The Rates of the Exchange Reactions between [Gd(DTPA)]2− and the Endogenous Ions Cu2+ and Zn2+: A Kinetic Model for the Prediction of the In Vivo Stability of [Gd(DTPA)]2−, Used as a Contrast Agent in Magnetic Resonance Imaging

The kinetic stability of the complex [Gd(DTPA)]2− (H5DTPA=diethylenetriamine‐N,N,N′,N″,N″‐pentaacetic acid), used as a contrast‐enhancing agent in magnetic resonance imaging (MRI), is characterised by the rates of the exchange reactions that take place with the endogenous ions Cu2+ and Zn2+. The reactions predominantly occur through the direct attack of Cu2+ and Zn2+ on the complex (rate constants are 0.93±0.17 M−1 s−1 and (5.6±0.4)×10−2 M−1 s−1, respectively). The proton‐assisted dissociation of [Gd(DTPA)]2− is relatively slow (k1=0.58±0.22 M−1 s−1), and under physiological conditions the release of Gd3+ predominantly occurs through the reactions of the complex with the Cu2+ and Zn2+ ions. To interpret the rate data, the rate‐controlling role of a dinuclear intermediate was assumed in which a glycinate fragment of DTPA is coordinated to Cu2+ or Zn2+. In the exchange reactions between [Gd(DTPA)]2− and Eu3+, smaller amounts of Cu2+ and Zn2+ and their complexes with the amino acids glycine and cysteine have a catalytic effect. In a model of the fate of the complex in the body fluids, the excretion and the “dissociation” of [Gd(DTPA)]2− are regarded as parallel first‐order processes, and by 10 h after the intravenous administration the ratio of the amounts of “dissociated” and excreted [Gd(DTPA)]2− is constant. From about this time, 1.71 % of the injected dose of [Gd(DTPA)]2− is “dissociated”. The results of equilibrium calculations indicate that the Gd3+ released from the complex is in the form of Gd3+‐citrate. A mágneses rezonanciás képalkotás során kontrasztnövelő anyagként használt [Gd(DTPA)]2− komplex kinetikai stabilitását az endogén Cu2+ és Zn2+ ionokkal lefolyó cserereakcióinak a sebessége határozza meg. A reakciók döntően a Cu2+ és Zn2+ ionoknak a komplexen történő közvetlen támadásával folynak le. A sebességi állandók értéke 0,93±0,17 M−1 s−1 és (5,6±0,4)×10−2 M−1 s−1. A [Gd(DTPA)]2− protonkatalizált disszociációjának sebessége pH=7 körül ezekhez viszonyítva elhanyagolható (a sebességi állandó 0,58±0,22 M−1 s−1), így a komplex szabad Gd3+ képződésével járó reakcióiban a Cu2+ és Zn2+ ionokkal lefolyó reakcióknak van döntő szerepe. A Cu2+ és Zn2+ ionokkal lefolyó cserereakciók közben kétmagvú komplexek képződnek, melyekben a DTPA egy glicinát csoportja koordinálódik a Cu2+ és Zn2+ ionokhoz. A [Gd(DTPA)]2− és az Eu3+ közötti cserereakciót a Cu2+ vagy Zn2+ ionok katalizálják, a katalitikus hatás glicin illetve cisztein jelenlétében is érvényesül. A test