Agente quelante

 Un agente quelante o antagonista de metales pesados, es una sustancia que en el cuerpo promueve la formación complejos con iones de metales pesados, para de este modo evitar la toxicidad de éstos. A estos complejos se les conoce como quelatos, palabra que proviene de la palabra griega chele que significa "garra".

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Antecedentes históricos

Ciertos ácidos poliamínicos sintéticos que se conocían anteriormente como agentes secuestradores orgánicos, han sido utilizados como reactivos analíticos e industriales desde 1935. Estos compuestos, mayormente el ácido etilendiaminotetraacético (EDTA) y sus derivados, poseen la propiedad química de combinarse con iones metálicos polivalentes en solución para formar complejos coordinados de anillo, no iónicos, solubles. La hemoglobina representa un ejemplo de quelatos que ocurren en la naturaleza en los que el hierro se combina y es retenido fuertemente en un complejo orgánico soluble que resulta en la formación de iones no metálicos.

Otra forma de fijar metales es mediante la formación de complejos sin anillo, en donde un metal específico se fija solamente a un radical del compuesto.

La propiedad de fijar metales fue aprovechada por vez primera en procesos industriales tales como la fabricación de colorantes. Los quelantes eran utilizados para remover los iones metálicos contaminantes.

Importancia biomédica

Los metales pesados no pueden ser metabolizados por el cuerpo humano y persisten en el organismo donde ejercen sus efectos tóxicos cuando se combinan con uno o más grupos reactivos (ligandos) esenciales para las funciones fisiológicas normales. Los agentes quelantes se diseñan para competir con los metales por los grupos reactivos fisiológicos para así evitar o revertir sus efectos tóxicos e incrementar su excreción.

Los metales pesados, particularmente los que pertenecen a la serie de los metales de transición, pueden reaccionar con ligandos que contienen O-, S- y N- que en el organismo toman la forma de -OH, -COO^-, OPO₃H^-. >C=O, -SH, -S-S-, -NH₂ y >NH. EL complejo metálico resultante, conocido también como compuesto de coordinación, está formado por un enlace coordinado en el cual ambos electrones son contribuidos por el ligando.

El interés biológico de los quelantes se originó a partir de los esfuerzos hechos para controlar los restos de metales que contribuyen al deterioro de los alimentos.

La investigación toxicológica de algunos agentes quelantes que fueron propuestos como aditivos de los alimentos llevó a la observación de que la fuerte afinidad por los iones de calcio que caracteriza al EDTA da por resultado una disminución de los niveles de calcio en suero.

El concepto de quelación ha sido tomado por los farmacólogos en el desarrollo de nuevos agentes terapéuticos para pruebas clínicas en una amplia gama de alteraciones patológicas en las que se requiere remover de los tejidos o introducir al organismo iones metálicos con propósitos metabólicos.

Se han utilizado quelatos de hierro en la terapéutica de anemias ferroprivas, quelatos de magnesio para el tratamiento de crisis hipertensivas y algunos complejos orgánicos de oro, como el tiomalato de oro y sodio en la terapéutica con oro para combatir la artritis reumatoide.

Tipos de quelantes naturales

Muchas son las sustancias que actúan como agentes quelantes, entre las que se encuentran la clorofila, el glutatión, varias enzimas y vitaminas.

Quelatos

Los quelatos son complejos formados por la unión de un metal y un compuesto que contiene dos o más ligandos potenciales. El proceso de formación del quelato se conoce cómo quelatación. El producto de tal reacción es un anillo heterocíclico. Un ligando quelatante es un ligando polidentado que se coordina a un ion central por dos o más átomos dativos. Los anillos de 5 a 6 miembros poseen más estabilidad por lo que se diseñan quelantes polidentados, es decir, multiligantes para lograr complejos de alta estabilidad. La formación de quelatos polidentados dan por resultado un compuesto mucho más estable que cuando el metal se une solamente con un átomo ligante (monodentado). Esto se debe sobre todo a efectos entrópicos ya que después de la primera coordinación las demás étapas suelen producirse liberando los ligandos coordinados anteriormente y aumentando así la entropía del sistema.

La estabilidad de los quelatos varían con el metal y los átomos ligantes. Por ejemplo, el mercurio y el plomo tienen mayor afinidad por el azufre y el nitrógeno que por los ligandos del oxígeno. Estas diferencias sirven como base de la acción de los quelantes en el cuerpo humano.

