Katedra Biochemii , Farmakologii i Toksykologii
Wydział Medycyny Weterynaryjnej
Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocławiu
Toksyczność kadmu
opracował prof. dr hab. Marcin Świtała
Materiały wykładowe z przedmiotu
Toksykologia weterynaryjna (tydzień 6. w. 4/2011)
WST
P
Metal ciężki należący do grupy cynkowców,
występujący na +2 stopniu utlenienia.
Jest składnikiem rud cynkowych i ołowiowych
WST
P
Kadm jest metalem wykorzystywanym w przemyśle
metalurgicznym do zabezpieczania przed korozją.
Wykorzystywany w elektrotechnice szczególnie w
stopach z miedzią
Służy do produkcji akumulatorów niklowo -
kadmowych
Chlorek kadmowy jest używany jako pestycyd, a także
do produkcji błon filmowych, do barwienia tkanin
Siarczan kadmowy - jest stabilizatorem w produkcji
tworzyw sztucznych i służy do produkcji barwników.
Zatrucie kadmem
U zwierząt zatrucie związkami kadmu
praktycznie nie występuje.
Znany jest obraz zatrucia z danych
doświadczalnych.
U ludzi natomiast, z w związku z długim
okresem życia i pracy w warunkach
bezpośredniego narażenia zatrucie występuje
- najczęściej w postaci przewlekłej.
TOKSYCZNOŚĆ
DL kadmu dla człowieka wynosi 350-3500 mg.
WHO/FAO uważa za bezpieczne przyjmowanie przez
człowieka kadmu w ilościach 400-500 g/osobę/tydzień
Obecnie człowiek spożywa 10-20 g kadmu dziennie, co
może prowadzić do przekroczenia wartości krytycznych dla
nerek po 50 latach.
Doustna DL50 dla zwierząt laboratoryjnych kadmu w
różnych związkach (CdCl2, CdO, CdF2, CdBr2, ,CdJ2 ) waha
się od 60-300 mg/kg. Najmniej toksyczny jest CdS i CdSe (5
mg/kg).
Dootrzewnowa DL50 CdCl2 dla myszy i szczura wynosi 2-10
mg/kg. 200 mg/m3 tlenku kadmu w powietrzu zabija
zwierzęta po 10 min.
TOKSYKOKINETYKA
Wchłanianie
Człowiek i zwierzęta mogą przyjąć związki kadmu
następującymi drogami:
1. z powietrzem przez drogi oddechowe - wchłanianie ok. 15-
20%
Uwaga: drogą tą wchłania się także kadm z papierosów
20 papierosów zapewnia przyjęcie ok. 1-2 g kadmu
2. drogą pokarmową - wchłanianie maks. do 10% dawki -
zależnie od obecności w pokarmie innych jonów dwuwartoś-
ciowych takich jak Fe, Zn, Ca (konkurencja o system prze-
nośnikowy) oraz ogólnej zawartości białek
Część kadmu wiązana jest w ścianie jelita z metalotioneiną
(wiążącą głównie cynk) i w tym połączeniu nie wchłania się
lecz ulega wydaleniu do jelita w miarę złuszczania się
nabłonka jelitowego
TOKSYKOKINETYKA
Dystrybucja
Po wchłonięciu do krwi kadm wiązany jest z wielkocząstecz-
kowymi białkami osocza oraz z erytrocytami. Następnie
rozmieszcza się w organizmie wiążąc się w narządach z biał-
kami. Szczególnie duże ilości kadmu wiązane są w wątrobie
i nerkach, mniejsze w jelitach, trzustce i gruczołach, a przy
ekspozycji oddechowej - w płucach.
TOKSYKOKINETYKA
Stężenie kadmu w narządach świni (ppm) po stosowaniu CdCl2 w karmie przez 8-12 tygodni
stężenie w nerki wątroba płuca mięśnie serce tłuszcz mózg
karmie szkielet.
0 0.11 0.07 0.07 0.06 0.07 0.06 0.06
1 ppm 3.38 0.76 0.11 0.07 0.09 0.09 0.09
200 ppm 121.70 37.10 2.83 0.81 0.44 0.17 0.16
TOKSYKOKINETYKA
W wątrobie kadm wiąże się z metalotioneiną wątrobową
(normalnie wiążącą cynk) i jest w takiej formie
magazynowany oraz częściowo uwalniany do osocza.
