PMC

Muutama vuosikymmen sitten erilaisten kemiallisten materiaalien runsaan saatavuuden seuraamiseksi myrkytysten määrä on hämmästyttävästi kasvanut (1, 2). Ihmiset saattavat käyttää joitakin lääkkeitä ja kemikaaleja väärällä tavalla, minkä seurauksena he voivat saada myrkytyksen tahallisesti tai vahingossa (3, 4). Luonnollisista tai teollisista lähteistä peräisin olevat raskasmetallit voivat muiden myrkyllisten kemikaalien tavoin aiheuttaa vakavia uhkia ihmishengelle (5). Kadmium (Cd, järjestysluku 48, atomimassa 112, sulamispiste 321 °C ja kiehumispiste 765 °C) on alkuaine, jolla on pehmeät, sitkeät, hopeanvalkoiset, sinertävän väriset, kiiltävät ja sähköpositiiviset ominaisuudet. Sillä ei ole hajua eikä makua, ja se on erittäin myrkyllinen. Cd:llä on kahdeksan stabiilia isotooppia: 106 Cd, 108 Cd, 110 Cd, 111 Cd, 112 Cd, 113 Cd, 114 Cd ja 116 Cd. Yleisimmät isotoopit ovat 112 Cd ja 114 Cd (6). Kadmium muodostaa myös erilaisia kompleksisia orgaanisia amiineja, rikkikomplekseja, kloorikomplekseja ja kelaatteja. Cd-ionit muodostavat liukoisia karbonaatti-, arsenaatti-, fosfaatti- ja ferrosyanidiyhdisteiden suoloja. Sinkin tuotannon ohella sitä voidaan tuottaa eri kaupallisissa muodoissa. Sitä käytetään metalliseoksina galvanoinnissa (autoteollisuus) ja pigmenttien valmistuksessa (kadmiumsulfaatti, kadmiumselenidi), samoin polyvinyylimuovin stabilointiaineena ja paristoissa (ladattavat Ni-Cd-akut) (6, 7).

Epidemiologia: Huolimatta Cd-yhdisteiden maailmanlaajuisesta dramaattisesta tuotannosta, kulutuksesta ja vapautumisesta ympäristöön ei ole havaittavissa mitään tehokasta kierrätystapaa niille. Näin ollen ihmisen altistuminen Cd-yhdisteille voi aiheuttaa vakavan terveysongelman. Kadmiumia on käytetty nikkeli-kadmiumparistoissa, pigmenttinä maalien valmistuksessa, galvanoinnissa ja polyvinyylikloridimuovin valmistuksessa. Lisäksi kadmiumia on useimmissa elintarvikkeissa, ja ruokailutottumuksista riippuen sen määrä vaihtelee suuresti.

Kadmiumia esiintyy huomattavasti ympäristössä ihmisen toiminnan, kuten fossiilisten polttoaineiden käytön, metallimalmien polton ja jätteiden polton seurauksena. Jätevesilietteen vuotaminen maatalousmaahan voi aiheuttaa kasvien adsorboimien kadmiumyhdisteiden siirtymistä, joilla voi olla merkittävä rooli ravintoketjussa ja jotka kertyvät ihmisen eri elimiin. Toinen suuri kadmiumille altistumisen lähde on tupakansavu. Kun kadmiumia mitattiin tupakoitsijoiden verinäytteistä, kävi ilmi, että heidän veressään oli 4-5 kertaa korkeampi kadmiumpitoisuus kuin tupakoimattomien (8).

Kadmiumille altistumisesta monin eri tavoin on raportoitu viime vuosisadan aikana. Cd:lle altistuneiden työntekijöiden keuhkojen vaurioitumisesta raportoitiin jo 1930-luvulla. Lisäksi seuraavina vuosikymmeninä kuvattiin joitakin kadmiumille altistumisen aiheuttamia luu- ja munuaismyrkytystapauksia. Toisen maailmansodan jälkeen 1960- ja 1970-luvuilla japanilaiset kärsivät eriasteisesta saastumisesta. Itai-itai-tauti oli yksi näistä sairauksista, jotka johtuivat kroonisesti kadmiumin saastuttamista riisipelloista. Taudin sairastaneiden potilaiden määräksi arvioitiin noin 400 potilasta vuosina 1910-2007 (9).

Toisessa 16 Euroopan maassa tehdyssä kansainvälisessä yhteistutkimuksessa raportoitiin, että äiti-lapsi-parien kadmiumin määrä ylitti siedettävän viikkosaannin. Kyseisessä tutkimuksessa Puolassa virtsan Cd-pitoisuus oli korkein 16 maan vertailussa, kun taas Tanskassa se oli alhaisin (10). Yhdysvalloissa tuotetaan vuosittain noin 600 tonnia Cd-yhdistettä ja 150 tonnia tuodaan muista maista (11).

Vaikka suurimmassa osassa Irania riisi ja vehnä ovat päivittäisiä peruselintarvikkeita. Saavuttaakseen korkealaatuisia satoja iranilaiset viljelijät ovat saattaneet käyttää valtavia määriä fosfaattilannoitteita ja lietejätettä, jotka näin ollen sisältävät suurempia pitoisuuksia kadmiumia. Tämä voi lisätä Cd:n imeytymistä viljelykasveissa tuotettujen elintarvikkeiden kulutuksen kautta.

