Toxic Effects of Cadmium (Literature Review)

Ostrovskaya S. S.

LITERATURE REVIEWS

Scentific article

In the literature review data on the toxic properties of cadmium, which is the universal pollutant of the surrounding environment in the world are given. Evaluation of this metal content in the biopsies of kidneys of men was juxtaposed to the information about sources of its action, such as smoking, nutrition status and occupational contact. It was established that accumulation of cadmium occurs in various tissues and organs, but its highest content is observed in the renal cortical substance, where it is preserved during many years’ period (period of half-breakdown is 30 years). This gives possibility for manifestation of its toxicity at any moment, without additional impact, when release of previously bound (non-toxic) cadmium occurs. Increase of lethality rate from 40 to100% was noted in persons with the signs of cadmium-bound nephropathy. Neurotoxic, hematologic, cytotoxic, cytoge-netic and immune-toxic effects of cadmium are well known, its impact on the reproductive system of a human be-ings and animals causes destruction of mother-fetus system. Investigations of functional significance of cadmium for cardiac activity were carried out, and presented literature review focuses on them. This metal possesses a high tropism to vessels endothelium, causing structural and functional changes in the latter. It is considered that the basic mechanism of cytotoxic action is its impact on intracellular processes, which are mediated by calcium. There becomes clear the cause of that “intercellular metabolic chaos” with morphologic changes in the various strata of vascular wall such as endotheliocytes, smooth-muscular cells and nearby cells of connective tissue, which is the result of its cytotoxic action. Cadmium, as well as some other metals causes direct impact on vascular endothelium, which is accompanied by discharge of endothelin, to which smooth-muscular cells have specific receptors and mechanism of action on these cells is linked with activation of entry of calcium ions through potential-dependent calcium canals. The data indicating that accumulation of this metal in the organism causes development of calcium deficit, one of the most important metal-biotic are presented. Lesion of proximal renal tubules with cadmium which inhibits calcium reabsorption plays a key role here, as it is known that 98% of calcium having passed through a tubular filter returns back in the proximal tubules. In the investigations of the author of literature review, for the first time in the experiment there was proved that impact of cadmium salts in the concentration of 1/10 LD50 on adult rats causes increase of arterial pressure and this is followed by decrease of calcium content. In other investigations there was also revealed decrease of calcium by 27,8% in blood serum of rats of 3-months’ age after priming with cadmium in concentration of 1/50 LD50. It is obviously that arterial hypertension in cadmium intoxication may be a variety of calcium-dependent forms of arterial hypertension, cause of the latter is primary defect of calcium ions reabsorption in patients’ kidneys. In such cases correction of arterial hypertension is carried out by increase of calcium intake with food. There are presented data on prophylactic effect of complex of biologic preparations which include calcium; the effect is manifested in decrease of renal toxicity in cadmioses. On the basis of the data presented in the review, the conclusion is drawn that development of calcium deficit in cadmiosis may be the starting point in the development of many pathologies, including those of cardio-vascular system.

cadmium, toxic effects, kidney, cardiovascular system.

