Těžké kovy II

1. Těžké kovy II

2. Hlavní zdroje expozice kadmiu Fosfátová hnojiva Neželezné slitiny Slitiny Cd Přírodní zdroje Spalování fosilních paliv Ocel a železo Výroba cementu Spalování odpadů Kadmium (Cd) Využití • hutě - výroba Cd (Pb, Zn, Cu) • galvanické pokovování • výroba Ni/Cd baterií • součást pigmentů a stabilizátorů plastů (ochrana před UV) • zlatnictví a šperkařství (součást pájek) Výskyt v přírodě • kontaminace půd fosfátovými hnojivy s vysokým obsahem Cd - fosfáty • hromadění v rostlinách - např. kořenová zelenina, tabák

4. Kadmium v krvi Medián/90-percentil Pokusná skupina: učitelé ve Stockholmu náhodně zvolená skupina lidí Kuřáci Nekuřáci Vahrer 1992 g Cd/L krve Mexiko City Peking Bělehrad Jeruzalém Lima Tokio Brusel Záhřeb Stockholm Amsterdam

5. Mechanismus ochrany proti akutním účinkům kadmia pomocí Zn a nízkých koncentrací Cd Změna distribuce Cd uvnitř buňky po indukci tvorby MT Buněčná membrána Indukce Jádro Indukce Spontánní produkce Nuc - jádro Mit - mitochondrie Mic - mikrosómy Cyt - cytosol Klassen, Liu 1998 Kadmium (Cd) Mechanismus účinku • Cd se váže na na -SH skupiny v enzymech • inhibice enzymů obsahujících Zn - atom Zn v molekule nahrazen Cd • vazba na metallothionein - potlačení akutních a zvýšení chronických účinků • poškození ledvin vede k poruše reabsorpce Ca a P - zvýšená exkrece Ca a P Metallothionein (MT) • nízkomolekulární protein produkovaný játry a ledvinami obsahující -SH skupiny • fyziologická funkce - ukládání Zn pro následnou syntézu metaloenzymů • tvorba MT je indukována zvýšeným příjmem Zn a Cd • vznik toxikokinetické tolerance • mechanismem účinku MT je změna distribuce Cd uvnitř jaterních buněk (cytosol) • celková koncentrace Cd v játrech není ovlivněna • afinita Cd k MT je vyšší než afinita Zn • MT prodlužuje T1/2 Cd (>10 let) - komplex Cd-MT podléhá tubulární reabsorpci • MT působí jako antidotum při akutní otravě Cd

6. Kadmium (Cd) Absorpce Cd • v GI se vstřebává velmi málo - asi 5 - 10 % • závisí na rozpustnosti sloučenin - CdCl2 toxičtější než CdS • stupeň absorpce ovlivněn už přijatým množstvím Cd - saturační efekt • stupeň absorpce snížen současným příjmem Zn2+, Ca2+, Mg2+, Cr3+ • absorpce vyšší při nízkoproteinové dietě s nízkým obsahem Fe • velmi dobře se vstřebává plícemi - 30 - 60 % Distribuce Cd • 50 - 70 % Cd zachyceného v těle se ukládá v ledvinách a játrech • Cd se v těle silně akumuluje - do 50 let koncentrace Cd v těle stále stoupá • rozdíl v obsahu Cd v krvi u mužů a žen - genetický polymorfismus

7. Koncentrace Cd a Pb v krvi dvojčat průměrný věk - 68 let, věkové rozpětí 49 - 86 let MZ - monozygoti (jednovaječná dvojčata) - 100 % shodná genetická výbava DZ - dizygoti (dvojvaječná dvojčata) - 50 % sdílených genů Björkman, Vehter, Pdersen, 2000

8. Koncentrace Cd v krvi dvojčat zdroje variability h2 - genetické faktory c2 - sdílené environmentální faktory g2 - nesdílené environmentální faktory Björkman, Vehter, Pdersen, 2000

9. Antidota - Cd DMSA DMPS Dimerkaptopropan sulfonát sodný Kyselina 2,3 dimerkaptojantarová Kadmium (Cd) Metabolismus Cd • silná vazba na metallothionein - Cd a Zn indukují tvorbu tohoto proteinu • komplex Cd - metallothionein se ukládá v ledvinách - díky tomu je T1/2 10 - 30 let • metalotionein chrání tělo před akutními účinky Cd Akutní inhalační toxicita • příčina úmrtí v galvanovnách a slévárnách • cílovými orgány - plíce (akutní edém plic, pneumonie) a ledviny • doba latence až 8 h Akutní orální toxicita • není častá - kyselé potraviny v nádobí s Cd glazurou, obsah Cd  16 mg/ kg nebo celkem 3 mg • cílovými orgány - GI (zvracení, krvavý průjem, kolika) a ledviny (nekróza) • po požití krátká doba latence 1 - 1,5 h • antidota - DMPS a DMSA

