Toxikokinetika
A kadmium a korral felhalmozódik a szervezetben, és rendkívül hosszú biológiai felezési idővel rendelkezik. Hosszú, mintegy 20 éves biológiai felezési ideje miatt a hosszú távú toxicitás különösen érdekes. A rövid távú toxicitás is érdekes lehet. A kadmium kinetikája a kadmium kémiai fajaihoz kapcsolódik. A szervetlen kadmiumionok formájában lévő kadmium más anyagcsere-útvonalat jár be a szervezetben, mint a metallotionein formájában lévő kadmium. A kadmiumexpozíció által okozott minden típusú károsodásban az MT részt vesz.
A toxikokinetikai szempontokat, beleértve a kadmiumnak az MT által a vesébe történő szállításának mechanizmusát, kiterjedten tanulmányozták emlősökön, és bizonyítékot szolgáltattak arra, hogy az MT fontos a kadmiumnak a vesébe történő szállításában, és hogy az intracelluláris MT védi a vese tubulus sejtjeit a kadmium által okozott toxikus sérüléstől. Az MT-hez kötött kadmium és a nem MT-hez kötött kadmium aránya rendkívül fontos.
Egyszeri expozíció után a vérplazmában a kadmium a gyomor-bélrendszerből vagy a tüdőből való felvételt követően közvetlenül az albuminhoz és más nagyobb fehérjékhez kötődik. Van időfüggőség, a plazma kadmium nagyobb hányada egyszeri beadást követően hosszabb időközönként kis molekulatömegű plazmafehérjékhez (valószínűleg MT) kötődik. Az albuminhoz kötött kadmiumot a máj veszi fel. A májsejtekben a kadmium-MT komplex disszociálódik, az MT-hez nem kötött kadmium a májsejtekben az MT de novo szintézisét indukálja, és a májban az MT-hez kötött kadmium aránya nő. Hosszú távú expozíció esetén a kadmium-MT lassú felszabadulása következik be a májból a vérbe. Mint már említettük, a kadmium egyszeri beadása után a plazma-kadmium főként albuminhoz kötődik, és a kadmiumnak ezt a formáját a vesék nem veszik fel nagymértékben. A plazmába MT-ként bejuttatott kadmium esetében azonban ennek ellenkezőjét tapasztaljuk, ami azt jelenti, hogy a kadmium jelentős része a vesékbe kerül. A vese tubuláris sejtjeiben a kadmium-MT komplex a lizoszómákba kerül, ahol az MT katabolizálódik. A kadmium-MT beáramlásának sebessége a vese tubuláris sejtekbe és az MT de novo szintézisének sebessége ezekben a sejtekben szabályozza az intracelluláris “szabad” kadmiumionok poolját, amely kölcsönhatásba léphet a sejtmembrán célpontjaival a tubulusokban. Ha a kadmium-MT beáramlása a lizoszómákba korlátozott, az MT-szintézis elegendő lehet ahhoz, hogy elegendő MT-t állítson elő a korlátozott mennyiségű kadmium megkötéséhez. A “szabad” kadmiumkészlet kicsi, és nem következik be membránkárosodás. A kalciumtranszport a sejtben normális. Ha a kadmium-MT beáramlás a lizoszómális kompartmentbe nagy, és az MT de novo szintézise hiányos, a “szabad” kadmiumkészlet elég nagy ahhoz, hogy a membrán célpontokkal kölcsönhatásba lépve blokkolja a kalciumtranszport útvonalait. Ez a kalcium felvételének és sejten keresztüli transzportjának károsodását eredményezi, ami a sejtek károsodásával és a kalcium és a fehérjék vizelettel történő fokozott kiválasztásával jár. A kadmium-MT injekciót gyakran használták modellként a hosszú távú kadmiumexpozíció során megfigyelhető nefrotoxicitás számos jellemzőjének tanulmányozására.
A kadmium-MT mint szekvenáló szer szerepe a kadmium-indukált vesetubuláris toxicitás lefolyásában vitatott, és a sejten belüli érzékeny helyet sem sikerült azonosítani.
A metallothionein szerepét a kadmium transzportjában és a nefrotoxicitásban, a kadmium hepatotoxicitás modulálásában már az 1970-es években felvetették, és az évek során további támogatást nyert. Az albuminhoz kötött kadmium a májba kerül. A kadmiumtartalmú májak átültetésével nem kadmiumnak kitett állatokba, azaz olyan állatokba, amelyeknek a szöveti kadmiumkoncentrációja szinte teljesen hiányzott, kimutatták a kadmium fokozatos felvételét a vesékben. Ezek az eredmények alátámasztják a kadmium transzportmodelljét a szervezetben.
A vashiány megnövelte az MT-1 szintjét a hemolitikus anémiában szenvedő patkányok csontvelőjében, míg a változatlan májkoncentráció és az MT csökkent vesekoncentrációja mellett arra utal, hogy a vérben lévő MT-1 az eritropoetikus aktivitást tükrözi. Ez magyarázatot adhat arra, hogy a vashiány hogyan növeli a kadmium felszívódását. A kadmiumot az MT-szintézis erős induktoraként is ismerik. A kadmiumnak való súlyos expozíció hemolitikus anémiát okoz, fokozott vizeletkiválasztással, ami alátámasztja az MT szerepét.