Interactiunea Dintre Cadmiu Si Organism. Cai de Raspandire ale Cadmiului In Mediul Ambient

PARTEA A I-A

INTRODUCERE

Industrializarea, semn al progresului, în evoluția civilizației umane a cunoscut, în ultimul timp, o dezvoltare fără precedent. Ca în orice proces de dezvoltare, pe lângă avantajele enorme aduse omenirii au apărut o serie de dezavantaje, o problema majoră reprezentând-o cantitățile mari de reziduuri care impurifica apele, solul, aerul. Mediul ambiant este din ce în ce mai mult îmbogățit cu compușii de ardere ai diferiților combustibili folosiți de către mijloacele de transport. Abundența dejectelor și reziduurilor menajere consecutive exploziei demografice și a urbanizării întregesc imaginea asupra poluării mediului înconjurător care a început să preocupe din ce în ce mai serios lumea de azi, ridicând probleme din cele mai complexe, multe din ele greu de rezolvat în stadiul actual.

Prin acțiunile sale de atingere a prosperității economice, omul poate genera sau activa factori cu efecte dăunătoare, nedorite. Printre aceștia pe prim plan se situează diversele substanțe chimice care sunt răspândite ocazional în sol, aer, apă și produse alimentare (adică factori de importanță esențială pentru existența vieții). Datorită nocivității și posibilității lor de a interfera diverse procese metabolice ale organismului uman, indiferent de momentul evoluției sale, de starea fiziologică sau fiziopatologică în care se află acesta, substanțele chimice din mediul înconjurător alcătuiesc un important factor de risc. Cu toate că în urma intensificării măsurilor tehnice și organizatorice de protecție a celor expuși, prevalența îmbolnăvirilor acute în diverse țări cu industrie avansata (USA, Germania) este mai redusă, totuși prin repercutarea lor asupra metabolismului uman, noxele chimice au contribuit substanțial la schimbarea patologiei omului modern, caracterizată prin predominanța bolilor cronice degenerative și a tumorilor maligne. A fost semnalatǎ, totodată, creșterea incidenței malformațiilor congenitale. Contribuția agenților chimici la creșterea frecvenței acestor boli a fost dedusă din rezultatele studiilor epidemiologice și a fost confirmatǎ de nenumărate cercetări experimentale. Datele obținute demonstrează că prin cumulare în timp, un mare număr din agenții chimici poluanți au acțiune teratogenǎ, mutagenǎ, cancerigenǎ sau toxicǎ generalǎ.

Datorită intensificării poluării mediului ambiant prin creșterea numărului de noxe și a concentrației lor, cât și datorită efectelor lor nocive și de agravare a acestora prin acțiunea concomitentă a mai multor factori de risc, biologi, medici, sociologi au tras semnalul de alarmă asupra pericolului la care este expusă biosfera și în special omul în urma industrializării masive făcută numai pe criteriul majorării producției, fără a ține seama de riscurile ei. Oamenii de științǎ au studiat temeinic riscurile procesului de poluare și cunoscându-le prin determinismul lor (cauze și condiții), au elaborat ample programe de măsuri științifice pentru prevenirea și combaterea efectelor nedorite. În acest scop în majoritatea țărilor industrializate (inclusiv România) au luat ființǎ diferite organisme statale ce au ca sarcinǎ traducerea în practicǎ și coordonarea acțiunilor de minimalizare a poluării. Acestea se impun nu numai pentru protecția biosferei și a sănătății omului, ci și din punct de vedere economic și estetic.

Deși agravarea poluării nu poate fi evitată decât prin măsuri tehnice și organizatorice particulare fiecărui sector de activitate, totuși trebuie avut în vedere că oricât de eficiente ar fi acestea, industrializarea atrage după sine în mod inevitabil răspândirea unor mici cantități de noxe chimice în mediul ambiant și că rezultatul conflictului dintre un agent și organism nu depinde numai de agresivitatea agentului (evaluată prin determinarea toxicității acestuia), ci și de rezistența organismului.

În acest context am ales ca subiect al lucrării de diplomă interacțiunea dintre cadmiu și organism. Cadmiul, fiind din ce în ce mai utilizat sau eliberat în unele industrii, a devenit un poluant. În cadrul rezistenței organismului față de acest agent cu risc, am ținut seama că potențialul reactiv și defensiv al organismului este amplu influențat de aportul alimentar. Ca variantă alimentară ne-am oprit asupra rației de proteine, întrucât aceste principii nutritive alcătuiesc apofermentul tuturor enzimelor, iar activitatea unora dintre ele este influențată de metale grele.

În prima parte a lucrării se vor prezenta date în legătură cu răspândirea cadmiului în mediul ambiant, sursele și posibilitățile de poluare cu cadmiu, căile de pătrundere în organism, metabolismul și acțiunea sa toxicodinamică. Partea a doua a lucrării va prezenta și concluziona rezultatele cercetărilor proprii referitoare la efectul unor doze mici de cadmiu, administrate în hrana șobolanului alb, în funcție de compoziția regimurilor alimentare și anume în funcție de aportul de proteine.

I. Sursele și căile de răspândire ale cadmiului în mediul ambient

Deși au trecut mai mult de 130 de ani de la apariția primelor cercetări privind toxicitatea cadmiului (Marmé 1867) abia în ultimii 25-30 de ani a crescut simțitor interesul pentru studiul acțiunii acestui metal asupra organismului uman și concomitent aprofundarea cunoștințelor despre proveniența lui și despre căile de răspândire și de poluare a mediului înconjurător.

1. Sursa naturală

În solul nepoluat, cadmiul se găsește numai sub formă de compuși anorganici. Conținutul scoarței terestre în cadmiu se evaluează la 0,5-1 ppm. Răspândirea lui în diferite soluri și minereuri urmează pe cea a zincului. Deși concentrația cadmiului in blendă (ZnS) se ridică până la 4,5%, raportul Cd/Zn variază între 1:1.000 și 1:12.000. În afară de blendă, cadmiul natural se mai găsește în silicatul de zinc (calamină), mai rar ca sulfură (greenokit) sau carbonat (ottavit) și în unele depozite naturale de fosfați și superfosfați, cum sunt cele provenite din fosile.

2. Expunerea profesională

Cadmiul este un partener geochimic al zincului și se obține ca produs secundar la prepararea acestuia. Separarea sa de zinc se face prin electroliză, datorită potențialului de descărcare diferit sau prin sublimare în vid sau curent de hidrogen. Cadmiul s-a folosit pe scară foarte mare la protejarea anticorosivă a fierului și a oțelului (cadmiere, galvanoplastie) și continuă să se folosească în electrotehnică, în obținerea unor mase plastice, coloranți, a cauciucului sintetic, în industria bijuteriilor, dar mai ales se folosește la obținerea unor aliaje cu punct de topire scăzut: aliaje de lipit, aliaje de legare, aliaje pentru tipografie. Amalgamul de cadmiu se folosește în tehnica dentară. Dacă în ultimii ani galvanoplastia a înregistrat un recul, utilizarea cadmiului s-a extins în schimb la fabricarea de baterii și de elemente electronice speciale într-o gamă foarte largă.

Toate locurile de muncă unde se utilizează cadmiul reprezintă nu numai surse de expunere profesională, ci și surse de poluare a mediului înconjurător. De asemenea, trebuie avut în vedere că acest metal este un însoțitor permanent al zincului și că prezența industriei metalelor neferoase implică și contaminarea cu cadmiu.

3. Solul

În zonele neindustrializate conținutul mediu al scoarței terestre în cadmiu este sub un 1 ppm, iar în apropierea uzinelor unde se prepară sau se utilizează acest metal concentrația este mai mare, deoarece compușii lui ajung direct sau indirect în sol. În USA măsurându-se conținutul atmosferei în jurul topitoriilor de preparare a cadmiului s-a observat că aproape 1/3 din acest metal ajunge sub formă de praf pe suprafața solului. Pe distanța de 1 km de la o fabrică de zinc concentrația medie a cadmiului în sol (până la 15 cm adâncime) a fost de 1,750 ppm. Îmbogățirea suprafeței terestre în acest metal se realizează și prin tratarea cu superfosfați naturali (pentru unii din aceștia conținutul în cadmiu variind între 50 și 170 ppm), precum și prin poluarea cu diferite substanțe sau deșeuri cadmifere. Datorită uzurii anvelopelor, în probele de sol uscat din jurul șoselelor cu trafic intens s-au găsit cantități mult mai importante de cadmiu decât în cele recoltate la distanțe mari.

4. Aerul

În regiunile lipsite de instalații industriale care eliberează cadmiu, concentrația acestui metal în aer nu depășește 0,001 mcg/mł, ceea ce înseamnă o inhalare zilnică de maximum 0,02 mcg/locuitor. În contrast cu aceste valori, în aerul din halele uzinelor unde se manipulează cadmiu, în timpul lucrului, s-au găsit concentrații până la: de 25.000 de ori mai mari (0,25 mg/mł). Atmosfera orașelor cu astfel de industrie are o concentrație medie în cadmiu ce depășește foarte frecvent 0,05 mcg/mł, ajungând ca în unele centre (Huston, Texas) să se ridice la 0,33 mcg/mł. Un studiu cuprinzând 36 localități din USA a arătat că, conținutul aerului în cadmiu a variat între 0,001 mcg/mł și 0,083 mcg/mł, iar altul efectuat în Japonia a arătat concentrații medii de cadmiu de 0,015 mcg/mł la Tokyo și de 0,166 mcg/mł la Annaka City. În țările scandinave gradul de poluare cu cadmiu al aerului s-a evaluat prin dozarea acestui metal în mușchi și licheni, care absorb și rețin metale grele. Cantitatea de cadmiu (raportată la substanța uscată) găsită în părțile nordice nu a depășit 0,2 ppm, în timp ce în zonele sudice s-a ridicat la cca 1 ppm. În probele recoltate din vecinătatea uzinelor unde se folosea acest metal, concentrația în cadmiu a fost peste 100 ppm. Poluarea aerului cu cadmiu se datorează nu numai fumului și pulberilor emise de uzinele care îl folosesc, ci și combustiei diferitelor metale cadmifere (cărbune, petrol, uleiuri minerale, hârtie, deșeuri organice) unde concentrația cadmiului variază între 1 și 50 ppm, precum și uzurii anvelopelor de cauciuc sintetic. Cantitatea de cadmiu cedată într-un an de mijloacele de transport auto din USA (prin consumul de benzină și uzura cauciucurilor) s-a estimat la cca 6 tone. Pentru concentrații cuprinse între 0,003 și 0,005 mcg/mł de aer cantitățile depuse lunar sub formă de praf au variat între 0,055 și 0,090 mg/m˛.

5. Apa

În teritoriile nepoluate cantitatea de cadmiu din apele naturale și cele de conductă nu depășește 1 mcg/l, concentrația maximă admisă provizoriu de O.M.S. pentru apa potabilă fiind de 10 mcg/l, ceea ce înseamnă că un consum de 2,5 l de apă pe zi realizează un aport de 25 mcg Cd. În apa de conductă din 16 state ale USA s-au găsit valori cuprinse între 0,12 și 39 mcg/l; în 12 orașe norma a fost depășită. În Europa concentrația medie a fost de 1,8 mcg/l în Germania și sub1 mcg/l în Suedia. Conductele galvanizate prin care se asigură aprovizionarea cu apă pot ceda mici cantități de cadmiu. În probele recoltate dimineața (după 10-12 h de neutilizare a apei) de la același robinet, concentrația cadmiului a depășit 10 mcg/l însă curând după ce s-a început folosirea, aceasta a scăzut. În apele marine din apropierea coastelor, concentrația cadmiului variază între 0,075 și 0,32 mcg/l.

6. Alimentele

Datele din literatura de specialitate evidențiază prezența cadmiului in majoritatea produselor alimentare. Cadmiul ajunge în organism atât pe cale digestivă, cât și respiratorie și tegumentară. Produsele alimentare alcătuiesc cea mai importantă sursă de cadmiu, excluzând bineînțeles expunerea profesională (când calea principală este inhalarea aerului de la locul de muncă). Marea ”uzină” în care se elaborează hrana oamenilor și a animalelor fiind suprafața foliară a plantelor, dacă mediul de viață al acestora (aer, apă, sol) este contaminat, substanțele poluante pot intra în structura lor. Cadmiul, găsindu-se atât în sol și apă, cât și în atmosferă, se depune pe frunze, pătrunzând ușor în interiorul diferitelor plante, folosite ca produse alimentare pentru om sau ca furaje pentru animale. Contaminarea se poate accentua fie prin folosirea de fertilizanți (fosfați, superfosfați) sau de fungicide cadmifere, precum și în cursul transportului în vagoane și mai ales în autocamioane. Faptul că raportul Zn/Cd în pl 0,2 ppm, în timp ce în zonele sudice s-a ridicat la cca 1 ppm. În probele recoltate din vecinătatea uzinelor unde se folosea acest metal, concentrația în cadmiu a fost peste 100 ppm. Poluarea aerului cu cadmiu se datorează nu numai fumului și pulberilor emise de uzinele care îl folosesc, ci și combustiei diferitelor metale cadmifere (cărbune, petrol, uleiuri minerale, hârtie, deșeuri organice) unde concentrația cadmiului variază între 1 și 50 ppm, precum și uzurii anvelopelor de cauciuc sintetic. Cantitatea de cadmiu cedată într-un an de mijloacele de transport auto din USA (prin consumul de benzină și uzura cauciucurilor) s-a estimat la cca 6 tone. Pentru concentrații cuprinse între 0,003 și 0,005 mcg/mł de aer cantitățile depuse lunar sub formă de praf au variat între 0,055 și 0,090 mg/m˛.

5. Apa

În teritoriile nepoluate cantitatea de cadmiu din apele naturale și cele de conductă nu depășește 1 mcg/l, concentrația maximă admisă provizoriu de O.M.S. pentru apa potabilă fiind de 10 mcg/l, ceea ce înseamnă că un consum de 2,5 l de apă pe zi realizează un aport de 25 mcg Cd. În apa de conductă din 16 state ale USA s-au găsit valori cuprinse între 0,12 și 39 mcg/l; în 12 orașe norma a fost depășită. În Europa concentrația medie a fost de 1,8 mcg/l în Germania și sub1 mcg/l în Suedia. Conductele galvanizate prin care se asigură aprovizionarea cu apă pot ceda mici cantități de cadmiu. În probele recoltate dimineața (după 10-12 h de neutilizare a apei) de la același robinet, concentrația cadmiului a depășit 10 mcg/l însă curând după ce s-a început folosirea, aceasta a scăzut. În apele marine din apropierea coastelor, concentrația cadmiului variază între 0,075 și 0,32 mcg/l.

