Acute intoxicatie

De ademhalingswegen worden ernstig aangetast door het inademen van met cadmium verontreinigde lucht: Kortademigheid, longoedeem en vernietiging van slijmvliezen als onderdeel van door cadmium veroorzaakte pneumonitis zijn beschreven. Zoals al in 1942 werd gerapporteerd, veroorzaakt de inname van met cadmium verontreinigd voedsel acute gastro-intestinale effecten, zoals braken en diarree.

Schade aan de nieren

Schade aan de nieren is al lang geleden beschreven als het belangrijkste probleem voor patiënten die chronisch aan cadmium zijn blootgesteld. Zoals hierboven vermeld, bereikt cadmium de nieren in de vorm van cadmium-metallothioneïne (Cd-MT). Cd-MT wordt in de glomerulus gefiltreerd en vervolgens in de proximale tubulus gereabsorbeerd. Het blijft vervolgens in de tubuluscellen achter en vormt het grootste deel van de cadmiumbelasting van het lichaam. De hoeveelheid cadmium in de tubuluscellen van de nier neemt toe gedurende het hele leven van elke persoon. Een verstoring van het fosfor- en calciummetabolisme als gevolg van dit verschijnsel staat ter discussie. Een toenemende cadmiumbelasting in de nier zou ook leiden tot een hogere calciumuitscheiding, met als gevolg een hoger risico op nierstenen.

De cadmiumuitscheiding in de urine bleek te correleren met de mate van door cadmium veroorzaakte nierschade: Een urinaire uitscheiding van 2,5 microgram cadmium per gram creatinine wijst op een niertubulaire beschadigingsgraad van 4% . De voornaamste markers van nierschade zijn echter het in de urine uitgescheiden β2-microglobuline, N-acetyl-α-D-glucosaminidase (NAG) en retinol-bindend proteïne (RBP). De ChinaCad-studie toonde significant hogere waarden voor urinair β2-microglobuline en RBP bij mensen met een hoge cadmiumconcentratie in het bloed dan bij mensen met normale waarden . In de eerste groep werden zowel glomerulaire als tubulaire beschadigingen waargenomen. Er is gediscussieerd over de vraag of tubulaire schade omkeerbaar is of niet. De algemene opinie is tegenwoordig echter dat deze onomkeerbaar is.

Effecten van cadmium in de voortplantingsbiologie

Cadmium lijkt de steroidogene route van de eierstokken bij ratten te verstoren. Piasek et al. evalueerden de directe effecten van in vitro blootstelling aan cadmium op de steroïdogenese in de eierstokken van ratten.

Het meest beïnvloed waren de productie van progesteron en testosteron. Lage doses cadmium zouden de biosynthese van progesteron in de eierstokken stimuleren, terwijl hoge doses deze zouden remmen. Blootstelling van de moeder aan cadmium wordt in verband gebracht met een laag geboortegewicht en een toename van spontane abortus. Er zijn ook aanwijzingen dat cadmium een krachtig niet-steroïdaal oestrogeen is, zowel in vivo als in vitro. Onderzoek bij ratten heeft uitgewezen dat cadmium een versterkte ontwikkeling van de borst en een verhoogd baarmoedergewicht in de hand werkt.

Botschade en de Itai-Itai-ziekte

Verschillende studies in de 20e eeuw hebben een verband aangetoond tussen cadmiumvergiftiging en botschade, b.v. bij arbeiders die werden blootgesteld aan met cadmium verontreinigde rook en stof.

Cadmium kon ook in verband worden gebracht met het optreden van Itai-Itai, een ziekte waarbij de patiënten een hele reeks symptomen vertonen, zoals: lage graad van botmineralisatie, hoog percentage breuken, verhoogde graad van osteoporose, en intense pijn in de botten. Een epidemisch optreden van de ziekte van Itai-Itai werd waargenomen in het stroomgebied van de Jinzu-rivier (Japan) in de jaren 40 van de vorige eeuw. In een onderzoek bij deze gelegenheid werd vastgesteld dat patiënten de karakteristieke symptomen vertoonden na het eten van rijst, verbouwd op velden die geïrrigeerd waren met sterk met cadmium verontreinigd water. Ook pseudofracturen die kenmerkend zijn voor osteomalacie en ernstige ontkalking van het skelet konden worden waargenomen. Kritiek op deze studie kwam voort uit het feit dat het merendeel van de patiëntengroep bestond uit vrouwen in de postmenopauze. Onderliggende osteoporose, mogelijk versterkt door cadmiumintoxicatie, werd gesuggereerd als de eigenlijke reden voor de waargenomen symptomen.

