Toksykologia kadmu
Źródła narażenia na kadm:
-Pożywienie (10-20μg/dobę)
-Woda (<1μg/l)
Z czego około 10% dostaje się do płuc podczas palenia.-PAPIEROSY!!! 1 papieros =1μg Cd
-Narażenie zawodowe:
-Produkcja chlorku winylu
-Produkcja barwników do tworzyw sztucznych i szkła
-Produkcja stopów metali
-Produkcja akumulatorów kadmowo-niklowych
-Produkcja powłok antykorozyjnych
NDS dla Cd: 0,02 μg/m3 dymy/ 0,04 μg/m3 pyły
-Narażenie środowiskowe
-atmosfera: tereny uprzemysłowione 15-50 ng/m3, tereny nieuprzemysłowione 5-15 ng/m3
-gleby bardzo wysokie skażenia w pobliżu hut metali nieżelaznych
-naturalna zawartość kadmu w wodach jest niska i nie przekracza 0,1 ppb, jednak większość wód
powierzchniowych jest obecnie skażona tym pierwiastkiem. Przybrzeżne wody Oceanu Atlantyckiego zawierają więcej kadmu niż wody otwarte
Przemiany Cd w środowisku:
-Kadm wchodzi w połączenia z minerałami ilastymi oraz wiązany jest przez materię organiczną i wodorotlenki żelaza.
-W środowisku alkalicznym ulega wytrąceniu do formy słabo rozpuszczalnych węglanów i fosforanów.
-W glebach kwaśnych występuje w formie łatwo przyswajalnej przez rośliny (rozpuszczalne związki octan, chlorek, siarczan), dlatego nawet niewielkie stężenia kadmu mogą być toksyczne
dla ludzi i zwierząt.
-nawozy sztuczne, np. superfosfaty, są zanieczyszczone kadmem i nawożenie gleb prowadzi do ich ciągłego skażenia tym pierwiastkiem.
-Gleba
-Atmosfera: kadm znajdujący się w powietrzu w formie tlenków ulega łatwo rozpuszczeniu w opadach atmosferycznych.
Drogi wchłaniania Kadmu:
-Przewód pokarmowy- wchłanianie wynosi 3-6% dawki, głównie w jelicie cienkim. Przy obniżonej zawartości Fe, Ca, Zn i białka w diecie, wchłanianie Cd wzrasta.
-Płuca- wchłanianie zależy od wielkości cząstek (pyły i dym) i rozpuszczalności w wodzie i mieści się w zakresie 7-12%.
Przemiany w organizmie:
Krew- w 70% wiązany przez krwinki czerwone,
Osocze- Cd występuje w postaci wielkocząsteczkowych kompleksów z białkami (albumina) i stąd wędruje do wątroby, niskocząsteczkowe kompleksy ulegają resorpcji zwrotnej w kanalikach nerkowych.
WĄTROBA
-Tutaj kadm wiąże się z METALOTINEINĄ, która zawiera znaczne ilości cynku (stosunek Cd:Zn=3:1).
-Metalotioneina (białko wiążące metale, bogate w cysteinę [>30%],występuje głównie w wątrobie i nerce)
Wątroba -> Nerki
Kompleks kadmu z metalotioneiną wydalany jest z wątroby do krwi i wędruje do nerek, gdzie ulega ultrafiltracji w kłębuszkach i resorpcji zwrotnej w kanalikach. Uwolniony metal jest ponownie wiązany z metalotineiną miedziową.
Pojawienie się kompleksu metalotioneina:Cd w surowicy jest sygnałem toksycznej fazy działania tego metalu i następuje po osiągnięciu stężenia 100μg Cd/g nerki
Drogi wydalania kadmu z organizmu z moczem- wydala się w formie związanej z metalotioneiną, T1/2 dla procesu eliminacji wynosi 10 30 lat.
3 fazy wydalania:
1. Kumulacja w korze nerki z metalotioneiną- pomiar Cd w moczu określa narażenie w przeszłości.
2.W warunkach dużego narażenia następuje biosynteza metalotioneiny nerkowej- pomiar Cd odzwierciedla narażenie w przeszłości i bieżące.
3. Następuje znaczny wzrost wydalania Cd, związane jest to z uszkodzeniem kanalików nerkowych.
-Kadm wchłonięty z żywnością wydala się głównie z kałem (to wskaźnik stosowany do oceny dziennego spożycia kadmu).
-Przez skórę, z potem i śliną wydala się bardzo niewielka ilość kadmu.
Toksyczność kadmu
Kadm tworzy wiązania jonowe i kowalentne z atomami: S, H i O, występującymi w grupach:
-sulfhydrylowych
-disiarczkowych
-aminowych
-imidazolowych
-fosforanowych
-karboksylowych
O wielkości interakcji z makrocząsteczkami biologicznie czynnymi i organellami komórki decyduje stężenie jonów Cd w komórce.
-Kompleks Cd- metalotioneina uważany jest za nietoksyczny jeśli jego stężenie jest <100μg/g tkanki nerki.
-Powyżej tego stężenia Cd pojawia się w surowicy i dochodzi do interakcji Cd-makrocząsteczki.
W warunkach in vitro i in vivo Cd powoduje:
-rozprężenie fosforylacji oksydatywnej w mitochondriach komórek wątroby
- obniżenie aktywności enzymów związanych z produkcją energii i procesami aktywnego transportu jonów sodu i potasu
- obniżenie aktywności oksydaz o funkcji mieszanej
-indukcję peroksydacji lipidów stres oksydacyjny
-obniżenie stężenia cytochromu P- 450 i b3
-Zaburzenie metabolizmu: Fe, Cu, Zn
Zatrucie ostre (występuje bardzo rzadko):
W ostrym zatruciu przez inhalację dymów kadmowych objawy pojawiają się dopiero po upływie 24 godzin.