FAO:n ja WHO:n sääntöjen mukaan riisin sallittu kadmiumpitoisuus on 0,2 mg/kg (12). Tulokset osoittivat, että iranilaisten riisinäytteiden Cd-pitoisuus oli suurempi kuin sallittu pitoisuus. Lisäksi riski kasvaa muiden lähteiden, kuten maataloustuotteiden (vihannekset) ja merielintarvikkeiden (kala jne.), nauttimisesta, jos kadmiumkontaminaatiota esiintyy (13).

Nykyisin kadmiumille altistuminen on vähentynyt monissa maissa (14), mutta sen biologinen puoliintumisaika on hyvin pitkä (10-30 vuotta) (10), ja kadmiumiin liittyvät ihmisen toiminnot olisi rajoitettava mahdollisimman vähäiselle tai haitattomalle tasolle (10).

On tarpeen laatia perustiedot kadmiummyrkytyksestä ja suunnitella koulutus- ja ennaltaehkäisysuunnitelma, jotta sen myrkyllisyyden esiintyvyyttä voitaisiin vähentää merkittävästi. Tämä katsaus voi olla informatiivinen ja hyödyllinen, jotta saavutetaan tarkoitus hallita kadmiumyhdisteiden myrkytyksen kaikkia näkökohtia.

Toksisuuden mekanismi: Kadmium vaikuttaa solujen lisääntymiseen, erilaistumiseen ja apoptoosiin. Nämä toiminnot ovat vuorovaikutuksessa DNA:n korjausmekanismin kanssa, reaktiohappilajien (ROS) muodostumiseen ja apoptoosin induktioon (15). Kadmium sitoutuu mitokondrioihin ja voi pieninä pitoisuuksina estää sekä soluhengitystä että oksidatiivista fosforylaatiota (16).

Se aiheuttaa kromosomipoikkeavuuksia, sisarkromatidien vaihtumista, DNA-juostekatkoksia ja DNA-proteiinien ristisidoksia solulinjoissa. Kadmium aiheuttaa mahdollisesti mutaatioita ja kromosomaalisia deleetioita (17). Sen myrkyllisyyteen liittyy pelkistetyn glutationin (GSH) ehtyminen, se sitoo sulfhydryyliryhmiä proteiineihin ja lisää reaktiivisten happilajien (ROS), kuten superoksidi-ionien, vetyperoksidin ja hydroksyyliradikaalien, tuotantoa. Kadmium estää myös antioksidanttisten entsyymien, kuten katalaasin, mangaani-superoksididismutaasin ja kupari/sinkki-dismutaasin, toimintaa (18). Metallotioneini on sinkkiä konsentroiva proteiini, joka sisältää 33 % kysteiiniä. Metallothionein voi myös toimia vapaiden radikaalien kerääjänä. Se puhdistaa hydroksyyli- ja superoksidiradikaaleja (19). Yleisesti ottaen solut, jotka sisältävät metallotioneiineja, ovat vastustuskykyisiä kadmiumin myrkyllisyydelle. Toisaalta solut, jotka eivät pysty syntetisoimaan metallotionoineja, ovat herkkiä kadmiummyrkytykselle (20). Kadmium voi muokata solujen Ca2+-tasoa sekä kaspaasien ja typpi-aktivoitujen proteiinikinaasien (MRPK) toimintaa soluissa, jolloin nämä prosessit aiheuttavat epäsuorasti apoptoosia (21).

Vaikka P53 aiheuttaa solukuolemaa sitoutumalla suoraan mitokondrioiden kalvoproteiineihin. B-solulymfooma-extra-large (Bcl-xl), joka on mitokondrioiden transmembraanimolekyyli, ilmentyminen tukahduttaa mitokondriovälitteisen apoptoosin ja tehostaa syöpäsoluja. Haasteena esitettyyn havaintoon; P53:n sitoutuminen Bcl-xl:ään voi estää proteiini- ja apoptoottisen solukuoleman (22).

Kadmium voi indusoida ROS-tuotantoa ja johtaa oksidatiiviseen stressiin. Tämä mekanismi voi ilmentää kadmiumin roolia elintoksisuudessa, karsinogeenisuudessa ja apoptoottisessa solukuolemassa (kuva1).

Kliininen ilmentymä: Kadmiumyhdisteiden eri muodoilla on erilaisia kliinisiä ilmenemismuotoja ja toksisia vaikutuksia, jotka on selitetty yksityiskohtaisesti alla.

Kadmiumluu ja Itai-itai-tauti: Useissa tutkimuksissa mainittiin, että kadmium voi vaikuttaa luustoon. Altistuminen kadmiumille aiheutti luuston demineralisaatiota, jolloin se voi olla suoraan vuorovaikutuksessa luusolujen kanssa, vähentää mineralisaatiota, estää myös prokollageeni C-proteinaaseja ja kollageenin tuotantoa (22). Osteoporoosiin liittyviä kliinisiä löydöksiä ovat kipu, fyysinen haitta ja heikentynyt elämänlaatu. Lisäksi luun tiheyden väheneminen lisää luunmurtumien riskiä. Osteoporoottiset murtumat ovat yleisimpiä vaihdevuosien jälkeisessä iässä olevilla naisilla, mikä voi johtaa työkyvyttömyyteen. Myös osteomalasiasta johtuvia pseudomurtumia ja luuston vakavaa kalkinpoistoa voidaan havaita (23).

