医療における金属

医療における金属は、診断や治療の目的で有機系で使用されています。^{[1]無機元素は、}金属タンパク質と呼ばれる酵素の補因子として有機生命体にも不可欠です。体内の金属が不足または過剰になった場合、介入および自然な方法によって平衡を自然な状態に戻す必要があります。

金属は大量に摂取すると有毒になることがあります。摂取または代謝経路の異常により金属毒性（金属中毒）を引き起こす可能性があります。有毒金属の発生源には、タバコ由来のカドミウム、農業由来のヒ素、火山や森林火災由来の水銀などが​​あります。樹木や植物の形で自然界には多くの毒素を捕らえ、異常に高いレベルを平衡状態に戻す能力があります。有毒金属中毒は通常、何らかのキレート剤で治療されます。^{[2] [3]水銀、カドミウム、鉛などの} 重金属中毒は特に危険です。

有毒金属の具体的な例としては、以下のものがあります。

• 銅: 銅中毒は、通常、銅の蓄積に関与するタンパク質セルロプラスミンのレベルが低いことによる副作用として現れます。これはウィルソン病と呼ばれます。ウィルソン病は常染色体劣性遺伝性疾患で、その変異により、銅を胆汁に輸送し、最終的にセルロプラスミンに組み込むATPaseが機能不全に陥ります。
• プルトニウム: 核時代以来、プルトニウム中毒は特に原子炉の従業員にとって潜在的な危険であり、プルトニウムの粉塵を吸入すると、強力なアルファ粒子放出により特に危険です。プルトニウム中毒の事例はごくわずかです。
• 水銀: 水銀は通常、農業やその他の環境源から摂取されます。水銀中毒は、治療せずに放置すると神経疾患や腎不全を引き起こす可能性があります。
• 鉄：鉄毒性、鉄中毒、または鉄過剰症はよく知られています。鉄は、がんのエイムス試験では非常に弱い陽性反応しか示しませんが、非常に強力な触媒であり、ATPの生成、ひいては DNA の生成に不可欠なため、過剰な可溶性鉄は特に時間が経つと有毒になります。組織に沈着した過剰な鉄や血流中の高濃度の鉄は、アルツハイマー病からマラリアまで、人間の病気の大部分と関連していることがわかっています。植物学では、サハラ以南のアフリカでは、地下水に過剰な量の鉄が含まれており、それが作物を毒化するので、鉄は米、トウモロコシ、小麦などの植物の灌漑にとって深刻な問題です。
• 鉛とカドミウム:鉛中毒とカドミウム中毒は、胃腸、腎臓、神経系の機能障害を引き起こす可能性があります。無鉛塗料と無鉛ガスの使用により、鉛重金属中毒の症例数は減少しました。
• ニッケル、クロム、カドミウム：金属とDNAの相互作用により、これらの金属は発がん性を持つ可能性がある。^[3]
• ニッケル: ニッケルアレルギーは、特にジュエリーを介した皮膚と金属の接触によってよく起こります。
• 亜鉛、カドミウム、マグネシウム、クロム：金属煙熱はこれらの金属の煙を摂取することで引き起こされ、インフルエンザのような症状を引き起こします。
• ベリリウム:ベリリウム中毒のリスクは、微量以上のベリリウムを含む合金または鉱石を扱う金属加工業者や鉱石粉砕業者の労働安全衛生に関係します。合金の場合、これはベリリウムが意図的に含まれている合金を意味し、鉱石の場合、これはベリリウムを追求するもの、または無視できないベリリウムの共存があるものを意味します。

体液と電解質のバランスは、体液と電解質のバランスが恒常的に絡み合っており、すべての生物の健康に不可欠です。これには、生体金属の陽イオン濃度の基準範囲が含まれており、人間の医学と獣医学に関しては、主に人間と家畜やペットの血清イオン濃度の基準範囲が含まれます。このような体液と電解質のバランスの乱れは、脱水、過労、下痢の状況で最も頻繁に発生しますが、癌（特に腫瘍随伴症候群）、寄生虫症、先天性代謝異常、およびその他のいくつかの状況でも発生します。内科と内分泌学（特に慢性疾患）と集中治療医学（重篤な急性疾患）を含むいくつかの医療専門分野では、電解質異常を特に頻繁に扱います。

人間が正常に機能するためには、特定の金属を一定量必要とします。ほとんどの金属は酵素の補因子または補綴物として使用され、特定の反応を触媒し、重要な役割を果たします。人間にとって必須の金属は、ナトリウム、カリウム、マグネシウム、銅、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、亜鉛、モリブデン、カドミウムです。貧血の症状は、特定の必須金属の不足によって引き起こされます。貧血は、栄養失調や代謝プロセスの障害と関連している可能性があり、通常は遺伝的欠陥が原因です。^[3]