• 1. Ворошилова Н. М. Вплив кислотно-лужного стану на показники мінерального обміну в організмі щурів різного віку, отруєних кадмієм: автореф. дис. на здобуття наук. ступеня канд. біол. наук: спец. 03. 00. 04 «Біохімія» / Н. М. Вороши-лова. – Київ, 2007. – 27 с.
• 2. Гонський Я. І. Особливості окиснювальної модифікації білків у тварин різних вікових груп при кадмієвій інтоксикації / Я. І. Гонський, С. О. Ястремська // Буковинський медичний вісник: Укр. наук. – практ. журнал. – 2005. –Т. 9, №2. – C. 63-64.
• 3. Гнатик О. Й. Метаболічні зміни в органах щурів за умов свинцево-кадмієвих токсикозів та їх корекція гепатопротек-торами: автореф. дис. на здобуття наук. ступеня канд. вет. наук: спец. 03. 00. 04 «Біохімія» / Гнатик О. Й. – Львів, 2008. – 18 с.
• 4. Гливенко А. В. Функциональная значимость свинца и кадмия для сердечной деятельности студентов медицинско-го университета / А. В. Гливенко // Уч. зап. Тавр. нац. ун-та им. В. И. Вернадского. Сер. биология, химия. – 2005. – №3. – С. 9–12.
• 5. Добровольский Л. А. Современные представления о влиянии низких уровней тяжелых металлов на иммунную и дру-гие системы: (Обзор иностр. лит.) / Л. А. Добровольский, И. Г., Белашова, Е. Л. Радванская // Довкілля та здоров’я. – 2005. – №2. – С. 73–78.
• 6. Ерстенюк Г. М. Біохімічні механізми пошкодження еритроцитів за умов експериментальної інтоксикації кадмієм: автореф. дис. на здобуття наук. ступеня доктора біол. наук: спец. 14. 01. 32 «Медична біохімія»/ Г. М. Ерстенюк. – К. 2004. – 36с.
• 7. Евстафьева Е. В. Характеристики когнитивных потенциалов мозга в зависимости от уровня свинца, кадмия и цинка в организме 12 – 13-летних детей / Е. В. Евстафьева, И. А. Евстафьева, Е. В. Репинская // Уч. зап. Тавр. нац. ун-та им. В. И. Вернадского. Сер. Биология, химия. – 2006. – Т. 19, №4. – С. 69–75.
• 8. Залавина С. В. Структурные изменения миокарда крыс в системе мать-плод в условиях введения кадмия / С. В. За-лавина, ю. И. Склянов, Н. П. Бгатова // Морфология: научно-теоретический медицинский журнал. – 2007. – Т. 132, №6. – С. 42–45.
• 9. Нефротоксичекое действие свинца, кадмия, его торможение комплексом биопротекторов / Е. П. Киреева, Б. А. Кац-нельсон, Т.д. Дегтярева [и др.] // Токсикол. вестник: нучно-практический журнал. – 2006. – №3. – С. 26–32.
• 10. Коррекция некоторых показателей почечной функции у детей, подвергающихся экологически обусловленной экспо-зиции к свинцу и кадмию в результате применения комплекса противотоксических биопротекторов / Б. А. Кацнель-сон, Л. И. Привалова, Т.д. Дегтярева [и др.] // Токсикол. вестник. – 2007. – №6. – С. 11-15.
• 11. Кальций и его соединения / Под ред. акад. АМН СССР Н. Ф. Измерова. -М.: Центр междунар. проектов ГКНТ, 1986. – 58 с. 12. Королев А. А. Влияние алиментарного кальция на уровень адаптации организма в условиях нагрузки цезием-137 исвинцом / А. А. Королев, Б. П. Суханов // Вопросы питания. –1996. – №3. – С. 34-37.
• 13. Меерсон Ф. З. Нарушение мембранного транспорта кальция как общее звено патогенеза различных форм недоста-точности сердца / Ф. З. Меерсон // Кардиология. –1980. – Т. 20, №1. – С. 68-75.
• 14. Нефротоксичекое действие свинца, кадмия, его торможение комплексом биопротекторов / Е. П. Киреева, Б. А. Кац-нельсон, Т.д. Дегтярева [и др.] // Токсикол. вестник: нучно-практический журнал. – 2006. – №3. – С. 26-32.