Kadm posiada zdolność silnego indukowania syntezy
metalotioneiny w wątrobie
W osoczu z kompleksu - cynk- metalotioneina-kadm -cynk
może być w dużej części wymieniany z miedzią
Metalotioneina wątrobowa, złożona z 60 aminokwasów, jest
białkiem małocząsteczkowym (7000D) i w kompleksie z
metalami ulega filtracji kłębuszkach nerkowych, a następ-
nie w resorbowana jest zwrotnie w kanalikach nerkowych.
W komórkach nerek jon kadmu uwalniany jest w lizoso-
mach z kompleksu z metalotioneiną wątrobową i wiązany
ponownie z metalotioneiną nerkową (wiążącą głównie
miedz
).
TOKSYKOKINETYKA
Wydalanie
Kadm magazynowany jest w nerce w kompleksie z
metalotioneiną nerkową i bardzo wolno wydalany do
moczu.
Okres półtrwania kadmu w nerce wynosi ok. 15 lat.
Przy przekroczeniu progu nerkowego dla gromadzenia
kadmu w nerce, wydala się on w formie jonowej w
moczu.
Część kadmu wydala się także w połączeniu z
metalotioneiną wątrobową zarówno w moczu jak i w
kale.
TOKSYKODYNAMIKA
Mechanizm uszkadzającego działania kadmu jest
złożony.
W połączeniu z metalotioneiną w narządach nie działa
toksycznie.
Biologiczny okres półtrwania metalotioneiny jest
stosunkowo krótki i wynosi kilka dni stąd powstałe
kompleksy ulegają stałej przebudowie.
Działanie toksyczne mają natomiast wolne jony kadmu.
TOKSYKODYNAMIKA
Jony kamu wiążą się kowalencyjnie z makro- i
mikrocząsteczkowymi składnikami komórek i
wywołują w nich bardzo głębokie zmiany
morfologiczne i czynnościowe.
Działanie to jest szczególnie widoczne w
miejscach zmagazynowania kadmu takich jak
nerka, wątroba i płuca (przy narażeniu z
powietrza).
TOKSYKODYNAMIKA
Uwolnienie jonów kadmowych z kompleksu z
metalotioneiną ma miejsce również w nerce przy
przejściu kadmu z metalotioneiny wątrobowej do
metalotioneiny nerkowej.
Przy dużym obciążeniu kadmem, część jonów może
nie zostać związana (przekroczenie progu
nerkowego) i działa uszkadzająco na nerki.
Próg ten stanowi stężenie kadmu na poziomie ok.
100 g/g, chociaż niektórzy autorzy uważają, że dla
kory nerkowej wynosić on może 10-13 g/g.
TOKSYKODYNAMIKA
Przekroczenie progu nerkowego wywołuje białko-
mocz. Przy uszkodzeniu kanalików proksymalnych
pojawiają się w moczu białka małocząsteczkowe
(beta-mikroglobulina, lizozym, rybonukleaza, meta-
lotioneina), przy uszkodzeniu kłębuszków - białka
wielkocząsteczkowe takie jak albuminy i globuliny.
W moczu pojawiają się enzymy, aminokwasy,
glukoza, a także zwiększone ilości wapnia, fosforu i
miedzi.
Ostatnio udowodniono, że w zatruciach przewle-
kłych działanie nefrotoksyczne wykazuje także sam
kompleks metalotioneina - kadm.
TOKSYKODYNAMIKA
Kadm zaburza przemiany związane z takimi
metalami jak: cynk, miedz
, żelazo, wapń, magnez,
selen.
W zatruciu kadmem zaburzeniu ulegają procesy
oddychania tkankowego, fosforylacji oksydacyjnej,
procesy transportu jonów sodowych i potasowych,
przemiany cukrów, zmniejszenie wydzielania
insuliny, hamowanie aktywności oksydaz i indukcja
peroksydacji lipidów.
TOKSYKODYNAMIKA
Udowodniono także działanie rakotwórcze i
teratogenne kadmu (CdO).
