Akute Vergiftung

Das Atmungssystem wird durch das Einatmen von cadmiumhaltiger Luft stark beeinträchtigt: Kurzatmigkeit, Lungenödeme und Zerstörung der Schleimhäute im Rahmen einer cadmiumbedingten Pneumonitis sind beschrieben. Wie bereits 1942 berichtet, führt der Verzehr von cadmiumbelasteten Lebensmitteln zu akuten gastrointestinalen Wirkungen wie Erbrechen und Durchfall.

Nierenschäden

Nierenschäden sind seit langem als Hauptproblem bei chronisch cadmiumbelasteten Patienten beschrieben. Wie bereits erwähnt, erreicht Cadmium die Niere in Form von Cadmium-Metallothionein (Cd-MT). Cd-MT wird im Glomerulus filtriert und anschließend im proximalen Tubulus rückresorbiert. Es verbleibt dann in den Tubuluszellen und macht den größten Teil der Cadmiumkörperbelastung aus. Die Cadmiummenge in den Nierentubuluszellen nimmt im Laufe des Lebens eines jeden Menschen zu. Eine Störung des Phosphor- und Kalziumstoffwechsels als Folge dieses Phänomens ist in der Diskussion. Es wird auch diskutiert, dass eine zunehmende Cadmiumbelastung in der Niere zu einer höheren Calciumausscheidung und damit zu einem höheren Risiko für Nierensteine führt.

Es wurde gezeigt, dass die Cadmiumausscheidung im Urin mit dem Grad der cadmiumbedingten Nierenschädigung korreliert: Eine Urinausscheidung von 2,5 Mikrogramm Cadmium pro Gramm Kreatinin spiegelt einen renalen tubulären Schädigungsgrad von 4% wider. Die primären Marker für eine Nierenschädigung sind jedoch das mit dem Urin ausgeschiedene β2-Mikroglobulin, die N-Acetyl-α-D-Glucosaminidase (NAG) und das Retinol-bindende Protein (RBP). Die ChinaCad-Studie ergab signifikant höhere Werte für β2-Mikroglobulin und RBP im Urin bei Personen mit hoher Cadmiumkonzentration im Blut als bei Personen mit normalen Werten . In der ersten Gruppe wurden sowohl glomeruläre als auch tubuläre Schäden beobachtet. Es wurde diskutiert, ob die tubulären Schäden reversibel sind oder nicht. Die allgemeine Meinung ist heute jedoch, dass sie irreversibel sind.

Auswirkungen von Cadmium auf die Reproduktionsbiologie

Cadmium scheint den ovariellen Steroidogenitätsweg bei Ratten zu stören. Piasek et al. untersuchten die direkten Auswirkungen einer In-vitro-Cadmiumexposition auf die Steroidogenese in den Eierstöcken von Ratten.

Am stärksten betroffen war die Produktion von Progesteron und Testosteron. Es wird berichtet, dass niedrige Cadmiumdosen die ovarielle Progesteronbiosynthese stimulieren, während hohe Dosen sie hemmen. Eine mütterliche Cadmiumexposition wird mit einem niedrigen Geburtsgewicht und einem Anstieg der Spontanaborte in Verbindung gebracht. Es gibt auch Hinweise darauf, dass Cadmium in vivo und in vitro ein starkes nichtsteroidales Östrogen ist. Studien an Ratten haben gezeigt, dass Cadmium eine verstärkte Entwicklung der Brustdrüse und ein erhöhtes Gewicht der Gebärmutter auslöst.

Knochenschäden und die Itai-Itai-Krankheit

Einige Studien im 20. Jahrhundert zeigten einen Zusammenhang zwischen Cadmiumvergiftung und Knochenschäden, z.B. bei Arbeitern, die cadmiumbelastetem Rauch und Staub ausgesetzt waren.

Cadmium konnte auch mit dem Auftreten von Itai-Itai in Verbindung gebracht werden, einer Krankheit, bei der die Patienten ein breites Spektrum von Symptomen aufweisen, wie z. B. einen niedrigen Grad an Knochenmineralisierung, eine hohe Rate an Knochenbrüchen, eine erhöhte Rate an Osteoporose und starke knochenbezogene Schmerzen. Ein epidemisches Auftreten der Itai-Itai-Krankheit wurde in den 1940er Jahren im Flussgebiet des Jinzu (Japan) beobachtet. In einer Studie zu diesem Anlass wurde festgestellt, dass die Patienten die charakteristischen Symptome zeigten, nachdem sie Reis gegessen hatten, der auf Feldern angebaut wurde, die mit stark cadmiumbelastetem Wasser bewässert wurden. Auch Pseudo-Frakturen, die für Osteomalazie charakteristisch sind, und eine starke Entkalkung des Skeletts konnten beobachtet werden. Kritik an dieser Studie kam auf, weil die Mehrheit des Patientenkollektivs aus Frauen in der Postmenopause bestand. Eine zugrunde liegende Osteoporose, die möglicherweise durch eine Cadmiumintoxikation verstärkt wurde, wurde als eigentliche Ursache für die beobachteten Symptome vermutet.