Kun seerumin PTH-pitoisuus laskee suuremman kadmiumaltistuksen myötä, tämä voi aiheuttaa kalsiumin vapautumista luukudoksesta (24). Kadmium voi olla vuorovaikutuksessa kalsiumin, D3-vitamiinin ja kollageenin aineenvaihdunnan kanssa. Siksi osteomalasiaa tai osteoporoosia voidaan havaita vakavan kadmiummyrkytyksen viivästyneissä ilmenemismuodoissa (22).

Itai-itai-tauti on vakavin kroonisen kadmiummyrkytyksen muoto. Se tunnistettiin ensimmäisen kerran Jinzu-joessa Toyaman prefektuurissa Japanissa (25). Luustovaurion selittämiseksi on ehdotettu kahta hypoteesia. Kadmiumin suoria vaikutuksia luuhun ovat muun muassa metafyysisten trabekuloiden katoaminen ja epifyysisen ruston lyheneminen, jossa kadmium aiheutti osteoporoottisia muutoksia, mutta ei havaittu osteomalaktisia muutoksia röntgenkontrollien avulla. Kadmiumin epäsuoria vaikutuksia luuhun ovat muun muassa: luukorteksin oheneminen, trabekulaarisen luun häviäminen, lisäksi osteosyyttien ja happamien mukopolysakkaridien määrä vähenee epifyysirustossa (25). Kadmiumin päihteet aiheuttavat aluksi reisiluun ja alaselän kipua, jonka jälkeen kipu leviää muille kehon alueille. Lisäksi luuston epämuodostumat voivat aiheuttaa luunmurtumia (26).

Renaaliset vauriot kadmiummyrkytyksessä: Kadmium kertyy pääasiassa munuaisiin ja maksaan, mutta sitä voi esiintyä myös muissa kudoksissa, kuten luussa ja istukassa. On raportoitu, että ammatti- ja ympäristöaltistuminen kadmiumille on aiheuttanut munuaisten toimintahäiriöitä (27). Kadmiumille altistumisessa voi ilmetä varhaisia merkkejä munuaisvauriosta, proteinuriasta, kalsiumhäviöstä ja tubulusvauriosta. Virtsa-analyysi voi auttaa osoittamaan munuaisvaurion varhaiset merkit (16). Yleensä glomerulussuodatusnopeus (GFR) ja reservisuodatuskapasiteetti heikkenevät, ja vakava kadmiumtoksisuus voi aiheuttaa nefrotoksisuutta, johon liittyy komplikaatioita, kuten glukosuria, aminohappoasiduria, hyperfosfaturia, hyperkalsiuria, polyuria ja vähentynyt puskurikapasiteetti (28). Proksimaalisten tubulusten soluvauriot ja toiminnallinen eheys johtivat kalsiumin, aminohappojen ja entsyymien häviämiseen ja proteiinien lisääntymiseen virtsassa. Toisaalta muutaman molekyylipainon proteiinien vähentynyt tubulaarinen reabsorptio johtaa tubulaariseen proteinuriaan. Yleisimpiä proteiineja virtsassa ovat beeta 2-mikroglobuliini, retinolia sitova proteiini ja alfa 1-mikroglobuliini (29).

Kadmium ja lisääntymisjärjestelmä: Useissa aiemmissa tutkimuksissa todettiin, että kadmium voi vaikuttaa lisääntymiseen ja kehitykseen useilla nisäkäslajeilla, ja myös viimeaikaiset tutkimukset ovat vahvistaneet nämä havainnot (30). Eläinkokeisiin verrattuna on väitetty, että kadmium vähentää siittiöiden tiheyttä, tilavuutta ja määrää ja lisää epäkypsiä siittiöitä (31). Näitä ongelmia seuraa vika spermatogeneesissä, siittiöiden laadussa ja apurauhasten eritystoiminnoissa. Lisäksi se vähentää libidoa, hedelmällisyyttä ja seerumin testosteronitasoa (32). Naisen lisääntymisjärjestelmässä munasarjojen toiminta ja munasolujen kehittyminen voivat estyä. Steroidogeneesi vähenee Cd-toksisuuden yhteydessä, ja munasarjojen verenvuotoa ja nekroosia voi esiintyä samanaikaisesti (30). On raportoitu, että spontaanien aborttien määrä ja raskauden kesto lisääntyvät ja elävänä syntyneiden määrä vähenee (31).

Kadmium ja sydän- ja verisuonijärjestelmä: In vitro -tutkimukset ovat osoittaneet kadmiumin osallisuuden endoteelin toimintahäiriöihin sekä kaulavaltimon intima-media-paksuuteen (IMT). Lisäksi ateroskleroottisten plakkien muodostumista edistettiin in vivo (33). Kadmiumin myrkytyksen jälkeen voi esiintyä endoteelin toimintahäiriöitä sydän- ja verisuonitautien (CVD) alkuvaiheessa, solukuolemaa aiheuttavaa endoteelisolujen rakenteen häviämistä ja trombogeenisiä tapahtumia. Nämä tulokset tukevat hypoteesia kadmiumin osallisuudesta sydän- ja verisuonitauteihin ja sydäninfarktiin (34). Epidemiologiset tutkimukset ovat osoittaneet, että kadmiumaltistuksella on yhteys korkean verenpaineen riskiin (systolinen ja diastolinen verenpaine).

