Toxikokinetik
Kadmium ackumuleras i kroppen med åldern och har en extremt lång biologisk halveringstid. På grund av dess långa biologiska halveringstid på cirka 20 år är långtidstoxicitet av särskilt intresse. Även korttidstoxicitet kan vara av intresse. Kadmiums kinetik är relaterad till kemiska arter av kadmium. Kadmium i form av oorganiska kadmiumjoner har en annan metabolisk väg i kroppen än kadmium i form av metallothionin. MT är inblandad i alla typer av skador som orsakas av exponering för kadmium.
Toxikokinetiska aspekter, inklusive mekanismen för transport av kadmium till njurarna genom MT, har studerats ingående hos däggdjur och har gett belägg för att MT är viktig för transporten av kadmium till njurarna och att intracellulärt MT skyddar njurtuberkulocellerna från toxiska angrepp av kadmium. Förhållandet mellan MT-bundet kadmium och icke MT-bundet kadmium är mycket viktigt.
Efter en enda exponering är kadmium i blodplasma huvudsakligen bundet till albumin och andra större proteiner omedelbart efter upptag från mag-tarmkanalen eller lungorna. Det finns ett tidsberoende, där en större andel av plasmakadmiumet är bundet till plasmaproteiner med låg molekylvikt (troligen MT) vid längre tidsintervall efter en enda administrering. Kadmium bundet till albumin tas upp i levern. I leverceller dissocieras kadmium-MT-komplexet, kadmium som inte är bundet till MT inducerar de novo-syntes av MT i leverceller och andelen kadmium i levern som är bundet till MT ökar. Vid långvarig exponering sker en långsam frisättning av kadmium-MT från levern till blodet. Som tidigare nämnts är plasma-kadmium efter en engångsadministration av kadmium huvudsakligen bundet till albumin, och denna form av kadmium tas inte upp av njurarna i någon större utsträckning. När det gäller kadmium som injiceras i plasma i form av MT finner man dock motsatsen, vilket innebär att en stor del tas upp i njurarna. I njurarnas tubulära celler transporteras kadmium-MT-komplexet till lysosomerna, där MT kataboliseras. Hastigheten för inflödet av kadmium-MT till njurens tubulära celler och hastigheten för de novo-syntesen av MT i dessa celler reglerar poolen av intracellulära ”fria” kadmiumjoner som kan interagera med cellulära membranmål i tubulerna. När inflödet av kadmium-MT till lysosomerna är begränsat kan MT-syntesen vara tillräcklig för att producera tillräckligt med MT för att binda de begränsade mängderna kadmium. Den ”fria” kadmiumpoolen är liten och ingen membranskada uppstår. Kalciumtransporten i cellen är normal. När inflödet av kadmium-MT till lysosomerna är stort och de novo-syntesen av MT är bristfällig, är den ”fria” kadmiumpoolen tillräckligt stor för att interagera med membranmål och blockera kalciumtransportvägarna. Detta leder till försämrat upptag och transport av kalcium genom cellen med efterföljande cellskador och ökad utsöndring av kalcium och proteiner i urinen. Injektion av kadmium-MT har ofta använts som modell för att studera flera drag av nefrotoxicitet som ses vid långvarig exponering för kadmium.
Det har funnits en viss kontrovers om kadmium-MT:s roll som sekvenserande medel i förloppet av kadmiuminducerad tubulär njurtoxicitet i njurarna, och även den känsliga platsen i cellen har inte identifierats.
En roll för metallothionein i transport av kadmium och nefrotoxicitet, i moduleringen av kadmiumhepatotoxicitet framfördes på 1970-talet och har fått ytterligare stöd under årens lopp. Kadmium bundet till albumin tas upp i levern. Genom att transplantera kadmiumhaltig lever till djur som inte exponerats för kadmium, dvs. djur som nästan inte har någon vävnadskoncentration av kadmium, påvisades ett gradvis upptag av kadmium i njurarna. Dessa resultat stöder transportmodellen för kadmium i kroppen.
Ironbrist ökade nivåerna av MT-1 i benmärgen hos råttor med hemolytisk anemi, medan de oförändrade koncentrationerna i levern och med en minskad njurkoncentration av MT tyder på att MT-1 i blodet återspeglar erytropoetisk aktivitet. Detta kan förklara hur järnbrist ökar absorptionen av kadmium. Kadmium är också känt som en potent inducerare av MT-syntesen. Kraftig exponering för kadmium ger upphov till hemolytisk anemi med ökad urinutsöndring, vilket stöder MT:s inblandning.