La toxicidad del cadmio y los riesgos resultantes para la salud humana

Cadmio (grupo IIB de la tabla periódica de elementos) es un metal pesado que presentan graves riesgos para la salud humana. Hasta el día de hoy, no puede ser demostrado que el cadmio tiene ninguna función fisiológica en el cuerpo humano. Interés por lo tanto, ha aumentado en los biopeligrosos su potencial. Como se describió por primera vez por Friedrich Stromeyer (Göttingen, Alemania) en 1817, el cadmio puede provocar intoxicación a riñón, hueso, y daños pulmonares.

En este artículo, se revisa la evolución reciente y los resultados de toxicología del cadmio.

El cadmio se encuentra en forma regular junto con los minerales de zinc, cobre y plomo. Por lo tanto la actividad volcánica es una razón natural para un aumento temporal del medio ambiente en concentraciones de cadmio. El cadmio se utiliza ampliamente en los procesos industriales, por ejemplo: como un agente anticorrosivo, como un estabilizador en productos de PVC, como un pigmento de color, un absorbedor de neutrones-en las centrales nucleares, y en la fabricación de baterías de níquel-cadmio. Fertilizantes fosfatados también muestran una gran carga de cadmio. A pesar de que algunos de cadmio que contienen los productos pueden ser reciclados, una gran parte de la contaminación por cadmio es causado por el dumping y la incineración de cadmio de los residuos contaminados [1]. En Escandinavia, por ejemplo, concentración de cadmio en los suelos agrícolas se incrementa en un 0,2% por año. El total mundial de emisiones de cadmio asciende a 7000 t / año [2].

El valor máximo admisible para los trabajadores de acuerdo con la legislación alemana es de 15 μ g / l. A título de comparación: Los no fumadores tienen una media de concentración de cadmio en sangre de 0,5 μ g / l.

Básicamente hay tres formas posibles de cadmio resorción: gastrointestinales, pulmonares y dérmica.

La adopción a través de la gastrointestinal humano es de aproximadamente el 5% del ingerido una cantidad de cadmio, dependiendo de la dosis exacta y la composición nutricional [3]. Un ciudadano medio alemán tiene una ingesta diaria de 30-35 μ g de cadmio, y el 95% de este tomarse con alimentos y bebidas. Un fumador promedio tiene una ingesta adicional de 30 μ g por día [4]. Son varios los factores que pueden aumentar esta cantidad, como la baja ingesta de vitamina D, calcio y oligoelementos como zinc y cobre.

En relación con el zinc y el calcio, se supone que su homología molecular podría ser un motivo para una compensación de cadmio superior resorción [5]. Foulkes fue capaz de demostrar esa competencia la resorción de Cd en un modelo animal: rata yeyuno, la absorción de cadmio estaba deprimido por concentraciones relativamente altas de otros cationes polivalentes, con inclusión de Pb, Ni, Cr3 +, Sr y Mg [6].

Además, una dieta de alta fibra dietética aumenta la ingesta de cadmio [7]. La mayoría de los parámetros metabólicos importantes para absorción de cadmio es una persona de la posible falta de hierro. Las personas con bajos suministros de hierro mostró un 6% mayor absorción de cadmio que aquellos con un balance equilibrado de hierro [8]. Esta es la razón principal para la reabsorción de cadmio superior en personas con anemia y déficit de hierro habitual, como los niños o las mujeres menstrúan. Baja los niveles de hierro en sangre estimular la expresión de DCT-1, un transportador de iones metálicos en el tracto GI, que actúa como una puerta para el cadmio resorción [9].

La principal fuente de cadmio inhalative intoxicación es el humo del cigarrillo. El pulmón humano resorbes 40-60% del cadmio en el humo del tabaco [10]. A 50 años de edad media no fumador tiene una carga corporal de cadmio de 15 mg. Mientras que un comparables de toda la vida fumador muestra un valor de 30 mg. Los fumadores tienen por lo general los niveles de cadmio en sangre 4-5 veces superiores a las de los no fumadores [7].