10. Itai Itai Kadmium (Cd) Subchronická a chronická toxicita • při inhalační expozici Cd vznik emfyzému a fibrózy • v ledvinách se ukládá zejména v proximálním tubulu - zvýšená exkrece nízkomolekulárních proteinů, aminokyselin, cukrů a minerálů • poškození jater, kosterního systému a srdce „Itai - Itai disease“ - Japonsko 1940 - XXXX • odpadní vody z dolů do řeky Jinzu - závlahy polí - vysoký obsah Cd v rýži • poškození ledvin Cd - zvýšená exkrece P a Ca - řídnutí kostí • bolestivé fraktury vznikající bez zjevných příčin • dále poškození kostní dřeně (anemie), hypertenze • nejvíce zasaženy starší ženy s deficitem vit. D Karcinogenní účinky • epidemiologické studie ukazují na zvýšený výskyt rakoviny plic a prostaty u lidí exponovaných Cd, prokázané karcinogenní účinky na zvířatech

11. Pb v plné krvi (muži); monitorovaná skupina z Münsteru, 1984-2003 Olovo (Pb) Využití • akumulátory • barviva, keramické výrobky, stínění rentgenového záření • alkylsloučeniny jako antidetonační přísady v benzínech (US EPA v roce 1979 - 0,79 g/l, dnes 0,13 g/l Pb v benzínech)

12. Olovo (Pb) Mechanismus účinku • kompetice Pb2+ s ionty Ca2+ a Fe2+ • vazba na -SH skupiny enzymů • rozrušení hematoencefal bariéry - destrukce astrocytů • demyelinizace nervů, poškození funkce iontových kanálů, vliv na uvolňování neurotransmiterů do syn. štěrbiny • denaturace bílkovin Metabolismus - Absorpce • vstřebávání v plicích závisí na velikosti částic a rozpustnosti sloučenin • při inhalační expozici se vstřebá až 90 % • v GI dospělých se vstřebává 5 - 10 % dávky (zadrží se 5 % vstřebané dávky) • v GI dětí se vstřebá 40 % dávky (zadrží se 32 % absorbované dávky) • vliv výživy - vyšší absorpce při deficitu Ca, Fe a vitamínu D, na lačno

13. Olovo (Pb) Metabolismus - Distribuce • 95% Pb vázáno v kostech • náhrada Ca v kolagenové matrici • tato část má velmi dlouhý T1/2 (>20 let) • mobilizace Pb z kostí při kojení a po menopauze, v průběhu osteolýzy • 4% vázány v měkkých tkáních - CNS, játra, ledviny • koncentrace v mozku hyppocampus > mozeček > mozková kůra > mícha • koncentruje se zejména v šedé kůře a jádrech • snadný prostup hematoencefalickou a placentární bariérou • 1 % vázáno v krvi (asi 2% z toho na PP, zbytek v erytrocytech) • lehce prochází placentární i hematoencefalickou bariéru

14. Koncentrace Cd a Pb v krvi dvojčat průměrný věk - 68 let, věkové rozpětí 49 - 86 let MZ - monozygoti (jednovaječná dvojčata) - 100 % shodná genetická výbava DZ - dizygoti (dvojvaječná dvojčata) - 50 % sdílených genů Björkman, Vehter, Pdersen, 2000

15. Koncentrace Pb v krvi dvojčat zdroje variability h2 - genetické faktory c2 - sdílené environmentální faktory g2 - nesdílené environmentální faktory Björkman, Vehter, Pdersen, 2000

16. Pb a IQ Olovo (Pb) Toxické účinky Pb - děti vznik encefalopatie (konc. 80 g/dL) - poškození CNS • symptomy: letargie, ztráta chuti k jídlu, zvracení, závratě, dále ataxie, ztáta vědomí, koma smrt • patologické změny: edém mozku, snížené množství neuronů a zvýšené množství gliových buněk • následky: epilepsie, mentální retardace, poškození očního nervu, slepota • mezi 5 - 35 g/dL připadá na každý g/dL pokles IQ o 2 - 4 body

17. Paralýza při chronické expozici Pb Olovo (Pb) Toxické účinky Pb - dospělí vznik periferní neuropatie (konc. 40 g/dL) - poškození PNS • demielinizace (poškození Schwannových buněk) a axonopatie - paralýza horních i dolních končetin (foot-drop, wrist-drop) • senzorické nervy jsou méně citlivé než motorické • pro vznik encefalopatie musí koncentrace Pb v krvi dosáhnout 100 g/dL vznik anemie • zkrácení doby života červených krvinek (poškození biomembrán), snížení produkce hemoglobinu poškození ledvin (nefropatie), zvýšení krevního tlaku reprodukční a vývojová toxicita • snížení počtu a pohyblivosti spermií, mužská sterilita • úmrtí novorozenců - malá porodní váha

18. Toxicita Pb - přehled