Kadmium saattaa estää endoteelin typpioksidisyntaasia ja tukahduttaa asetyylikoliinin aiheuttamaa verisuonten rentoutumista, mikä johtaa verenpaineeseen (35). Se voi stimuloida sytokiinien tuotantoa ja aiheuttaa endoteelivaurioita. Nämä mekanismit aiheuttavat aterogeneesiä, ja pitkäaikainen altistuminen voi lisätä perifeerisen valtimotaudin esiintyvyyttä (36). Kadmiumin toksinen altistuminen voi lisätä sydän- ja verisuonikuolleisuutta (37).

Kadmium ja muut järjestelmät: Kadmiumin akuutista keskus- ja perifeerisestä neurotoksisuudesta on hiljattain raportoitu (38). Kadmium voi myös aiheuttaa soluvaurioita ja lipidiperoksidaatiota aivoissa. Sen vaikutus monoamino-oksidaasiin (MAO) on vastuussa monoamiini-välittäjäaineiden oksidatiivisesta deaminoitumisesta (38). Kadmium lisää vapaiden radikaalien tuotantoa keskushermostossa ja vähentää solujen puolustuskykyä hapettumista vastaan (39) . Yleisesti ottaen tämän mekanismin seurauksia ovat hajuaistin toimintahäiriöt, hermostolliset käyttäytymishäiriöt tarkkaavaisuudessa, psykomotorisen toiminnan häiriöt ja muistihäiriöt (40). Myrkytys voi johtaa neurodegeneratiivisiin häiriöihin, kuten Parkinsonin, Alzheimerin ja Huntingtonin tautiin, joihin liittyy muistin menetys ja käyttäytymismuutoksia.

Uudemmat tutkimukset ovat osoittaneet kadmiumin mahdollisen osallisuuden keuhkosairauksiin, kuten krooniseen obstruktiiviseen tautiin ja keuhkolaajentumaan (41). Eläinkokeet osoittivat, että kadmiumkloridi voi vähentää keuhkojen vitaalikapasiteettia ja lisätä alveolien seinämän paksuutta. Kadmiumin hengittäminen höyrynä ilman antioksidantteja ja hapetusstressin vallitessa voi johtaa keuhkotulehdukseen ja emfyseemaan (41). ATSDR:n (Agency for Toxic Substances and Disease Registry) ehdotuksen mukaan kadmium on mahdollinen keuhkojen karsinogeeni ihmisillä (41).

Kadmium imeytyy ruoansulatuskanavan (GIT) kautta. Sen liukoisuuteen ja imeytymiseen vaikuttaa mahalaukun ja/tai suolen pH. Kadmium nimittäin reagoi HCl:n kanssa ja muodostaa kadmiumkloridia. Se voi aiheuttaa GIT:n tulehduksen. H2-salpaajat voivat nostaa mahalaukun pH:ta, mikä vähentää kadmiumin liukoisuutta ja estää sen imeytymistä (42). Useat tutkimukset ovat osoittaneet, että kadmium voi aiheuttaa maksavaurioita akuutissa vaiheessa. Pitkäaikainen oraalinen kadmiumin nauttiminen voi aiheuttaa Itai-itai-taudin kroonisessa vaiheessa (43).

Rajalliset tutkimukset kadmiummyrkytyksen ihoilmiöistä osoittivat hyperkeratoosia ja akantoosia, joihin liittyi satunnaisia haavaumia aiheuttavia muutoksia, sekä ihosolujen mitoosi-indeksin nousua (44).

Kadmium ja karsinogeenisuus: Kansainvälinen syöväntutkimuskeskus IARC (International Agency for Research on Cancer) luokitteli kadmiumyhdisteet ihmiselle syöpää aiheuttaviksi (45). Sitä voidaan pitää keuhkojen syöpää aiheuttavana aineena ja se voi myös aiheuttaa eturauhas- tai munuaissyöpää .Tärkeä seikka on, että kadmium voi häiritä testosteronin tuotantoa ja aiheuttaa kivesten interstitiaalisten solujen hyperplasiaa (46). Joidenkin raporttien mukaan kadmium voi olla osallisena maksan, hemotopoiittisen järjestelmän, virtsarakon ja mahalaukun pahanlaatuisissa kasvaimissa (47). Lisäksi kadmium voi olla mahdollinen rintasyövän riskitekijä. Toisessa tutkimuksessa ehdotettiin, että kadmiumaltistuksella voi olla osuutta haimasyöpään, koska se aiheuttaa lisääntynyttä kasvainriskiä (47).

Solu- ja molekyylimekanismeihin, joihin kadmiumin karsinogeenisuus liittyy, kuuluvat proto-onkogeenien aktivoituminen, kasvainsuppressorigeenien inaktivoituminen, solujen adheesion häiriintyminen ja DNA:n korjautumisen estyminen (48). Itse asiassa DNA-juosteiden vaurioituminen tai DNA-proteiinien ristisidosten häiriö voi kokonaan aiheuttaa solun kasvun estymisen. Yhteenvetona voidaan todeta, että kadmiumille altistuminen voi vaikuttaa solujen lisääntymiseen, erilaistumiseen, apoptoosiin, solujen signalointiin ja muihin solutoimintoihin. Nämä toiminnot voivat vaikuttaa karsinogeneesiin suoraan tai epäsuorasti (47).

