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Seit einigen Jahrzehnten hat die Vergiftungsrate aufgrund der reichlichen Verfügbarkeit verschiedener chemischer Stoffe erstaunlich zugenommen (1, 2). Die Menschen verwenden einige Drogen und Chemikalien in falscher Weise, wodurch sie absichtlich oder versehentlich vergiftet werden können (3, 4). Schwermetalle können ähnlich wie andere giftige Chemikalien aus natürlichen oder industriellen Quellen eine ernsthafte Bedrohung für das menschliche Leben darstellen (5). Cadmium (Cd, Ordnungszahl 48, Atommasse 112, Schmelzpunkt 321 °C und Siedepunkt 765°C) ist ein Element mit weichen, duktilen, silbrig-weißen, bläulichen, glänzenden und elektropositiven Eigenschaften. Es hat keinen Geruch oder Geschmack und ist sehr giftig. Cd hat acht stabile Isotope: 106 Cd, 108 Cd, 110 Cd, 111 Cd, 112 Cd, 113 Cd, 114 Cd und 116 Cd. Die am häufigsten vorkommenden Isotope sind 112 Cd und 114 Cd (6). Cadmium bildet auch eine Vielzahl von komplexen organischen Aminen, Schwefelkomplexen, Chlorkomplexen und Chelaten. Cd-Ionen bilden lösliche Salze von Carbonaten, Arsenaten, Phosphaten und Ferrocyanidverbindungen. Begleitend zur Zinkproduktion kann es in verschiedenen Handelsformen hergestellt werden. Es wird als Legierung in der Galvanik (Autoindustrie) und bei der Herstellung von Pigmenten (Cadmiumsulfat, Cadmiumselenid) verwendet, ebenso als Stabilisator für Polyvinylkunststoff und in Batterien (wiederaufladbare Ni-Cd-Batterien) (6, 7).

Epidemiologie: Trotz der dramatischen weltweiten Produktion, des Verbrauchs und der Freisetzung von Cd-Verbindungen in die Umwelt gibt es keinen effizienten Recyclingweg für sie. Daher kann die Exposition des Menschen gegenüber Cd-Verbindungen ein ernstes Gesundheitsproblem darstellen. Cadmium wird in Nickel-Cadmium-Batterien, als Pigment bei der Farbherstellung, in der Galvanotechnik und bei der Herstellung von Polyvinylchlorid-Kunststoff verwendet. Außerdem ist Cadmium in den meisten Lebensmitteln enthalten, und je nach Ernährungsgewohnheiten schwankt der Cadmiumgehalt stark.

Cadmium ist in der Umwelt in erheblichem Maße vorhanden, was auf menschliche Aktivitäten wie die Verwendung fossiler Brennstoffe, die Verbrennung von Metallerzen und die Abfallverbrennung zurückzuführen ist. Wenn Klärschlamm in den landwirtschaftlichen Boden gelangt, können Cadmiumverbindungen, die von Pflanzen adsorbiert werden, in die Nahrungskette gelangen und sich in verschiedenen menschlichen Organen anreichern. Eine weitere große Quelle der Cadmiumexposition ist der Zigarettenrauch. Bei der Messung von Cadmium in Blutproben von Rauchern zeigte sich, dass diese einen 4-5 mal höheren Cadmiumgehalt im Blut hatten als Nichtraucher (8).

Im letzten Jahrhundert wurde über eine vielfältige Exposition gegenüber Cadmium berichtet. Bereits in den 1930er Jahren wurde über Lungenschäden bei Cd-exponierten Arbeitnehmern berichtet. Außerdem wurden in den folgenden Jahrzehnten einige Fälle von Knochen- und Nierentoxizität bei Cadmiumexposition beschrieben. Nach dem Zweiten Weltkrieg, in den 1960er und 1970er Jahren, litt die japanische Bevölkerung unter verschiedenen Verschmutzungsgraden. Die Itai-itai-Krankheit war eine dieser Erkrankungen, die durch chronisch mit Cadmium verseuchte Reisfelder verursacht wurde. Die Zahl der von dieser Krankheit betroffenen Patienten wurde von 1910 bis 2007 auf etwa 400 geschätzt (9).

In einer anderen internationalen Gemeinschaftsstudie in 16 europäischen Ländern wurde berichtet, dass die Cadmiummenge bei Mutter-Kind-Paaren die zulässige wöchentliche Aufnahme überstieg. In dieser Studie wies Polen im Vergleich der 16 Länder den höchsten Cd-Wert im Urin auf, während Dänemark den niedrigsten Wert aufwies (10). In den Vereinigten Staaten werden jedes Jahr etwa 600 Tonnen Cd-Verbindungen hergestellt und 150 Tonnen aus anderen Ländern importiert (11).

In den meisten Teilen des Iran sind Reis und Weizen die täglichen Grundnahrungsmittel. Um qualitativ hochwertige Ernten zu erzielen, haben iranische Landwirte möglicherweise enorme Mengen an Phosphatdünger und Klärschlammabfällen ausgebracht, die folglich eine höhere Cadmiumkonzentration aufweisen. Dies kann die Cd-Aufnahme über den Verzehr von Lebensmitteln, die in Kulturen hergestellt werden, erhöhen.