Verder bewijs voor de causaliteit van cadmiumintoxicatie voor botaandoeningen werd in 2003 gevonden door Honda et al. Zij konden een omgekeerde correlatie beschrijven van de STIFF-index (een ultrasone methode om botdichtheid te meten) en de cadmiumconcentratie in de urine. Vergelijkbare bevindingen werden gedaan in de OSCAR-studie, uitgevoerd bij 1021 mensen uit Zuid-Zweden. Hier kon een significante negatieve correlatie worden aangetoond tussen de cadmiumconcentratie in de urine en een lage botdichtheid; vooral bij mensen van 60 jaar en ouder. Verder werd er bewijs gevonden voor een verhoogd risico op onderarmfracturen bij aan cadmium blootgestelde personen. De bij dit onderzoek betrokken personen waren ofwel werknemers van de batterijfabriek, ofwel inwoners van een stad in de buurt van de batterijfabriek. Een collectief van niet-blootgestelde personen werd als referentiegroep opgenomen.

De Belgische CadmiBel-studie – uitgevoerd tussen 1985 en 1989 – kwam tot soortgelijke conclusies: Zelfs een minimale blootstelling aan cadmium in het milieu zou leiden tot demineralisatie van het skelet. Een deel van de CadmiBel-deelnemers werd later getest op de botdichtheid van de onderarm tijdens de zogenaamde PheeCad-studie (1992-1995). Ook hier werd een lagere botdichtheid gevonden bij personen die eerder aan cadmium waren blootgesteld. Het interessantste aspect van deze studie was het feit dat hun totale cadmiumlichaamsbelasting (volgens de uitscheiding van cadmium in de urine) aanzienlijk lager was dan die van Japanse Itai-Itai-patiënten: CadmiBel/PheeCad-deelnemers vertoonden een uitscheiding van cadmium in de urine van slechts 1 μg/g creatinine, terwijl Itai-Itai-patiënten een uitscheiding van ongeveer 30 μg/g creatinine bleken te hebben.

Het precieze mechanisme van de interferentie tussen cadmium en botmineralisatie moet nog worden ontdekt. Op dit moment lijkt een directe invloed op de functie van osteoblasten en osteoclasten even waarschijnlijk als een indirecte invloed via inductie van nierdisfunctie. Een verstoring van de vitamine D3 metabolische route door cadmium staat ook ter discussie: Volgens deze hypothesen zouden lood en cadmium interageren met renale mitochondriale hydroxylases van het vitamine D3 endocrine complex . Figuur 2 geeft een overzicht van de effecten van cadmium in verschillende orgaansystemen.

Carcinogeniteit

Er is enig bewijs dat cadmium kanker kan veroorzaken. Waalkes e.a. hebben aangetoond dat een subcutane injectie van cadmiumchloride prostaatkanker kan induceren bij Wistar-ratten. Deze groep stelde ook dat hoge doses cadmium ernstige necrose van de testikels bij ratten kunnen veroorzaken, gevolgd door een hogere incidentie van testiculaire interstitiële tumoren. In tegenstelling tot laboratoriumgegevens konden epidemiologische studies echter niet overtuigend aantonen dat cadmium een oorzaak van prostaatkanker is.

Vroege publicaties suggereerden echter een verband tussen cadmium en nierkanker bij de mens. Deze veronderstelling werd in 2005 bevestigd door een systematisch onderzoek van zeven epidemiologische en elf klinische studies. Bijgevolg besloot het IARC (Internationaal Instituut voor Kankeronderzoek) cadmium in te delen als een carcinogeen voor de mens van groep I. De recentste gegevens ondersteunen echter de veronderstelling dat alleen de opname van cadmium via de ademhalingswegen carcinogeen is .

Hoewel de moleculaire mechanismen van door cadmium veroorzaakte carcinogenese nog niet begrepen zijn, kunnen verschillende factoren hiertoe bijdragen: Up-regulation of mitogenic signalling, perturbance of DNA-repairing mechanism, and acquisition of apoptotic resistance by cadmium exposure . Ook een vervanging van zink door cadmium in transcriptieregulerende eiwitten staat ter discussie. Bovendien hebben nieuwe gegevens aangetoond dat cadmium in staat is de conformatie te veranderen van E-Cadherine, een transmembraan Ca(II)-bindend glycoproteïne. E-Cadherine speelt een belangrijke rol in cel-cel adhesies, vooral in epidermale cellen. Deze resultaten zijn consistent met de hypothese dat E-cadherine een direct moleculair doelwit kan zijn voor Cd(2+) toxiciteit.

Er zijn nog vele andere gebieden van bedrijfsgeneeskunde en toxicologie waarin cadmium momenteel vermoedelijk een belangrijke rol speelt Zij worden weggelaten in verband met de beperkte ruimte en de volledigheid van dit overzicht.