Los trabajadores expuestos al cadmio que contienen los humos se ha informado a desarrollar distrés respiratorio agudo síndromes (SDRA) [11].

Inhalativly resorbed cadmio llega a la circulación sanguínea por lo general en forma de cadmio-cisteína complejos [12].

Poca investigación se ha llevado a cabo por absorción cutánea de cadmio. En 1991, Wester et al. experimentado en la resorción de cadmio suelo contaminado con agua y soluciones de piel de cadáver humano en la difusión de un modelo celular. Se podría demostrar una penetración de 8,8% (el suelo) y el 12,7% (agua) de la dosis aplicada cadmio en la piel, mientras que el plasma de absorción del suelo de 0,01% y 0,07% de agua [13]. Lansdown Sampson y administró una solución de cloruro de cadmio al dorso de las ratas (afeitado la piel) al día durante 10 días. La piel mostró hiperqueratosis y acantosis con ocasionales ulcerosa cambio, y un aumento del índice mitótico de las células de la piel. También concentración de cadmio en sangre, el hígado y el riñón aumentado, lo que indica la absorción percutánea [14].

Dos mecanismos de facilitar la absorción de cadmio de la piel: unión de un ion libre de cadmio a sulfhydryl radicales de cisteína en la epidermis keratins, o una inducción y complejantes con metallothionein [15].

Una vez absorbido por la sangre, la mayoría de cadmio es transportado obligado a proteínas, como la albúmina y Metallothionein.

El primer órgano se llegó después de la absorción en la GI-sangre es el hígado. Aquí el cadmio induce la producción de Metallothionein. Después de hepatocitos consecutivos necrosis y apoptosis, Cd-Metallothionein complejos son lavados en la sangre sinusoidal. A partir de aquí, partes del cadmio absorbido entrar en el entero-hepatical ciclo a través de la secreción en las vías biliares en forma de cadmio-Glutatión conjugados. Degradadas enzimáticamente al cadmio-cisteína complejos en el árbol biliar, cadmio vuelve a entrar en el intestino delgado [12].

El principal órgano de largo plazo de acumulación de cadmio es el riñón [16]. Aquí la vida media de período para el cadmio es de aprox. 10 años. A lo largo de la vida, por lo tanto, la ingesta puede dar lugar a una acumulación de cadmio en el riñón, por lo tanto lo que tubulus necrosis celular.

La sangre de concentración de cadmio sirve como un indicador fiable de una reciente exposición, mientras que la concentración urinaria refleja la exposición en el pasado, carga corporal y la acumulación renal [3]. La excreción de cadmio se lleva a cabo a través de las heces y la orina. Figura 1 presenta un esquema en el manejo de cadmio en el cuerpo humano.

El sistema respiratorio se ve afectada gravemente por la inhalación de cadmio de aire contaminado: Dificultad para respirar, edema pulmonar y la destrucción de las membranas mucosas, como parte de cadmio inducida por neumonitis se describen [17]. Como ya se informó en 1942, la ingesta de cadmio de alimentos contaminados provoca graves efectos gastrointestinales, como vómitos y diarrea [18].

Daño en los riñones hace mucho que se ha sido descrito como el principal problema para los pacientes crónicamente expuestos al cadmio [19]. Como se mencionó anteriormente, el cadmio llega al riñón en forma de metallothionein-cadmio (Cd-MT). Cd-MT es filtrada en el glomérulo, y posteriormente reabsorbido en el proximal tubulus. A continuación, permanece en el tubulus células y hace que hasta para la mayor parte de la carga corporal de cadmio. La cantidad de cadmio en el riñón tubulus células aumenta durante toda persona de la vida. A perturbance del fósforo y el metabolismo del calcio como consecuencia de este fenómeno está en discusión [20]. Un creciente carga de cadmio en el riñón se analiza también dar lugar a una mayor excreción de calcio, lo cual llevó a un mayor riesgo de cálculos renales.