Nach den FAO/WHO-Regeln beträgt der zulässige Cadmiumgehalt in Reis 0,2 mg/kg (12). Das Ergebnis zeigte, dass iranische Reisproben einen höheren Cd-Gehalt aufwiesen als die zulässige Konzentration. Darüber hinaus steigt das Risiko durch den Verzehr anderer Quellen wie landwirtschaftliche Erzeugnisse (Gemüse) und Meeresfrüchte (Fisch usw.), wenn es zu einer Cadmiumkontamination kommt (13).

Heutzutage ist die Cadmiumexposition in vielen Ländern zurückgegangen (14), aber es hat eine sehr lange biologische Halbwertszeit (10-30 Jahre) (10), und menschliche Aktivitäten im Zusammenhang mit Cadmium sollten auf ein minimales oder gar kein schädliches Niveau beschränkt werden (10).

Es ist notwendig, die grundlegenden Informationen über Cadmiumvergiftungen aufzubereiten und einen Aufklärungs- und Prophylaxeplan zu entwerfen, um die Häufigkeit seiner Toxizität erheblich zu verringern. Die vorliegende Übersicht kann informativ und hilfreich sein, um alle Aspekte der Vergiftung durch Cadmiumverbindungen zu behandeln.

Mechanismus der Toxizität: Cadmium beeinflusst die Zellproliferation, Differenzierung und Apoptose. Diese Aktivitäten interagieren mit dem DNA-Reparaturmechanismus, der Erzeugung von Reaktionssauerstoffspezies (ROS) und der Induktion von Apoptose (15). Cadmium bindet sich an die Mitochondrien und kann bei niedriger Konzentration sowohl die Zellatmung als auch die oxidative Phosphorylierung hemmen (16).

Es führt zu Chromosomenaberrationen, Schwesterchromatidaustausch, DNA-Strangbrüchen und DNA-Proteinvernetzungen in Zelllinien. Cadmium verursacht möglicherweise Mutationen und Chromosomen-Deletionen (17). Die Toxizität von Cadmium beinhaltet einen Abbau von reduziertem Glutathion (GSH), bindet Sulfhydrylgruppen an Proteine und führt zu einer verstärkten Produktion reaktiver Sauerstoffspezies (ROS) wie Superoxidionen, Wasserstoffperoxid und Hydroxylradikale. Cadmium hemmt auch die Aktivität von antioxidativen Enzymen wie Katalase, Mangan-Superoxid-Dismutase und Kupfer/Zink-Dismutase (18). Metallothionein ist ein Zink-konzentrierendes Protein, das 33 % Cystein enthält. Metallothionein kann auch als Radikalfänger wirken. Es fängt Hydroxyl- und Superoxidradikale ab (19). Im Allgemeinen sind die Zellen, die Metallothioneine enthalten, gegen die Toxizität von Cadmium resistent. Andererseits sind Zellen, die keine Metallothioneine synthetisieren können, empfindlich gegenüber einer Cadmiumintoxikation (20). Cadmium kann den zellulären Ca2+-Spiegel und die Aktivitäten von Caspasen und stickstoffaktivierten Proteinkinasen (MRPKs) in den Zellen modulieren, wobei diese Prozesse indirekt die Apoptose verursachen (21).

Während P53 den Zelltod durch direkte Bindung an mitochondriale Membranproteine verursacht. Die Expression von B-Zell-Lymphom-extra-large (Bcl-xl), einem Transmembranmolekül in den Mitochondrien, unterdrückt die mitochondrial-vermittelte Apoptose und fördert die Krebszellen. Um die Herausforderung an die Beobachtung gestellt; Bindung von P53 an Bcl-xl kann Protein und apoptotischen Zelltod hemmen (22).

Cadmium kann die ROS-Produktion induzieren und zu oxidativem Stress führen. Dieser Mechanismus kann die Rolle von Cadmium bei Organtoxizität, Karzinogenität und apoptotischem Zelltod zum Ausdruck bringen (Abb. 1).

Klinische Manifestation: Verschiedene Formen von Cadmiumverbindungen haben unterschiedliche klinische Manifestationen und toxische Wirkungen, die im Folgenden näher erläutert werden.

Cadmium-Knochen und Itai-itai-Krankheit: In mehreren Studien wurde erwähnt, dass Cadmium das Skelettsystem beeinträchtigen kann. Die Exposition gegenüber Cadmium verursacht eine Demineralisierung des Skeletts, wobei es direkt mit den Knochenzellen interagieren und die Mineralisierung vermindern kann, außerdem hemmt es Prokollagen-C-Proteinasen und die Kollagenproduktion (22). Zu den klinischen Befunden im Zusammenhang mit Osteoporose gehören Schmerzen, körperliche Beeinträchtigungen und eine verminderte Lebensqualität. Außerdem führt die verminderte Knochendichte zu einem erhöhten Risiko für Knochenbrüche. Osteoporotische Frakturen treten am häufigsten bei Frauen nach der Menopause auf und können zu Behinderungen führen. Auch Pseudofrakturen infolge von Osteomalazie und schwerer Skelettentkalkung können beobachtet werden (23).

