ХРОНІЧНИЙ НИЗЬКОДОЗОВИЙ ВПЛИВ КАДМІЮ: СУЧАСНІ УЯВЛЕННЯ ЩОДО МЕХАНІЗМІВ НАДХОДЖЕННЯ CD В ОРГАНІЗМ І НЕФРОТОКСИЧНИХ ЕФЕКТІВ МЕТАЛУ

Земляний О. А., Данільченко А. К., Євтушенко Т. В, Писаревська І. А., Бойко О., Письменецька І. Ю., Шемет С. А.

ОГЛЯДИ ЛІТЕРАТУРИ

Наукова стаття

Вступ. Сполуки кадмію (Cd) мають високу токсичність, і спричиняють численні порушення фізіологічних процесів організму. Водночас, шляхи надходження Cd в організм, а також адаптивна роль сечовивідної системи потребують подальших досліджень з метою створення засобів посилення толерантності організмів до дії металу. Мета дослідження – узагальнення та інтегрування сучасних відомостей про шляхи надходження та ефекти Cd на організм тварин та людини, систематичний аналіз нових даних щодо механізмів токсичності Cd в тканинах, органах та системах органів з урахуванням небезпеки пролонгованого в часі хронічного впливу незначних доз Cd (англ. «Chronic Low Cd Exposure», CLCE). Проведено аналіз сучасної літератури щодо основних шляхів надходження Cd в організм тварин і людини: 1) респіраторний; 2) через шлунково-кишковий тракт; 3) через плаценту. Показано, що на даний час відбулася зміна парадигми у розумінні впливу Cd на здоров’я людини: актуальною проблемою є не стільки гостре отруєння сполуками Cd, скільки хронічний, протягом десятиліть, низькорівневий вплив Cd (CLCE), що вже зараз впливає на значну частину населення світу. Зроблено акцент на ролі сечовивідної системи в акумуляції і виведенні Cd з організму. Розглянуто клітинні й молекулярні механізмивпливу кадмію на нирки, а також фактори, що впливають на відмінності у чутливості організмів до Cd, зокрема, різна інтенсивність синтезу молекулярних транспортерів DMT1, ZIP14, TRPV6 в умовах дефіциту заліза в організмі. Систематизовано використання поширених маркерів нефротоксичності, вплив на клітини проксимальних канальців, швидкість клуб очкової фільтрації, зміни у процесах клітинного сигналінгу і роль апоптозу в реакції організму на токсичну дію кадмію. На основі аналізу сучасної літератури, а також власних досліджень авторів, зроблено висновок, що сечовивідна система є основною мішенню при впливі кадмію, а параметри її функціонування є інформативними маркерами кадмієвої інтоксикації, оскільки чутливо реагують вже на незначні дози металу, що дозволяє обґрунтувати нові шляхи підвищення резистентності організму людини до хронічної експозиції низькими дозами кадмію. Подальші зусилля дослідників повинні бути спрямовані на встановлення закономірностей хронічного CLCE, які присутні у навколишньому середовищі у сайтах промислового забруднення. Використання маркерів нефротоксичності забезпечує можливість неруйнівного виявлення ознак інтоксикації організму кадмієм на ранніх етапах і своєчасного початку лікувально-профілактичних заходів.

кадмій (Cd), хронічний низькодозовий вплив кадмію (CLCE), нефротоксичність, нирки, проксимальні канальці (ПК), швидкості клубочкової фільтрації (ШКФ), мікроглобулінурія, металотіонеїн (МТ), стресовий сигналінг.

