Toksikokinetiikka
Kadmium kertyy elimistöön iän myötä, ja sen biologinen puoliintumisaika on erittäin pitkä. Koska sen biologinen puoliintumisaika on pitkä, noin 20 vuotta, pitkäaikainen myrkyllisyys on erityisen kiinnostavaa. Myös lyhytaikainen myrkyllisyys voi olla kiinnostavaa. Kadmiumin kinetiikka liittyy kadmiumin kemiallisiin lajeihin. Epäorgaanisina kadmiumioneina esiintyvällä kadmiumilla on elimistössä erilainen aineenvaihduntareitti kuin metallotioneinina esiintyvällä kadmiumilla. Kaikenlaisiin vaurioihin, joita kadmiumille altistuminen aiheuttaa, MT on osallisena.
Toksikokineettisiä näkökohtia, mukaan lukien mekanismia, jolla MT kuljettaa kadmiumia munuaisiin, on tutkittu laajalti nisäkkäillä, ja niistä on saatu näyttöä siitä, että MT:llä on tärkeä merkitys kadmiumin kulkeutumisessa munuaisiin ja että solunsisäinen MT suojaa munuaistubulussoluja kadmiumin aiheuttamalta toksiselta loukkaukselta. MT:hen sitoutuneen kadmiumin ja ei-MT:hen sitoutumattoman kadmiumin suhde on erittäin tärkeä.
Kerta-altistumisen jälkeen kadmium sitoutuu veriplasmassa pääasiassa albumiiniin ja muihin suurempiin proteiineihin välittömästi sen jälkeen, kun se on imeytynyt ruoansulatuskanavasta tai keuhkoista. Kadmium on riippuvainen ajasta, ja suurempi osa plasman kadmiumista sitoutuu pienimolekyylipainoisiin plasman proteiineihin (todennäköisesti MT) pidemmällä aikavälillä kerta-annoksen jälkeen. Albumiiniin sitoutunut kadmium imeytyy maksaan. Maksasoluissa kadmium-MT-kompleksi dissosioituu, MT:hen sitoutumaton kadmium indusoi maksasoluissa MT:n de novo -synteesiä ja MT:hen sitoutuneen maksakadmiumin osuus kasvaa. Pitkäaikaisessa altistuksessa kadmium-MT vapautuu hitaasti maksasta vereen. Kuten edellä mainittiin, kertaluonteisen kadmiumin antamisen jälkeen plasman kadmium sitoutuu pääasiassa albumiiniin, eivätkä munuaiset ota tätä kadmiumin muotoa vastaan suuressa määrin. Plasmaan MT:nä ruiskutetun kadmiumin kohdalla tilanne on kuitenkin päinvastainen, mikä tarkoittaa, että suuri osa kadmiumista imeytyy munuaisiin. Munuaisten tubulaarisissa soluissa kadmium-MT-kompleksi kulkeutuu lysosomeihin, joissa MT katabolisoituu. Kadmium-MT:n sisäänvirtausnopeus munuaistubulussoluihin ja MT:n de novo -synteesin nopeus näissä soluissa säätelevät solunsisäisten ”vapaiden” kadmiumionien määrää, jotka voivat olla vuorovaikutuksessa tubulusten solukalvokohteiden kanssa. Kun kadmium-MT:n sisäänvirtaus lysosomeihin on rajoitettu, MT:n synteesi voi riittää tuottamaan riittävästi MT:tä sitomaan rajoitetun määrän kadmiumia. ”Vapaa” kadmiumvarasto on pieni, eikä kalvovaurioita tapahdu. Kalsiumin kuljetus solussa on normaalia. Kun kadmium-MT-tulva lysosomaaliseen osastoon on suuri ja MT:n de novo -synteesi on puutteellista, ”vapaa” kadmiumvarasto on riittävän suuri vuorovaikutukseen kalvokohteiden kanssa kalsiumin kuljetusreittien estämiseksi. Tämä johtaa kalsiumin heikentyneeseen imeytymiseen ja kuljetukseen solun läpi, mistä seuraa soluvaurio ja kalsiumin ja proteiinien lisääntynyt erittyminen virtsaan. Kadmium-MT-injektiota on usein käytetty mallina useiden pitkäaikaisessa kadmiumaltistuksessa ilmenevien nefrotoksisuuden piirteiden tutkimiseen.
Kadmium-MT:n roolista kadmiumin salpaajana kadmiumin aiheuttaman munuaistubulusmyrkytyksen kulussa on ollut jonkin verran kiistaa, eikä myöskään herkkää kohtaa solussa ole tunnistettu.
Metallothioneinin roolia kadmiumin kulkeutumisessa ja nefrotoksisuudessa sekä kadmiumin hepatotoksisuuden moduloinnissa esitettiin 1970-luvulla, ja se on saanut vuosien mittaan lisää tukea. Albumiiniin sitoutunut kadmium imeytyy maksaan. Siirtämällä kadmiumia sisältäviä maksoja eläimiin, jotka eivät ole altistuneet kadmiumille, eli eläimiin, joiden kudoksissa ei ole juuri lainkaan kadmiumia, osoitettiin kadmiumin asteittainen imeytyminen munuaisiin. Nämä tulokset tukevat kadmiumin kuljetusmallia elimistössä.
Raudanpuute lisäsi MT-1:n pitoisuuksia hemolyyttistä anemiaa sairastavien rottien luuytimessä, kun taas muuttumattomat pitoisuudet maksassa ja MT:n vähentynyt munuaispitoisuus viittaavat siihen, että MT-1:n pitoisuus veressä kuvastaa erytropoieettista toimintaa. Tämä saattaa selittää, miten raudanpuute lisää kadmiumin imeytymistä. Kadmium on myös tunnustettu voimakkaaksi MT-synteesin indusoijaksi. Raskas altistuminen kadmiumille aiheuttaa hemolyyttisen anemian, johon liittyy lisääntynyt virtsaneritys, mikä tukee MT:n osuutta.