Wenn die PTH-Serumspiegel bei höherer Cadmiumexposition sinken, kann dies die Freisetzung von Kalzium aus dem Knochengewebe induzieren (24). Cadmium kann mit dem Metabolismus von Calcium, Vitamin D3 und Kollagen interagieren. Daher können Osteomalazie oder Osteoporose als Spätfolgen einer schweren Cadmiumvergiftung beobachtet werden (22).

Die Itai-itai-Krankheit ist die schwerste Form einer chronischen Cadmiumvergiftung. Sie wurde erstmals im Jinzu-Fluss, Präfektur Toyama, Japan, festgestellt (25). Zur Erklärung der Knochenschädigung wurden zwei Hypothesen vorgeschlagen. Zu den direkten Wirkungen von Cadmium auf den Knochen gehören das Verschwinden der metaphysären Trabekel und der verkürzte epiphysäre Knorpel, bei denen Cadmium Osteoporose verursacht, aber keine osteomalaktischen Veränderungen bei radiologischen Kontrollen beobachtet werden. Zu den indirekten Auswirkungen von Cadmium auf den Knochen gehören die Ausdünnung der Knochenrinde, der Verlust von trabekulärem Knochen und die Abnahme der Anzahl von Osteozyten und sauren Mucopolysacchariden im epiphysären Knorpel (25). Kadmiumvergiftungen verursachen zunächst Schmerzen im Oberschenkel und im unteren Rücken, die sich dann auf andere Körperregionen ausbreiten. Darüber hinaus können Skelettverformungen zu Knochenbrüchen führen (26).

Nierenschäden bei Cadmiumtoxizität: Cadmium reichert sich vor allem in Niere und Leber an, kann aber auch in anderen Geweben wie Knochen und Plazenta gefunden werden. Es wurde berichtet, dass die berufsbedingte und umweltbedingte Exposition gegenüber Cadmium zu Nierenfunktionsstörungen geführt hat (27). Eine Cadmiumexposition kann frühe Anzeichen einer Nierenschädigung, Proteinurie, Kalziumverlust und tubuläre Läsionen zeigen. Eine Urinanalyse kann helfen, frühe Anzeichen einer Nierenschädigung nachzuweisen (16). Im Allgemeinen sind die glomeruläre Filtrationsrate (GFR) und die Reservefiltrationskapazität vermindert, und eine schwere Cadmiumtoxizität kann eine Nephrotoxizität mit Komplikationen wie Glucosurie, Aminosäureurie, Hyperphosphaturie, Hypercalciurie, Polyurie und verminderter Pufferkapazität hervorrufen (28). Zelluläre Schäden und funktionelle Unversehrtheit in den proximalen Tubuli führten zu einem Verlust von Kalzium, Aminosäuren, Enzymen und einem Anstieg der Proteine im Urin. Andererseits führt eine verminderte tubuläre Rückresorption von Proteinen mit geringem Molekulargewicht zu einer tubulären Proteinurie. Die häufigsten Proteine im Urin sind Beta-2-Mikroglobulin, Retinol-bindendes Protein und Alpha-1-Mikroglobulin (29).

Cadmium und Fortpflanzungssystem: In mehreren früheren Studien wurde festgestellt, dass Cadmium die Fortpflanzung und Entwicklung bei mehreren Säugetierarten beeinträchtigen kann, und auch neuere Studien haben diese Ergebnisse bestätigt (30). Im Vergleich zu Tierstudien wird behauptet, dass Cadmium die Dichte, das Volumen und die Anzahl der Spermien verringert und unreife Spermienformen erhöht (31). Diese Probleme gehen mit einer Beeinträchtigung der Spermatogenese, der Spermienqualität und der Sekretionsfunktionen der akzessorischen Drüsen einher. Außerdem sinken die Libido, die Fruchtbarkeit und der Serumtestosteronspiegel (32). Im weiblichen Fortpflanzungssystem können die Funktion der Eierstöcke und die Entwicklung der Eizellen gehemmt sein. Die Steroidogenese ist unter Cd-Toxizität reduziert, und es kann zu Blutungen und Nekrosen in den Eierstöcken kommen (30). Es wurde berichtet, dass sich die Rate der Spontanaborte und die Dauer der Schwangerschaft erhöht und die Rate der Lebendgeburten verringert (31).

Cadmium und Herz-Kreislauf-System: In-vitro-Studien haben auf die Beteiligung von Cadmium an der endothelialen Dysfunktion sowie an der Intima-Media-Dicke (IMT) der Halsschlagader hingewiesen. Außerdem wurde die Bildung atherosklerotischer Plaques in vivo gefördert (33). Nach einer Cadmium-Intoxikation kann es zu einer endothelialen Dysfunktion zu Beginn einer kardiovaskulären Erkrankung (CVD), einem Verlust der Endothelzellstruktur, der zum Zelltod führt, und zu thrombogenen Ereignissen kommen. Diese Ergebnisse stützen die Hypothese, dass Cadmium an Herz-Kreislauf-Erkrankungen und Herzinfarkten beteiligt ist (34). Epidemiologische Studien hatten einen Zusammenhang zwischen der Cadmiumexposition und dem Risiko von Bluthochdruck (systolischer und diastolischer Blutdruck) gezeigt.

