Těžké kovy II

Kadmium (Cd) Hlavní zdroje expozice kadmiu Využití Výskyt v přírodě Fosfátová hnojiva Spalování fosilních paliv Výroba cementu Neželezné slitiny Přírodní zdroje Ocel a železo Spalování odpadů Slitiny Cd Kadmium (Cd) Využití hutě - výroba Cd (Pb, Zn, Cu) galvanické pokovování výroba Ni/Cd baterií součást pigmentů a stabilizátorů plastů (ochrana před UV) zlatnictví a šperkařství (součást pájek) Výskyt v přírodě kontaminace půd fosfátovými hnojivy s vysokým obsahem Cd - fosfáty hromadění v rostlinách - např. kořenová zelenina, tabák

Kadmium v krvi g Cd/L krve Kuřáci Nekuřáci Medián/90-percentil Mexiko City Záhřeb Brusel Stockholm Tokio Lima Jeruzalém Amsterdam Bělehrad Peking Pokusná skupina: učitelé ve Stockholmu náhodně zvolená skupina lidí Vahrer 1992

Změna distribuce Cd uvnitř buňky po indukci tvorby MT Nuc - jádro Mit - mitochondrie Mic - mikrosómy Cyt - cytosol Klassen, Liu 1998 Mechanismus ochrany proti akutním účinkům kadmia pomocí Zn a nízkých koncentrací Cd Buněčná membrána Indukce Spontánní produkce Jádro Kadmium (Cd) Mechanismus účinku Cd se váže na na -SH skupiny v enzymech inhibice enzymů obsahujících Zn - atom Zn v molekule nahrazen Cd vazba na metallothionein - potlačení akutních a zvýšení chronických účinků poškození ledvin vede k poruše reabsorpce Ca a P - zvýšená exkrece Ca a P Metallothionein (MT) nízkomolekulární protein produkovaný játry a ledvinami obsahující -SH skupiny fyziologická funkce - ukládání Zn pro následnou syntézu metaloenzymů tvorba MT je indukována zvýšeným příjmem Zn a Cd vznik toxikokinetické tolerance mechanismem účinku MT je změna distribuce Cd uvnitř jaterních buněk (cytosol) celková koncentrace Cd v játrech není ovlivněna afinita Cd k MT je vyšší než afinita Zn MT prodlužuje T1/2 Cd (>10 let) - komplex Cd-MT podléhá tubulární reabsorpci MT působí jako antidotum při akutní otravě Cd

Kadmium (Cd) Absorpce Cd Distribuce Cd v GI se vstřebává velmi málo - asi 5 - 10 % závisí na rozpustnosti sloučenin - CdCl2 toxičtější než CdS stupeň absorpce ovlivněn už přijatým množstvím Cd - saturační efekt stupeň absorpce snížen současným příjmem Zn2+, Ca2+, Mg2+, Cr3+ absorpce vyšší při nízkoproteinové dietě s nízkým obsahem Fe velmi dobře se vstřebává plícemi - 30 - 60 % Distribuce Cd 50 - 70 % Cd zachyceného v těle se ukládá v ledvinách a játrech Cd se v těle silně akumuluje - do 50 let koncentrace Cd v těle stále stoupá rozdíl v obsahu Cd v krvi u mužů a žen - genetický polymorfismus

Koncentrace Cd a Pb v krvi dvojčat průměrný věk - 68 let, věkové rozpětí 49 - 86 let MZ - monozygoti (jednovaječná dvojčata) - 100 % shodná genetická výbava DZ - dizygoti (dvojvaječná dvojčata) - 50 % sdílených genů Björkman, Vehter, Pdersen, 2000

Koncentrace Cd v krvi dvojčat zdroje variability h2 - genetické faktory c2 - sdílené environmentální faktory g2 - nesdílené environmentální faktory Björkman, Vehter, Pdersen, 2000

Kadmium (Cd) Antidota - Cd Metabolismus Cd Akutní orální toxicita Dimerkaptopropan sulfonát sodný Kyselina 2,3 dimerkaptojantarová DMSA DMPS Kadmium (Cd) Metabolismus Cd silná vazba na metallothionein - Cd a Zn indukují tvorbu tohoto proteinu komplex Cd - metallothionein se ukládá v ledvinách - díky tomu je T1/2 10 - 30 let metalotionein chrání tělo před akutními účinky Cd Akutní orální toxicita není častá - kyselé potraviny v nádobí s Cd glazurou, obsah Cd  16 mg/ kg nebo celkem 3 mg cílovými orgány - GI (zvracení, krvavý průjem, kolika) a ledviny (nekróza) po požití krátká doba latence 1 - 1,5 h antidota - DMPS a DMSA Akutní inhalační toxicita příčina úmrtí v galvanovnách a slévárnách cílovými orgány - plíce (akutní edém plic, pneumonie) a ledviny doba latence až 8 h