6. Alimentele

Datele din literatura de specialitate evidențiază prezența cadmiului in majoritatea produselor alimentare. Cadmiul ajunge în organism atât pe cale digestivă, cât și respiratorie și tegumentară. Produsele alimentare alcătuiesc cea mai importantă sursă de cadmiu, excluzând bineînțeles expunerea profesională (când calea principală este inhalarea aerului de la locul de muncă). Marea ”uzină” în care se elaborează hrana oamenilor și a animalelor fiind suprafața foliară a plantelor, dacă mediul de viață al acestora (aer, apă, sol) este contaminat, substanțele poluante pot intra în structura lor. Cadmiul, găsindu-se atât în sol și apă, cât și în atmosferă, se depune pe frunze, pătrunzând ușor în interiorul diferitelor plante, folosite ca produse alimentare pentru om sau ca furaje pentru animale. Contaminarea se poate accentua fie prin folosirea de fertilizanți (fosfați, superfosfați) sau de fungicide cadmifere, precum și în cursul transportului în vagoane și mai ales în autocamioane. Faptul că raportul Zn/Cd în plante este mult mai mic decât în solul în care acestea au fost cultivate, ca și scăderea conținutului lor pe măsură ce distanța față de șoselele cu trafic intens a crescut arată rolul poluării aerului. Concentrația cadmiului în legume-frunze (spanac, salată, etc) este un bun indicator al gradului de contaminare aeriană. Datorită relațiilor amintite, nivelul de cadmiu din produsele alimentare este influențat de conținutul solului și al atmosferei în acest metal ca și de cantitatea și calitatea fertilizanților utilizați. Pentru același grad de poluare conținutul în cadmiu al legumelor-frunze (salată, varză) este mai mare decât în tuberculi (cartofi), rădăcinoase (morcovi, ridichi), legume-fructe (tomate, vinete) și cereale (grâu, orez, porumb). Datorită poluării aeriene, în coaja fructelor (ex. mere), ca și în legumele frunze, se găsește mai mult cadmiu decât în pulpă. Fixarea de către plante este mai importantă în solurile cu pH acid. Ca atare procesele care acidifică solul (ex. ploi acide) pot produce o creștere a conținutului mediu de cadmiu în produsele recoltate de pe aceste terenuri.

Produsele alimentare de origine animală conțin cantități de regulă mai mici decât cele de origine vegetală, însă dacă animalele au fost crescute în mediu intens poluat sau hrănite cu furaje contaminate, concentrația acestui metal poate depăși limitele obișnuite.

Indiferent de specie și de gradul de poluare, viscerele animalelor adulte (rinichi, ficat) conțin mai mult cadmiu decât laptele sau musculatura acestora. Organele unor crustacee și moluște marine, hrană preferată de japonezi, conțin cantități mai mari de cadmiu, iar stridiile au chiar capacitatea de a concentra acest metal.

Carnea, peștele și fructele conțin în general nivele similare de cadmiu care se situează cam între 5-10 μg/kg produs în zonele necontaminate. Ca valori reprezentative pentru cereale și legume-rădăcinoase se citează cca 25 μg/kg. De altfel valori cuprinse între 50-100 Cd g/kg produs proaspăt sunt considerate nepericuloase.

7. Tutunul

Frunzele de tutun acumulează nivele relativ crescute de cadmiu. Astfel materia primă din care se prepară țigările reprezintă o sursă importantă de expunere pentru fumători.

Țigările conțin în jur de 1-2 μg cadmiu și prin ardere aproximativ 10% din această cantitate trece în fumul inhalat când se fumează. Se apreciază că fumatul a 20 țigări pe zi se însoțește de inhalarea a 2-4 μg cadmiu. Prezența filtrului la țigări diminuează într-o anumită măsură conținutul în cadmiu al fumului inhalat.

Conținutul în cadmiu din țigări variază în funcție de regiunea din care provine tutunul folosit la prepararea acestora. Se citează valori foarte scăzute pentru țigările fabricate cu tutun din Argentina, India, Zambia (valori între 0,1-0,5 mcg Cd/țigară). În urma dozării cadmiului din 20 țigări înainte de fumare, cât și a cantității rămasă în cenușă și în partea nefolosită s-a aflat că aproape 70 % a trecut în fumul inhalat. Marii fumători, care trăiesc chiar în zone necontaminate au un aport crescut de cadmiu comparativ cu restul populației din zonă.

8. Aportul zilnic

În scopul stabilirii aportului zilnic de cadmiu în zone necontaminate sau în regiuni contaminate s-au făcut numeroase studii recurgându-se la determinarea conținutului de cadmiu din diete obișnuite, meniuri complete sau din alimentele ce alcătuiesc coșul zilnic. De asemenea, în același scop s-a recurs la dozarea cadmiului din materii fecale, ținând cont că utilizarea digestivă (cantitatea absorbită din cea ingerată) este de aproximativ 5 %. Rezultatele cercetărilor efectuate, referitoare la determinarea aportului de cadmiu prin alimente variază în limite foarte largi.

Astfel se citează pentru zone din Europa, Noua Zeelandă, USA valori între 10-25 mcg/zi, dar aceiași autori precizează că 10 % din populația respectivă au un aport de 2 ori mai mare, iar 2,5 % chiar de 3 ori mai mare. În Japonia, în zone considerate normale (necontaminate) se indică o medie a aportului zilnic de cadmiu prin alimente între 30-60 mcg, iar în zone expuse se poate ridica până la 150-250 mcg sau chiar 600 mcg /24h.

În zone contaminate din Marea Britanie, cum ar fi Shiphan, s-au găsit de asemenea valori mai crescute ale aportului zilnic prin alimente (400 mcg /săptămână sau chiar mai mari).

Aportul de cadmiu prin alimente variază de la individ la individ, în funcție de deprinderile alimentare, dar și în funcție de vârstă. Adolescenții, care au o cheltuială de energie mai mare, ”beneficiază” de un aport crescut, datorită unui consum mai mare de alimente.

În țara noastră într-un studiu efectuat în 1970, dozându-se cadmiul din 30 de alimente și ținându-se seama de cantitatea consumată s-a estimat că aportul variază de la 38-64 mcg /zi, însă folosirea unor produse bogate în cadmiu îl poate ridica la 104-176 mcg.

Comitetul de experți FAO/OMS, ținând seama că 80-90 % din cadmiul ingerat se elimină prin fecale, a admis un aport de 70 g/zi (prin alimente). Deși alimentele reprezintă principala sursă de cadmiu pentru om, totuși când se evaluează aportul zilnic trebuie să se țină seama și de cantitatea pătrunsă în organism prin aer și apă, iar în cazul fumătorilor și prin tutun.

CAPITOLUL II

Metabolismul cadmiului

Datorita răspândirii ubicuitare, a prezenței in produsele alimentare și apa, în aer, în fumul de tutun, cadmiul pătrunde în organism atât pe cale digestivă, cât si pe cale respiratorie și cutanată. Pe baza unor date obținute din experiențe pe animale se evaluează că numai 10-40% (în medie 25%) din cadmiul inhalat ajunge în torentul circulator.

1. Absorbția

Pentru că aportul cel mai mare de cadmiu se realizează prin produsele alimentare, vom prezenta numai observațiile referitoare la intrarea acestui metal în torentul circulator la nivelul mucoasei digestive. Aciditatea sucului gastric mărește considerabil solubilitatea sărurilor de cadmiu dar sediul principal de absorbție se află în duoden și intestinul subțire, unde există sisteme de transport specializate.

Datorită alcalinității de la acest nivel coeficientul de utilizare digestivă este foarte mic (cca. 6 %). În cercetări făcute pe 6 voluntari (19-50 ani) s-a constatat că la 3-5 zile după ingerarea a 100 mcg radiocadmiu, 70-75 % din acesta a fost eliminat prin fecale. Eliminarea a continuat și, după 6 zile, numai 6 % (4,7-7 %) din cantitatea ingerată a fost reținută in organism. La maimuțe metalul reținut după administrarea per os a 0,17 si 1,7 mg Cd/kgc a variat între 2,5 si 3,2 %. În experiențe pe șobolani, cărora li s-a dat per os clorură de cadmiu marcată cu Cd s-a observat că, mărind doza, concentrația metalului absorbit crește, dar nu proporțional. În alte experiențe pe șoareci hrăniți cu orez, care pentru un lot conținea 0,1ppm cadmiu, iar pentru altul 0,6 ppm, variindu-se aportul de calciu, s-a constatat că după 70 săptămâni prezența noxei in ficatul si rinichii șoarecilor cu dietă hipocalcică a fost de 50 % pentru doza de 0,1ppm cadmiu si 300-400 % mai mare pentru doza de 0,6ppm cadmiu. La șobolanii, care timp de un an au primit apă cu conținut diferit de cadmiu (0,10 ppm), retenția acestui metal a fost de două ori mai mare la lotul hrănit cu o dietă hipocalcică, decât la lotul care a beneficiat de o dietă normocalcică. Administrarea de proteine cu glicerină, ovalbumină, lactoglobină (1-10 mg/ml perfuzat) a scăzut absorbția cadmiului din intestinul subțire la șobolani in situ, în timp ce administrarea de aminoacizi ca L-cisteina, L-histidina, L-prolina (30mM în perfuzat) au favorizat absorbția cadmiului. Efectul proteinelor asupra diminuării absorbției de cadmiu apare ca urmare a legării lor de cadmiu, scăzând concentrația metalului liber. Complexele cadmiu-aminoacizi pot diminua legarea metalului de proteinele din țesuturi rezultând un complex absorbit efectiv in circulație.

2. Cadmiemia

La persoanele sănătoase cadmiul plasmatic este sub 1 mcg %. Valoarea medie găsită la 24 subiecți normali a fost de 0,95±0,1mcg %, însă pentru hematii a fost de două ori mai mare (2,16-2,69 mcg %). În investigații pe copii, dozarea cadmiului prin metoda absorbției atomice a arătat concentrații medii de 0,49 mcg% cadmiu in sângele total la copii sănătoși și de 0,57 mcg% la copii bolnavi. Cea mai ridicată valoare gasită la copii sănătoși a fost de 7,9 mcg%. Asemenea valori crescute se întâlnesc la muncitorii expuși acestei noxe și la bolnavii cu hipertensiune arterială cronică. Investigații făcute pe 25 de muncitori dintr-o fabrică de acumulatori Ni-Cd au arătat că în sângele total cadmiul crește mult după expunerea de scurtă durată la concentrații mari, rămânând însă la nivele joase în expunerile de lungă durată la concentrații mici. Prin urmare, nu există o relație proporțională între nivelul cadmiemiei și intensitatea sau durata expunerii. Prin electroforeză s-a demonstrat că alfaglobulinele reprezintă majoritatea proteinelor de care este legat cadmiul în ser.

3. Distribuția în organe

Folosindu-se mai multe criterii de evaluare s-a stabilit că pentru persoane de aceeași vârstă(50 ani), încărcarea totală a organismului în regiunile contaminate din Europa este de 15-20 mg în USA de 30 mg și în Japonia de 40-80 mg.

În ficat și rinichi s-a constatat că metalul atinge cele mai mari concentrații. S-a observat, de asemenea, că încărcătura variază cu vârsta : 30 mg între 10-30 ani, 45 mg între 30-50 ani, 55 mg pentru cei peste 50 ani. Cantitatea de cadmiu existentă în rinichi la 50 ani a fost de 20 mg (aceste date au fost valabile pentru Japonia).

Autoradiograme făcute la 20 minute, 60 minute și 16 zile după injectarea i.v. de clorură de cadmiu marcată cu Cd la șoareci, au demonstrat că metalul părăsește rapid sângele. Principalele organe în care se acumulează sunt ficatul și rinichiul (inițial concentrația este mai mare în suprarenale, apoi se concentrează în corticala renală). Urmează apoi pancreasul, mucoasa intestinală și plămânul. Concentrațiile cele mai mici s-au dozat în creier. Dozându-se cadmiul în organe recoltate de la 20 persoane expuse la acest metal s-a observat că în rinichi concentrația medie a fost de 11,7 ppm, iar în ficat de 2,03 ppm. Prin calcul s-a stabilit că circa 33 % din cadmiul existent în corpul uman se află în corticala renală. Într-un alt studiu efectuat pe 133 persoane (17-33 ani) decedate prin accidente s-a constatat că atât în ficat cât și în rinichi concentrația cadmiului crește cu vârsta. Fumarea a 20 țigări pe zi timp de 35 ani poate ridica concentrația renală de cadmiu cu 30 %. La 45 fumători în vârstă de 60±11 ani, cantitatea de metal din rinichi, ficat și plămâni a fost de 15,8 mg față de 6,6 mg la 22 nefumători de aceeași vârstă.

Rezultatele mai multor cercetări experimentale efectuate pe șoareci și șobolani cărora li s-a injectat s.c. clorură de cadmiu cu Cd sau cu Cd au arătat că acumularea acestui metal începe în ficat, unde radioactivitatea este maximă la 20 minute după injectare, și continuă în rinichi unde se accentuează după 1-2 luni. În interiorul aceluiași organ, distribuția cadmiului variază cu natura structurii intra- sau subcelulare. În cercetări pe șobolani s-a constatat că după 24 ore de la injectarea de clorură marcată cu Cd 70-80% din doza administrată a apărut în fracțiunea solubilă a citoplasmei, 9 % în mitocondrii și microzomi, în timp ce în nucleu cantitățile au fost foarte mici.

Rezultate similare s-au obținut pentru corticala renală după injectarea a 2,4 mg Cd/kgc. Cadmiul legat de proteinele specifice rămâne în citoplasmă, iar cel nelegat intră în nucleu. În curs de 15 zile concentrația în fracțiunea solubilă a crescut, iar în lizozomi și mitocondrii a scăzut până la dispariție. Prin filtrarea pe gel s-a stabilit că, atât în rinichi cât și în ficat, metalul s-a legat de proteine cu greutate moleculară mică (11-12.000), similară cu cea a metalotioneinei. După 4 ore de la injectarea s.c. de radiocadmiu la șobolani masculi s-a observat că 50 % din metalul acumulat în testicule se află în supernatant legat de asemenea proteine, iar după 4 zile proporția s-a ridicat la 74 %. Acest fapt demonstrează că metalotioneina este proteina care leagă cadmiul nu numai în corticala renală, ci și în alte organe.