Cadmium kann die endotheliale Stickoxid-Synthase hemmen und unterdrückt die Acetylcholin-induzierte Gefäßentspannung, was zu Bluthochdruck führt (35). Es kann die Produktion von Zytokinen stimulieren und Endothelschäden hervorrufen. Diese Mechanismen führen zur Atherogenese, und eine langfristige Exposition kann das Auftreten von peripheren Arterienerkrankungen erhöhen (36). Eine toxische Exposition gegenüber Cadmium kann die kardiovaskuläre Sterblichkeit erhöhen (37).

Cadmium und andere Systeme: Kürzlich wurde über die akute zentrale und periphere Neurotoxizität von Cadmium berichtet (38). Cadmium kann auch zelluläre Schäden und Lipidperoxidation im Gehirn hervorrufen. Seine Wirkung auf die Monoaminoxidase (MAO) ist für die oxidative Desaminierung von Monoamin-Neurotransmittern verantwortlich (38). Cadmium erhöht die Produktion freier Radikale im ZNS und verringert die zelluläre Abwehr gegen Oxidation (39) . Die Folgen dieses Mechanismus sind im Allgemeinen Riechstörungen, neurologische Störungen der Aufmerksamkeit, Störungen der Psychomotorik und des Gedächtnisses (40). Eine Vergiftung kann zu neurodegenerativen Erkrankungen wie Parkinson-, Alzheimer- und Huntington-Krankheit führen, die mit Gedächtnisverlust und Verhaltensänderungen einhergehen.

Eine neuere Studie hat gezeigt, dass Cadmium möglicherweise an Lungenkrankheiten wie chronisch obstruktiven Erkrankungen und Emphysemen beteiligt ist (41). Tierstudien zeigten, dass Cadmiumchlorid die Vitalkapazität der Lunge verringern und die Dicke der Alveolenwände erhöhen kann. Das Einatmen von Cadmium als Dampf kann in Abwesenheit von Antioxidantien und bei oxidativem Stress zu Lungenentzündungen und Emphysemen führen (41). Nach dem Vorschlag der Agency for Toxic Substances and Disease Registry (ATSDR) ist Cadmium ein mögliches Lungenkarzinogen beim Menschen (41).

Cadmium wird über den Magen-Darm-Trakt (GIT) absorbiert. Seine Löslichkeit und Absorption werden durch den pH-Wert des Magens und/oder des Darms beeinflusst. Cadmium reagiert nämlich mit HCl und bildet Cadmiumchlorid. Es kann eine Entzündung des GIT hervorrufen. H2-Blocker können den pH-Wert des Magens anheben, was zu einer Verringerung der Löslichkeit führt und die Absorption von Cadmium hemmt (42). Mehrere Studien haben gezeigt, dass Cadmium im akuten Stadium zu Leberschäden führen kann. Eine längere orale Cadmiumaufnahme kann in der chronischen Phase die Itai-itai-Krankheit verursachen (43).

Eine begrenzte Anzahl von Forschungsstudien über Cadmiumvergiftungen mit Hautmanifestationen zeigte Hyperkeratose und Akanthose, begleitet von gelegentlichen ulzerativen Veränderungen, und einen Anstieg des Mitoseindex der Hautzellen (44).

Cadmium und Karzinogenität: Cadmiumverbindungen wurden von der Internationalen Agentur für Krebsforschung (IARC) als krebserregend beim Menschen eingestuft (45). Es kann als Lungenkarzinogen und als Auslöser von Prostata- und Nierenkrebs angesehen werden, wobei besonders hervorzuheben ist, dass Cadmium die Testosteronproduktion stören und eine Hyperplasie der interstitiellen Hodenzellen hervorrufen kann (46). Einige Berichte deuten darauf hin, dass Cadmium an bösartigen Erkrankungen der Leber, des hämatopoetischen Systems, der Blase und des Magens beteiligt sein kann (47). Darüber hinaus kann Cadmium ein potenzieller Risikofaktor für Brustkrebs sein. Eine andere Studie deutet darauf hin, dass die Cadmiumexposition an der Entstehung von Bauchspeicheldrüsenkrebs beteiligt sein könnte, weil sie ein erhöhtes Risiko für Neoplasien hervorruft (47).

Zu den zellulären und molekularen Mechanismen, die die Karzinogenität von Cadmium implizieren, gehören die Aktivierung von Proto-Onkogenen, die Inaktivierung von Tumorsuppressorgenen, die Störung der Zelladhäsion und die Hemmung der DNA-Reparatur (48). In der Tat können DNA-Strangschäden oder Störungen der DNA-Proteinvernetzung das Zellwachstum vollständig hemmen. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Cadmiumexposition die Zellproliferation, die Differenzierung, die Apoptose, die Zellsignalisierung und andere zelluläre Aktivitäten beeinflussen kann. Diese Aktivitäten könnten sich direkt oder indirekt auf die Karzinogenese auswirken (47).