La excreción urinaria de cadmio fue mostrado correlación con el grado de cadmio inducida por daño en los riñones: Un excreción urinaria de 2,5 microgramos de cadmio por gramo de creatinina refleja un daño tubular renal de grado 4% [7]. Los principales marcadores de daño renal sin embargo, son los urinarily excreta β2-microglobulina, N-acetil-α-D-glucosaminidase (NAG), retinol y vinculantes-las proteínas (PER) [21]. El ChinaCad-Estudio mostró valores significativamente más altos para urinaria β2-microglobulina y las prácticas comerciales restrictivas a las personas con tensión arterial elevada concentración de cadmio en las personas con valores normales [3]. En el primer grupo, tanto glomerular y tubular, donde observó los daños. Se ha discutido si o no daño tubular es reversible [22]. La opinión general, sin embargo, es hoy, que es irreversible.

El cadmio parece interferir con la vía de ovario steroidogenic en ratas. Piasek et al. evaluó los efectos directos de cadmio in vitro exposición sobre la esteroidogénesis en los ovarios de ratas.

Los más afectados fueron la producción de progesterona y testosterona [23]. Baja dosis de cadmio, según se informa, estimular la biosíntesis de progesterona ovárica, mientras que altas dosis inhiben [24]. Exposición materna al cadmio está asociada con una baja natalidad Wight y un aumento de aborto espontáneo [25, 26]. Algunos también existen pruebas de que el cadmio es un potente estrógeno nonsteroidal in vivo e in vitro. Estudios en ratas mostraron que el cadmio precipita mayor desarrollo mamario y uterino aumentó Wight [27].

Varios estudios en los años 20 ^{del siglo} mostraron una conexión entre el cadmio intoxicación y daño óseo, por ejemplo, en los trabajadores expuestos al cadmio-contaminado de humo y polvo [28].

El cadmio también podría ser mostrado estar asociado con las ocurrencias de Itai-Itai, una enfermedad en virtud del cual los pacientes muestran una amplia gama de síntomas tales como: bajo grado de mineralización ósea, la alta tasa de fracturas, aumento de la tasa de osteoporosis, e intenso dolor óseo asociado . Una epidemia la aparición de Itai-Itai enfermedad se observó en la cuenca del río Jinzu (Japón) en la década de 1940. En un estudio en esta ocasión, los pacientes que encuentran para mostrar los síntomas característicos después de haber comido arroz, cultivado en los campos de regadío altamente cadmio con agua contaminada. También pseudo fracturas de carácter grave y osteomalacia descalcificación ósea puede ser observado. Las críticas de este estudio surgió debido al hecho de que la mayoría de los pacientes colectivo estaba formado por mujeres en la post-menopausia [29]. Detrás de la osteoporosis, un posible aumento de cadmio intoxicación, se sugirió a ser el verdadero motivo de los síntomas observados [30].

Otra prueba de la causalidad de la intoxicación por cadmio enfermedades óseas fue encontrado en 2003 por Honda et al. Los patrones pueden describir una correlación inversa de la rigidez de índice (un método de ultrasonidos para medir la densidad ósea) y la orina concentración de cadmio [25]. Similares conclusiones se haga dentro de la OSCAR-estudio, realizado con 1021 personas desde el sur de Suecia. He aquí una importante correlación negativa puede ser mostrada entre la concentración de cadmio en la orina y la baja densidad mineral ósea, especialmente en las personas de una edad de 60 años o más. Por otra evidencia de un aumento del riesgo de fracturas en antebrazo-cadmio los individuos expuestos se encontró [31]. Los individuos incluidos en este estudio fueron batería planta de trabajadores, o habitantes de un pueblo cercano a la planta de baterías. Un colectivo de personas sin impresionar si se incluye como grupo de referencia.