Diagnostinen arviointi: Veren, virtsan, hiusten ja kynsien näytteiden kadmiumpitoisuudet määritetään usein parakliinisissa laboratoriokokeissa.

Urin: Munuaiset ovat tärkein elin, johon kadmium vaikuttaa pitkäaikaisessa altistuksessa (49). Crinnion ehdotti; virtsan kadmiumpitoisuus, joka on yhtä suuri tai suurempi kuin 0,5 µg/g kreatiniinia, liittyy munuaisvaurioon, myös pitoisuudet, jotka ovat yli 2,0 µg/g kreatiniinia, voivat johtaa laajaan vaurioon (50).

Tubulaarinen toimintahäiriö, jota seuraa kadmiumin nefrotoksisuus, lisää pienimolekyylipainoisten proteiinien, kuten ß2-mikroglobuliinin, α1-mikroglobuliinin, retinolia sitovan proteiinin, entsyymien, kuten N – asetyyli – ß – glukosaminidaasin, ja kalsiumin erittymistä virtsaan (51). Tässä tilanteessa herkät testit (matalan molekyylipainon proteinuria) voivat olla positiivisia ja nähdään sekaproteinuriaa (matalan ja korkean molekyylipainon proteiinien erittyminen virtsaan) (28).

Veri: Kadmiumin pitkä puoliintumisaika (30 vuotta) voi johtua kadmiumin pitkäaikaisesta kertymisestä elimistöön, mutta kadmiumin lyhyt puoliintumisaika veressä (kolme-neljä kuukautta) on voinut johtua äskettäisestä altistumisesta. Veren kadmiumpitoisuuden toteamisraja on 0,3 µg/l (52). Veren kadmium mitattiin kahdella tekniikalla; joko elektrotermisellä atomiabsorptiospektrofotometrialla tai induktiivisesti kytketyn plasman massaspektrometrillä. Kansallisissa terveys- ja ravitsemustutkimuksissa (NHANES, National Health and Nutrition Examination Surveys) tehtyjen tutkimusten perusteella kaikkien osallistujien kadmiumin havaitsemisrajalla tai sen alapuolella olevat arvot ovat seuraavat: 1999-200: 0,3 µg/l; 2003-2004: 0,14 µg/l; 2005-2010: 0,2µg/l; (53).

Hiukset-kynnet ja sylki: Hiusten ja kynsien hivenainepitoisuuksien määrittäminen on kiinnostuksen kohteena biolääketieteissä (54). Hivenaineet, jotka kertyvät elimistöön pitkän ajan kuluessa, voivat vaikuttaa ajan mittaan biolääketieteellisiin ja metabolisiin prosesseihin (55). Lisäksi hius- ja kynsinäytteiden näytteenotto, kuljetus ja varastointi ovat helppoja ja toteuttamiskelpoisia, ja hivenaineiden analysointi näytteistä on halpaa ja nopeaa (55).

Kadmium kerääntyy elimistöön pitkäksi aikaa, ja sen pitoisuus voi vähitellen nousta useita vuosia altistumisen jälkeen.Hiusten kadmiumpitoisuuksilla on eri maissa erilaisia viitearvoja, esimerkiksi Italiassa 0,03 mg/kg, Englannissa 0,11 mg/kg ja Japanissa 0,05 mg/kg(55). Lisäksi on raportoitu, että kadmiumin määrä hiuksissa on 0,61±1,13 µg g-1 ja kynsissä 1,11±0,83 µg g-1 muualla (56). Sylkäanalyysi voi olla erinomainen menetelmä raskasmetallikontaminaation pitkäaikaiseen havaitsemiseen. Keskimääräinen kadmiumpitoisuus syljessä, jolla on ihmisen elimistössä siedettävä standardiraja, on alle 0,55 µg/l (57).

Nanomateriaalin käyttö kadmiummyrkytyksen diagnostiikassa: Nanomateriaaleilla on erilaisia sovelluksia, kuten kudos- ja elintekniikka, lääketieteelliset välineet, lääkkeiden annostelu, diagnoosin arviointi, ennaltaehkäisy ja hallinta (58). Nanoteknologian hyödyntäminen myrkyllisten metallien, kuten kadmiumin, diagnosoinnissa ja poistamisessa voi auttaa hallitsemaan kadmiummyrkytystä ja lisäämään ympäristön turvallisuutta (59).

Moneita nanohiukkasia on käytetty diagnostiikassa. Yksi nanohiukkasista on kvanttipisteet (QD). QD:t koostuvat kadmiumselenidin tai sinkkisulfidin fluoresoivista leimoista. Kun tapahtuu kadmiummyrkytys, se vapautuu ja kulkeutuu sinkki-ioneja sisältäviin soluihin. QD:iden peittäminen ZnO:lla estää tehokkaasti kadmiumin muodostumisen, ja paremman peitemateriaalin saavuttaminen tapahtuu. Geeniekspressiotesti auttoi tämän päällysteen määrittämisessä (60).