Diagnostische Bewertung: Der Cadmiumgehalt in Blut-, Urin-, Haar- und Nagelproben wird häufig in paraklinischen Labortests bestimmt.

Urin: Die Nieren sind das Hauptorgan, das bei langfristiger Exposition durch Cadmium geschädigt wird (49). Crinnion schlug vor, dass eine Cadmiumkonzentration im Urin von 0,5 µg/g Kreatinin oder mehr mit einer Nierenschädigung verbunden ist, und dass eine Konzentration von mehr als 2,0 µg/g Kreatinin zu einer umfassenden Schädigung führen kann (50).

Tubuläre Dysfunktion, gefolgt von Cadmium-Nephrotoxizität, erhöht die Urinausscheidung von Proteinen mit niedrigem Molekulargewicht wie ß2-Mikroglobulin, α1-Mikroglobulin, retinolbindendes Protein, Enzyme wie N-Acetyl-ß-Glucosaminidase und Calcium (51). In dieser Situation können empfindliche Tests (Proteinurie mit niedrigem Molekulargewicht) positiv sein und es wird eine gemischte Proteinurie (Ausscheidung von Proteinen mit niedrigem und hohem Molekulargewicht im Urin) beobachtet (28).

Blut: Die lange Halbwertszeit von Cadmium (30 Jahre) kann auf eine langfristige Akkumulation von Cadmium im Körper zurückzuführen sein, aber die kurze Halbwertszeit von Cadmium im Blut (drei bis vier Monate) könnte auf eine kürzlich erfolgte Exposition zurückzuführen sein. Die Nachweisgrenze für die Cadmiumkonzentration im Blut liegt bei 0,3 µg/L (52). Cadmium im Blut wurde mit zwei Techniken gemessen: entweder mit der elektrothermischen Atomabsorptionsspektrophotometrie oder mit der induktiv gekoppelten Plasmamassenspektrometrie. Auf der Grundlage der Forschungsstudien, die im Rahmen der National Health and Nutrition Examination Surveys (NHANES) durchgeführt wurden, sind die Werte an oder unter der Nachweisgrenze für Cadmium bei allen Teilnehmern wie folgt: 1999-200: 0,3µg/l; 2003-2004: 0,14µg/l; 2005-2010: 0,2µg/l; (53).

Haare, Nägel und Speichel: Die Bestimmung des Gehalts an Spurenelementen in Haaren und Nägeln ist Gegenstand des Interesses der biomedizinischen Wissenschaften (54). Spurenelemente akkumulieren im Körper über einen langen Zeitraum und können biomedizinische und metabolische Prozesse im Laufe der Zeit beeinflussen (55). Darüber hinaus sind die Entnahme, der Transport und die Lagerung von Haar- und Nagelproben einfach und praktikabel, und die Analyse von Spurenelementen in den Proben ist billig und schnell (55).

Cadmium akkumuliert sich über einen langen Zeitraum im Körper, und seine Konzentration kann mehrere Jahre nach der Exposition allmählich ansteigen. Die Cadmiumwerte im Haar haben in verschiedenen Ländern unterschiedliche Referenzwerte, z. B. in Italien 0,03 mg/kg, in England 0,11 mg/kg und in Japan 0,05 mg/kg(55). Ferner wird berichtet, dass die Cadmiummenge im Haar 0,61±1,13 µg g-1 und in den Nägeln 1,11±0,83 µg g-1 beträgt (56). Die Speichelanalyse kann eine ausgezeichnete Methode für den langfristigen Nachweis einer Schwermetallkontamination sein. Der mittlere Cadmiumgehalt im Speichel mit tolerierbarem Standardgrenzwert im menschlichen Körper beträgt weniger als 0,55 µg/l (57).

Anwendung von Nanomaterialien bei der Diagnose von Cadmiumvergiftungen: Nanomaterialien werden in verschiedenen Bereichen eingesetzt, z. B. bei der Gewebe- und Organentwicklung, bei medizinischen Instrumenten, bei der Verabreichung von Arzneimitteln, bei der Bewertung von Diagnosen, bei der Prävention und beim Management (58). Der Einsatz von Nanotechnologie zur Diagnose und Beseitigung toxischer Metalle wie Cadmium kann dazu beitragen, Cadmiumvergiftungen zu bewältigen und die Umweltsicherheit zu erhöhen (59).

Es wurden bereits mehrere Nanopartikel für die Diagnostik verwendet. Eines dieser Nanopartikel sind Quantenpunkte (QDs). QDs bestehen aus fluoreszierenden Markern aus Cadmiumselenid oder Zinksulfid. Bei einer Vergiftung mit Cadmium wird dieses freigesetzt und gelangt in die Zellen, die Zinkionen enthalten. Die Kappung der QDs mit ZnO verhindert wirksam die Bildung von Cadmium, und es wird eine bessere Abdeckung des Materials erreicht. Ein Genexpressionstest half bei der Bestimmung dieser Beschichtung (60).