U szczurów wykazano działanie rakotwórcze po
podaniu kadmu w dawce 50 g/m2 przez 18
miesięcy.
Podawanie kadmu ciężarnym szczurzycom
prowadzi do ciężkich wad rozwojowych płodów.
OBJAWY ZATRUCIA KADMEM
U ZWIERZ
T DOŚWIADCZALNYCH
Bydło
Podanie 3 g kadmu dziennie przez 3 dni wywołuje
przejściową utratę apetytu. Wyższe dawki wywoływały u
byków utratę pragnienia, osłabienie, spadek masy ciała,
niechęć do krycia, osłabienie rogowacenia racic, łamliwość
rogów, bladość błon śluzowych, zmiany okrywy włosowej,
rogowacenie i złuszczanie nabłonka oraz anemię hemoli-
tyczną. Przy przewlekłym zatruciu fungicydem zawiera-
jącym kadm obserwowano poronienia, zaburzenia płodno-
ści i wczesną śmierć noworodków. U cieląt, które otrzymały
w paszy 660 ppm kadmu występowały zgrubienia stawów i
zaburzenia oddechowe. Po podaniu 2560 ppm kadmu
śmierć następowała po 2-8 dniach.
OBJAWY
Owce
U owiec stwierdzano anemię, uszkodzenie nerek i
demineralizację kości oraz znaczne powiększenie
śledziony, grasicy, tarczycy i nadnerczy.
Świnie
U świń były stosowane tlenek i antranilan kadmu w
paszy jako środki przeciwrobacze ( w stężeniach 0,015
i 0,044% w suchej paszy).
Podawanie 0.03% tlenku kadmu wywołuje utratę
apetytu, wymioty, silną biegunkę. Podawanie kadmu
wywołuje zmiany hematokrytu a także mikrocytarną,
niedobarwliwą niedokrwistość, czemu można zapobiec
podaniem żelaza (i.m.)
OBJAWY
Drób
U brojlerów podawanie soli kadmu wywoływało
spadek przyrostów i wzrost śmiertelności,
odwapnienia kośćca, zrogowacenie błony śluzowej
żołądka, zapalenie nerek, zapalenie jelit,
podbiegnięcia krwawe w mięśniu sercowym, płyn w
worku osierdziowym.
U doświadczeniach na kogutach wykazano wpływ
kadmu na zanik nabłonka nasieniotwórczego,
kanalików nasiennych i jąder.
DL50 kadmu dla brojlerów wynosi 165-188 mg/kg.
Kadm - zagadnienia ekotoksykologiczne
Przemysł wykorzystujący związki kadmu
stanowi główne z
ródło narażenia ludzi na
zatrucie związkami kadmu.
Szczególnie zagrożenie stwarzają huty metali
kolorowych (cynku, ołowiu , miedzi oraz
zakłady energetyczne spalające węgiel
zanieczyszczony związkami kadmu.
POWIETRZE
Dopuszczalne stężenie średnioroczne wynosi - 1n g
Cd/m3, dobowe 220 g Cd/m3 Czyste powietrze
zawiera kadm w bardzo niskich stężeniach - od
0,003-0,6 ng Cd/m3.
Zakres stężeń realnie występujący w miastach - 5-
10 ng Cd/m3
W powietrzu związki kadmu zawieszone są w for-
mie aerozoli. Związki kadmu zawarte w atmosferze
łatwo rozpuszczją się w wodzie deszczowej i tą
drogą opuszczają atmosferę i zanieczyszczają wody
i gleby.
WODY
Stężenie kadmu w wodzie pitnej jest niskie i wynosi
- 0,0001- 0,002 mg/l
Stężenia kadmu w zanieczyszczonych rzekach mogą
wynosić do 0,013 mg/l
GLEBY
Stężenie ołowiu w glebie uważane za naturalne
wynoszą 0.2 - 1.0 mg/kg s.m. Za dopuszczalne
uważa się stężenia 3 mg Pb/kg .
Kadm jest w glebie pierwiastkiem bardzo
mobilnym, szczególnie w glebach kwaśnych.
Jest dobrze przyswajalny przez rośliny.