4. Transferul prin placentă și glanda mamară

În Japonia s-a determinat concentrația cadmiului în ficat, rinichi și creier la 36 embrioni umani avortați (intacți) și s-a observat că acest metal este prezent încă din primele3 luni de gestație. Deși mamele nu trăiau în zone intens poluate totuși, în al doilea trimestru de sarcină concentrația cadmiului a fost de 0,113 mcg/g pentru ficat, 0,050 mcg/g în rinichi și de 0,140 mcg/g în creier. S-a injectat i.v. circa 15 mcg clorură de cadmiu marcată cu Cd la șoricioaice cu 24-36 ore înainte de naștere și s-a constatat că 0,09 din doza injectată a fost preluată de pui. Cadmiul existent în organele femelelor înainte de a fi gestante nu a fost transferat produșilor de concepție. Administrarea parenterală de radiocadmiu (Cd) la șobolance în ziua parturiției a fost urmată de creșterea concentrației acestui metal atât în lapte (unde s-a menținut ridicată tot timpul alăptării) cât și în mucoasa intestinală și mai puțin în ficatul puilor. Femelelor de șobolan tulpina Wistar, li s-a administrat cadmiu 60-180 mg/l în apa de băut, în zilele 1-20 de sarcină și s-a observat acumularea cadmiului în organele cercetate, cu preponderență în peretele intestinal. Hematocritul a scăzut în sângele fetal la grupul care a primit 60 mg Cd/l. Greutatea și lungimea fetușilor a scăzut în ambele grupuri, dar mărimea puilor nou-născuți nu a fost afectată. Dezvoltarea tardivă fetală nu a fost concomitentă cu creșterea concentrației de cadmiu și scăderea concentrației de cupru și zinc în organele fetale. Conținutul în cadmiu nu a fost modificat în creierul, ficatul și rinichii fetali, ci a crescut numai în peretele intestinal ale fetușilor proveniți din grupul care a primit 180 mg Cd/l.

5. Eliminarea

A. Calea digestivă

O parte din cadmiul acumulat în ficat se elimină cu bila în duoden, de unde, o mică fracțiune se re-absoarbe (circulația entero-hepatică). După 20 zile de la injectarea i.p. la șobolani a unei doze sub letale de sulfat de cadmiu marcat (Cd), 70 % din izotop s-a găsit în ficat deși sângele nu era radioactiv. După administrarea parenterală a unor cantități mici s-a constatat că radioactivitatea hepatică a crescut progresiv, izotopul apărând și în bilă. Legându-se coledocul unor animale injectate la intestinul subțire al altora netratați s-a observat apariția izotopului în ficatul celor din urmă, ceea ce a demonstrat existența circulației entero-hepatice și posibilitatea reabsorbției cadmiului. În cercetări pe șoareci cărora de 5 ori pe săptămână, timp de 5 luni, li s-a injectat câte 0,025 mg Cd/kgc, s-a constatat că în pofida unor mari variații individuale, cantitatea de cadmiu eliminată pe cale digestivă s-a corelat semnificativ cu cea administrată, iar când doza s-a mărit de 10 ori (0,25 mg/kgc) eliminarea a fost de 10 ori mai ridicată, scăzând apoi la câtva timp după încetarea tratamentului. După ingerarea de cadmiu radioactiv, șobolanii au eliminat pe cale digestivă 90 % și numai 0,4 % prin urină, radioactivitatea corpului reprezentând în primele 24 ore 6-10 % din doza administrată. Când izotopul a fost injectat i.v. în 5 zile s-a eliminat prin fecale 25 %, prin urină 1,5 % din doza inoculată, 65 % reținându-se în corp unde radioactivitatea a început să scadă după 5 zile.

B. Excreția renală

Urina normală conține cantități foarte mici de cadmiu, eliminarea renală a acestui metal fiind redusă chiar la persoanele din zonele poluate. Într-o anchetă făcută la Cincinnati (USA) pe 145 muncitori s-a constatat că excreția medie a fost de 1,15 mcg Cd/l. La 1073 locuitori dintr-un district al orașului Tokio s-a observat o excreție de 1,0-5,2 mcg/l urină. În Japonia cercetându-se relația cu vârsta la 312 persoane, s-a constatat că între 4-6 ani excreția medie a fost de 0,47 mcg/l, între 30-35 ani a crescut la 1,13 mcg Cd/l, pentru ca între 40-59 ani să fie de 1,75 mcg/l. La persoane din aceeași zonă între vârsta de 5-35 ani cadmiuria s-a ridicat de la 0,5 la 2 mcg/l. În Otago (Noua Zeelandă0 studiindu-se cadmiuria raportată la diureza din 24 ore, pe un lot de 96 studenți, s-a observat că variațiile nictemerale sunt foarte mici, cele interindividuale fiind însă cuprinse între 2,4-27,2 mcg, media fiind de 17,8 mcg pentru bărbați și de 16,3 mcg pentru femei. La persoanele sănătoase cadmiuria nu s-a corelat cu gradul de încărcare al organismului cu acest metal, însă când s-a instalat leziunea tubulară și a apărut proteinuria excreția a crescut considerabil, ajungând până la 50 mcg/l. Rezultatele experiențelor pe animale au confirmat observațiile desprinse din studiile făcute pe loturi de oameni. După injectarea s.c. a unei singure doze de cadmiu la șobolan, cadmiuria pe 24 ore din următoarele 4 zile a reprezentat numai 0,003-0,007 % din doza injectată. La șoareci, administrându-se s.c. câte 0,25 și 0,50 mg cadmiu/kgc/zi timp de 6 luni, s-a constatat că excreția renală a cadmiului s-a majorat semnificativ numai la animalele care au primit doză mare și numai când a apărut proteinuria, ceea ce s-a întâmplat cu 3 săptămâni înainte de închiderea perioadei de observație.

C. Semidurata biologică

Timpul necesar pentru reducerea la jumătate a cantității de metal existente într-un moment oarecare este influențat atât de mărimea acesteia (doza injectată) și de felul expunerii (unice sau repetate), cât și de durata perioadei de observație. La șobolani, în 5 zile de la injectarea i.v. a unei doze unice de cadmiu radioactiv, 25 % a apărut în fecale și 1,5 % s-a eliminat pe cale renală. Urmărindu-se soarta cantității rămasă în organism după acest interval s-a constatat că metalul s-a acumulat în rinichi, iar eliminarea a fost foarte lentă. Ținând seama de rata micșorării zilnice, prin calcul, s-a aflat că semidurata biologică a cadmiului injectat este de 333,6 zile. Într-un alt experiment s-a administrat s.c. la șobolani câte o singură doză de cadmiu (2,5 ng/kgc) după care a început sacrificarea săptămânală a câte 2 animale până în săptămâna 21-a și apoi s-a repetat după a 35-a și după a 82-a săptămână. Concentrația a fost maximă pentru epididim la 5 săptămâni, iar pentru testicole abia la 18 săptămâni. Deoarece valorile găsite în a 35-a săptămână și respectiv în a 82-a săptămână au fost numai cu puțin mai mici s-a conchis că reducerea la jumătate a existentei biologice a cadmiului necesită minimum 2-3 ani. La om, semidurata biologică a acestui metal, ar fi de circa 16 ani. Acest fapt explică acumularea continuă și creșterea cantității din organism paralel cu vârsta.

CAPITOLUL III

TOXICODINAMIA CADMIULUI

Cadmiul este un contaminant al materiei vii, iar organismul nu dispune de un mecanism de reglare și menținere a homeostaziei acestuia, după cum dispune în cazul elementelor biogene. Prin urmare, cadmiul pătruns în organism se comportă ca un agent străin al cărui efect depinde de nocivitatea (toxicitatea) lui proprie și de cantitatea acumulată.

1. Intoxicația acută

Când doza este mare pot să apară intoxicații acute, a căror simptomatologie variază în funcție de calea de pătrundere în organism. Dacă aceasta se realizează prin inhalare (fum, vapori, pulbere fină) după cum se întâmplă în topitorii, ateliere de cadmiaj sau de sudură cu mangan-cadmiu etc., intoxicația se manifestă prin tulburări generale (cefalee, amețeli etc.) și leziuni ale aparatului respirator (traheobronșite acute, bronhopneumonii, edem pulmonar). În funcție de gravitatea acestora letalitatea se poate ridica la 15-20 % și se poate produce în 1-3 zile. Când metalul se ingeră simptomatologia este dominată de grețuri, vărsături, dureri abdominale, diaree etc. Doza emetizantă fiind mai redusă decât cea toxică și mai ales, decât cea letală, intoxicațiile pe cale digestivă sunt rare. Totuși, pe plan mondial, s-au înregistrat până în 1957 peste 900 cazuri de intoxicații. În Italia, în același an, a apărut o explozie de 126 îmbolnăviri după consumarea unui vin al cărui conținut în cadmiu (probabil din recipiente) s-a ridicat la 23,9 mg per litru. Prin calcul s-a stabilit că persoanele afectate au ingerat cel puțin câte 10 mg și intoxicația s-a manifestat prin grețuri, vărsături, epigastralgii, diaree fără a provoca exitus. La om nu se cunoaște doza letală, însă pe câteva specii de animale, administrând metalul subcutanat s-a constatat că aceasta este de 20 mg/kgc pentru șoarece, de 25-40 mg/kgc pentru pisică și de 25-50 ng/kgc pentru iepure. Dacă administrarea s-a făcut per os doza letală pentru iepure a variat între 70 și 150 mg/kgc. Pe cale respiratorie, în timp de 60 minute, concentrația de 10 mg/mł a fost letală pentru șobolan și cea de 250 mg/mł pentru maimuță.

2. Intoxicația cronică

Datorită lipsei unui sistem de reglare specifică, chiar când aparent ”per se” doza este nedăunătoare, prin acumularea de doze mici și repetate timp îndelungat, concentrația realizată în organism poate depăși pe cea tolerabilă (fără apariția tulburărilor) și poate deveni mare generând intoxicații cronice. Deși prin deprimarea și interferarea activității unor biocatalizatori (enzime, oligoelemente), care participă la succesiunea coordonată a proceselor metabolice, acțiunea cadmiului se repercută asupra întregului organism. Deoarece sensibilitatea unor sisteme și organe este mai mare decât a altora, intoxicația cronică se manifestă prin mai multe sindroame, dintre care cel renal se situează pe primul plan.

A. Nefropatia

Afecțiunea renală se instalează insidios apărând după o lungă perioadă în care noxa a fost tolerată fără tulburări aparente. Ea interesează selectiv tubul proximal (și numai în fazele avansate pe cel distal) și se decelează prin prezența în urină a unei proteine speciale diferită de albumina apărută în urina bolnavilor de nefrită sau nefroză, de orice albumină normală existentă în sânge cât și de proteina Bence Jones. Aceasta este o metalotioneină, bogată în cisteină cu greutate moleculară joasă (20-30.000) și cu proprietăți electroforetice specifice. Se caracterizează prin precipitarea cu acid tricloracetic sau nitric (25 %), cu acid sulfosalicilic (3 %). Nu precipită cu acidul picric. Combinându-se cu cadmiul concură la distribuirea lui în organism și la acumularea în rinichi. În cantități mici (1-3 mg la 24 ore) această proteină se găsește în urina a 70-80 % din muncitorii expuși la cadmiu cel puțin 3-5 ani. Apariția metalotioninei în urină are loc după ce acumularea cadmiului în cortexul renal a depășit concentrația de 20 ppm și eliminarea acestui metal în urină a început să crească.

În cercetări pe muncitori care de peste 5 ani efectuează norma de lucru ( 8 ore) într-o atmosferă a cărei conținut mediu de cadmiu era de 0,25 ng/mł, s-a observat prezența proteinuriei (în cantități mici) și creșterea cadmiuriei (între 77-668 mg/l). Deși proteinuria este semnul patognomonic al tubulopatiei determinate de cadmiu, merită să fie amintit că, chiar în formele ușoare ea se însoțește frecvent de hiperaminoaciduriei (mai ales treonina și cistina), prin micșorarea reabsorbției la nivelul tubului proximal. În alte experiențe s-a observat că clearence-ul relativ la proteine cu greutate moleculară mică (α2 microglobulina) cât și la proteine cu greutate moleculară mare (albumina, transferina, imunoglobulina E) a fost semnificativ mărit după expunerea la cadmiu.

Efectul expunerii la cadmiu asupra rinichiului a fost dovedit experimental pe câteva specii de animale (iepure, șobolan, șoarece). La iepuri după 11-17 săptămâni de injectare s.c. a 0,25 mg clorură de cadmiu/kgc de 5 ori pe săptămână, au început să apară leziuni degenerative citoplasmatice și nucleare în epiteliul tubului proximal care au fost mai grave în loturile intoxicate timp de 23 sau 29 săptămâni. Tubulopatia s-a însoțit de proteinurie, afectarea reabsorbției glucozei și diminuarea fosfatazei alcaline din cortexul renal. Când doza a fost de 200 mg/kgc a crescut aminoaciduria (în special pentru treonină, fenilalanină și serină). În cercetări pe șobolani după 5 luni de injectare s.c. a 1,4 mg sulfat de cadmiu (2,3 mg Cd/kgc), s-a constatat că această doză a provocat proteinurie, leziunile tubulare începând din luna a 2-a, tulburarea semnificativă fiind însă tromboza capilarelor din țesutul interstițial și prezența metalului în celulele cilindrice ale tubilor din cortex. La șobolani în a căror apă s-a încorporat clorură de cadmiu, prin microscopie electronică s-a observat că leziunile renale s-au limitat la tubii proximali și au constat în hipertrofia lizozomilor proporțional cu cantitatea de metal ingerată și deformarea mitocondriilor. Afectarea cu prioritate a epiteliului tubular sub influența cadmiului a fost semnalată și în cercetări pe șoareci, la care leziunile degenerative au apărut mai târziu. Cercetări efectuate pe șobolani cărora li s-a injectat i.p. 0,6 mg/kgc clorură de cadmiu timp de câteva săptămâni au demonstrat apariția unui sindrom Fanconi determinat de un defect generalizat în procesul de transport prin tubul proximal. Se pare că există o relație cauzală între scăderea transportului tubular proximal și inhibiția determinată de cadmiu în sistemele de transport Na-K, sisteme dependente de ATP și ATP-ază, nivel la care se pare că intervine cadmiul după cum au sugerat experiențele efectuate.

B. Osteopatie

Tubulopatia cadmică, micșorând capacitatea funcțională a rinichiului, se însoțește adeseori de creșterea acidității urinei și de hipercalciurie. Pot apare astfel deficit de calciu și osteopatii. Acestea au fost observate mai întâi în Japonia la persoane care consumau apă și orez bogate în cadmiu provenite de la o uzină plasată în amonte. Boala s-a descris sub numele de ”itai-itai” și se manifestă prin dureri osteoarticulare, mers clătinat, îngroșarea fibroasă a oaselor, hiperproducție de osteoid, demineralizarea și subțierea corticalei, fracturi multiple. În toate cazurile ea este asociată cu creșterea cadmiuriei, cu proteinurie cadmică, cu o pronunțata hiperaminoacidurie și adeseori glicozurie. Concentrația cadmiului în dinții locuitorilor din zone poluate cu acest metal a fost de 0,244 ppm în smalț și de 0,444 ppm în dentină, față de 0,135 și respectiv 0,099 ppm cât s-a găsit la persoane de aceeași vârstă din regiuni nepoluate. La șobolani, după două săptămâni de administrare per os a 0,1 mg CdCl2 pe zi s-a constatat îngroșarea predentinei și atrofia odontoblaștilor în dinții anteriori. În cercetari pe șobolani hraniți cu o mixtură cadmiferă săracă în proteine s-au observat creșterea concentrației acestui metal în oase și deformări ale coloanei vertebrale (lordoza cervico-dorsală, cifoză dorso-lombară etc.). La șoareci, dupa 10-35 zile de la începutul administrării a 0,013 M Cd(NO3)2 pe zi a apărut subțierea oaselor.