Behandlung von Cadmiumvergiftungen

Einleitende Überlegungen: Nach Beurteilung der Atemwege, der Atmung und des Kreislaufs sind Schutz und Pflege erforderlich. Der Magen-Darm-Trakt sollte durchgespült werden, um cadmiumhaltige Lösungen zu entfernen. Die akute oder chronische Einnahme von Cadmiumsalzen ist selten, kann aber zum Tod führen. Die niedrigste tödliche Dosis von Cd beträgt 5 g bei einem 70 kg schweren Mann. Wenn kein Erbrechen eingetreten ist, wird bald eine Magenspülung durchgeführt. Es muss eine kleine nasogastrische Sonde verwendet werden (61). Aktivkohle kann das Metall nicht wirksam absorbieren.

Ein Krankenhausaufenthalt kann bei Patienten, die Cadmium ausgesetzt sind, hilfreich sein, um das Ausmaß der Leberschädigung, des Magen-Darm-Trakts, der Harnwege und der Atemwege zu beurteilen, daher empfehlen wir eine unterstützende Therapie (61).

Natürliche und chemische Dekontaminierung: Durch Industrie- und Bergbautätigkeiten können Cadmiumionen in Abwässer freigesetzt werden. Eine natürliche Dekontamination kann mit Hilfe einiger Heilpflanzen erfolgen. Die Samen von Moringa oleifera, Erdnüssen (Arachis hypogaea), Kuhbohnen (Vigna unguiculata), Urad (Vigna mungo) und Mais (Zea mays) wurden zur Wasserreinigung verwendet. Diese Samen können kolloidale positive Ladungen absorbieren und neutralisieren. Diese Wirkung bewirkt, dass die negativ geladenen Verunreinigungen und Metalle im Abwasser absorbiert werden (62).

Einige Pflanzen werden zur Phytomediation verwendet, um bestimmte Schadstoffe zu extrahieren und zu entgiften. Sie sind in der Lage, Schwermetalle wie Cd, Cr, Pb, Co, Ag, Se und Hg in ihren Geweben zu speichern. Cleome Gynandra wurde beispielsweise als pflanzliches Entgiftungsmittel verwendet (63). Die Phytochelat-Aktivität spielt eine wichtige Rolle bei der Entgiftung von Metallen durch die Sequestrierung von Zn und Cd (64).

Die Entfernung von Schwermetallen aus kontaminierten Böden umfasst: 1) Waschen, Auslaugen, Spülen mit chemischen Mitteln, 2) Zugabe von ungiftigen Materialien zur Verringerung der Löslichkeit von Schwermetallen, 3) Elektromigration, 4) Bedeckung der ursprünglichen Schadstoffe mit sauberen Materialien, 5) Vermischung von verschmutzten Materialien mit sauberen Materialien an der Oberfläche und im Untergrund zur Verringerung der Schwermetallkonzentration und 6) Phytoremediation durch Pflanzen (65). Die Absorptionsleistung hängt von verschiedenen Faktoren ab, wie dem pH-Wert der Umgebung, der Ionenstärke und der Metallkonzentration in der Lösung oder der Biomasse. Diese Faktoren können die biologische Speicherung, die biogeochemische Migration und die toxischen Eigenschaften von Schwermetallen beeinflussen (66).

Chelatbildner

Ethylendiamintetraessigsäure (EDTA): EDTA erhöhte die Ausscheidung von Cadmium im Urin signifikant. Ein wichtiger Punkt ist, dass EDTA den Cd-Gehalt in den Nieren erhöhen kann und das Risiko einer Nierenfunktionsstörung steigern kann (67). Die normale EDTA-Dosis beträgt 500 mg Ca2+-EDTA in Kombination mit 50 mg/kg Glutathion (GSH) über eine IV-Infusion über die nächsten 24 Stunden und wird an 12 aufeinander folgenden Tagen wiederholt (68). Die Nierenfunktionsstörung kann rückgängig gemacht werden, wenn die anfängliche Cadmiumkonzentration im Urin <10 µg/gr Kreatinin beträgt. Eine Cadmiumkonzentration im Urin von mehr als 10 µg/Gr. Kreatinin kann zu irreversiblen Nierenschäden führen (67).

Penicillamin (DPA): Penicillamin, das zur Verringerung der toxischen Konzentrationen von Quecksilber und Blei verwendet wird, ist bei Cadmiumüberdosierung nicht wirksam (69).

Dimercaprol: Dimercaprol ist ein wirksames Antidot bei Schwermetallvergiftungen (70). BAL und ihre Analoga meso-2,3-Dimercaptobernsteinsäure DMSA und 2,3-Dimercapto-1-propansulfonsäure DMPS werden als Antidot bei Schwermetallvergiftungen eingesetzt.

