Toxicokinetik
Cadmium ophobes i kroppen med alderen og har en ekstremt lang biologisk halveringstid. På grund af den lange biologiske halveringstid på omkring 20 år er langtidstoksicitet af særlig interesse. Også korttidstoksicitet kan være af interesse. Kinetikken af cadmium er relateret til kemiske arter af cadmium. Cadmium i form af uorganiske cadmiumioner har en anden metabolisk vej i kroppen end cadmium i form af metallothionein. MT er involveret i alle typer skader, der opstår ved eksponering for cadmium.
Toksicokinetiske aspekter, herunder mekanismen for transport af cadmium til nyrerne via MT, er blevet undersøgt indgående hos pattedyr og har givet beviser for, at MT er vigtig for transport af cadmium til nyrerne, og at intracellulært MT beskytter nyretubuluscellerne mod cadmiums toksiske angreb. Forholdet mellem MT-bundet cadmium og ikke-MT-bundet cadmium er meget vigtigt.
Efter en enkelt eksponering er cadmium i blodplasma hovedsageligt bundet til albumin og andre større proteiner umiddelbart efter optagelsen fra mave-tarmkanalen eller lungerne. Der er tidsafhængighed, idet en større andel af plasmakadmium i plasma er bundet til lavmolekylære plasmaproteiner (sandsynligvis MT) i længere tidsintervaller efter en enkelt indgift. Cadmium bundet til albumin optages i leveren. I levercellerne dissocieres cadmium-MT-komplekset, cadmium, der ikke er bundet til MT, inducerer de novo-syntese af MT i levercellerne, og andelen af cadmium bundet til MT i leveren stiger. Ved langvarig eksponering sker der en langsom frigivelse af cadmium-MT fra leveren til blodet. Som tidligere nævnt er plasma-cadmium efter en enkelt indgift af cadmium hovedsageligt bundet til albumin, og denne form for cadmium optages ikke i større omfang af nyrerne. For cadmium, der injiceres i plasma som MT, er der imidlertid tale om det modsatte, hvilket betyder, at en stor del af cadmiumet optages i nyrerne. I de tubulære celler i nyrerne transporteres cadmium-MT-komplekset til lysosomerne, hvor MT kataboliseres. Indstrømningshastigheden af cadmium-MT i den tubulære celle i nyrerne og hastigheden af de novo-syntese af MT i disse celler regulerer puljen af intracellulære “frie” cadmiumioner, der kan interagere med cellulære membranmål i tubuli. Når cadmium-MT-indstrømningen til lysosomerne er begrænset, kan MT-syntesen være tilstrækkelig til at producere nok MT til at binde de begrænsede mængder cadmium. Den “frie” cadmiumpulje er lille, og der opstår ingen membranbeskadigelse. Calciumtransporten i cellen er normal. Når cadmium-MT-tilstrømningen til lysosomalrummet er stor, og de novo-syntesen af MT er mangelfuld, er den “frie” cadmiumpulje tilstrækkelig stor til at interagere med membranmål og blokere calciumtransportvejene. Dette resulterer i nedsat optag og transport af calcium gennem cellen med efterfølgende celleskader og øget udskillelse af calcium og proteiner i urinen. Cadmium-MT-injektion er ofte blevet anvendt som model til undersøgelse af flere træk ved nefrotoksicitet, der ses ved langvarig eksponering for cadmium.
Der har været en vis uenighed om cadmium-MT’s rolle som sekventeringsmiddel i forløbet af cadmiuminduceret tubulær nyretoksicitet, og det følsomme sted i cellen er heller ikke blevet identificeret.
En rolle for metallothionein i transport af cadmium og nefrotoksicitet og i modulering af cadmiumhepatotoksicitet blev fremført i 1970’erne og har fået yderligere støtte gennem årene. Cadmium bundet til albumin optages i leveren. Ved at transplantere cadmiumholdige lever til ikke-cadmium-eksponerede dyr, dvs. dyr med næsten ingen cadmiumkoncentration i vævet, blev der påvist en gradvis optagelse af cadmium i nyrerne. Disse resultater understøtter transportmodellen for cadmium i kroppen.
Jernmangel øgede niveauerne af MT-1 i knoglemarven hos rotter med hæmolytisk anæmi, mens de uændrede koncentrationer i leveren og med en reduceret renal koncentration af MT tyder på, at MT-1 i blodet afspejler erythropoetisk aktivitet. Dette kan forklare, hvordan jernmangel øger absorptionen af cadmium. Cadmium er også anerkendt som en potent inducerende faktor for MT-syntese. Kraftig eksponering for cadmium giver anledning til hæmolytisk anæmi med øget urinudskillelse, hvilket understøtter inddragelsen af MT.