Los quelatos resultantes que se forman en el cuerpo son solubles en agua y se excretan intactos en gran parte por la orina, a una velocidad más rápida y que la esperada para el metal en sí.

Factores de uso de quelantes

La efectividad de los agentes quelantes en el tratamiento del envenenamiento por metales pesados depende de varios factores, entre los que se incluyen:

• La afinidad relativa del quelante por el metal pesado.
• La distribución del quelante en el cuerpo comparado con la distribución del metal.
• La capacidad del quelante para movilizar al exterior al metal tras la quelación.

Propiedades de los quelantes

Los agentes quelantes poseen varias propiedades, sin embargo, el agente quelante ideal debería tener todas las siguientes:

• Alta solubilidad en agua.
• Resistir la biotransformación.
• La capacidad de llegar a sitios donde se pudiera almacenar el metal.
• La habilidad de formar complejos no tóxicos a partir de metales tóxicos.
• Poder retener su actividad quelante al pH de los fluídos corporales y pronta excreción del quelato.
• Que tenga una elevada afinidad por los metales en comparación a los ligandos endógenos.
• Es deseable que posea poca o nula afinidad por el ión calcio Ca²⁺ en virtud de que este ión tiene una gran disponibilidad para la quelación en el plasma y un agente quelante puede provocar hipocalcemia a pesar de poseer una elevada afinidad por los metales pesados.

Siempre es difícil extrapolar las interacciones del quelante con un metal pesado en experimentos de laboratorio, que cuando se trata de analizar en el organismo vivo, por lo que es importante llevar a cabo observaciones in vivo para determinar la utilidad clínica de estos agentes.

Usos de los agentes quelantes

• En el envenenamiento de plomo se utiliza el edetato de calcio disódico (CaNa₂EDTA) o la D-penicilamina.
• En tratamiento de la sobreexposición ocupacional a sustancias radioactivas como el plutonio, torio, uranio y radioitrio se utiliza el Ácido dietilentriaminopentaacético o DTPA.
• En envenenamiento por mercurio se emplea dimercaprol (BAL) en casos de exposición grave o en pacientes sintomáticos o D-penicilamina en casos de exposición de bajo nivel o en pacientes que no presentan síntomas. Así mismo puede utilizarse un derivado de la penicilamina, el N-acetil-D-penicilamina (NAP) se ha usado con éxito en pacientes que requieren tratamiento contra al intoxicación por mercurio.^[1]
• En envenenamiento debido a arsénico es de utilidad el dimercaprol y la continuación de la terapia se sigue con penicilamina. Así mismo, en caso de síntomatología recurrente puede emplearse un derivado del dimercaprol, el succímero del ácido 2,3 dimercaptosuccínico.
• En la intoxicación por cadmio se administra EDTA en su forma de edetato de calcio disódico. No se utiliza el dimercaprol debido a que se ha observado que incrementa la nefrotoxicidad. La terapia se instaura lo más rapidamente posible porque debido a la distribución del metal puede llegar a sitios donde el quelante no puede alcanzarlo.^[2]
• En la intoxicación por hierro se puede emplear la deferoxamina.
• En la Enfermedad de Wilson, donde hay un exceso de cobre en el cuerpo se puede usar la trientina (Trietilentetramina) se usa para tratar la enfermedad de Wilson, una enfermedad en la cual hay demasiado cobre en el cuerpo.

En química orgánica e inorgánica

• Etilendiamina. Coordina a través de los pares libres de los dos átomos de nitrógeno; los compuestos octaédricos de fórmula general M(en)3n+ son quirales y se pueden separar los enantiómeros.

• DPPE (1,2-bis(difenilfosfino)etileno). Coordina a través pares libres de electrones de los dos átomos de fósforo; derivados de este compuesto se emplean en algunos catalizadores.

Oxalato Sales del ácido oxálico.

En síntesis orgánica han adquirido un interés especial los ligandos quelatantes quirales ya que se emplean a menudo en los catalizadores empleados para obtener productos quirales como el catalizador de Wilkinson.

Agentes quelantes diversos

Referencias

1. ↑ Envenenamiento Por Mercurio y Su Tratamiento con N-acetil-D,L-penicilamina. Kark, R y Poskanzer, D. 1971
2. ↑ Minimal role of metallothionein in decreased chelator efficacy for cadmium. Waalkes, M.P. Watkins, J.B. y Klaassen, C.D. Toxicology Applied Pharmacology; pp:392-398. 1983.