BAL muss in den ersten 4 Stunden der Vergiftung verabreicht werden. Es wird eine tiefe intramuskuläre Injektion einer Dosis von 3-4 mg/kg in den Gesäßmuskel empfohlen. Sie wird in den ersten beiden Tagen alle 4 Stunden und in den folgenden 10 Tagen zweimal täglich verabreicht (71). Es wurde berichtet, dass der Cadmium-BAL-Komplex eine stärkere nephrotoxische Wirkung hat als Cadmium allein (28), und es wurde bereits erwähnt, dass die Kombination nicht hilfreich ist (72), und es wird empfohlen, die tatsächliche Giftexposition mit anderen Behandlungen zu behandeln oder zu bewältigen. Möglicherweise kann die BAL-Therapie das Risiko einer Nephrotoxizität erhöhen (73). Darüber hinaus erhöht die BAL die Cadmiumbelastung von Nieren und Leber, kann die Überlebensrate verringern und die Nephrotoxizität verstärken. Aus diesen Gründen wird sie bei Cadmiumintoxikation nicht verabreicht.

Dithiocarbamate: Dithiocarbamat-Derivate (Abb. 2) werden in vielen Bereichen eingesetzt, z. B. in der Landwirtschaft, der Industrie und der Medizin (74). N-Tetramethylendithiocarbamat (ATC) ist eines der Derivate von Dithiocarbamaten mit chelatbildender Wirkung. Es steigert die Ausscheidung von Cadmium über den Urin und die Galle und reduziert die Nebenwirkungen und allgemeinen Symptome einer Vergiftung. Es kann für die primäre diagnostische Bewertung der Wirksamkeit von Chelatbildnern nützlich sein (75). Die Wirksamkeit von Dithiocarbamaten zur Verringerung der Cadmiumtoxizität wurde in Tierstudien bestätigt (61). Die Verabreichung dieser Chelatbildner beim Menschen muss dokumentiert werden.

Meso-2,3-dimercaptosuccinic acid (Succimer, DMSA): Es ist ein wasserlösliches Analogon von BAL mit der chemischen Formel C4H6O4S2 (76). Die verträgliche Dosis von DMSA liegt bei 10 mg/kg, dreimal täglich (61), aber es ist kein intrazellulärer Chelatbildner. Cadmium bindet sich fest an Metallothionein und wird in Leber und Nieren gespeichert. Folglich scheint DMSA nicht das Mittel der Wahl bei einer Cadmiumvergiftung zu sein (16).

2,3-Dimercapto-1-propansulfonsäure (Unithiol, DMPS): Es ist ein wasserlösliches Analogon von BAL mit der chemischen Formel C3H7O3S3Na. Es ist in verschiedenen Darreichungsformen als orales, intravenöses, rektales oder topisches Mittel erhältlich (76). DMPS wird in den intrazellulären Raum transportiert. Es hat keine größeren unerwünschten Wirkungen gezeigt (77). DMPS wird zur Disulfidform oxidiert. Mindestens 80 % des DMPS werden innerhalb der ersten 30 Minuten oxidiert und 84 % des gesamten DMPS werden innerhalb von 96 Stunden über die Nieren ausgeschieden (78). Dosis: 5 mg/kg intravenös alle 4 Stunden über 24 Stunden, kann bei Bedarf auf 100 mg zweimal täglich erhöht werden.

Neue DMSA-Analoga: DMSA-Mono- und Diester sind wirksamere und sicherere Antidote für Schwermetallvergiftungen im Vergleich zu DMSA allein (79). Unter diesen Monoestern hat sich Monoisoamyl-DMSA (MiADMSA), ein verzweigter C5-Alkylmonoester (Abb. 3), als wirksam bei Überdosierung von Blei, Cadmium, Quecksilber und Galliumarsenid erwiesen (80). MiADMSA ist ein wasserlöslicher, lipophiler Chelatbildner. Er kann intrazellulär eindringen und Zugang zu verschiedenen endogenen Liganden finden. Folglich wird MiADMSA gegenüber seiner Ausgangsverbindung bevorzugt (80).

MiADMSA kann in die Zelle eindringen und an intrazelluläres Cadmium binden. Aufgrund der Wirkung von Antioxidantien wird der Cadmium-induzierte oxidative Stress durch die Anwesenheit von MiADMSA verzögert (79).

Monomethyl-DMSA (MmDMSA) und Monocyclohexyl-DMSA (MchDMSA) sind die anderen DMSA-Analoga (Abb. 4). Sie sind lipophile Verbindungen und können in Zellen eindringen. Sie sind nach oraler Verabreichung wirksam und können nach einer Überdosierung den Cadmiumspiegel im Körper senken (79).

Kombinationstherapie mit Chelatbildnern und anderen Substanzen: Die Kombinationstherapie ist ein wirksamer Weg bei der Behandlung von Schwermetalltoxizität (3). Eine optimale Wirkung der Therapie mit Chelatbildnern kann erreicht werden, wenn eine Kombination von DMSA und MiADMSA verabreicht wird (77). Eine Kombination aus DMSA und Kalziumtrinatriumdiethylentriaminpentaacetat (CaDTPA) wurde bei akuter oraler Cadmiumgabe wirksam eingesetzt. Diese beiden Mittel verringern die Cadmiumkonzentration und die toxische Wirkung im Körper (81). Es wurde festgestellt, dass N-Acetylcystein (NAC) und DMPS das Cadmium-induzierte hepatische und renale Metallothionein reduzierten. Außerdem kann NAC die Wirksamkeit von DMPS erhöhen (82).