C. Tulburări cardiovasculare

Interesul pentru cadmiu în relație cu bolile cardiovasculare a fost stimulat de observația că la persoanele cu hipertensiune arterială cadmiuria este de 40-50 ori mai mare decât la cele normotensive. Într-un studiu epidemiologic amplu asupra legăturii dintre concentrația cadmiului în aer și cauzele de deces în 28 orașe din USA s-a găsit că mortalitatea prin boli cardiovasculare degenerative se corelează semnificativ (r = 0,76) cu cantitatea de metal din atmosferă. În orașele unde nivelul cadmiului a fost mai mic (Nevada și Las Vegas) mortalitatea prin aceste boli a fost cu 67 % sub valoarea medie a USA, pe când în cele unde conținutul metalului în aer a fost cel mai ridicat (Philadelphia), decesele prin boli cardiovasculare au depășit cu 128 % nivelul mediu. În sprijinul acestei relații a venit constatarea că în rinichii recoltați de la persoanele decedate prin hipertensiune, conținutul în cadmiu a fost de 40 ori mai mare și raportul Cd/Zn mult și semnificativ mai ridicat decât valorile găsite la persoanele normotensive și care au decedat din alte cauze. În cercetări pe 32 persoane cu hipertensiune și pe 15 martori normotensivi s-a observat că nivelul acestui metal în plasma primilor a fost semnificativ mai ridicat decât la ceilalți.

Efectul cardiovascular al intoxicației cronice cu cadmiu a fost reprodus experimental în cercetări pe mai multe specii de animale (iepure, câine, șobolan). Injectarea i.p. săptămânală a 2 mg acetat de cadmiu a provocat la iepure creșterea tensiunii arteriale; când aceasta a depășit 200 mg Hg concentrația metalului în rinichi a fost de 123 ori mai mare decât la animalele lotului de control. Același experiment făcut pe câini timp de 18 săptămâni a demonstrat instalarea unei hipertensiuni arteriale. Menținând iepurii și câinii în atmosferă al cărei conținut în cadmiu se apropia de acela existent în aerul inhalat de muncitorii expuși și hrănindu-i cu dietă și apă cadmiferă similară s-a observat că hipertensiunea persistă. La șoareci a căror apă de băut conținea 5 ppm Cd, hipertensiunea s-a instalat după 2 ani, însă, dacă s-a pensat o arteră renală, efectul cadmiului a apărut mult mai repede și hipertensiunea a fost semnificativ mai accentuată.

Rezultatele cercetărilor efectuate în ultimii ani arată că mecanismul acțiunii hipertensive al cadmiului este complex. Experimental, pe șobolani și pe câini, s-a constatat că, pe o parte cadmiul tulbură vasomotricitatea și intensifică acțiunea reninei, iar pe de altă parte micșorează excreția renală de sodiu, iar în cazul expunerii de lungă durată a provocat depozitarea de grăsimi în endoteliul aortic.

Injectarea i.v. a 0,44-4,4 μM Cd la șobolani de 180-250 g a fost urmată de creșterea presiunii diastolice, în medie cu 35 mm Hg, aceasta producându-se după 1 minut și persistând cel puțin 60 minute. Când doza a fost mai mare hipertensiunea a durat minim 6 ore. La aceeași specie doza hipertensivă de cadmiu a intensificat activitatea reninei plasmatice, iar la câine a provocat vasoconstricție renală. Urmărindu-se excreția sodiului la șobolani intacți sau nefrectomizați, care ingerau apă cu urme de cadmiu , s-a constatat că eliminarea de sodiu a fost mult redusă față de loturile de control, ceea ce echivalează cu acumularea acestui ion în corp. Retenția a apărut a 2-a zi după injectarea i.m. a 1 mg Cd/kgc, excreția renală la șobolanii de 200 g fiind cu 42 microechivalenți mai redusă decât la martori. După 17-24 luni, la șobolanii care de la înțărcare au consumat apă cu cadmiu (5 ppm) cantitatea de grăsimi depusă pe aortă și incidența plăcilor ateromatoase au fost mai mari decât la martori.

Cercetări efectuate pe aorta izolată, ventriculul și atriul stâng de iepure au arătat că, cadmiul a abolit răspunsul contractil al aortei la noradrenalină și potasiu, iar cisteina a prevenit efectele inhibitorii. Abolirea conducerii electrice a contracției prin atriu stâng determinată de cadmiu a fost, de asemenea, prevenită de cisteină. Aparent, cadmiul leagă constituenții sulfhidril din membrană, inhibă influxul de calciu, determinând astfel reducerea contractilității tisulare. S-a mai observat că acest metal este un depresor specific al joncțiunii atrioventriculare, iar efectele lui sunt rapide și încet reversibile cu scăderea pH-ului.

D. Starea hematohemoglobinică

Deși unii autori susțin că anemia face parte dintre primele simptome de intoxicație cronică cu cadmiu, totuși, la om această tulburare este rară și puțin studiată. În schimb, experimental pe animale, s-a observat că anemia se întâlnește frecvent. La iepuri, cărora de 5 ori pe săptămână timp de 6 luni li s-a injectat s.c. câte 0,25 mg Cd/kgc (sub formă de CdCl2), s-a constatat că după 2 luni a apărut anemie hipocromă care a persistat până la finele perioadei de observație, când conținutul sângelui în hemoglobină a fost de 2 ori mai redus decât în lotul martor (6,15 față de 12,5 g %). La șobolani în creștere (80-100 g) cărora li se administra apă cu cadmiu (50 sau 100 ppm sub formă de CdCl2) s-a observat că după 4 săptămâni s-a instalat o anemie severă, care s-a însoțit de scăderea liniară a rezervelor marțiale hepatice. Aceasta a putut fi prevenită prin administrarea a 400 mg Fe/kgc (sub formă de sulfat feros) sau a 20 mg/kgc i.m. sub formă de complex dextrinic. Acțiunea sideropenică a cadmiului se realizează prin reducerea coeficientului de utilizare digestivă a fierului, fapt dovedit urmărind absorbția Fe. Deși acesta este mecanismul principal, totuși, în parte, anemia cadmică se datorează și diminuării rezistenței eritrocitelor la hemoliză.În cercetări foarte recente pe șobolani masculi cărora li s-a administrat per os clorură de cadmiu 40 mg/kgc timp de 3 zile, s-a constatat că valoarea hemoglobinei și activitatea methemoglobin-reductazei în eritrocite a scăzut. Activitatea superoxiddismutazei, ca și aceea a glucozo-6-fosfatazei au crescut în timp ce activitatea catalazei și conținutul în glutation redus au diminuat. Concomitent au fost semnalate modificări ale membranei eritrocitare (a crescut conținutul membranei eritrocitului în colesterol și fosfolipide).

E. Influența asupra gonadelor

La om nu s-au semnalat tulburări gonadale cauzate de cadmiu, dar în experiențe pe șobolani și șoareci s-a constatat că testicolul și în mică măsură ovarul sunt deosebit de sensibile la acțiunea acestui metal. Concentrații de numai 0,15 mcg Cd/kgc țesut uscat au cauzat leziuni în testicole, pe când în rinichi leziunile au apărut la nivele de 45-90 ori mai mari. După o singură injecție s.c. cu 0,03-0,04 mM sau 4,5 mg Cd/kgc la șobolan apar leziuni în vasele testiculare urmate de tromboză, hemoragie și necroză, care interesează atât țesutul spermatic cât și epididimul. Determinându-se cantitatea de proteine din fluidele diferitelor părți ale testicolului la șobolani după mai multe intervale de timp de la injectarea s.c. a 0,03 mM CdCl2/kgc, s-a constatat că în rete testis, după 10 minute, concentrația cadmiului era egală cu jumătate din cea plasmatică, ceea ce arată creșterea permeabilitații capilarelor. Distrugerea spermatocitelor cu abolirea spermatogenezei atrag după ele sterilitatea animalelor și modificări histologice în hipofiză asemănătoare celor observate după castrare. În plus, cercetări recente au arătat creșterea riscului pentru cancer de prostată la cei expuși. Deși ovarele sunt mai puțin expuse și sensibile decât testicolele s-a observat că în doze ceva mai mari, cadmiul determină atrezie foliculară și leziuni hemoragice, care micșorează considerabil capacitatea de reproducere a femelelor.

F. Acțiunea teratogenă

Deși poluarea mediului înconjurător cu cadmiu a crescut în ultimii 20-25 ani, totuși, la om nu s-au semnalat anomalii congenitale care să fie atribuite acestui metal. Rezultatele cercetărilor efectuate pe animale demonstrează însă acțiunea teratogenă a cadmiului. Injectarea s.c. a 4-12 mg CdCl2/kgc la șobolance între a 13-a și a 16-a zi de gestație a crescut mortalitatea fetală proporțional cu doza injectată și a provocat apariția unor malformații (micrognație, palatoschizis, sindactilii etc.). Când metalul a fost injectat i.p. (16mM/kgc) între a 9-a și a 11-a zi de sarcină mortalitatea și incidența malformațiilor au atins valori deosebit de mari. La hamsteri, administrarea unei singure doze de cadmiu i.v. sub formă de sulfat (2 mg/kgc) în diferite faze ale embriogenezei fetale, a determinat apariția de malformații al căror profil și gravitate au variat cu stadiul gestației. Când administrarea s-a făcut în ziua a 8-a au apărut defecte faciale și anencefalii, iar când doza s-a injectat mai târziu au predominat malformațiile membrelor. Timpul critic pentru apariția de keilo și palatoschizis a fost între a 12-a și a 14-a zi de gestație. Grupe de șoricioaice gestante tratate cu 3-6 mg de cadmiu au născut pui cu anomalii cromozomiale de tipul hipoploidie, hiperploidie, diploidie. Se pare că potențialul mutagen al cadmiului se manifestă în timpul meiozei.

G. Acțiunea cancerigenă

Deși s-a observat că prevalența cancerului, și mai ales a celui de prostată, este mai mare printre muncitorii expuși la cadmiu, totuși ideea că acest metal ar putea avea efecte cancerigene a fost generată de rezultatele cercetărilor experimentale privind acțiunea acestuia asupra gonadelor. S-a constatat că la șobolani, injectarea s.c. a unei singure doze de 0,03 mM CdCl2/kgc, provoacă necroză testiculară, insă cu timpul celulele interstițiale se regenerează determinând apariția de sarcoame între 355 și 698 zile, acestea întâlnindu-se la 10 din 25 animale. Același tip de tumori au apărut și la șobolani cărora timp de 2 ani li s-a injectat săptămânal câte 0,05-0,2 mg sulfat de cadmiu. Urmărindu-se acest efect s-a observat că în cantitate de 0,17-0,34 mg, acțiunea cancerigenă a cadmiului nu se exercită numai asupra testicolelor, ci interesează majoritatea țesuturilor de origine mezodermală. Tumorile apar sub diferite forme numai după 10-16 luni și sunt plasate de aceeași parte în care s-a injectat metalul. După un an de la inoculare s.c. a 25 sau 50 mg sulfat de cadmiu, sarcomul a apărut la 25-60 % din șobolanii injectați. Incidența fibrosarcoamelor a fost de 80 % la șobolanii cărora li s-a administrat s.c. 25 mg oxid de cadmiu.

H. Efecte generale

Deși distribuția în corp a cadmiului este inegală și unele organe sunt mai sensibile decât altele, totuși cercetările pe animale arată că agresivitatea acestui metal nu se repercutează numai asupra organelor amintite, ci și asupra întregului organism. Aceasta se realizează pe de o parte direct prin acțiunea lui toxică pentru toate celulele, iar pe de altă parte indirect prin tulburarea activității sistemelor de integrare a diferitelor funcții într-un sistem unitar.

Astfel intoxicația cronică cu cadmiu încetinește nu numai dezvoltarea intrauterină, ci și pe cea postnatală, scade capacitatea de apărare (anticorpogeneza), crește mortalitatea și scade durata medie a vieții. Încorporarea CdCl2 (50-1.350 ppm) la o mixtură alimentară completă, care a fost administrată timp de 6 săptămâni la porci tineri (8 săptămâni), a micșorat consumul cu 50 % și sporul ponderal cu 100 %. În cercetări pe puii de șobolan (34 zile) în a căror apă s-au adăugat diferite cantități de cadmiu : 0,1; 0,5; 2,5; 5,0; 10,0; 50,0 ppm, s-a găsit că după 3 luni ultima doză (50,0 ppm) a oprit complet creșterea și a deprimat hemoglobinogeneza. Prin alte investigații s-a observat că concentrația de 5,0 ppm a redus semnificativ adaosul în greutate. Atât la șoareci, cât și la șobolanii supuși după înțărcare la o dietă completă, apa conținând însă cadmiu (5 ppm), s-a constatat acumularea acestui metal în rinichi la un nivel de 3-4 ori mai mic decât la adulții americani expuși la cadmiu. La iepuri, injectarea s.c. de cadmiu (0,6 mg/kgc) la diferite intervale după administrarea unui antigen (ganmmaglobuline umane) a deprimat sinteza anticorpilor respectivi. S-a dovedit de asemenea că eliberarea de histamină din leucocitele periferice a fost inhibată de cadmiu, care însă nu intervine în prima etapă de eliberare spontană a histaminei, ci în etapa a 2-a dependentă de calciu.

3. Mecanism de acțiune

Cadmiul având, ca și alte metale grele, o pronunțată afinitate pentru gruparea sulfhidrilică a cisteinei, aceasta reprezentând partea activă a mai multor enzime, își exercită efectul nociv, în mare măsură, prin inhibarea acțiunii unor biocatalizatori. La aceasta mai contribuie interferarea unor oligoelemente cu rol de efector pozitiv în desfășurarea reacțiilor biochimice care stau la baza vieții.

A. Modificări enzimatice

În cercetări pe mai multe specii de animale (șobolani, cobai, iepuri, păsări) s-a constatat că administrarea de cadmiu a micșorat activitatea fosfatazei acide din testicol (de la 108,2 la 41,8 U/g de organ) și pe cea a fosfatazei alcaline din rinichi, unde la animalele adulte efectul a fost proporțional cu doza administrată , la embrion diminuarea a fost mai redusă. La cobai, cadmiul a deprimat activitatea acestei enzime atât în rinichi cât și în prostată. Efectul inhibant s-a atribuit faptului că afinitatea cadmiului pentru gruparea tiolică a enzimei fiind mai mare decât a zincului, se substituie acestui metal.