Weitere Belege für die Kausalität einer Cadmiumintoxikation für Knochenerkrankungen fanden Honda et al. 2003. Sie konnten eine inverse Korrelation zwischen dem STIFF-Index (einer Ultraschallmethode zur Messung der Knochendichte) und der Cadmiumkonzentration im Urin beschreiben. Zu ähnlichen Ergebnissen kam die OSCAR-Studie, die mit 1021 Personen aus Südschweden durchgeführt wurde. Hier konnte ein signifikanter negativer Zusammenhang zwischen der Cadmiumkonzentration im Urin und einer niedrigen Knochenmineraldichte nachgewiesen werden, insbesondere bei Personen im Alter von 60 Jahren und darüber. Außerdem wurden Hinweise auf ein erhöhtes Risiko für Unterarmfrakturen bei cadmiumexponierten Personen gefunden. Bei den in diese Studie einbezogenen Personen handelte es sich entweder um Arbeiter in einem Batteriewerk oder um Einwohner einer Stadt in der Nähe des Batteriewerks. Ein Kollektiv von nicht exponierten Personen diente als Referenzgruppe.

Die belgische CadmiBel-Studie, die zwischen 1985 und 1989 durchgeführt wurde, kam zu ähnlichen Ergebnissen: Selbst eine minimale Umweltexposition gegenüber Cadmium soll zu einer Demineralisierung des Skeletts führen. Einige der CadmiBel-Teilnehmer wurden später im Rahmen der so genannten PheeCad-Studie (1992-1995) auf ihre Unterarmknochendichte untersucht. Auch hier wurde eine geringere Knochendichte bei Personen festgestellt, die zuvor Cadmium ausgesetzt waren. Der interessanteste Aspekt dieser Studie war die Tatsache, dass ihre Gesamt-Cadmium-Körperbelastung (entsprechend der Cadmiumausscheidung im Urin) deutlich geringer war als die der japanischen Itai-Itai-Patienten: Die CadmiBel/PheeCad-Teilnehmer wiesen eine Cadmiumausscheidung im Urin von nur 1 μg/g Kreatinin auf, während bei den Itai-Itai-Patienten eine Ausscheidung von etwa 30 μg/g Kreatinin festgestellt wurde.

Der genaue Mechanismus der Beeinflussung von Cadmium und Knochenmineralisierung muss noch entdeckt werden. Derzeit scheint ein direkter Einfluss auf die Osteoblasten- und Osteoklastenfunktion ebenso wahrscheinlich wie ein indirekter Einfluss über die Induktion einer Nierenfunktionsstörung. Eine Störung des Vitamin-D3-Stoffwechsels durch Cadmium ist ebenfalls im Gespräch: Nach diesen Hypothesen interagieren Blei und Cadmium mit renalen mitochondrialen Hydroxylasen des endokrinen Vitamin-D3-Komplexes . Abbildung 2 gibt einen Überblick über die Auswirkungen von Cadmium auf verschiedene Organsysteme.

Karzinogenität

Es gibt einige Beweise, dass Cadmium Krebs verursachen kann. Waalkes et al. haben gezeigt, dass eine subkutane Injektion von Cadmiumchlorid bei Wistar-Ratten Prostatakrebs auslösen kann. Diese Gruppe postulierte auch, dass hohe Cadmiumdosen bei Ratten schwere Hodennekrosen verursachen können, gefolgt von einer höheren Inzidenz von interstitiellen Hodentumoren. Im Gegensatz zu den Labordaten konnten epidemiologische Studien jedoch nicht überzeugend nachweisen, dass Cadmium eine Ursache für Prostatakrebs ist.

Frühe Veröffentlichungen deuteten jedoch auf einen Zusammenhang zwischen Cadmium und Nierenkrebs beim Menschen hin. Diese Vermutung wurde 2005 durch eine systematische Überprüfung von sieben epidemiologischen und elf klinischen Studien bestätigt. Folglich beschloss die IARC (International Agency for Research on Cancer), Cadmium als Humankarzinogen der Gruppe I einzustufen. Neuere Daten stützen jedoch die Annahme, dass nur die Aufnahme von Cadmium über die Atemwege ein karzinogenes Potenzial hat.

Obwohl die molekularen Mechanismen der cadmiuminduzierten Karzinogenese noch nicht geklärt sind, könnten mehrere Faktoren dazu beitragen: Hochregulierung der mitogenen Signalübertragung, Störung des DNA-Reparaturmechanismus und Erwerb einer apoptotischen Resistenz durch Cadmiumexposition . Eine Substitution von Zink durch Cadmium in transkriptionsregulierenden Proteinen wird ebenfalls diskutiert. Darüber hinaus zeigten neue Daten, dass Cadmium die Konformation von E-Cadherin, einem Ca(II)-bindenden Transmembran-Glykoprotein, verändern kann. E-Cadherin spielt eine wichtige Rolle bei der Zell-Zell-Adhäsion, insbesondere in Epidermiszellen. Diese Ergebnisse stimmen mit der Hypothese überein, dass E-Cadherin ein direktes molekulares Ziel für die Cd(2+)-Toxizität sein könnte.

Es gibt noch viele weitere Bereiche der Arbeitsmedizin und Toxikologie, in denen Cadmium gegenwärtig im Verdacht steht, eine wichtige Rolle zu spielen Sie werden mit Rücksicht auf den begrenzten Platz und den Umfang dieser Übersichtsarbeit ausgelassen.