Einigen Berichten zufolge haben Antioxidantien wie Vitamin C und Vitamin E eine schützende Wirkung gegen die Cadmium-induzierte Toxizität bei verschiedenen Versuchstieren (83). Die Kombination von Ascorbinsäure, Alpha-Tocopherol und Selen kann gegen die Cadmiumtoxizität bei Ratten wirksam sein. Infolgedessen nahm die Lipidperoxidation zu und der Glutathionspiegel im Darm der Ratten ab. Diese Kombination zeigte eine schützende Wirkung gegen die Cadmiumtoxizität im Darm (84). In der Tat können die Vitamine A, C, E und Selen viele toxische Wirkungen von Cadmium auf bestimmte Organe und Gewebe wie Leber, Niere, Skelett und Blut verhindern oder verringern. Die anderen Elemente sind Zink und Magnesium mit zahlreichen klinischen Anwendungen. Es wird vermutet, dass Zink die Immunfunktion unterstützt und freie Radikale verhindert. Magnesium ist ein wesentlicher Kofaktor für die Aktivierung vieler Enzymsysteme im Menschen. Zn und Mg können die Cd-induzierte Nierentoxizität umkehren. Die Kadmiumtoxizität führt zu einer Verringerung der antioxidativen Enzyme, erzeugt reaktive Sauerstoffspezies und Lipidperoxidation. Tatsächlich können Zn und Mg reaktiven Sauerstoffspezies und der Lipidperoxidation entgegenwirken(85). Die Entwicklung von Chelatbildnern für Cadmiumvergiftungen ist im Gange und könnte zu einem neuen Wirkstoff führen, der zugänglich, sicher und wirksam ist, ohne die Endorgane zu verschlimmern. Insgesamt gibt es keine Beweise, die die Verwendung eines Chelatbildners zur Behandlung der Cadmiumtoxizität rechtfertigen würden.

Anwendung von Nanopartikeln bei der Behandlung von Cadmiumvergiftungen: Cadmium kann von Al2O3-Nanopartikeln adsorbiert werden. Im Allgemeinen eignen sich Al2O3-Nanopartikel zur Entfernung von Zn und Cd aus Lösungen/Sorbentiensystemen. Al2O3-Nanopartikel mit niedrigen Citratkonzentrationen werden verwendet, um Cd und Zn aus kontaminierten Lösungen zu entfernen (86). Kohlenstoff-Nanoröhrchen (CNT) entfernen Metallionen aus wässrigen Lösungen (87). Cadmium kann durch nanoskalige TiO2-Partikel aus Abwässern entfernt werden (88).

Plasmaaustausch-Hämodialyse-Plasmapherese: Der Plasmaaustausch kann 24-36 Stunden nach dem Auftreten klinischer Anzeichen und Symptome begonnen werden, wenn eine lebensbedrohliche Toxizität aufgetreten ist und das medizinische Team keine alternative Behandlung wählen konnte. Ein Plasmaaustausch darf nur in Notfallsituationen durchgeführt werden. Daher kann er bei Schwermetallvergiftungen möglicherweise hilfreich sein (89).

Hämoperfusion und Hämodialyse sind bei der Behandlung von Cadmiumvergiftungen nicht sinnvoll. Außerdem wird Cadmium sehr unterschiedlich eliminiert, die Restnierenfunktion ist sehr gering und die Cadmiumentfernung über die Dialyse ineffizient. Bei schweren Nierenschäden hat die Hämodialyse Vorteile beim Ersatz der Nierenfunktion (90). Einige der toxischen Substanzen können sich stark an Plasmaproteine binden und können nicht durch Hämodialyse entfernt werden. Die Plasmapherese ist praktisch und sinnvoll, um proteingebundene Schwermetalle im Plasma zu entfernen. Es gibt jedoch keine kontrollierten Studien zur Plasmapherese bei bestimmten Vergiftungen (91).

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Vergiftungen durch Cadmiumverbindungen schädliche Auswirkungen auf verschiedene Organe und Systeme haben. Es wird als eine potentielle weltweite Bedrohung für die Umwelt und den Menschen angesehen. Es wird über die Luft, das Wasser, den Boden, die Nahrungskette usw. transportiert. Die Exposition gegenüber Cadmiumverbindungen birgt Risiken für die menschliche Gesundheit. Kadmiumintoxikationen erfordern eine Dekontamination durch Spülung des Magen-Darm-Trakts, unterstützende Pflege und chemische Dekontamination, den Einsatz von Nanopartikeln, traditionellen und neuen Chelatbildnern und eine Kombinationstherapie.

Es wird empfohlen, die Personen zu identifizieren, die besonders empfindlich auf Kadmiumexposition reagieren, und sicherzustellen, dass landwirtschaftliche Böden, Trinkwasser und die Nahrungskette nicht kontaminiert sind. Es ist notwendig, auf den Umgang mit Cadmiumverbindungen zu achten, und es wird vorgeschlagen, die kontaminierten Standorte zu ermitteln und Aufklärungs- und Sensibilisierungsprogramme für die potenziell gefährdete Bevölkerung zu entwickeln, um die Cadmiumtoxizität zu minimieren.