Tot prin substituirea zincului (constituent al anhidrazei carbonice și a mai multor dehidrogenaze) cadmiul a frânat până la suprimare, atât in vitro, activitatea anhidrazei carbonice din testicole, precum și a unor izoenzime ale acestui biocatalizator izolate din eritrocite. Un efect similar a avut asupra lactat-dehidrogenazei (siatemul lactat-NAD-reductaza) și a citrat-dehidrogenazei din rinichiul de șobolan. La porumbei doza de 1,5 mg/kgc a redus activitatea succinatdehidrogenazei din inimă și ficat. In vitro prezența cadmiului în cantități mici a inhibat dehidraza acidului delta levulinic, izolată din eritrocite umane, iar in vivo administrarea lui la șoarece a micșorat activitatea acestei enzime cu 40 %. În concentrație mare (412 ppm), la aceeași specie, cadmiul a stimulat activitatea malic-dehidrogenazei și a glucozo-6-fosfatdehidrogenazei din omogenatele de ficat și de inimă. La șobolani, care timp de 42-84 zile au consumat apă cu cadmiu (10 sau 25 ppm), s-a constatat că după 2 luni activitatea transaminazelor glutamico-oxal-acetică și glutamico-piruvică a fost cu 22 și respectiv cu 24 % mai redusă. Transaminazele sanguine nu au fost atinse la doze mici, însă la aceste doze s-a observat o scădere a proteinelor microzomiale și a citocromului P450 conținute în sistemele enzimatice responsabile de metabolizarea medicamentelor in ficat (acțiune determinată mai probabil de denaturarea citocromului P450, decât de inhibarea oxidazei terminale). S-a observat, de asemenea, pe ficatul de șobolan o scădere a respirației mitocondriale prin încetinirea fosforilării oxidative (acest fapt nu s-a observat la șobolanii imaturi, unde probabil este implicată cantitatea mai mare de proteine capabile să lege cadmiul).

La șobolanii cărora li s-a administrat cadmiu (5mg/kgc) o dată pe săptămâna timp de o lună s-a constatat scăderea glicogenului din ficat, rinichi și suprarenale. A apărut și un deficit al sintezei glucozei din glicerol. Gluconeogeneza din lactat nu a fost afectată.

Cercetări in vitro pe macrofage alveolare ovine au arătat că, în concentrații mici, cadmiul a anulat respirația acestor celule și consumul de oxigen de către mitocondriile izolate din ele și a decuplat fosforilarea oxidativă, iar în cantitate și mai redusă a inhibat adenozintrifosfataza. A apărut și o scădere a concentrației de α1 antitripsină.

B. Interacțiunea cu oligoelementele biogene

Acțiunea dismetabolică și toxică a cadmiului se realizează nu numai prin modificările cauzate în activitatea mai multor enzime ci și prin interferarea unor oligoelemente biogene care participă la desfășurarea proceselor metabolice. Rezultatele a foarte numeroase cercetări experimentale demonstrează că acest metal se comportă ca un antagonist al zincului și mărește nevoia organismului pentru fier și pentru cupru.

Încă din primele investigații referitoare la acțiunea cadmiului asupra testicolelor s-a observat că efectul său nociv poate fi atenuat sau total contracarat prin administrarea de zinc. La șobolani, injectarea s.c. a unei singure doze de cadmiu (0,03 mM CdCl2) a provocat sarcoame polimorfe atât ale țesutului interstițial testicular, cât și la locul injecției, însă, dacă concomitent cu agentul cancerigen s-a administrat pe aceeași cale 30mM zinc, tumorile nu au mai apărut. După 2 ore de la injectarea i.p. a 1.500 mcg CdCl2 concentrația zincului în hipotalamus a scăzut cu 20 % și turn-over-ul acestui oligoelement s-a intensificat cu 40 %. Folosindu-se clorură de zinc marcată cu Zn s-a constatat că prezența cadmiului în metabolism a mărit retenția de zinc, însă acesta nu a influențat concentrația celuilalt în țesuturi. Acumularea de zinc sub acțiunea cadmiului a fost observată și la vițeii care au ingerat același izotop : Zn. În experiențe pe pui de găină în vârstă de o zi, cărora li s-au administrat mixtură de cadmiu și zinc în interproporții diferite, s-a constatat existența unei relații între toxicitatea cadmiului și disponibilul de zinc, acesta putând atenua sau suprima efectul teratogen și de frânare a creșterii. Doza de 60 sau 90 mg Cd/kgc administrată p.o. a încetinit creșterea acestor păsări, efectul putând fi prevenit prin încorporarea de zinc (240 ppm) în hrană. Majorarea aportului de zinc (80 ppm) la șobolanii hrăniți cu dietă cadmiferă (10 ppm) a anihilat integral efectul cadmiului asupra fosforilării oxidative.

Supunând timp de 3 săptămâni pui de șobolani după înțărcare la o dietă cu sau fără supliment de fier (400 ppm) sub formă de sulfat și cu sau fără cadmiu (100ppm) sub formă de clorură, s-a constatat că, în lipsa surplusului marțial, cadmiul a redus sporul ponderal, conținutul sângelui în hemoglobină și cantitatea de fier și cupru din ficat și testicole. Îmbogățirea dietei în fier a contracarat efectul anemiant, însă pentru evitarea pierderii în greutate a fost nevoie să se adauge și zinc (200 ppm). Hrănirea șobolanilor în creștere cu o dietă a cărei conținut în cadmiu era de 200 ppm a deprimat câștigul în greutate și a redus valoarea hematocritului și conținutul sângelui in hemoglobină. Aceste efecte au fost prevenite parțial pentru sporul ponderal și complet pentru eritropoieză printr-o singura injecție i.m. cu 30 mg. fier sub forma de complex dextrinic. Aceasta arată că anemia provocată de cadmiu se datorează deficitului marțial și nu tulburării eritropoiezei sau creșterii hemolizei. La porci administrarea zilnică a 160 mg. CdCl2 timp de 96 zile a redus concentrația fierului în rinichi, intestin, tiroidă. La puii de găină doza de 60-90 mg/kg a deprimat repede creșterea și a micșorat semnificativ rezervele de fier din ficat.

În cercetări pe mai multe specii de animale (iepuri, capre, porci, găini, rațe) s-a constatat că ingerarea de cadmiu micșorează concentrația cuprului în diferite organe, mergând până la starea de insuficiență în acest metal. Prin urmare, cadmiul poate substitui nu numai zincul din enzimele la alcătuirea cărora participă, ci și cuprul . Pentru restaurarea activității biocatalizatorilor inactivați este necesară majorarea aportului (rației) în aceste alimente.

C. Implicații vitaminice

Prezența cadmiului (50 ppm) în apa de consum a puilor de găină a determinat o diminuare semnificativă a sintezei 1,25-dihidroxi-colecalciferol (forma activă a vitaminei D), atât în omogenatele de rinichi, cât și în mitocondrii, ceea ce a contribuit la reducerea mineralizării scheletului. La șobolani cadmiul a micșorat considerabil biosinteza acidului ascorbic în ficat și a accentuat catabolismul acestei vitamine. Injectarea intratesticulară a 0,25 mg CdCl2/100g a provocat depleția testicolului respectiv în acid ascorbic.

D. Repercursiuni asupra unor glande endocrine

Pe lângă afectarea gonadelor, cadmiul influențează și activitatea tiroidei. La șobolani, injectarea i.m. a 10 ng CdCl2/kgc a micșorat semnificativ captarea în glandă a iodurii de sodiu marcată cu ąłąI administrată i.p., după 4 ore aceasta fiind de 24,2 față de 41,76 % în lotul martor. În același timp a redus proporția de radioiod din tiroxină, triiodotironină și diiodotironină, efectul inhibitor persistând circa 3 săptămâni. La șoarece doza de 0,12 mg Cd/kgc administrată timp de mai multe zile a diminuat cantitatea de radioiod captat de la 4,5 la 2,11 %, iar raportul dintre procentul găsit în tiroidă și cel din ser a scăzut de la 117 ± 11 la 32 ±5,8 (p=0,01). Deosebirea a fost atribuită efectului direct al cadmiului. La șobolanii masculi injectarea s.c. a 10 mg CdCl2/kgc a provocat o promptă scădere a gonadotrofinei pituitare (FSH), care s-a menținut 30 zile, iar la femele s-a observat mai întâi o accentuată diminuare a concentrației hormonului de luteinizare (LH), ca după o săptămână acesta să revină la valorile normale. Afectarea secreției de gonadotrofine arată posibilitatea cadmiului de a acționa asupra gonadelor nu numai direct ci și indirect, prin intermediul hipofizei.

E. Tulburări metabolice

Inactivând sau deprimând activitatea mai multor enzime și interferând acțiunea unor oligoelemente cu rol în desfășurarea normală a proceselor biochimice, cadmiul provoacă nu numai leziunile și modificările locale amintite, ci și tulburări metabolice generale. Intoxicația subacută la șoareci prin injectarea i.p. a 2 până la 6 mg Cd a determinat hiperglicemie, care a fost maximă după două ore, persistând peste 3 ore și fiind însoțită de scăderea toleranței la glucoză. Prin administrarea repetată a metalului aceasta s-a normalizat. La iepuri injectarea s.c. a 1 sau 2 mg Cd/kgc/zi timp de 2 săptămâni a provocat apariția glucozei în urină. Cadmiul tulbură nu numai metabolismul glucidic ci și pe cel lipidic făcând să apară dislipidemie. La șobolanii, care de la înțărcare au consumat apă cu cadmiu (5 ppm) timp de 17-24 luni, cantitatea de lipide depusă în aortă (sudanofilia) și prevalența plăcilor ateromatoase au fost semnificativ mai mari decât la martori.

Înainte de a expune metodologia și rezultatul cercetărilor proprii, vom prezenta datele existente în literatura mondială referitoare la rolul dietei în intoxicația cu cadmiu.

4. Efectele dietei asupra metabolismului și toxicodinamiei cadmiului

A. Aportul de calciu

În cercetări pe șoareci supuși la o dietă normală sau hipocalcică, al cărei component de bază era orezul cu un conținut în cadmiu de 0,1 sau 0,6 ppm, s-a constatat că după 70 săptămâni concentrația acestui metal în ficatul și rinichii animalelor hrănite cu dieta hipocalcică a fost cu 50% (pentru lotul care a primit orez de 0,1 ppm cadmiu) și cu 300-400% (pentru cel care a primit orezul cu 0,6 ppm cadmiu), mai mare decât în loturile care au beneficiat de un aport normocalcic. În alte experiențe pe animale din aceeași specie alimentate 10 zile cu o mixtură normo- sau hipocalcică, administrându-se per os o singură doză de Cd sub formă de clorură marcată cu Cd s-a constatat că după 24 și 72 ore retenția izotopului în tractul digestiv și în corpul animalului cu dietă normocalcică a fost semnificativ mai redusă decât la cele cu dietă hipocalcică.

La șobolanii de 8 luni hrăniți 2 luni cu diete ce conțineau 25 ppm Cd și cantități diferite de Ca s-a observat că lipsa acestui bioelement a mărit semnificativ stocarea metalului în ficat și în corticala renală și a intensificat osteoporoza (prin mobilizarea Ca scheletal). Prin hrănirea șobolanilor timp de 1 an cu mixtură normo- sau hipocalcică și cu apă al cărei conținut în Cd a variat de la un cuplu la altul între 0 si 10 ppm s-a contatat că indiferent de proporția agentului nociv în apă, după acest interval, retenția metalului în ficatul și rinichii animalelor cu dietă hipocalcică a fost de 2 ori mai mare decât în loturile care au consumat dietă normocalcică. Așadar, rezultatele experiențelor efectuate pe animale demonstrează că deficiența calcică mărește absorbția și retenția cadmiului cu cel puțin 10-20 %.

B. Rolul unor vitamine

Colecalciferolul La puii de găină cu rahitism (realizat în 5 săptămâni prin dietă hipocalcică și lipsă de vitamină D), administrându-se 2000 UI colecalciferol și apoi CdCl2 (10 mcg/pui, marcată cu Cd) la un lot subcutanat, la altul per os s-a constatat că vitamina a făcut să crească semnificativ proporția de radiocadmiu din tibia puilor care au primit metalul per os. Deși pe baza acestor rezultate s-a conchis că vitamina D intervine în metabolismul Cd accentuând absorbția, totuși având în vedere că dieta a fost săracă nu numai în vitamina D, ci și în Ca și că acumularea noxei în schelet a fost minimală, chiar la doze mari, pentru verificare s-au întreprins investigații tot pe pui de găină de o zi, care au fost privați 27 zile de colecalciferol și nu de calciu. La finele acestui interval, când rahitismul era prezent s-au administrat p.o. mai întâi 2000 UI colecalciferol și după 18 ore CdCl2 marcata Cd. După 24 ore, radioactivitatea ficatului și rinichiului la animalele care au primit vitamina D, față de lotul martor, a fost mai mare, însă diferența între valorile medii a fost la limita inferioară a semnificației statistice.

Acidul ascorbic Investigații efectuate pe pitpalacul japonez, hrănit cu o dietă completă, au arătat că incorporarea de acid ascorbic în mixtură alimentară (0,05-1%) a îmbunătățit creșterea și a prevenit anemia cauzată de prezența cadmiului în dieta păsărilor (75 mg/kg), fără a influența concentrația fierului și a metalului nociv în ficat. La șobolani vitamina C asociată cu sulfat feros, pe de o parte a micșorat absorbția și acumularea Cd în ficat și în rinichi, iar pe de altă parte, a atenuat efectul acestuia asupra hemoglobinogenezei și asupra creșterii.

C. Importanța aportului proteic

În experiențe pe șobolani, care timp de 4 săptămâni au avut diete complete, însă cu conținut diferit de proteine sau calciu, s-a observat că deficiența în una din aceste trofine accentuează nocivitatea cadmiului (administrat p.o.) ducând la apariția unor deformări ale coloanei vertebrale. La aceeași specie administrarea de cisteină (6 micromoli/kgc) cu 30 minute înainte de injectarea s.c. a 0,012 micromoli CdCl2 a împiedicat apariția modificărilor testiculare cauzate de acest metal. Incorporarea Cd într-o mixtură de cisteină și glucoza (1 : 1) administrată p.o. a intensificat excreția biliară a metalului, în complex cu cisteină și proteine. În altă experiență pe șobolani, cercetându-se rolul dietei asupra toxicității Cd, s-a constatat că aceasta a fost mai redusă la animalele menținute cu regimul al cărui conținut în material azotat era de 21 %, decât la cele care au primit aceeași mixtură alimentară, dar cu 16 % proteine. Experiențe efectuate pe prepelițe japoneze au arătat că în cazul unui regim sărac în proteine apar modificări importante ale concentrațiilor tisulare ale Cd, iar o mică adăugare de Zn poate crește riscul expunerii la Cd. Șobolance hrănite cu o dietă deficitară, în contact cu 200 ppm Cd timp de 7 luni au avut o creștere mai lentă, o proteinurie accentuată, o acumulare crescută a eliminării lui prin urină. Aceste efecte nu au apărut la administrarea aceleiași diete fără Cd sau la o dietă nomoproteică cu adaos de Cd.