金属貧血の具体的な例としては、以下のものが挙げられます。

• 鉄: 一般的な単純性貧血 (鉄欠乏症) では、酸素の輸送や利用を担う機能的なヘムタンパク質 (ヘモグロビン、ミオグロビンなど) が失われます。悪性貧血はビタミン B-12 (コバラミンと呼ばれるコバルト錯体を含む) の不足から生じ、赤血球の機能が妨げられます。
• 亜鉛：亜鉛貧血は主に食事が原因で、成長遅延を引き起こす可能性があります。
• 銅：乳児の銅貧血は乳児の食生活の悪さから起こり、心臓病を引き起こす可能性があります。^[3]

金属イオンは診断用医療画像診断によく使用されます。金属錯体は放射性同位元素画像診断（放出される放射線による）や、磁気共鳴画像診断（MRI）などの造影剤として使用できます。このような画像診断は、錯体中のリガンドを操作して特異性を作り出し、特定の細胞や臓器の種類に錯体が取り込まれるようにすることで強化できます。^{[3] [4]}

診断に使用される金属の例は次のとおりです。

• テクネチウム^99m Tcは、画像診断の目的で最も一般的に使用される放射性同位元素です。半減期が短く、ガンマ線光子のみを放出し、ベータ粒子やアルファ粒子 (周囲の細胞にダメージを与える粒子) を放出しないため、画像診断用の放射性同位元素として特に適しています。
• ガドリニウム(III)、鉄(III)、マンガン(II): MRI イメージングでは、コントラスト画像に常磁性金属が必要です。ガドリニウム (III)、鉄 (III)、マンガン (II) はすべて常磁性金属であり、組織の緩和時間を変更してコントラスト画像を生成することができます。
• ガリウム68は陽電子放出断層撮影の陽電子源として有用です。
• コバルト（III）：⁵⁷コバルト（III）は、抗生物質である化合物ブレオマイシン（BLM）（図1）とともに使用され、腫瘍細胞に選択的に取り込まれます。コバルトを使用すると、血液と腫瘍の分布比が最適になりますが、半減期が長すぎるため、画像化には適していません。ブレオマイシンの末端チアゾール環にEDTA部分を結合し、放射性標識を付けて複合体全体を追跡できるようにするという解決策が提案されています。このシステムにより、腫瘍の位置を正確に特定できるため、将来的には早期発見とより非侵襲的な処置が可能になります。^[3]

MRI (磁気共鳴画像) の重要な禁忌は、MRI スキャナーの近く、特にスキャナーの視野内に金属物を置くことです。このため、インプラント金属プレート、骨ネジ (内部固定)、または靱帯結合ネジを装着している人は MRI 検査を受けられないことが多いだけでなく、宝石、ベルトのバックル、財布、ハンドバッグ、警備員の武器など、多くの日常的な物品を MRI エリアから遠ざける必要があります。

金属は古代から治療に使われてきました。紀元前1500年のエーベルス・パピルスは、治療に金属が使われた最初の記録で、銅を使って炎症を抑え、鉄を使って貧血を治療したと書かれています。バナジン酸ナトリウムは20世紀初頭から関節リウマチの治療に使われてきました。最近では、金属はがん細胞を攻撃し、DNAと直接相互作用することで、がんの治療に使われています。ほとんどの金属の正電荷は、DNAのリン酸骨格の負電荷と相互作用します。開発された一部の薬剤には金属が含まれており、タンパク質の活性部位にすでに存在する他の金属と直接相互作用しますが、他の薬剤は金属を使って還元電位が最も高いアミノ酸と相互作用します。^[4]

治療に使用される金属の例は次のとおりです。

• プラチナ: プラチナベースの化合物は、特に頭頸部腫瘍に効果があることがわかっています。これらの配位複合体は、腫瘍細胞内の DNA を架橋する働きをすると考えられています (図 2)。
• 金：金塩複合体は関節リウマチの治療に使用されています（図 3）。金塩はアルブミンと相互作用し、最終的に免疫細胞に取り込まれ、抗ミトコンドリア効果を引き起こし、最終的に細胞のアポトーシスを引き起こすと考えられています。これは関節炎の間接的な治療であり、免疫反応を緩和します。
• リチウム：Li ₂ CO _{3 は}躁うつ病の予防治療に使用できます。
• 亜鉛: 亜鉛は傷の治癒に局所的に使用できます。Zn ^{2+ は}ヘルペスウイルスの治療に使用できます。
• 銀: 銀は火傷患者の火傷部位の感染を防ぐために使用されてきました。
• プラチナ、チタン、バナジウム、鉄: シス DDP (シス-ジアミンジクロロプラチナ)、チタン、バナジウム、鉄は、がん患者の治療において、腫瘍細胞内の DNA と特異的に反応することが示されています。
• 金、銀、銅：金、銀、銅を含むホスフィン配位子化合物には抗癌作用がある。^[3]
• ランタン:炭酸ランタンは、フォスレノールという商標名でよく使用され、慢性腎臓病患者のリン酸結合剤として使用されます。
• ビスマス：次サリチル酸ビスマスは制酸剤として使用されます。
• ジルコニウム：ジルコニウムシクロケイ酸ナトリウムは、慢性腎臓病患者に使用されるカリウム結合剤です。
• ヒ素：三酸化ヒ素は急性前骨髄球性白血病の治療に使用される化学療法薬である。

• チタンの生体適合性
• バイオメタル