tumores de cabeza y cuello. Se cree que estos complejos de coordinación actúan entrecruzando el ADN en las células tumorales (Figura 2).
Oro : Los complejos de sales de oro se han utilizado para tratar la artritis reumatoide (Figura 3). Se cree que las sales de oro interactúan con la albúmina y, finalmente, son absorbidas por las células inmunitarias, lo que desencadena efectos antimitocondriales y, finalmente, la apoptosis celular. Este es un tratamiento indirecto de la artritis, que mitiga la respuesta inmunitaria.
Litio : Li 2 CO 3 se puede utilizar para tratar la profilaxis del trastorno maníaco depresivo.
Zinc : El zinc se puede utilizar por vía tópica para curar heridas. El Zn 2+ se puede utilizar para tratar el virus del herpes.
Plata: La plata se ha utilizado para prevenir infecciones en el lugar de la quemadura en pacientes con heridas por quemaduras.
Platino, titanio, vanadio, hierro: se ha demostrado que el cis DDP (cis-diaminodicloroplatino), el titanio, el vanadio y el hierro reaccionan con el ADN específicamente en las células tumorales para tratar a pacientes con cáncer.
Oro , plata , cobre : los compuestos de ligando de fosfina que contienen oro, plata y cobre tienen propiedades anticancerígenas. [3]
Lantano : El carbonato de lantano, a menudo utilizado bajo el nombre comercial Fosrenol, se utiliza como aglutinante de fosfato en pacientes con enfermedad renal crónica.
^ Gumienna-Kontecka, Elzbieta; Carver, Peggy L. (14 de enero de 2019). "7. CONSTRUYENDO UN CABALLO DE TROYA: CONJUGADOS DE FÁRMACO-SIDEROFORO PARA EL TRATAMIENTO DE ENFERMEDADES INFECCIOSAS". Metales esenciales en medicina: uso terapéutico y toxicidad de iones metálicos en la clínica . De Gruyter. pág. 181–202. doi :10.1515/9783110527872-007. ISBN .978-3-11-052787-2.
^ Nash, Robert A. “Metales en medicina”. Terapias alternativas II.4 (2005):18-25.
^ abcdefg Lippard, Stephen J. “Metales en medicina”. Química bioinorgánica. Mill City: University Science Books, 1994. 505-583.
^ ab Dabrowiak, James C. “Metales en medicina”. Inorganic Chemica Acta. (2012). Prefacio.