Kadmiummyrkytyksen hoito

Välittömiä näkökohtia: Hengitysteiden, hengityksen ja verenkierron arvioinnin jälkeen tarvitaan suojausta ja hoitoa. GIT on huuhdeltava kadmiumia sisältävien liuosten poistamiseksi. Kadmiumsuolojen akuutti tai krooninen nauttiminen on harvinaista, mutta se voi johtaa kuolemaan. Pienin tappava Cd-annos on 5 grammaa 70 kg painavalle miehelle. Jos oksennusta ei ole tapahtunut, mahahuuhtelu suoritetaan pian. On käytettävä pientä nenämahaletkua (61). Aktiivihiili ei pysty tehokkaasti imemään metallia.

Sairaalahoito voi auttaa kadmiumille altistuneita potilaita arvioimaan maksavaurion laajuutta, ruoansulatuskanavan, virtsateiden ja hengitysteiden vaurioita, joten suosittelemme tukihoitoa (61).

Luonnollinen ja kemiallinen dekontaminaatio: Teollisuus- ja kaivostoiminnasta voi vapautua kadmiumioneja jätevesiin. Luonnollinen dekontaminaatio voidaan ottaa käyttöön käyttämällä joitakin lääkekasveja. Moringa oleiferan, maapähkinän (Arachis hypogaea), härkäpavun (Vigna unguiculata), uradin (Vigna mungo) ja maissin (Zea mays) siemeniä käytettiin veden puhdistamiseen. Nämä siemenet voivat absorboida ja neutraloida kolloidisia positiivisia varauksia. Tämän vaikutuksen ansiosta jätevedessä olevat negatiivisesti varautuneet epäpuhtaudet ja metallit imeytyvät (62).

Joitakin kasveja käytetään fytomediaatioon joidenkin epäpuhtauksien uuttamiseksi ja puhdistamiseksi. Niillä on kyky kerätä kudoksiinsa raskasmetalleja, kuten Cd, Cr, Pb, Co, Ag, Se ja Hg. Esimerkiksi Cleome Gynandraa on käytetty kasviperäisenä detoksikaattorina (63). Fytokelatoivalla aktiivisuudella on tärkeä rooli metallien detoksifikaatiossa sitomalla Zn:ää ja Cd:tä (64).

Raskasmetallien poistaminen saastuneesta maaperästä käsittää; 1) pesun, huuhtelun, huuhtelun kemiallisilla aineilla, 2) joidenkin ei-myrkyllisten aineiden lisäämisen raskasmetallien liukoisuuden vähentämiseksi, 3) elektromigraation, 4) alkuperäisten saastuttavien aineiden peittämisen puhtailla materiaaleilla, 5) pilaantuneiden materiaalien sekoittamisen puhtaisiin materiaaleihin pintamaassa ja maan alla raskasmetallien konsentraation pienentämiseksi ja 6) kasvien avulla tapahtuvan fytoremediaation (65). Imeytymistulos riippuu eri tekijöistä, kuten ympäristön pH:sta, ionivoimasta ja metallin pitoisuudesta liuoksessa tai biomassassa. Nämä tekijät voivat vaikuttaa raskasmetallien biologiseen varastoitumiseen, biogeokemialliseen migraatioon ja toksisiin ominaisuuksiin (66).

Kelatointiaineet

Etyleenidiamiinitetraetikkahappo (EDTA): EDTA lisäsi merkittävästi kadmiumin poistumista virtsasta. Yksi tärkeä seikka on, että EDTA voi lisätä Cd-pitoisuutta munuaisissa ja lisätä munuaisten toimintahäiriöiden riskiä (67). EDTA:n normaaliannos on 500 mg Ca2+ EDTA:ta yhdessä 50 mg/kg glutationin (GSH) kanssa laskimoinfuusiona seuraavien 24 tunnin aikana ja toistettuna 12 peräkkäisenä päivänä (68). Munuaisten toimintahäiriö voidaan kumota, jos sen alkuperäinen virtsan kadmiumpitoisuus on <10 µg/gr kreatiniinia. Virtsan kadmiumpitoisuus yli 10 µg/gr kreatiniinia voi aiheuttaa peruuttamattoman munuaisvaurion (67).

Penisilliamiini (DPA): Penisilliamiini, jota käytetään elohopea- ja lyijyaltistuksen toksisten pitoisuuksien vähentämiseen, ei ole tehokas kadmiumyliannostuksessa (69).

Dimerkaprol: Dimetkaproli on tehokas vastalääke raskasmetallimyrkytyksissä (70). BAL:ia ja niiden analogeja meso-2, 3-dimerkaptosulfonihappoa DMSA:ta ja 2, 3-dimerkapto-1-propanesulfonihappoa DMPS:ää käytetään raskasmetallimyrkytyksen antidoottihoitokuurina.

BAL on annettava myrkytyksen 4 ensimmäisen tunnin aikana. Suositellaan syvää lihaksensisäistä injektiota annoksella 3-4 mg/kg pakaralihakseen. Sitä annetaan 4 tunnin välein kahden ensimmäisen päivän ajan ja kaksi kertaa päivässä seuraavien 10 päivän ajan (71). On raportoitu, että kadmium-BAL-kompleksilla on enemmän nefrotoksisia vaikutuksia kuin pelkällä kadmiumilla (28), ja aiemmin on mainittu, että yhdistelmästä ei ole apua (72), ja varsinaista myrkytysaltistusta suositellaan hoidettavaksi tai hoidettavaksi muilla hoidoilla. Mahdollisesti BAL-hoito voi lisätä nefrotoksisuuden riskiä (73). Lisäksi BAL lisää munuaisten ja maksan kadmiumkuormitusta, saattaa vähentää eloonjäämistä ja tehostaa nefrotoksisuutta. Näistä syistä sitä ei anneta kadmiummyrkytyksen yhteydessä.