Kadmium (Cd) Itai Itai „Itai - Itai disease“ - Japonsko 1940 - XXXX Subchronická a chronická toxicita při inhalační expozici Cd vznik emfyzému a fibrózy v ledvinách se ukládá zejména v proximálním tubulu - zvýšená exkrece nízkomolekulárních proteinů, aminokyselin, cukrů a minerálů poškození jater, kosterního systému a srdce „Itai - Itai disease“ - Japonsko 1940 - XXXX odpadní vody z dolů do řeky Jinzu - závlahy polí - vysoký obsah Cd v rýži poškození ledvin Cd - zvýšená exkrece P a Ca - řídnutí kostí bolestivé fraktury vznikající bez zjevných příčin dále poškození kostní dřeně (anemie), hypertenze nejvíce zasaženy starší ženy s deficitem vit. D Karcinogenní účinky epidemiologické studie ukazují na zvýšený výskyt rakoviny plic a prostaty u lidí exponovaných Cd, prokázané karcinogenní účinky na zvířatech

Pb v plné krvi (muži); monitorovaná skupina z Münsteru, 1984-2003 Olovo (Pb) Využití akumulátory barviva, keramické výrobky, stínění rentgenového záření alkylsloučeniny jako antidetonační přísady v benzínech (US EPA v roce 1979 - 0,79 g/l, dnes 0,13 g/l Pb v benzínech) Pb v plné krvi (muži); monitorovaná skupina z Münsteru, 1984-2003

Olovo (Pb) Mechanismus účinku Metabolismus - Absorpce kompetice Pb2+ s ionty Ca2+ a Fe2+ vazba na -SH skupiny enzymů rozrušení hematoencefal bariéry - destrukce astrocytů demyelinizace nervů, poškození funkce iontových kanálů, vliv na uvolňování neurotransmiterů do syn. štěrbiny denaturace bílkovin Metabolismus - Absorpce vstřebávání v plicích závisí na velikosti částic a rozpustnosti sloučenin při inhalační expozici se vstřebá až 90 % v GI dospělých se vstřebává 5 - 10 % dávky (zadrží se 5 % vstřebané dávky) v GI dětí se vstřebá 40 % dávky (zadrží se 32 % absorbované dávky) vliv výživy - vyšší absorpce při deficitu Ca, Fe a vitamínu D, na lačno

Olovo (Pb) Metabolismus - Distribuce 95% Pb vázáno v kostech náhrada Ca v kolagenové matrici tato část má velmi dlouhý T1/2 (>20 let) mobilizace Pb z kostí při kojení a po menopauze, v průběhu osteolýzy 4% vázány v měkkých tkáních - CNS, játra, ledviny koncentrace v mozku hyppocampus > mozeček > mozková kůra > mícha koncentruje se zejména v šedé kůře a jádrech snadný prostup hematoencefalickou a placentární bariérou 1 % vázáno v krvi (asi 2% z toho na PP, zbytek v erytrocytech) lehce prochází placentární i hematoencefalickou bariéru

Koncentrace Cd a Pb v krvi dvojčat průměrný věk - 68 let, věkové rozpětí 49 - 86 let MZ - monozygoti (jednovaječná dvojčata) - 100 % shodná genetická výbava DZ - dizygoti (dvojvaječná dvojčata) - 50 % sdílených genů Björkman, Vehter, Pdersen, 2000

Koncentrace Pb v krvi dvojčat zdroje variability h2 - genetické faktory c2 - sdílené environmentální faktory g2 - nesdílené environmentální faktory Björkman, Vehter, Pdersen, 2000

Pb a IQ Olovo (Pb) Toxické účinky Pb - děti vznik encefalopatie (konc. 80 g/dL) - poškození CNS symptomy: letargie, ztráta chuti k jídlu, zvracení, závratě, dále ataxie, ztáta vědomí, koma smrt patologické změny: edém mozku, snížené množství neuronů a zvýšené množství gliových buněk následky: epilepsie, mentální retardace, poškození očního nervu, slepota mezi 5 - 35 g/dL připadá na každý g/dL pokles IQ o 2 - 4 body

Paralýza při chronické expozici Pb Olovo (Pb) Toxické účinky Pb - dospělí vznik periferní neuropatie (konc. 40 g/dL) - poškození PNS demielinizace (poškození Schwannových buněk) a axonopatie - paralýza horních i dolních končetin (foot-drop, wrist-drop) senzorické nervy jsou méně citlivé než motorické pro vznik encefalopatie musí koncentrace Pb v krvi dosáhnout 100 g/dL vznik anemie zkrácení doby života červených krvinek (poškození biomembrán), snížení produkce hemoglobinu poškození ledvin (nefropatie), zvýšení krevního tlaku reprodukční a vývojová toxicita snížení počtu a pohyblivosti spermií, mužská sterilita úmrtí novorozenců - malá porodní váha

Toxicita Pb - přehled