PARTEA A II-A

CERCETĂRI PROPRII

I. PREMISE ȘI IPOTEZA DE LUCRU

Cadmiul nu este un bioelement esențial pentru desfășurarea normală a proceselor metabolice, ci un contaminant al materiei vii, iar organismul nu dispune de un mecanism de reglare și de menținere a homeostaziei (prin controlul absorbției și al eliminării), după cum dispune în cazul elementelor biogene. Așa fiind, cadmiul pătruns în organism se comportă ca un agent străin al cărui efect depinde de toxicitatea lui proprie și de cantitatea ajunsă în organism.

Datorită lipsei sistemului de reglare specifică, chiar când ”per se” doza este nedăunătoare, prin acumulare de cantități mici și repetate timp îndelungat, concentrația realizată în organism poate depăși pe cea tolerabilă (fără apariția de tulburări) și poate deveni mare generând intoxicații cronice, care se întâlnesc mult mai frecvent.

Cadmiul ajunge în organism atât pe cale digestivă, cât și pe cale respiratorie și tegumentară. Produsele alimentare alcătuiesc cea mai importantă sursă de cadmiu. Aciditatea sucului gastric mărește considerabil solubilitatea sărurilor de cadmiu, dar pentru că principalul sediu al absorbției este duodenul și intestinul subțire, unde secrețiile sunt alcaline, coeficientul de utilizare digestivă a acestui metal este foarte mic (cca. 6 %). Cadmiul, ca și alte metale grele, are o pronunțată afinitate pentru gruparea tiolică (-SH), care reprezintă partea activă a mai multor enzime, motiv pentru care în cea mai mare măsură efectul lui nociv se repercutează prin inhibarea acțiunii unor biocatalizatori. La aceasta mai contribuie interferarea unor oligoelemente cu rol de efector pozitiv în desfășurarea reacțiilor biochimice, care stau la baza vieții. Deși prin interferarea activității unor enzime și oligoelemente, care participă la succesiunea coordonată a proceselor metabolice, acțiunea cadmiului se repercutează asupra întregului organism, totuși, dat fiind că pe de o parte distribuția cadmiului este inegală, iar pe de altă parte, sensibilitatea unor sisteme și organe este mai mare decât a altora, modificările care apar la nivelul acestora sunt diferite.

Ținând seama că acțiunea toxică a unui agent chimic asupra organismului depinde nu numai de agresivitatea noxei ci și de potențialul defensiv al acestuia, care este amplu influențat de starea lui de nutriție, în lucrarea de față ne-am propus să cercetăm efectul unor doze mici de cadmiu, administrate în hrană, asupra șobolanului alb, în funcție de aportul proteic. În alegerea acestei teme ne-am bazat pe mai multe premise. Pe de o parte cadmiul se acumulează în organism și, ca și alte metale grele, tulbură activitatea unui mare număr de enzime (fie blocând gruparea tiolică, fie substituind prin competiție un coferment reprezentat printr-un oligoelement biogen-Zn, Fe, Cu sau inactivând un altul vitaminic), iar pe de altă parte prezența lui în organism generează formarea metalotioneinei și intoxicația cronică cu acest metal provoacă proteinurie și hiperaminoacidurie. Întrucât nu există enzimă neproteică, indiferent de mecanismul prin care cadmiul se repercutează asupra unui biocatalizator, acțiunea lui influențează nevoia de material azotat. Aceste fapte justifică prioritatea acordată cunoașterii rolului exercitat de aportul proteic (cantitativ și calitativ) în rezistența organismului față de toxicitatea unor doze mici de cadmiu ingerate odată cu hrana, care în timp, acumulându-se în diverse organe, pot deveni nocive.

II. MATERIAL ȘI METODĂ

1. Alegerea speciei și formarea loturilor

Cercetările s-au efectuat pe 100 șobolani albi, tulpina Wistar, adulți tineri, apropiați de vârstă și greutate corporală, de sex masculin. Ca specie pentru efectuarea experiențelor s-a ales șobolanul alb, întrucât este omnivor, are un metabolism foarte asemănător cu al omului, prezintă sensibilitate deosebită față de modificările aportului proteic (cantitativ și calitativ) și a fost adesea utilizat pentru a cerceta relația dintre starea de alimentație și rezistența organismului la agenți chimici.

Pentru diminuarea variațiilor interindividuale s-au folosit șobolanii proveniți din aceiași tulpină (Wistar), obținută prin creșterea animalelor în colonie închisă prin împerecherea fortuită ”frate-soră” și care prezintă un grad de homozigoție genetică avansat.

Ținând seama de efectul sexului și al senescenței asupra rezistenței organismului la agresiuni s-au ales șobolani adulți, de sex masculin, foarte apropiați ca vârstă și greutate corporală, s-a avut o grijă deosebită în alegerea și repartizarea animalelor în loturi, astfel încât pentru animale de aceiași vârstă greutatea inițială medie a acestora să fie foarte apropiată (170-200 g), urmând ca sporul ponderal ulterior să depindă de aportul proteic (cantitativ și calitativ) din regimurile alimentare și de prezența și agresivitatea (doza x timp) agentului chimic, constituind un indicator global valoros, care exprimă afectarea organismului expus.

2. Compoziția dietelor

S-a preparat o mixtură semisintetică completă, alcătuită din cazeină, amidon, ulei de floarea soarelui în care s-au incorporat vitaminele A, D și E, drojdie de bere uscată ( ca sursă de vitamine din complexul B), amestec de săruri minerale Osborne-Mendel.

Cunoscând conținutul de proteine din cazeină, amidon și drojdie de bere (prin dozarea azotului) s-a acționat pe proporția de cazeină și pe cea de amidon și s-au realizat 3 variante dietetice, izocalorice și izolipidice (vezi tabel nr. 1) :

Dietă normoproteică în care proporția de proteine a fost de 16,2 g/100 g mixtură

Dietă semiproteică în care conținutul în proteine s-a redus la 8 g % (s-a micșorat cantitatea de cazeină și s-a crescut cantitatea de amidon). S-a considerat că nivelul de 8g proteine la 100g regim este suficient pentru a asigura dezvoltarea normală a șobolanilor adulți, dar insuficient pentru a face față la nevoi suplimentare ca în cazul în care organismul este sensibilizat de prezența cadmiului cu efectul său nociv.

Dietă semiproteică suplimentată izonitric cu 0,5 % d-l metionină. S-a recurs la această formulă deoarece, deși cazeina este o proteină completă, totuși este mai săracă în tio aminoacizi și nevoia animalelor cu blană este mai mare pentru cisteină. Astfel este posibil ca proporția acestui aminoacid să devină factor limitant al utilizării dietei semiproteice, iar efectul eficienței nutriționale să fie atribuit reducerii aportului și nu calității ei. De asemenea s-a avut în vedere faptul că metalele grele prezintă afinitate pentru gruparea tiolică și deci prezența cadmiului mărește nevoia pentru tio aminoacizi.

3.Stabilirea dozei și administrarea metalului

În stabilirea dozei și a modalității de administrare s-au avut în vedere următoarele considerente:

Cantitatea din noxa chimică administrată odată cu hrana să fie tolerată din punct de vedere digestiv (în cazul nostru cantitatea de clorură de cadmiu să nu producă efecte emetice), dar să nu fie prea mică și lipsită de efecte asupra organismului.

Ținând seama ca DL50 a cadmiului sub formă de clorură administrată s.c. la șobolan este de 20 mg Cd/kgc, s-a considerat că o cantitate de 50 mg Cd/kg hrană este suficientă, apreciind că un animal din această specie consumă în jur de 20 g mixtură alimentară pe zi, iar utilizarea digestivă (CUD) pentru cadmiu este de cca 6 %, ceea ce înseamnă că aproximativ 0,06 mg de metal ar putea trece bariera digestivă (deși reprezintă o cantitate mică, în timp se acumulează și poate genera efecte nefavorabile, sesizabile prin indicatori biochimici).

S-a folosit clorura de cadmiu (în cantitate echivalentă pentru cele două doze de cadmiu), care s-a amestecat cu sărurile minerale Osborne-Mendel și odată cu acestea s-a incorporat în mixtura alimentară.

4.Metoda de dozare

Determinarea conținutului de cadmiu se face prin metoda spectrofotometrică cu absorbție atomică, al cărei principiu constă în măsurarea absorbției atomilor de cadmiu aflați în stare bazală și uniform distribuiți dintr-o probă pulverizată în flacără, la trecerea unei radiații electromagnetice de rezonanță emisă de o lampă cu catod din metal pur sau aliaj al elementului care emite un spectru asemănător. Absorbția este măsurată la lungimea de undă de λ= 288,8 nm. Flacăra este dată de un carburant gazos (ex. aer-acetilenă) cu rolul de a realiza atomi liberi în stare de vapori, uniform distribuiți.

Concomitent cu efectuarea fiecărui set de probe se execută probe standard (cu concentrații cunoscute de cadmiu) și blankul reactivilor. Evaluarea conținutului de cadmiu se face față de o curbă etalon obținută cu concentrații cunoscute de cadmiu.

5.Organizarea cercetării

S-au întreprins 2 serii de experiențe. În prima (A) s-au folosit 40 șobolani împărțiți în 4 loturi egale (2 cupluri), dintre care două au fost menținute la dieta normoproteică, iar celelalte două au primit varianta semiproteică, timp de 28 săptămâni. În fiecare cuplu la câte un lot, în dieta respectivă a fost incorporată clorura de cadmiu în cantitate corespunzătoare (50 mg Cd/kg mixtură alimentară), iar celălalt lot, hrănit cu mixtură fără cadmiu, a servit ca martor. În a doua serie de experiențe (B) investigațiile s-au efectuat pe 60 șobolani, împărțiți în 6 loturi egale (3 cupluri). Un cuplu a primit dieta normoproteică, al doilea semiproteică, iar la al treilea cuplu dieta a fost suplimentată cu 0,5 % d-l metionină, reducând izonitric proporția de cazeină. O doză de 4 ori mai mare decât prima, adică 200 mg Cd/kg hrană (adică o cantitate echivalentă de clorură de cadmiu) a fost incorporată în mixtura alimentară a câte unui lot din cele 3 cupluri și administrată zilnic timp de 14 săptămâni.

Animalele împărțite în loturi, repartizate în cuști mari, câte 4-6 din fiecare lot, au primit alimentația diferențiată ca și apa ”ad libitum”.

6.Indicatori studiați și procedee de evaluare

Efectele cadmiului au fost urmărite atât în cursul perioadei de intoxicare, cât mai ales la sfârșitul acesteia, când animalele au fost sacrificate. Înainte de sacrificare s-a urmărit greutatea corporală, iar în sângele recoltat din coadă dimineața pe nemâncate s-a dozat hemoglobina și s-a determinat glicemia.

Sacrificarea a fost precedată de anestezie cu cloroform și s-a realizat prin recoltarea exhaustivă a sângelui din inimă până la oprirea acesteia, apoi s-a eviscerat ficatul, rinichiul și testicolele.

Sângele a fost lăsat să coaguleze pentru separarea serului, iar ficatul, după cântărire, a fost supus imediat omogenizării în soluții tampon, la rece. Rinichii și testicolele au fost cântărite și apoi conservate pentru dozarea conținutului de cadmiu și urmărirea leziunilor histopatologice.

6.1.Greutatea corporală

S-au înregistrat variațiile ponderale prin cântărirea săptămânală a fiecărui șobolan dimineața înaintea administrării hranei. S-a calculat câștigul ponderal ca un indicator global al rezistenței organismului față de cadmiu.

6.2.Starea hemoglobinică

La începutul și la sfârșitul perioadei experimentale s-a recoltat sânge din coadă și s-a determinat cantitatea de hemoglobină.

6.3.Proteinemie, glicemie, colesterolemie

Prin acești indicatori s-au urmărit modificările care survin în componenți ai serului (tulburări metabolice în compoziția serului). Metodele folosite au fost cele uzuale din laboratoarele clinice pentru analize la om. Exprimarea rezultatelor s-a făcut în mg % ml ser.

6.4.Determinarea activității transaminazelor serice (GOT, GPT)

Creșterea valorii activității celor două transaminaze indică gradul de afectare hepatică al animalelor din loturile experimentale comparativ cu martorii respectivi.

6.5.Activitatea xantinoxidazei și succinatdehidrogenazei hepatice

Determinarea activității acestor enzime se folosește ca indicator pentru controlul stării de nutriție proteică și pentru stabilirea calității proteinelor dintr-un produs alimentar. Activitatea celor două enzime s-a determinat în omogenat hepatic, numai la animalele din seria a 2-a de experiențe (B). S-a considerat că o doză de 4 ori mai mare de cadmiu ar putea afecta ficatul și pentru a vedea în ce măsură calitatea proteinelor din dietă mărește rezistența organismului față de cadmiu s-a determinat activitatea xantinoxidazei și succinatdehidrogenazei.

– Activitatea xantinoxidazei: pentru evaluarea activității acestei enzime s-a folosit metoda colorimetrică descrisă de G.Litwach și colab. Principiul metodei: în omogenatul hepatic tamponat la pH 7,4 și adus la 37ș C, se introduce substratul enzimatic de soluții standard de xantină și apoi la intervale de timp determinate se recoltează probe în care după precipitarea proteinelor și inactivarea xantinoxidazei (cu tungstat de sodiu și acid sulfuric) se determină colorimetric excesul de xantină netransformată de enzimă, cu reactiv Folin Ciocâltău în mediu alcalin.

Rezultatul se exprimă în micromoli xantină consumată/g ficat/oră sau per gram de preteină hepatică.

Activitatea succinatdehidrogenazei în ficat: s-a efectuat din diluții ale aceluiași omogenat hepatic folosit și pentru xantinoxidază și proteine hepatice, după metoda Kun-Abood, al cărei principiu constă în determinarea spectrofotometrică a trifenilformazanului format în urma reducerii, sub influența enzimei, a clorurii de 2,9,5-trifeniltetrazolin în timp de 15 minute, la 37º C. Intensitatea colorației trifenilformazanului format, dizolvat în acetonă se estimează spectrofotometric la λ= 480 μm și se evaluează față de o curbă etalon obținută cu diluții de formazan în acetonă. Rezultatele se exprimă în μg formazan redus de 1 mg ficat umed în 15 minute sau per gram proteină hepatică.