W środowiskach uważane za silnie zanieczysz-
czone stężenia kadmu wynoszą ok. 1800 mg/kg
s.m., w pobliżu autostrad do 10 mg Cd/kg s.m.
ST
ŻENIA OA
OWIU W ROŚLINACH ,
TKANKACH ZWIERZ
CYCH I PASZACH
Rośliny łatwo pobierają z gleby związki kadmu i
je kumulują.
Przyjmuje się, że wartość konsumpcyjną dla
człowieka powinny mieć rośliny, w których
stężenie kadmu nie przekracza 0,15 mg/kg s.m.,
natomiast wartość paszową dla zwierząt -
rośliny, które nie zawierają większej ilości kadmu
niż 0,5 mg/kg s.m.
Powyżej tej wartości rośliny powinny być
wykorzystane w przemyśle.
Przykładowe stężenia kadmu w roślinach z rejonów przemysłowych
Legnica (LGOM) Huta Katowice
bulwy ziemniaka - 0,024 mg/kg s.m. 0,45 mg/kg s.m.
liście buraka - 0,092 mg/kg s.m. 8,60 mg/kg s.m.
Przykłady średnich stężeń kadmu (mg/kg) w tkankach zwierząt stwierdza-
nych w rejonie rolniczym (białostockie) i przemysłowym ( katowickie)-
Żmudzki 1978
rejon bydło świnie konie
nerki sierść nerki sierść nerki sierść
białostockie 0.51 0.20 0.32 0.14 64.8 0.17
katowickie 3.26 0.64 2.39 0.19 173.2 1.27
PASZE
Dopuszczalna zawartość kadmu w paszach dla
przeżuwaczy :
w pełnoporcjowych mieszankach paszowych
- do 1 mg/kg
w mieszankach uzupełniających - do 0,5 mg/kg
z wyjątkiem mieszanek mineralnych, które mogą
zawierać - do 5 mg/kg
Problemy związane z zagrożeniem człowieka
Wynikają one z :
1. Właściwości długiego kumulowania się kadmu w
organizmie - okres półtrwania u człowieka szacowany
jest od 16-30 lat
2. Pracą człowieka w zakładach o dużej emisji związków
kadmu i bezpośredniego narażenia w miejscu pracy
3. Stosunkowo wysokim zanieczyszczeniem środowiska
związkami kadmu, których stężenie od czasu II wojny
światowej podniosło się o wielokrotnie, co spowodowało
znaczne zwiększenie dawki przyjmowanej przez
człowieka.
(W Stanach Zjednoczonych przyjmowanie przez
człowieka związków kadmu z pożywieniem wynosi ok.
90% normy przewidzianej przez WHO/FAO)
Objawy zatrucia u ludzi
Występują dwie formy zatrucia : ostra i przewlekła
1. Zatrucie ostre - związane z przyjęciem odpowiednio
wysokiej dawki kadmu głównie z powietrzem . Dawka
toksyczna kadmu to 2400 mg/min/m3
Występują wówczas dreszcze, podwyższona ciepłota,
nudności, wymioty, pieczenie w klatce piersiowej i kaszel.
Rozwija się często ciężki obrzęk płuc. Efektem mogą być
zmiany zwłóknienia śródmiąższowego płuc.
2. Zatrucie przewlekłe - pojawia się po przekroczeniu
progu nerkowego dla kadmu. Występują:
- ciężkie uszkodzenia nerek
- zmiany patologiczne w układzie kostnym - osteopo-
roza, spontaniczne złamania, bóle kończyn i kręgo-
słupa
- niedokrwistość niedobarwliwa
- upośledzenie powonienia
- zmiany rozedmowe - u ludzi narażonych na dymy i
pyły zawierające kadm
Przewlekła postać zatrucia wystąpiła w Japonii
jako tzw choroba itai-itai w regionie nawadnia-
nia pól ryżowych wodą zawierającą ścieki
fabryczne. Dzienne spożycie kadmu z ryżem
wynosiło u mieszkańców tego regionu ponad 140
g.
U człowieka wykazano, że miejscem kumulacji
kadmu jest łożysko. U kobiet palących stwier-
dzić można stężenie kadmu o 45% większe.
Niekorzystny wpływ kadmu na rozwój psycho-
fizyczny potomstwa został także dowiedziony.