Химия навсегда. О гороховом супе, опасности утреннего кофе и пробе мистера Марша

При условии, что молекулы воды смогут подобраться достаточно близко к иону Gd³⁺, воздействие на возбужденные ядра ¹Н действительно будет выраженным: магнитный момент неспаренного электрона заставляет ядро Н быстрее спуститься из возбужденного состояния, что соответствует той ситуации, когда мы поднимаем заведенные игрушки с пола и отпускаем пружины без сопротивления, благодаря чему в короткий промежуток времени возникает сильный шум. Теперь мы почти сразу же можем направить на пациента новый радиоимпульс, заводя ядра ¹Н в воде и снова быстро собирая данные. В результате качество изображения резко возрастает, пациент проводит меньше времени в аппарате МРТ, и за день можно «просканировать» гораздо больше людей.

А как насчет токсичности ионов гадолиния? Разве она не должна нас беспокоить? На самом деле это нас волнует, но химиков скорее меньше, чем врачей. «Настоящие» врачи обычно с большой неохотой вводят своим пациентам ионы металлов, о положительной роли которых в биохимии человека ничего не известно; возможно, из-за неудачных ранних опытов в этой области медицины – например, с широко применявшимися и по большей части пагубными для здоровья препаратами на основе ртути (Hg) для лечения сифилиса. Однако, если посмотреть, сколько различных солей металлов требуется для того, чтобы убить крысу (среднее значение известно как LD₅₀)[266], выяснится, что нитрата гадолиния нужно почти в два раза больше, чем нитрата калия (глава 16), то есть больше 5 г на 1 кг веса крысы (может показаться, что это очень большая крыса, но такими уж единицами мы пользуемся для подобных измерений)[267].

Это не значит, что беспокоиться не о чем. Некоторые контрастные агенты на основе гадолиния не рекомендованы людям с заболеваниями почек[268], но причиной тому скорее большие закручивающиеся органические молекулы, которые покрывают ион гадолиния. Эти молекулы, очень похожие на поедающего добычу кальмара, называются «многозубчатыми сшивателями», а точнее (поскольку химики любят говорить по-гречески), полидентатными лигандами, где лиганд – это единичная молекула, связанная с ионом металла. Они выполняют две функции: решительно выводят ион металла из тела с мочой и направляют ион гадолиния к тем органам, изображение которых нужно улучшить.

У этих молекул обычно есть небольшое отверстие (см. рисунок 45), позволяющее молекуле воды в биологических жидкостях соединиться с ионом гадолиния и быстро «раскрутиться» или, как мы выражаемся, релаксировать, чтобы снова быть готовой к следующему радиоимпульсу.

В редких случаях с некоторыми контрастными веществами возникают проблемы, но в целом это вполне безопасная процедура. Органические молекулы связывают ион гадолиния, используя принцип, известный как хелатный эффект – еще одно слово греческого происхождения[269], означающее «клешня». Эти полидентатные лиганды – молекулы того же типа, что и противоядия, которые применяют в случае отравления металлами. Похоже, авторы сценариев для телесериалов обладают безграничным воображением, когда доходит до того, чтобы заставить героев вдохнуть, выпить, съесть или ввести себе инъекцию не особо полезных для здоровья ионов металла, а затем, когда врач в этой серии наконец разгадывает медицинскую загадку, он или она торжествующе велит назначить пациенту хелатную терапию. Эта терапия подразумевает прием «пустых» полидентатных лигандов, которые, проходя сквозь органы, с жадностью хватают своими клешнями (или зубами) ионы любых встречающихся на их пути тяжелых металлов и безопасно выводят их из организма.

Рисунок 45. В контрастных агентах на основе гадолиния, таких как этот, ион металла в центре почти полностью окружен большой органической молекулой (слева); в ней есть лишь небольшое отверстие (показано светло-серым цветом), чтобы молекула воды из биологической жидкости могла войти с ним в тесный контакт и релаксировать (то есть вернуться из возбужденного состояния), как показано справа.

Каждый год в мире проводится около 600 миллионов процедур МРТ, многие из них выполняются на мозге при помощи контрастных агентов. У меня нет доступа к личным данным кавалерственной дамы Элизабет Тейлор или мисс Фредрикссон, но, насколько я разбираюсь в новейших медицинских процедурах, обе они должны были проходить МРТ с одним из многочисленных веществ на основе гадолиния, разработанных для этой цели[270]. Опухоль Тейлор оказалась доброкачественной, и она прожила еще 14 лет, умерев в 2011 году в возрасте 79 лет, но что касается Фредрикссон, то, насколько мне известно, операция на мозге, проведенная после анализа методом МРТ, в самом деле спасла ей жизнь[271].