• 15. Назарова Е. А. Влияние сублетальной концентрации кадмия на ультраструктуру лейкоцитов головной и туловищной почек годовиков карпа (Carpinus carpio L.) / Е. А. Назарова // Токсикологический вестник. 2007.– №1. – С. 7-10.
• 16. Оценка интенсивности процесса перекисного окисления липидов и проницаемости плазматической мембраны для ионов Ca2+ в тимоцитах крыс при воздействии кадмия / Э. Б. Мирзоев, В. О. Кобялко, О. А. Губина [и др.] // Токсико-логический вестник. – 2005 – №1. – C. 35–40.
• 17. Окороков А. Н. Диагностика болезней внутренних органов: Т. 7. Диагностика болезней сердца и сосудов / А. Н Окоро-ков. – М.: Мед. лит., 2003. – 416 с.
• 18. Островська С. С. Розвиток кальцій залежної артеріальної гіпертензії на тлі навантаження щурів важкими металами / С. С Островська // Вісник проблем біології і медицини. – 2014. – Вип. 1 – С. 189-192.
• 19. Островська С. С. Морфометричне дослідження судин міокарда при дії іонізуючого випромінювання та солей важких металів / С. С. Островська // Таврический медико-биологический вестник. – 2013. – Т. 16, №1, Ч. 1 (16). – С. 175–178.
• 20. Пришляк А. М. Морфофункціональні закономірності адаптаційних і дизадаптаційних змін серцевого м’яза при його токсичних ураженнях: автореф. дис. на здобуття наук. ступеня доктора мед. наук: спец. 14. 03. 01 «Анатомія людини» / А. М. Пришляк. – Тернопіль, 2009. – 36 с.
• 21. Степанова М. Г. Гігієнічна оцінка забруднення навколишнього середовища важкими металами та його впливу на здоров’я населення Донецької області: автореф. дис. на здобуття наук. ступеня канд. . біол. наук: спец. 14.02.01 «Внутрішні хвороби» / М. Г. Степанова. – К., 2004. – 19 с.
• 22. Талько В. В. Ефекти комбінованого впливу γ-опромінення, солей кадмію та свинцю на функціонально-морфологічний стан серцево-судинної системи щурів / В. В. Талько, С С. Островська // Чорнобильський науковий вісник. Зони відчуження. – 2010. – №1 (35). – С. 48–51.
• 23. Чурина С. К. Эколого-физиологические аспекты формирования артериальной гипертензии в условиях Ленинграда: факты и гипотезы / С. К. Чурина // Физиол. журн. СССР. – 1988. – №11. – С. 1615–1621.
• 24. Чурина C. К. Гипертензивная активность плазмы крови крыс линии WKy, cодержащихся в условиях дефицита кальция в питьевой воде / C. К. Чурина, Г. Т. Есчанова., Н. З. Клюева // Бюл. экспер. биол. и мед. – 1993. – №2. – С. 137–138.
• 25. Acute study of interaction between cadmium, calcium and zinc transport along the rat nephron in vivo / O. Barbier, G. Jacquil-let, M. Tauc [et al.] // Am. J. Physiol. Renal. Physiol. – 2004. – №287. – P. 1067–1075.
• 26. A global perspective on cadmium pollution and toxicity in non-occupationally exposed population / S. Satarug, J. R. Baker, S. Urbenjapol [et al.] // Toxicol. Lett. – 2003. – №137. – P. 65–83.
• 27. Bhatnagar A. Environmental cardiology: studying mechanistic links between pollution and heart disease / A. Bhatnagar // Circ. Res. – 2006. – №99. – P. 692–705.
• 28. Brzoska M. M. Changes in the structure and function of the kidney of rats chronically exposed to Cd. I. Biochemical and histopathological studies / M. M. Brzoska, M. Kaminski, D. Supernak-Bobko // Arch. Toxicol. – 2003. – №77. – P. 344–352.
• 29. Cadmium induces apoptotic cell death through p38 MAPK in brain microvessel endothelial cells / y. S. Jung, E. M. Jeong, E. K. Park [et al.] // Eur. J. Pharmacol. – 2008. – Vol. 578, №1. – P. 11–18.
