Les éléments à propriétés paramagnétiques, c’est-à-dire possédant dans leurs couches électroniques des électrons célibataires comme le gadolinium, le manganèse et le fer sont utilisés en médecine dans un but diagnostique pour renforcer le contraste en imagerie par résonance magnétique, IRM.
Gadolinium
Le gadolinium est un élément classé parmi les terres rares, présent seulement à l’état de traces dans la nature. Il existe sous forme de plusieurs isotopes stables, le plus abondant ayant la masse 158. Du fait de l’existence de sept électrons célibataires, le gadolinium a un effet paramagnétique ou ferromagnétique très élevé, 10,8 magnétons de Bohr, alors que celui du fer n’est que de 5,6.
Le rayon ionique de Gd3+ est de 1,O2 Angström, extrêmement proche de celui du calcium qui est de O,99 Angström, mais il porte une charge positive de plus que le calcium.
Le gadolinium est très peu absorbé par le tube digestif et comme il est très peu répandu dans la nature, sa concentration physiologique dans les milieux biologiques est trop faible pour être détectée par les méthodes analytiques usuelles.
Effets
S’il était injecté par voie parentérale sous forme d’un sel, nitrate par exemple, l’ion gadolinium serait toxique car il entre en compétition avec le calcium et a un effet très polarisant. Pris par voie buccale, le gadolinium sous forme ionique est très peu absorbé par le tube digestif.
Le gadolinium s’étant révélé utile pour améliorer les contrastes en imagerie par résonance magnétique ou IRM, on a synthétisé des complexes laissant des électrons célibataires disponibles mais masquant les effets toxiques de l’élément.
Les complexes de gadolinium utilisés en thérapeutique sont le gadopentétate de méglumine, le gadotérate de méglumine, le gadotéridol et le gadodiamide. Lorsque le ligand comporte trois charges négatives, celles-ci sont neutralisées par les trois charges positives de l’ion Gd3+, le complexe formé est non-ionique. Il doit cependant être soluble dans l’eau pour pouvoir être administré par voie intraveineuse.
En raison de son effet paramagnétique, le gadolinium présent dans l’eau accélère les vitesses T1 et T2 de relaxation des protons après leur stimulation par un champ magnétique. L’IRM utilise la propriété des protons de l’organisme, en particulier ceux de l’eau, d’émettre des signaux lorsqu’ils retournent à leur état d’équilibre après avoir été stimulés par un champ magnétique. La présence d’un élément à effet paramagnétique élevé comme le gadolinium au contact des protons de l’eau, accélère leurs temps de relaxation T1 et T2 et permet d’améliorer le contraste des images obtenues et de mettre en évidence des lésions, notamment certaines tumeurs.
Le gadopentétate de méglumine est un chélate de diéthylène-triamine-penta-acétate ou DTPA et gadolinium.
Le gadotérate de méglumine est un cryptate ou clathrate dans lequel le ligand, le tétra-azacyclododécane-tétra-acétate, appelé DOTA, forme un macrocycle entourant l’ion Gd3+.
Le gadotéridol est un complexe macrocyclique de gadolinium dont la structure est proche de celle du DOTA.
Le gadodiamide est un complexe de gadolinium et de DTPA (diéthylènetriamine penta-acétique acid) dont deux des cinq fonctions acide COOH sont transformées en méthylamide. Les trois fonctions acides restantes sont neutralisées par le gadolinium et on obtient ainsi un complexe non ionique.
Le gadobénate de diméglumine est un chélate de gadolinium et d’un acide comportant cinq charges négatives COO– dont trois sont neutralisées par l’ion Gd3+ et deux par la charge positive de l’ammonium quaternaire apporté par la diméglumine. Il est utilisé pour la détection des cancers hépatiques secondaires ou primitifs.
Ces chélateurs ont une très grande affinité pour l’ion Gd3+ qui, dans ces conditions, ne se trouve pas à l’état libre.
Utilisation
La première indication des complexes de gadolinium était la mise en évidence par IRM de la rupture de la barrière hématoencéphalique. Ils ont maintenant d’autres utilisations : le diagnostic des tumeurs cérébrales, des tumeurs de la moelle épinière, des os, des parties molles, du foie.
Quelques effets indésirables, réactions allergiques, nausées, vomissements et exceptionnellement chocs anaphylactiques et crises convulsives, ont été signalés lors de l’utilisation des dérivés du gadolinium.
Fer et imagerie médicale
Les ferumoxides, nanoparticules d’oxyde de fer, constituent une préparation injectable destinée, en exploration IRM, à la détection des tumeurs du foie. Les nanoparticules sont préférentiellement captées par le foie et le fer qu’elles contiennent a un effet paramagnétique intense.
L’oxyde de fer, sous forme de particules de magnétite silylée, est utilisé par voie orale pour l’exploration du tube digestif par IRM. Il facilite le bilan d’extension des tumeurs pelviennes et la recherche d’adénopathies.
Le ferristène est un autre dérivé comportant du fer fixé à des billes de sulfonate de polystyrène. Il a été utilisé comme produit de contraste en IRM sous le nom d’Abdoscan*.
Manganèse et IRM
Le mangafodipir est un chélate formé de deux molécules d’un dérivé phosphate et d’un atome de manganèse. L’augmentation du contraste en IRM résulte de l’effet du manganèse qui, comme le gadolinium et le fer, est un élément paramagnétique.
Dans l’organisme, le manganèse qui est faiblement lié aux deux molécules organiques est libéré et remplacé par du zinc endogène. Le manganèse est fixé par le foie et s’élimine dans la bile.
Le mangafodipir est utilisé pour la détection des lésions hépatiques en cas de suspicion de métastases ou de carcinome hépatocellulaire.
- Le manganèse est classé parmi les oligoéléments essentiels. Il est incorporé dans la structure de certaines enzymes telles que l’arginase et un isoforme de la superoxyde dismutase. Il ne semble pas exister de déficiences isolées en manganèse qui est largement répandu dans la nature.
Hexafluorure de soufre et echographie
L’hexafluorure de soufre est un produit qui forme des microbulles quand on l’introduit dans une solution de chlorure de sodium et qu’on l’agite. Cette solution, préparée extemporanément à partir de la poudre et du solvant présents dans la spécialité Sonovue*, est injectée par voie intraveineuse. Les microbulles formées dans la solution améliorent la qualité de certaines images échographiques. SonoVue* est un médicament à usage diagnostique. Son utilisation est contre-indiquée chez les malades ayant un angor instable ou une insuffisance cardiaque sévère.
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Hexafluorure de soufre |
SONOVUE* Inj |
D’autres préparations à base de galactose ayant en suspension soit des microparticules, Echovist*, soit des microbulles, Lévovist*, sont utilisées comme produits de contraste en échographie.
Le perflutrène, appelé aussi perfluoropropane et octafluoropropane, est un gaz non inflammable. Il est utilisé comme agent de contraste en échographie, le gaz étant contenu soit dans une suspension de microsphères.
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