El belga CadmiBel estudio - realizado entre 1985 y 1989 - llegaron a conclusiones similares: Incluso mínima exposición ambiental al cadmio se supone que causa desmineralización ósea [32]. Algunos de los participantes CadmiBel-más tarde se realizarán las pruebas de densidad ósea antebrazo durante el llamado PheeCad de estudios (1992-1995). También en este caso menor densidad ósea cuando se encuentran en individuos previamente expuestos al cadmio. El aspecto más interesante de este estudio fue el hecho de que su carga corporal de cadmio (de acuerdo con la excreción urinaria de cadmio) fue significativamente más bajo que el de japonés Itai-Itai pacientes: CadmiBel / PheeCad los participantes mostraron una excreción urinaria de cadmio de tan sólo 1 μ g / g de creatinina, mientras que Itai-Itai pacientes que han encontrado a una excreción de aproximadamente 30 μ g / g de creatinina.

El mecanismo exacto de interferencia entre el cadmio y la mineralización del tejido óseo que queda por descubrir. Actualmente, una influencia directa sobre el osteoblasto y el osteoclasto función como parece probable como una influencia indirecta a través de la inducción de la disfunción renal [33]. A perturbance de la vitamina D3 vía metabólica a través de cadmio está también en discusión: De acuerdo con estos hypothesises, el plomo y el cadmio interactuar con hydroxylases mitocondrial renal de la vitamina D3 endocrino complejo [34]. Figura 2 se ofrece una visión general sobre los efectos de cadmio en varios órganos y sistemas.

Hay algunas pruebas de que el cadmio puede causar cáncer. Waalkes et al. han demostrado que una inyección subcutánea de cloruro de cadmio puede provocar cáncer de la próstata en ratas Wistar [35]. Este grupo también postula que dosis altas de cadmio puede causar graves necrosis testicular en ratas, seguido por una mayor incidencia de tumores testiculares intersticiales. En contraste con los datos de laboratorio, sin embargo, los estudios epidemiológicos no puede demostrar convincentemente cadmio a ser una causa del cáncer de próstata [36].

A principios de publicaciones sin embargo sugirieron una asociación de cadmio y el cáncer de riñón en los seres humanos [37]. Esta hipótesis fue confirmada en 2005 por una revisión sistemática de siete epidemiológica y once estudios clínicos [38]. En consecuencia, la IARC (International Agency for Research on Cancer) decidió clasificar el cadmio como cancerígeno humano del grupo I. Los últimos datos sin embargo apoya la hipótesis de que sólo se hace uso del cadmio a través del sistema respiratorio tiene potencial carcinogénico [3].

Aunque los mecanismos moleculares de cadmio carcinogénesis inducida todavía no se han entendido, varios factores pueden contribuir en su desarrollo: sobre regulación de la señalización mitogénica, perturbance de reparación de ADN mecanismo, y la adquisición de resistencia a apoptosis exposición de cadmio [39]. A la sustitución del zinc por el cadmio en la transcripción de las proteínas reguladoras también está en discusión. Por otra parte, los nuevos datos mostraron que el cadmio es capaz de cambiar la conformación de E-cadherina, una transmembrana de Ca (II)-glicoproteína vinculante. E-cadherina desempeña un papel importante en la celda de células adherencias, especialmente en células epidérmicas [40]. Estos resultados son consistentes con la hipótesis de que la E-cadherina puede ser un objetivo directo molecular de Cd (2 +) toxicidad.

Hay muchos más campos de la medicina del trabajo y toxicología en el que el cadmio es actualmente sospecha que desempeñan un importante papel [41 - 45] Ellos se han omitido en lo que respecta a las limitaciones de espacio y la amplitud de esta revisión.

Últimos estudios han demostrado la importancia de una reducción de las emisiones de cadmio para la salud humana. Algunos esfuerzos en este sentido se han realizado, especialmente dentro de la Unión Europea. El cadmio, por una parte, es ejemplo de una sustancia industrial utilizada con resultados negativos a largo plazo efectos sobre la salud humana. Por otra parte, es un ejemplo para el beneficiario potencial de la cooperación internacional de los laboratorios, las universidades y las autoridades locales. Los esfuerzos para la investigación y reducir los efectos de las emisiones de cadmio para continuar. Una serie de proyectos prometedores dar lugar a la esperanza de que, en el futuro, métodos alternativos de experimentación podrá permitir una reducción del número de animales de laboratorio necesarias para esta investigación.