Ditiokarbamaatit: Ditiokarbamaattijohdannaisia (kuva 2) on käytetty monilla aloilla, kuten maataloudessa, teollisuudessa ja lääketieteessä (74). N- tetrametyleeniditiokarbamaatti (ATC) on yksi ditiokarbamaattien johdannaisista, joilla on kelatoiva vaikutus. Se tehostaa kadmiumin erittymistä virtsaan ja sappeen sekä vähentää myrkytyksen sivuvaikutuksia ja yleisoireita. Se voi olla hyödyllinen kelatoivien aineiden tehon primääridiagnostisessa arvioinnissa (75). Ditiokarbamaattien tehokkuus kadmiumin myrkyllisyyden vähentämisessä on vahvistettu eläinkokeissa (61). Näiden kelatoivien aineiden anto ihmisille on tarpeen dokumentoida.

Meso 2,3-dimerkaptosokiinihappo (Succimer, DMSA): Se on vesiliukoinen BAL:n analogi, jonka kemiallinen kaava on C4H6O4S2 (76). DMSA:n siedettävä annos on 10 mg/kg kolme kertaa päivässä (61), mutta se ei ole solunsisäinen kelaattori. Kadmium sitoutuu tiukasti metallotioneiniin ja varastoituu maksaan ja munuaisiin. Näin ollen näyttää siltä, että DMSA ei voi olla ensisijainen lääke kadmiummyrkytyksessä (16).

2, 3- dimerkapto-1-propanisulfonihappo (Unithiol, DMPS): Se on vesiliukoinen BAL:n analogi, jonka kemiallinen kaava on C3H7O3S3Na. Sitä on saatavana eri annostelumuotoina suun kautta, laskimoon, peräsuoleen tai paikallisesti (76). DMPS kulkeutuu solunsisäiseen tilaan. Sillä ei ole havaittu merkittäviä haittavaikutuksia (77). DMPS hapettuu disulfidimuotoon. Vähintään 80 % DMPS:stä hapettuu ensimmäisten 30 minuutin aikana, ja 84 % koko DMPS:stä erittyy munuaisten kautta 96 tunnin kuluessa (78). Annostus: 5 mg/kg laskimonsisäisesti 4 tunnin ajan 24 tunnin ajan ja voidaan tarvittaessa nostaa 100 mg:aan kahdesti päivässä.

Uudet DMSA-analogit: DMSA:n mono- ja diesterit ovat tehokkaampia ja turvallisempia vastalääkkeitä raskasmetallimyrkytykseen verrattuna pelkkään DMSA:han (79). Näistä monoesteristä monoisoamyyli-DMSA (MiADMSA), C5-haarainen alkyylimonoesteri (kuva 3), osoittautui tehokkaaksi lyijyn, kadmiumin, elohopean ja galliumarsenidin yliannostuksessa (80). MiADMSA on vesiliukoinen, lipofiilinen kelatoiva aine. Se voi päästä solunsisäisesti ja päästä käsiksi erilaisiin endogeenisiin ligandeihin. Näin ollen MiADMSA on suositeltavampi kuin kantayhdisteensä (80).

MiADMSA kykenee tunkeutumaan solun sisään ja sitoutumaan solunsisäiseen kadmiumiin. Antioksidanttien vaikutuksesta kadmiumin aiheuttama oksidatiivinen stressi viivästyy MiADMSA:n läsnäolon vuoksi (79).

Monometyyli-DMSA (MmDMSA) ja monosykloheksyyli-DMSA (MchDMSA) ovat muita DMSA-analogeja (kuva 4). Ne ovat lipofiilisiä yhdisteitä ja voivat tunkeutua soluihin. Ne ovat tehokkaita oraalisen annostelun jälkeen, ja ne voivat vähentää koko kehon kadmiumpitoisuuksia sen yliannostuksen jälkeen (79).

Yhdistelmähoito kelatoivien aineiden ja muiden aineiden kanssa: Yhdistelmähoito on tehokas reitti raskasmetallitoksisuuden hoidossa (3). Kelaattorihoidon optimaaliset vaikutukset voidaan saavuttaa, kun annetaan DMSA:n ja MiADMSA:n yhdistelmää (77). DMSA:n ja kalsiumtrinatriumdietyleenitriamiinipentaasetaatin (CaDTPA) yhdistelmää on käytetty tehokkaasti akuutissa suun kautta otettavassa kadmiumissa. Nämä kaksi ainetta vähentävät kadmiumin pitoisuutta ja toksista vaikutusta elimistössä (81). On havaittu, että N-asetyylikysteiini (NAC) ja DMPS vähentävät kadmiumin aiheuttamaa maksan ja munuaisten metallotioneinin muodostumista. Lisäksi NAC saattaa lisätä DMPS:n tehoa (82).