Objawy podobne do gorączki metalowej:
-krótki oddech
-ogólne osłabienie i gorączkę
-niewydolność oddechowa z szokiem bądź zgon
-obrzęk płuc lub zapalenie płuc
Spożycie dużej ilości Cd - zaburzenie p-p
Zatrucie przewlekłe:
Kadm jest pierwiastkiem podlegającym stałej akumulacji w organizmach i dlatego nawet w środowisku o słabym stężeniu zachodzą po pewnym okresie chroniczne schorzenia.
Rozpoznano już różne skutki zatruć przewlekłych:
- uszkodzenie nerek ( b. mikroglobulinowe w moczu)
- uszkodzenie wątroby
- uszkodzenie jelit
- niedokrwistość
- chorobę nadciśnieniową
- zmiany w układzie krążenia
- odwapnienia kości
- powikłania ciąży, zaburzenie funkcji rozrodczych
Przewlekłe zatrucie
Pierwsze objawy przewlekłej kadmicy:
-ogólne osłabienie
-suchość jamy ustnej
-metaliczny posmak
-brak łaknienia
-wystąpienie żółtego rąbka kadmowego u nasady zębów
Nefropatia kadmowa:
-upośledzona resorpcja zwrotna w kanalikach proksymalnych
-proteinuria z białkami od 30-60 kDa (β2-mikroglobulina, RBP, Lizozym)
-aminoacyduria
-glukozuria
-N-acetyloglukozamidazy
-fosfatazy alkalicznej
Choroba Itai- Itai- Choroba ta pojawiła się w dolinie Jintsu w Japonii w latach 1940-1960 gdzie spożywano duże ilości ryżu z poletek skażonych Cd i Zn. Poletka te były nawadniane wodą, która spływała z gór wraz z odpadami kopalnianymi.
-zaburzenie metabolizmu Ca i P
-niedobory żywieniowe
-zrzeszotnienie kości
-uszkodzenie kręgosłupa, kości udowych oraz mięśni szkieletowych
-samoistne złamania
-uszkodzenia nerek
Nadciśnienie
-Cd wchodzi w reakcję w cyklu kwasu arachidonowego (zmienia stosunek tromboksanu do prostacykliny).
-Nasila peroksydację lipidów:
-obniża płynność błon komórkowych
- zmniejszenie pojemności antyoksydacyjnej organizmu
-zmniejszona destabilizacja receptorów błonowych
-zmniejszona odpowiedz na hormony
Niedokrwistość
• podwyższenie aktywności oksydazy hemowej, która utlenia hem do biliwerdyny, przyspieszenie eliminacji erytrocytów
• zaburzenie syntezy ALA -głównego enzymu syntezy porfiryn
Układ oddechowy
-obserwowano objawy rozedmy płuc i ostrych stanów zapalnych po 5 latach narażenia na wysokie stężenia Cd
-przewlekła choroba zatorowa płuc (palenie jako czynnik zakłócający w diagnostyce)
-niewydolność prawokomorowa jako następstwo
Proces nowotworowy
-Gruczoł krokowy: Cd wypiera Zn, który występuje w sterczu w dużym stężeniu, powoduje to zaburzenia procesów hormonalnych i wzrost stężenia testosteronu
-Nerka
-Płuca (palenie jako czynnik maskujący)
Diagnoza zatrucia kadmem
Stwierdzenie nefropatii kadmowej
- Upośledzenie resorpcji zwrotnej w kanalikach proksymalnych - proteinuria typu kanalikowego
(białka o niskiej masie cząsteczkowej:
• β2-mikroglobulina
• białko wiążące retinol
• lizozym
• immunoglobuliny
- Białkomoczowi towarzyszy aminoacyduria, enzymuria, glukozuria, zwiększone wydalanie Ca, P,
Cu i metalotioneiny
Zmiany ze strony układu kostnego
- Zaburzenia metabolizmu Ca i P
• Silne bóle stawów i kości
• Osteoporoza
• Samoistne złamania
Zmiany ze strony układu oddechowego
Rozedma płuc
Działanie rakotwórcze (rak płuc)
-Stężenie kadmu w moczu - wskaźnik narażenia
- powinno się oznaczać równolegle z innymi parametrami informującymi o uszkodzeniu nerek.
-Dopuszczalne stężenie kadmu w moczu osób narażonych zawodowo nie powinno przekraczać 10μg/g kreatyniny.
Stężenie kadmu we krwi- wskazuje na aktualne narażenie na ten metal, lecz nie informuje o jego stężeniu w organizmie.
Interakcje kadmu:
-z Zn, Cu i Se polegają na wzajemnym wypieraniu się z kompleksu z metalotioniną (zwiększenie
zawartości tych pierwiastków osłabia toksyczne działanie kadmu).
-antagonizm kadm/żelazo (Cd/Fe jest sprzężony z antagonizmem kadm/wapń (Cd/Ca) - wywołuje
zwiększone wydalanie wapnia pod wpływem kadmu.
Podobieństwo w działaniu do innych związków nieorganicznych
-Proteinuria, glukozuria, enzymuria i β-2 mikroglobinuria może być spowodowana innymi metalami, jak: Hg, Pb, Bi, Au, itd.
-Stężenie metalotioneiny i miedzi także zwiększa się w moczu po narażeniu na metale ciężkie.
Stąd konieczność jednoczesnego oznaczania w moczu: kadmu, metalotioneiny i β-2 mikroglobuliny