6.6.Greutatea ficatului, rinichilor și testicolelor

În seria a 2-a de experiențe (B), la sacrificarea animalelor s-a eviscerat ficatul, rinichii și testicolele. Aceste organe au fost mai întâi cântărite și apoi utilizate pentru prepararea omogenatului în cazul ficatului în scopul determinării activității enzimelor hepatice, iar rinichii au folosit pentru dozarea conținutului de cadmiu. În cazul testicolelor s-a procedat la efectuarea examenului anatomo-histologic.

Greutatea acestor viscere s-a raportat la 100 g greutate corporală pentru a pune în evidență eventualele hipertrofieri sau hipotrofieri ale acestor organe implicate în metabolizarea și eliminarea substanțelor chimice pătrunse în organism, sau în cazul gonadelor masculine în procesul de reproducere. Pe cupluri s-au calculat abaterile procentuale față de martorii respectivi.

6.7.Dozarea cadmiului în rinichi

După cântărirea rinichilor, aceștia au fost supuși uscării și apoi mineralizării umede cu acid azotic concentrat în fiole speciale de teflon. În probele mineralizate, filtrate și diluate convenabil s-a determinat la spectrofotometru cu absorbție atomică conținutul de cadmiu. Evaluarea s-a făcut față de o curbă etalon obținută cu concentrații cunoscute de cadmiu.

6.8.Exameul anatomo-histologic al testicolelor

Atât la animalele din loturile experimentale cât și la martori, la sacrificare după eviscerarea și cântărirea gonadelor, ele au fost pregătite pentru controlul modificărilor histologice (fixare în formol, incluzionare în parafină, secționare, colorare cu hematoxilină-eozină și examinare la microscop).

7.Rezultate și discuții

Din datele individuale s-au calculat valorile medii cu eroarea lor standard pentru fiecare indicator și lot în parte. Spre a vedea toxicitatea dozelor folosite în fiecare cuplu, s-au comparat valorile medii ale loturilor a căror dietă a conținut cadmiu cu acelea obținute în loturile menținute la aceiași dietă dar fără cadmiu, iar pentru a stabilii rolul mărimii aportului de proteine în gravitatea intoxicației cu cadmiu s-a examinat amploarea deosebirilor existente în loturile tratate cu dieta cu cadmiu din fiecare cuplu.

Pentru a urmări efectul îmbunătățirii calității proteinelor, prin incorporarea de metionină (5%) la dieta semiproteică, s-au comparat valorile medii ale indicatorilor găsite în acest lot cu acelea ale lotului menținut la aceiași dietă nesuplimentată cu acest aminoacid.

În interpretarea deosebirilor s-a contat numai pe acelea pentru care calculul statistic a garantat o certitudine de cel puțin 95 % (p < 0,05). Rezultatele obținute sun prezentate în tabelele 2-7 și au figurile 1-5.

7.1.Greutate corporală

Indiferent de cuplu, adică de conținutul dietei în proteine și de calitatea acestora (absența sau prezența suplimentului de metionină), sporul ponderal a fost semnificativ mai redus (p<0,003 – p<0,01) decât la cele din loturile martor. Acest fapt demonstrează nocivitatea dozelor de cadmiu administrate în ambele serii de experiențe (tabelul nr.2 și figurile 1 și 2). Amploarea deosebirilor a fost influențată de varianta dietetică (normoproteică și semiproteică).

Când doza s-a mărit de 4 ori (în seria B), chiar după un interval de timp redus la jumătate (14 săptămâni față de 28 săptămâni în seria A) diferența a fost asigurată de calculul statistic la scara de 999 (p < 0,001).

Rolul proporției și al calității proteinelor din regimul alimentar în influența cadmiului asupra sporului ponderal apare mai evident când se compară între ele loturile intoxicate din cele două serii de experiențe. Independent de doză și de durata administrării ei (28 sau 14 săptămâni) animalele hrănite cu dieta semiproteică cu cadmiu au câștigat în greutate mai puțin decât cele care au primit diete cadmifere normoproteice. Asfel, în seria A în care timp de 28 săptămâni s-a administrat zilnic o dietă semiproteică cu 50 mg Cd/kg animalele au câștigat în greutate cu 22,4 % mai puțin decât cele din lotul cu dieta normoproteică cu același conținut de metal, aceiași perioadă de timp.(fig. 1)

Diferentele s-au accentuat când doza s-a mărit de 4 ori, deși timpul s-a scurtat la jumătate și câștigul ponderal al lotului cu regim semiproteic cadmifer a fost cu 43,0 % mai mic decât acela al animalelor din lotul care a beneficiat de dieta normoproteică cu conținut similar de cadmiu (tabel nr.2 și fig.2).

Aceste diferențe arată fără îndoială creșterea toxicității cadmiului consecutiv scăderii rezistenței organismului printr-un aport redus de proteine și demonstrează rolul protector al alimentației cu conținut proteic adecvat.

Îmbunătățirea calității materialului azotat din hrana zilnică prin suplimentarea izonitrică cu metionină (tio aminoacid care concură la refacerea și la menținerea activității mai multor enzime afectate de metale grele) a dietei semiproteice a mărit rezistența și a permis animalelor hrănite 14 săptămâni cu o dietă ce a conținut o doză de cadmiu de 200 mg/kg hrană să aibă practic același câștig ponderal (+ 56 %) ca și cele menținute la regimul normoproteic. De aici rezultă că decisiv pentru rolul proteinelor din dietă nu este atât cantitatea ci mai ales calitatea lor, adică conținutul în aminoacizi esențiali și mai ales în cei care participă la procesele de apărare sau detoxicare cum sunt tio aminoacizii (vezi fig.2). Faptul că între valorile medii ale sporului ponderal în loturile martor (I, III) nu au apărut diferențe semnificative din punct de vedere statistic în funcție de varianta dietetică, arată că deosebirile dintre loturile intoxicate (II, IV) nu s-au datorat insuficienței de material azotat (plastic) ci compensării nevoilor metabolice suplimentare determinate de prezența cadmiului în organism. Acest lucru este încă o dovadă a rolului protector pe care îl exercită un aport proteic adecvat (vezi tabel nr.2).

7.2.Starea hemoglobinică

Rezultatele obținute, consemnate în tabelul nr.3 și ilustrate grafic în fig.3 arată că ingestia de cadmiu, indiferent de dietă, a deprimat hemoglobinogeneza. Amploarea efectului a fost însă influențată de cantitatea de metal și de mărimea și calitatea aportului proteic. Pentru doza de 200 mg Cd/kg hrană acțiunea anemiantă a cadmiului a fost semnificativ mai intensă decât atunci când durata administrării dietei cadmifere a fost dublă ca timp dar a conținut de 4 ori mai puțin cadmiu. Pentru doza de 200 mg scăderea cantității de hemoglobină a lotului normoproteic a fost de –11,5 % față de –38 % la lotul semiproteic. Incorporarea izonitrică de metionină la mixtura alimentară a atenuat efectul anemiant al cadmiului însă în mai mică măsură decât pe acela al creșterii animalelor.

Pe când în lotul semiproteic suplimentat cu metionină valorile medii ale scăderii cantității de hemoglobină au fost de –38 %, în cel care a primit regim fortificat cu metionină diminuarea a fost de –26 %. De aici rezultă că deși metionina nu reprezintă unul din principalii aminoacizi esențiali, care intră în constituția hemoglobinei, totuși majorarea aportului de tio aminoacizi a micșorat acțiunea anemiantă a cadmiului.

7.3.Tulburări metabolice (în compoziția serului sanguin)

Rezultatele investigațiilor asupra unor componenți ai serului (proteine totale, glucoză, colesterol) și asupra activității transaminazelor (GOT, GPT) sunt prezentate în tabelul nr.4. La doza cea mai mică (50 mg Cd/kg hrană), după 28 săptămâni valoarea proteinemiei animalelor a scăzut față de martorii cuplului respectiv, dar nu s-au sesizat diferențe în funcție de dietă. De asemenea nici valorile glicemiei și colesterolemiei nu au evidențiat modificări semnificative. Transaminazele serice, deși ușor crescute în loturile cu cadmiu nu au avut girul semnificației de diferență.

Când doza s-a mărit la 200 mg Cd, la animalele intoxicate care au beneficiat de dieta normoproteică, valoarea medie a proteinemiei a scăzut semnificativ față de cea a lotului semiproteic (p < 0,001). Suplimentarea dietei acestui lot cu metionină a redus semnificativ (p < 0,001) efectul hipoproteinemiant al cadmiului, făcând ca diferența față de cel normoproteic să nu mai fie semnificativă.

Exceptând cuplul menținut la dietă semiproteică suplimentată cu metionină, în care cadmiul a micșorat valoarea medie a glicemiei (p < 0,05), în celelalte două cupluri administrarea aceleiași cantități de metal a provocat creșterea semnificativă (p < 0,001) a concentrației glucozei din sânge cu 33 % – 35 %. Acțiunea hiperglicemiantă a acestui metal nu a fost influențată de aportul proteic.

Independent de varianta dietetică, nivelul mediu al colesterolemiei la animalele din loturile cu cadmiu, a fost semnificativ mai redus decât la cele din loturile de control, fapt care tinde să arate că acest metal ar avea o acțiune hipocolesterolemiantă. Semnificația deosebirilor este mai mică p< 0,05 – p<0,01 și neinfluențată de varianta dietetică, fiind maximă pentru cuplul semiproteic (p < 0,01).

7.4.Repercuția asupra ficatului și asupra activității unor enzime hepatice

Întru-cât în prima serie de experiențe la o ingestie de 50 mg Cd/kg hrană timp de 28 săptămâni creșterea activității transaminazelor serice (GOT, GPT) a fost nesemnificativă statistic, am considerat util să urmărim unele modificări survenite asupra ficatului numai în seria B, când animalele din cuplurile respective au primit diete cu 200 mg Cd/kg hrană timp de 14 săptămâni.

Rezultatele sunt expuse în tabelul nr.5 și în fig.4 și 5. După cum se poate observa independent de conținutul dietei în proteine și de calitatea acestora, prezența cadmiului a mărit semnificativ greutatea ficatului raportată la 100 g corp (p < 0,001). De asemenea cadmiul a scăzut semnificativ activitatea xantinoxidazei și a succinatdehidrogenazei din ficat indiferent de varianta dietetică (p< 0,05 – p<0,001).

După cum era însă de așteptat și la animalele din lotul martor dieta semiproteică a deprimat semnificativ (p<0,003 – p<0,001) activitatea xantinoxidazei și succinat-dehidrogenazei. De altfel se știe că determinarea activității celor două enzime este folosită ca indicator pentru evaluarea stării de nutriție proteică și pentru stabilirea calității proteinelor dintr-un produs alimentar. Suplimentarea dietei semiproteice cu d-l metionină (0,5 g %) a contracarat acest efect, făcând ca deosebirile față de lotul normoproteic să devină nesemnificative (lotul IV față de lotul VI)

7.5. Influența cadmiului asupra rinichilor și asupra conținutului lor în acest metal

Rezultatele sunt prezentate în tabelul nr.6 și în fig.5. Indiferent de varianta dietetică, cadmiul a mărit cu 34,4 % – 62,5 % greutatea rinichilor exprimată la 100 g corp (p<0,001) și este evident faptul că animalele hrănite cu regimul semiproteic au avut o valoare medie a greutății rinichilor/100 g corp semnificativ mai mare decât celelalte două loturi experimentale (p<0,001). Suplimentarea cu metionină a făcut ca în acest cuplu greutatea rinichilor, exprimată în grame la % din valorile lotului martor să se apropie de primul cuplu, adică de cel normoproteic (34,4 % față de 38,5 % din valoarea martorilor respectivi).

Pentru același grad de intoxicare (200 mg Cd/kg hrană timp de 14 săptămâni) concentrația cadmiului în rinichi a variat între 167 și 184 g/g, fără ca să apară deosebiri semnificative în funcție de varianta dietetică.

7.6.Efectul cadmiului asupra testicolelor

Ținând seama de sensibilitatea gonadelor masculine față de cadmiu, în seria a 2-a de experiențe (B) am urmărit influența acestui metal asupra greutății testicolelor (raportată la 100 g corp) și asupra structurii lor histologice.

Independent de mărimea și calitatea aportului proteic, valorile medii ale greutății testicolelor la animalele din loturile a căror dietă a conținut cadmiu sunt cu 18,4%-30,7% mai mari decât la animalele din loturile de control (p<0,001). Exprimată în procente față de greutatea testicolelor la martori, hipertrofia este mai accentuată în cuplul semiproteic decât în cel normoproteic sau semiproteic suplimentat cu metiononă (tabelul nr.7 și fig.5). Imaginile histologice ale testicolelor recoltate de la loturile martor și de la cele trei loturi a căror dietă a conținut cadmiu arată modificări notabile. Astfel, în cazul regimului normoproteic, cadmiul a inhibat spermatogeneza și a provocat necroză în faza finală a diferențierii, iar în lotul semiproteic necroza elementelor germinative în tubii seminiferi a fost vădit mai avansată, ajungând până la țesutul conjunctiv și interesând în mare parte și celulele Sertoli (adică a cuprins nu numai partea intra- ci și cea extracelulară). Suplimentarea dietei semiproteice cu metionină nu a atenuat gravitatea leziunilor histologice provocate de cadmiu.

CONCLUZII

În investigații efectuate în 2 serii (A și B) pe 100 șobolani adulți, tineri, de sex masculin s-a cercetat (prin 14 indicatori) toxicitatea a 2 doze de cadmiu (50 mg Cd și 200 mg Cd/kg) administrate în hrană timp de 28 săptămâni și respectiv 14 săptămâni, urmărind evoluția efectelor apărute în funcție de cantitatea și calitatea materialului azotat din dietă (3 variante dietetice).

Rezultatele obținute au condus la următoarele concluzii:

Atât doza de 50 mg Cd/kg hrană administrată timp de 28 săptămâni, cât și cea de 200 mg Cd/kg hrană, administrată timp de 14 săptămâni au redus semnificativ câștigul ponderal, hemoglobinemia și proteinemia în comparație cu loturile de control, amploarea semnificației fiind mai mare când doza a crescut de 4 ori, chiar dacă timpul s-a redus la jumătate.

Cantitatea de 50 mg Cd/kg hrană administrată timp de 28 săptămâni nu a produs modificări semnificative asupra celorlalți indicatori urmăriți și anume: glicemie, colesterolemie, transaminaze serice (GOT,GPT).

Dieta semiproteică a agravat nocivitatea aceleiași cantități de cadmiu (200 mg/kg hrană), făcând ca efectele acestuia să fie semnificativ mai intense decât la animalele care au primit dieta normoproteică (câștigul ponderal, acțiunea anemiantă, hipoproteinemia, transaminaze serice, xantinoxidaza și succinat-dehidrogenaza hepatică, hipertrofia rinichilor și a testicolelor).