1. Nordberg GF. Historical perspectives on cadmium toxicology. Toxicology and applied pharmacology. 2009;238(3):192-200. DOI: 10.1016/j. taap.2009. 03.015.
2. Himeno S, Aoshima K, editors. Cadmium toxicity: new aspects in human disease, rice contamination, and cytotoxicity. Singapore: Springer Singapore; 2019. 190 p. DOI: 10.1007/978-981-13-3630-0.
3. Thévenod F, Petering D, Templeton DM, Lee WK, Hartwig A, editors. Cadmium Interaction with Animal Cells. Witten, Germany: Springer International Publishing; 2018. 125 p. DOI: 10.1007/978-3-319-89623-6.
4. Eom SY, Yim DH, Huang M, Park CH, Kim GB, Yu SD, et al. Copper-zinc imbalance induces kidney tubule damage and oxidative stress in a population exposed to chronic environmental cadmium. International archives of occupational and environmental health. 2020;93(3):337- 344. DOI: 10.1007/s00420-019-01490-9.
5. Zoller H, Weiss G, Theurl I, Koch RO, Vogel W, Obrist P, et al. Expression of the duodenal iron transporters divalent-metal transporter 1 and ferroportin 1 in iron deficiency and iron overload. Gastroenterology. 2001;120(6):1412-1419. DOI: 10.1053/gast.2001.24033.
6. Zemlianyi OA. Deiaki osoblyvosti vyvedennia kadmiiu z ekskretsiiamy laboratornykh shchuriv v umovakh eksperymentu. Biolohichnyi Visnyk Melitopolskoho derzhavnoho pedahohichnoho universytetu imeni Bohdana Khmelnytskoho. 2014;4(3):55-69. [in Ukrainian].
7. Đukić-Ćosić D, Baralić K, Javorac D, Djordjevic AB, Bulat Z. An overview of molecular mechanisms in cadmium toxicity. Current Opinion in Toxicology. 2020;19:56-62. DOI: 10.1016/j.cotox.2019.12.002.
8. ATSDR. Toxicological Profile for Cadmium. Atlanta, Georgia: US Department of Health and Humans; 2008. 487 p.
9. Qamar W, Altamimi MA, Rehman MU, Ali N, Imam F, Alanazi FE. Toxicological interaction between tobacco smoke toxicants cadmium and nicotine: An in-vitro investigation. Saudi Journal of Biological Sciences. 2021;28(8):4201-4209. DOI: 10.1016/j.sjbs.2021.05.015.
10. EFSA Panel on Contaminants in the Food Chain (CONTAM). Statement on tolerable weekly intake for cadmium. EFSA Journal. 2011;9(2):1975. DOI: 10.2903/j.efsa.2011.1975.
11. Järup L, Akesson A. Current status of cadmium as an environmental health problem.Toxicology and applied pharmacology. 2009;238(3):201- 208. DOI: 10.1016/j.taap.2009.04.020.
12. Sigel A, Sigel H, Sigel RKO, editors. Cadmium: from toxicity to essentiality. New York, London: Springer; 2013. Chapter 14, Toxicology of cadmium and its damage to mammalian organs; p. 415-490. DOI: 10.1007/978-94-007-5179-8.
13. Ohta H, Ohba K. Involvement of metal transporters in the intestinal uptake of cadmium. The Journal of Toxicological Sciences. 2020;45(9):539-548. DOI: 10.2131/jts.45.539.
14. Vahter M, Akesson A, Liden C, Ceccatelli S, Berglund M. Gender differences in the disposition and toxicity of metals. Environmental research. 2007;104(1):85-95. DOI: 10.1016/j.envres.2006.08.003.
15. World Health Organization. Cadmium: environmental aspects. WHO; 1992. 101 p.
16. Sugita M, Tsuchiya K. Estimation of variation among individuals of biological half-time of cadmium calculated from accumulation data. Environmental research. 1995;68(1):31-37. DOI: 10.1006/enrs.1995.1005.
17. Satarug S, C Gobe G, A Vesey D, Phelps KR. Cadmium and lead exposure, nephrotoxicity, and mortality. Toxics. 2020;8(4):86. DOI: 10.3390/toxics 8040086.
18. Menke A, Muntner P, Silbergeld EK, Platz EA, Guallar E. Cadmium levels in urine and mortality among US adults. Environmental health perspectives. 2009;117(2):190-196. DOI: 10.1289/ehp.11236.
19. Seiichiro H, Keiko A. Cadmium Toxicity. Singapore: Springer; 2019. Chapter 4, Novel mechanisms of cadmium-induced toxicity in renal cells; p. 153-162. DOI: 10.1007/978-981-13-3630-0_12.
20. Jain RB. Cadmium and kidney function: Concentrations, variabilities, and associations across various stages of glomerular function. Environmental Pollution. 2020;256:113361. DOI: 10.1016/j.envpol.2019.113361.
21. Hao R, Li F, Song X, Tan X, Sun-Waterhouse D, Li D. Caffeic acid phenethyl ester against cadmium induced toxicity mediated by CircRNA modulates autophagy in HepG2 cells. Ecotoxicology and environmental safety. 2020;197:110610. DOI: 10.1016/j.ecoenv.2020.110610.
22. Chan HM, Zhu LF, Zhong R, Grant D, Goyer RA, Cherian MG. Nephrotoxicity in rats following liver transplantation from cadmium-exposed rats. Toxicology and applied pharmacology. 1993;123(1):89-96. DOI: 10.1006/taap.1993.1225.
23. Wolff NA, Lee WK, Thévenod F. Role of Arf1 in endosomal trafficking of protein–metal complexes and cadmium–metallothionein-1 toxicity in kidney proximal tubule cells. Toxicology letters. 2011;203(3):210-218. DOI: 10.1016/j.toxlet.2011.03.014.
24. Abouhamed M, Wolff NA, Lee WK, Smith CP, Thévenod F. Knockdown of endosomal/lysosomal divalent metal transporter 1 by RNA interference prevents cadmium-metallothionein-1 cytotoxicity in renal proximal tubule cells. American Journal of Physiology-Renal Physiology. 2007;293(3):705-712. DOI: 10.1152/ajprenal.00198.2007.
25. Landi M, Shemet SA, Fedenko VS, editors. Metal toxicity in higher plants. NY, USA: Nova Science Publishers; 2020. Chapter, Metal/ metalloid-induced accumulation of phenolic compounds in plants. p. 67-116. DOI: 10.1006/taap.1993.1225.
26. Klaassen CD, Liu J, Diwan BA. Metallothionein protection of cadmium toxicity. Toxicology and applied pharmacology. 2009;238(3):215- 220. DOI: 10.1016/j.taap.2009.03.026.
27. Fels J, Scharner B, Zarbock R, Zavala Guevara IP, Lee WK, Barbier OC, et al. Cadmium complexed with β2-microglubulin, albumin and lipocalin-2 rather than metallothionein cause megalin:cubilin dependent toxicity of the renal proximal tubule. International journal of molecular sciences. 2019;20(10):2379. DOI: 10.3390/ijms20102379.
28. Hossein-Khannazer N, Azizi G, Eslami S, Alhassan MH, Fayyaz F, Hosseinzadeh R, et al. The effects of cadmium exposure in the induction of inflammation. Immunopharmacology and immunotoxicology. 2020;42(1):1-8. DOI: 10.1080/08923973.2019.1697284.
29. Sugita M, Tsuchiya K. Estimation of variation among individuals of biological half-time of cadmium calculated from accumulation data. Environmental research. 1995;68(1):31-37. DOI: 10.1006/enrs.1995.1005.

«Вістник проблем біології і медицини» Випуск 3 (161), 2021 рік , 35-40 сторінки, код УДК 57.084.1+599.323.45

10.29254/2077-4214-2021-3-161-35-40