Joidenkin raporttien mukaan antioksidantit, kuten C- ja E-vitamiini, vaikuttavat suojaavasti kadmiumin aiheuttamalta myrkyllisyydeltä eri koe-eläimillä (83). Askorbiinihapon, alfa-tokoferolin ja seleenin yhdistelmä voi olla tehokas kadmiumtoksisuutta vastaan rotalla. Tämän seurauksena lipidiperoksidaatio lisääntyi ja glutationitasot laskivat rottien suolistossa. Tämä yhdistelmä osoitti yhdistelmän suojaavan vaikutuksen kadmiumin myrkyllisyyttä vastaan suolistossa (84). A-, C-, E- ja E-vitamiinit sekä seleeni voivat todellakin ehkäistä tai vähentää monia kadmiumin toksisia vaikutuksia joihinkin elimiin ja kudoksiin, kuten maksaan, munuaisiin, luustoon ja vereen. Muita elementtejä ovat sinkki ja magnesium, joilla on monia kliinisiä sovelluksia. Sinkin on ehdotettu helpottavan immuunijärjestelmän toimintaa ja ehkäisevän vapaita radikaaleja. Magnesium on välttämätön kofaktori monien entsyymijärjestelmien aktivoimiseksi ihmisessä. Zn ja Mg voivat kumota Cd-indusoidun munuaistoksisuuden. Kadmiummyrkytys aiheuttaa antioksidanttisten entsyymien vähenemistä, tuottaa reaktiivisia happilajeja ja lipidiperoksidaatiota. Itse asiassa Zn ja Mg voivat torjua reaktiivisia happilajeja ja lipidiperoksidaatiota(85). Kadmiummyrkytyksen kelatoivia aineita tutkitaan parhaillaan, ja ne voivat tuottaa uuden aineen, joka on helposti saatavilla, turvallinen ja tehokas ilman, että se pahentaa loppuelinten tilaa. Kaiken kaikkiaan ei ole näyttöä, joka oikeuttaisi minkään kelaattorin käytön kadmiummyrkytyksen hoidon osalta.

Nanopartikkelien käyttö kadmiummyrkytyksen hoidossa: Al2O3-nanohiukkaset voivat adsorboida kadmiumia. Yleensä Al2O3-nanohiukkaset soveltuvat Zn:n ja Cd:n poistamiseen liuos-/sorbenttijärjestelmistä. Al2O3-nanohiukkasia käytetään alhaisilla sitraattipitoisuuksilla Cd:n ja Zn:n poistamiseen saastuneista liuoksista (86). Hiilinanoputket (CNT) poistavat metalli-ioneja vesiliuoksista (87). Kadmium voidaan poistaa jätevedestä nanokokoisilla TiO2-hiukkasilla (88).

Plasmanvaihto – hemodialyysi – plasmafereesi: Plasmanvaihto on voitu aloittaa 24-36 tuntia kliinisten merkkien ja oireiden ilmaantumisen jälkeen, kun hengenvaarallinen toksisuus on tapahtunut eikä terveydenhuoltoryhmä ole voinut valita mitään vaihtoehtoista hoitoa. Plasmanvaihtoa saa käyttää vain hätätilanteissa. Näin ollen siitä voi mahdollisesti olla apua raskasmetallimyrkytyksissä (89).

Hemoperfuusio ja hemodialyysi eivät ole hyödyllisiä kadmiummyrkytysten hoidossa. Lisäksi kadmium eliminoituu hyvin eri tavoin, sillä on hyvin alhainen jäännösmunuaistoiminta ja tehoton kadmiumin poisto dialyysin avulla. Vaikeissa munuaisvaurioissa hemodialyysistä on hyötyä munuaistoiminnan korvaamisessa (90). Osa myrkyllisistä aineista voi sitoutua voimakkaasti plasman proteiineihin, eikä niitä voida poistaa hemodialyysin avulla. Plasmafereesi on käytännöllinen ja järkevä tapa poistaa proteiineihin sitoutuneita raskasmetalleja plasmasta. Plasmafereesistä ei kuitenkaan ole olemassa kontrolloituja tutkimuksia minkään tietyn myrkytyksen yhteydessä (91).

Johtopäätös: Kadmiumyhdisteiden myrkytys aiheuttaa haitallisia vaikutuksia eri elimiin ja järjestelmiin. Sitä pidetään mahdollisena maailmanlaajuisena uhkana ympäristölle ja ihmisille. Se kulkeutuu muun muassa ilman, veden, maaperän ja ravintoketjun kautta. Kadmiumyhdisteille altistuminen aiheuttaa riskejä ihmisten terveydelle. Kadmiummyrkytykset edellyttävät dekontaminaatiota GIT-huuhtelulla, tukihoitoa ja kemiallista dekontaminaatiota, nanohiukkasten, perinteisten ja uusien kelatoivien aineiden käyttöä sekä yhdistelmähoitoa.

Suositellaan yksilön yksilöimistä, joka on erittäin herkkä kadmiumille altistumiselle, ja varmistetaan maatalousmaan, juomaveden ja ravintoketjun mahdollinen saastuminen. On tarpeen kiinnittää huomiota kadmiumyhdisteiden käsittelyyn, ja sen jälkeen ehdotetaan saastuneiden kohteiden havaitsemista ja koulutus- ja tiedotusohjelmien suunnittelua potentiaaliselle riskiväestölle kadmiumtoksisuuden minimoimiseksi.