Valorile medii ale unor indicatori care au arătat: acțiunea hiperglicemiantă, hipo-colesterolemintă și concentrația metalului în rinichi, s-au deosebit semnificativ de cele obținute în loturile martor (fără cadmiu), însă diferențele nu s-au corelat cu variațiile toxicității în funcție de aportul proteic (varianta dietetică), ci ele au fost cauzate de insuficiența proteică ”per se”.

Incorporarea de d-l metionină (0,5 g %) la dieta semiproteică (fără a mări conținutul de azot) a atenuat cele mai pronunțate efecte provocate de aceleași cantități de cadmiu, făcând ca valorile lor medii să nu se mai deosebească semnificativ de acelea găsite la lotul normoproteic ce conține aceeași doză de metal

Rezultatele arată că dozele mici de cadmiu considerate tolerabile, administrate timp îndelungat (ingerate odată cu hrană) se acumulează și pot produce tulburări notabile asupra organismului

Rezultatele obținute arată că un aport proteic adecvat (cantitativ și calitativ) mărește rezistența organismului față de cadmiu, micșorând semnificativ gravitatea simptomelor provocate de aceeași doză de metal.

Tabelul nr. 2 Variația greutații corporale în funcție de amploarea intoxicației (doza x timp) și de

mărimea și calitatea aportului proteic

N – Nesemnificativ

Tabelul nr. 3 Repercuția cadmiului asupra starii hemoglobinice în funcție

de doza și regimul alimentar

N – Nesemnificativ

Tabelul nr. 4 Tulburări metabolice provocate de cadmiu în funcție de mărimea și calitatea proteinelor

din dietă ( modificări în unii componenți ai serului : proteinemie, glicemie, colesterolemie )

Tabelul nr. 5 Efectul cadmiului asupra ficatului și asupra activității unor enzime hepatice,

în funcție de calitatea proteinelor din dietă

Tabelul nr.6 Influența cadmiului asupra rinichilor și asupra conținutului lor în acest metal

(pentru seria B)

Tabelul nr.7 Efectul cadmilui asupra greutății testicolelor

Fig 1 –

– Fig 2 –

BIBLIOGRAFIE

1.ADAMS, R.G. (1980) Osteopathy associated with tubular nephropathy in employees in an alkaline battery factory. In: Shigematsu, I. & Nomiyama, K., ed. Cadmium-induced osteopathy, Tokyo, Japan Public Health Association, pp. 67-73

2.ADAMS, R.G.,HARRISON, J.G., & SCOTT, P. (1969) The development of cadmium-induced proteinuria, impaired renal function, and osteomalacia in alkaline battery workers. Q.J. Med., 38: 425-443

3.ALT, F. (1981) [Comparative determination of cadmium in blood by four different methods.] Fresenius Z. anal. Chem., 308: 137-142 (in German).

4.ANDERSSON, A. & HAHLIN, M. (1981) Cadmium effects from phosphorus fertilization in field experiments. Swed.J. agric. Res., 11: 3-10.

5.ANKE, M., HENNING, A., SCHNEIDER, H.J., GROPPEL, B., GRUN, M., PARTSCHEFELD, M., & LUDKE, H. (1976) [The influence of toxic element cadmium on the metabolism and health of animals and human.] Math. naturwiss. Unterr. R 25: 241-261 (in German).

6.ARMSTRONG, B.G. & KAZANTZIS, G. (1985) Prostatic cancer and chronic respiratory and renal disease in British cadmium workers: a case control study. Br. J. ind . Med., 42: 540-545

7. ASOKAN, P., DIXIT, R., MUKHTAR, H., & MURTI, C.R.K. (1981) Effect of cadmium on hepatic mixed function oxidases during the early development of rats; possible protective role of metallothionein. Biochem. Pharmacol., 30(22): 3095-3098.

8.AUFDERHEIDE, M., MOHR, U., THIEDEMANN, K.-U., & HEINRICH, U. (1990) Quantification of hyperplastic areas in hamster lungs after chronic inhalation of different cadmium compounds. Toxicol. environ. Chem., 27: 173-180.

9.AXELSSON, B. & PISCATOR, M. (1966a) Renal damage after prolonged exposure to cadmium: an experimental study. Arch. environ. Health, 12: 374-381.

10.AXELSSON, B. & PISCATOR, M. (1966b) Serum proteins in cadmium-poisoned rabbits with special reference to haemolytic anaemia. Arch. environ. Health, 12: 374-381.

11.AXELSSON, B., DAHLGREN, S.E., & PISCATOR, M. (1968) Renal lesions in the rabbit after long-term exposure to cadmium. Arch. environ. Health, 17: 24-28.

12.BERNARD, A.M., LAUWERYS, R., & GENGOUX, P. (1981) Characterization of the proteinuria induced by prolonged oral administration of cadmium in female rats. Toxicology, 20: 345-357.

13.CARROLL, R.E. (1966) The relationship of cadmium in the air to cardiovascular disease death rates. J. Am. Med. Assoc., 198: 267-269.

14.CASTILHO, P.D. & HERBER, R.F.M. (1977) The rapid determination of cadmium, lead, copper and zinc in whole blood by atomic absorbtion spectrometry with electrothermal atomization. Improvements in precision with a peak-shape monitoring device. Anal. Chim. Acta, 94: 269-270.

15.CHAPATWALA, K.D., HOBSON, M., DESAIAH, D., & RAJANNA, B. (1982) Effect of cadmium on hepatic and renal gluconeogenic enzymes in female rats. Toxicol. Lett., 12: 27-34.

16.CHERIAN, M.G. (1980) The synthesis of metallothionein and cellular adaptation to metal toxicity in primary kidney epithelial cell cultures. Toxicology, 17: 225-231.

17.CHERIAN, M.G. & GOYER, R.A. (1978) Metallothioneins and their role in the metabolism and toxicity of metals. Life Sci., 23: 1-10.

18.CHERIAN, M.G. & NORDBERG, M. (1983) Cellular adaptation in metal toxicology and metallothionein. Toxicology, 28: 1-15.

19.CHERIAN, M.G., GOYER, R.A., & RICHARDSON, L.D. (1976) Cadmium metallothionein-induced nephropathy. Toxicol. appl. Pharmacol., 38: 399-408.

20.CHUMBLEY, C.G. & UNWIN, R.J. (1982) Cadmium and lead content of vegetable crops grown on land with history of sewage sludge application. Environ. Pollut. Ser. B Chem. Phys., 4(3): 231-238.

21.CIRKT, M. & TICHY, M. (1974) Excretion of cadmium through bile and intestinal wall in rats. Br. J. ind. Med., 31: 134-139.

22.CNATTINGIUS, S., AXELSSON, O., EKLUND, G., & LINDMARK, G. (1985) Smoking, maternal age and fetal growth. Obstet. Gynecol., 66: 449-452.

23.DUDLEY, R.E., GAMMAL, L.M., & KLASSEN, C.D. (1985) Cadmium-induced hepatic and renal injury in chronically exposed rats: likely role of hepatic cadmium-metallothionein in nephrotoxicity. Toxicol. appl. Pharmacol., 77: 414-426.

24.FOWLER, B.A., JONES, H.S., BROWN, H.W., & HASEMAN, J.K. (1975) The morphological effects of chronic cadmium administration on renal vasculature of rats given low and normal calcium diets. Toxicol. appl. Pharmacol., 34: 233-252.

25.FOX, M.R.S., FRY. B.E., Jr, HARLAND, B.F., SCHERTAL, M.E., & WEEKS, C.E. (1971) Effect of ascorbic acid on cadmium toxicity in the young cturnix. J. Nutr., 101: 1295-1305.

26.FRIBERG, L., PISCATOR, M., NORDBERG, G., & KJELLSTRŐM, T. (1974) Cadmium in the environment, 2nd ed., Cleveland, Ohio, CRC Press, 248 pp.

27.FRIBERG, L., KJELLSTRŐM, T., NORDBERG, G., & PISCATOR, M. (1975) Cadmium in the environment. III. A toxicological and epidemiological appraisal, Washington, DC, US Environmental Protection Agency, Office of Research and Development, 217 pp.

28.FRIBERG, L., ELINDER, C.G., KJELLSTRŐM, T., & NORDBERG, G.F. (1985) Cadmium and health, a toxicological and epidemiological appraisal. Vol I. Exposure, dose and metabolism, Cleveland, Ohio, CRC Press, 209 pp.

29. FRIBERG, L., ELINDER, C.G., KJELLSTRŐM, T., & NORDBERG, G.F. (1986) Cadmium and health, a toxicological and epidemiological appraisal. Vol II. Exposure, dose and metabolism, Cleveland, Ohio, CRC Press, 303 pp.

30.GESAMP (1985) IMO/FAO/UNESCO/WMO/IAEA/UN/UNEP Joint Group of Experts on the Scientific Aspects of Marine Pollution: Atmospheric transport of contaminants into the mediterranean region, Athens, Geneva, World Meteorological Association (Reports and Studies No. 26).

31.GOYER, R.A., CHERIAN, M.G., & DELAQUERRIERE-RICHARDSON, L. (1984) Correlation of parameters of cadmium exposure with onset of cadmium-induced nephropathy in rats. J. environ. Pathol. Toxicol. Oncol., 5: 89-100.

32.HAMILTON, D.L. & VALBERG, L.S. (1974) Relationship between cadmium and iron absorption. Am. J. Physiol., 227: 1033-1037.

33.HARVEY, T.C., CHETTLE, D.R., FREMLIN, J.H., AL-HADDAD, I.K. & DOWNES, S.P.M. (1979) Cadmium in Shipham. Lancet, 1(8115).

34.HASSLER, E., LIND, B., & PISCATOR, M. (1983) Cadmium in blood and urine related to present and past exposure. A study of workers in an alkaline battery factory. Br. J. ind. Med., 40: 420-425.

35.HEINRICH, U., PETERS, L., ERNST, H., RITTINGHAUSEN, S., DASENBROCK, C., & KŐNIG, H. (1989) Investigation on the carcinogenic effects of various cadmium compounds after inhalation exposure in hamsters and mice. Exp. Pathol., 37: 253-258.

36.HOFFMAN, L., PUTZKE, H-P., KAMPEHL, H-J., RUSSBULT, R., GASE, P., SIMONN, C., ERDMANN, T., & HUCKSTORF, C. (1985) Carcinogenic effects of cadmium on the prostate of the rat. J. Cancer Res. clin. Oncol., 109: 193-199.

37.HOFFMAN, L., PUTZKE, H-P., BENDEL, L., ERDMANN, T., & HUCKSTORF, C. (1988) Electron microscopic results on the ventral prostate of the rat after CdCl2 administration. A contribution towards etiology of the cancer of the prostate. J. Cancer Res. clin.Oncol., 114: 273-278.

38.HUTTON, M., ed. (1982) Cadmium in the European Community: a prospective assements of sources, human exposure and environmental impact, London, Monitoring and Assessment Research Centre, Chelsea College, University of London, 100 pp (MARC Report Number 26).

39.JEM, C.A. (1953) A colorimetric assay for xanthine oxidase in rat liver homogenates. J. Biol. Chem.p.203,303.

40.KUN, E., & ABOOD, L.G. (1949) Colorimetric estimation of succinicdehydrogenase by tripheniltetrazolium chloride. Science, 109: 144-148.

41.LEVY, L.S., CLACK, J., & ROE, F.J.C. (1975) Further studies on the effect of cadmium on the prostate gland. II. Asence of prostatic changes in mice given oral cadmium sulfate for eight months. Ann. occup. Hyg., 17: 213-220.

42.MANESCU, S., TANASESCU. Gh., DUMITRACHE, S., & CUCU, M. (1996) Igiena, Editura Medicală, București.

43.NORDBERG, M. (1984) General aspects of cadmium transport, uptake and metabolism by the kidney. Environ. Health Perspect., 54: 13-20.

44.PISCATOR, M., KJELLSTRŐM, T., & LIND, B. (1976) Contamination of cigarettes and pipe tobacco by cadmium-dust. Lancet, 2: 587.

45.POPA-CRISTEA, E., POPESCU, A., TRUTIA, E., & DINU, V. (1991) Tratat de Biochimie Medicală. Edit. Med. București.

46.POPESCU, F., & GONTEA, I. (1978) The effect of body protein supply on resistance to cadmium. Br. J. ind. Med. 35: 154-160.

47.PRIGGE, E., BAUMERT, H.P., & MUHLE, H. (1977) effects of dietary and inhalative cadmium on haemoglobin and haematocrit in rats. Bull. environ. Contam. Toxicol., 17: 585-590.

48.ROELS, H., LAUWERYS, R.R., BUCHET, J.P., BERNARD, A.M., VOS, A., & OVERSYSTENS, M. (1989) Health significance of cadmium induced renal dysfunction: a five year follow up. Br. J. ind. Med., 46: 755-764.

49.SUBRAMANIAN, K.S. & MERANGER, J.C. (1981) A rapid electrothermal atomic absorption spectrophotometric method for cadmium and lead in human whole blood. Clin. Chem., 27: 1866-1871.

50.SUZUKI, S., TAGUCHI, T., & YOKOHASHI, G. (1969) Dietary factors influencing upon the retention rate of orally-administered CdCl2 in mice, with special reference to calcium and protein concentration in diet. Ind. Health, 7: 155-162.

51.SUZUKI, Y. (1980) Cadmium metabolism and toxicity in rats after long-term subcutaneos administration. J. Toxicol. environ. Health, 6: 469-482.

52.TAKENAKA, S., OLDIGES, H., KOENIG, H., HOCHRAINER, D., & OBERDOERSTER, G. (1983) Carcinogenicity of cadmium aerosols in Wistar rats. J. Natl Cancer Inst., 70: 367-371.

53.THORNTON, I. (1988) The Shipham report. An investigation into cadmium contamination and its implications for human health. Metal content of soils and dusts. Sci. total Environ., 75: 21-39.

54.VENS, M.D. & LAUWERYS, R.R. (1982) Détermination simultanée du plomb et du cadmium dans le sang et l’urine par le couplage des techniques de chromatographie sur résine échangeuse d’ions et de spectrophotométrie d’absorbtion atomique. Arch. Mal. prof. Méd. Trav. Sécur. soc., 33: 97-105.

55.WHO (1989) Cadmium. In: Evaluation of certain food additives and contaminants. Thirty-third Report of the Joint FAO?WHO Expert Committee on Food Additives, Geneva, World Health Organization, pp. 28-31 (Technical Report Series No.776).

56.WILLIAMS, C.H. & DAVID, D.J. (1976) The accumulation in soil of cadmium residues from phosphate for fertilizers and their effect on the cadmium content of plants. Soil Sci., 121: 86-93.