• 30. Cadmium, mercury, and lead in kidney cortex of living kidney donors: Impact of different exposure sources / L. Barregard, E. Fabricius-Laaging, T. Lundh [et al.] // Environ. Res. – 2010. – Vol. 110, №1. – P. 47–54.
• 31. Detection of heavy metal toxicity using cardiac cell-based biosensor / Q. Liu, H. Cai, y. Xu, L. Xiao [et al] // Biosens Bioelectron. – 2007. – Vol. 22, №12. – P. 3224–3229.
• 32. Evidence for a synergistic interaction between cadmium and endotoxin toxicity and for nitric oxide and cadmium displacement of metals in the kidney / S. Satarug, J. R. Baker, P. Reilly [et al.] // Nitric. Oxide. – 2000. – №4. – P. 431–440.
• 33. Hypothetical mechanism of sodium pump regulation by estradiol under primary hypertension / E. Sudar, J. Velebit, Z. Gluvic [et al.] // J. Theor. Biol. – 2008. – Vol. 21, №4. – P. 584–592.
• 34. Health effects of cadmium exposure – a review of literature and a risk estimate / L. Jrup, M. Berglund, C. Elinder [et al.] // Scand. J. Work. Environ. Health. – 1998. – №24. – P. 51–52.
• 35. Houston M. C. The role of mercury and cadmium heavy metals in vascular disease, hypertension, coronary heart disease, and myocardial infarction / M. C. Houston // Altern. Ther. Health. Med. – 2007. – Vol. 13, №2. – P. 128–133.
• 36. Immunohistochemical and ultrastructural changes in the renal cortex of cadmium-treated rats / M. Asar, U. A. Kayisli, V. N. Izgut-Uysal [et al.] // Biol. Trace. Elem. Res. – 2004. – Vol. 97, №3. – P. 249–263.
• 37. Kranias E. G. Calcium and cardiomiopathies / E. G. Kranias, D. M. Bers // Subcell. Biochem. – 2007. – №45. – Р. 523–537. 38. Mlynek V. The proinflammatory activity of cadmium / V. Mlynek, A. Skoczynska // Postepy. Hig. Med. Dosw. – 2005. – №59. – P. 1–8.
• 39. Metals in urine and peripheral arterial disease / A. Navas-Acien, E. K. Silbergeld, R. Sharrett [et al.] // Environ Health Per-spect. – 2005. – Vol. 113, №2. – P. 164–169.
• 40. Poujeol P. Acute study of interaction between cadmium, calcium and zinc transport along the rat nephron in vivo / P. Poujeol, M. Cougnon // Am. J. Physiol. Renal. Physiol. – 2004. – №287. – P. 1067–1075.
• 41. Satarug S. Adverse Health Effects of Exposure to Low-Level Cadmium in Foodstuffs and Cigarette Smoke / S. Satarug, M. R. Moore // Environ. Health. Perspect. – 2004. – Vol. 112, №10. – P. 1099–1103.
• 42. Staessen J. A. Public health implications of environmental exposure to cadmium and lead: an overview of epidemiological studies in Belgium. Working Groups / J. A. Staessen, J. P. Buchet., G. Ginucchio // J. Cardiovasc. Risk. – 1996. – Vol. 3, №1. – P. 26–41.
• 43. The association between blood metal concentrations and heart rate variability: a cross-sectional study / P. Gustavsson, N. Plato, J. Hallqvist [et al.] // Int. Arch. Occup. Environ. Health. – 2005. – №78. – P. 243–247.
• 44. The changes of heavy metal and metallothionein distribution in testis induced by cadmium exposure / T. Kusakabe, K. Naka-jima, K. Suzuki [et al.] // Biometals. – 2008. –Vol. 21, №1. – P. 71–81.
• 45. Wagner D. D. The vessel wall and its interactions / D. D. Wagner, P. S. Frenette. // Blood. – 2008. – Vol. 111. – P. 5271–5281.

«Bulletin of problems biology and medicine» Issue 2 part 3 (109), 2014 year, 33-37 pages, index UDK 661. 848:616. 1:616. 61