טוקסיקולוגיה של מתכותיון וקדמיום - סקירה ופרשנות היסטורית

תקציר: לפני יותר ממאה וחצי שנים דווחו השפעות שליליות על בריאות האדם לאחר שימוש בחומר ליטוש כסף המכיל קדמיום. חשיפה ארוכת טווח לקדמיום גורמת למחלת כליות או עצם, רעילות רבייה וסרטן בבעלי חיים ובני אדם. חשיפות אנושיות גבוהות לקדמיום מתרחשות בכרייה בקנה מידה קטן, מה שמדגיש את הצורך באמצעי מניעה. זה דחוף במיוחד לאור הביקוש הגובר למינרלים ומתכות בהפחתת שינויי האקלים העולמיים. סקירה זו עוסקת בחלק ספציפי של טוקסיקולוגיה של קדמיום שחשוב להבנה מתי מופיעות השפעות רעילות, ולכן הוא חיוני להערכת סיכונים. הגילוי של החלבון בעל המשקל המולקולרי הנמוך metallothionein (MT) בשנת 1957 היה אבן דרך חשובה מכיוון שכאשר חלבון זה קושר קדמיום, הוא משנה את רעילות הקדמיום הסלולרית. המחברים הנוכחיים תרמו עדויות בשנות ה-70 בנוגע לקשירת קדמיום ל-MT ולסינתזת חלבון ברקמות. הראינו שהקשירה של קדמיום למטלותיוניאין ברקמות מנעה כמה השפעות רעילות, אבל שמטלותיון יכוללהגביר את ההובלה של קדמיום לכליות. מחקרים מיוחדים הראו את החשיבות של יחס Cd/Zn ב-MT לביטוי של רעילות בכליות. פיתחנו גם מודלים של טוקסיקוקינטיקה של קדמיום בהתבסס על הממצאים שלנו הקשורים ל-MT. מודל זה בשילוב עם הערכות של רמות רקמות המביאות לרעילות, אפשרו לחשב את הסיכונים הצפויים בחשיפה. מדענים אחרים פיתחו את המודלים הללו הלאה וארגונים בינלאומיים השתמשו בהצלחה במודלים המתוקנים הללו בפרסומים האחרונים. התרומות שלנו בעשורים האחרונים כללו מחקרים בבני אדם של סמנים ביולוגיים הקשורים ל-MT, המראים את החשיבות של ביטוי גנים MT בלימפוציטים ובנוגדנים עצמיים ל-MT עבור סיכונים להשפעות שליליות הקשורות ל-Cd בקבוצות אוכלוסייה חשופות לקדמיום. במחקר של השפעת מצב האבץ על הסיכון שלתפקוד לקוי של הכליותבקבוצה הנחשפת לקדמיום, הסיכונים היו נמוכים כאשר מצב האבץ היה טוב וגבוהים כאשר מצב האבץ היה גרוע. הסקירה הנוכחית מסכמת את הראיות הללו בהקשר של הערכת סיכונים וקוראת ליישומם לשיפור אמצעי מניעה נגד השפעות שליליות של חשיפת קדמיום בבני אדם ובעלי חיים.

מילות מפתח: רעילות קדמיום; metallothionein; קדמיום ואבץ במטלותיוניאין; קשירת קדמיום בפלזמה בדם; מודל טוקסיקוקינטי לקדמיום;רעילות כליות של קדמיום; ביטוי גנים של metallothionein בלימפוציטים; נוגדנים עצמיים של metallothionein; הערכת סיכון קדמיום

השירות התומך של Wecistanche - יצואנית ה-cistanche הגדולה בסין:

דוא"ל:wallence.suen@wecistanche.com

ווטסאפ/טלפון:+86 15292862950

קנה לפרטי מפרטים נוספים:

https://www.xjcistanche.com/cistanche-shop

לחץ כאן כדי לקבל תמצית CISTANCHE אורגנית טבעית עם 25% אכינאקוסיד ו-9% אקטוזיד לזיהום בכליות

1. הקדמה

קדמיום (Cd) הוא מתכת רעילה והשפעות שליליות על בריאות האדם ידועות כבר יותר ממאה וחצי [1]. ממשלות ורשויות אחראיות במדינות רבות עשו מאמצים ניכרים לבקרת חשיפות ולמנוע השפעות בריאותיות שליליות. עם זאת, במדינות מסוימות קיימת כרייה מלאכתית ובקנה מידה קטן (ASM) שבה מתרחשות חשיפות בלתי מבוקרות לקדמיום ולמתכות רבות אחרות [2]. קיים צורך דחוף בהערכות סיכונים נאותות ובאמצעי מניעה ב-ASM, במיוחד בהקשר של הביקוש הגובר למינרלים ומתכות להפחתת שינויי אקלים גלובליים. הסקירה הנוכחית מתמקדת בחלק ספציפי של רעילות קדמיום שחשובה להבנת האופן שבו השפעות רעילות מתרחשות ועד כמה הן יהיו חמורות ברמות חשיפה שונות. מידע כזה הוא חיוני להערכת סיכונים. בנוסף להשפעות החריפות של מערכת העיכול והנשימה שדווחו על ידי רופאים קליניים בשנת 1858 [1], ההשפעות הרעילות של קדמיום בבעלי חיים ובבני אדם חשופים כוללות מחלות ריאות, כליות ועצמות, רעילות רבייה וסרטן [3]. מאז 1957 [4] מצטברות עדויות הולכות וגדלות על תפקידם של מטאלוטיוניינים (MTs) ברעלנות של קדמיום. MTs הם חלבונים קושרים לקדמיום במשקל מולקולרי נמוך המופיעים ברקמות של בני אדם ובעלי חיים. Piscator 1964 [5] הציע כי קישור של Cd ל-MTs משנה את הרעילות של קדמיום. המחברים הנוכחיים תרמו ראיות במהלך שני העשורים הראשונים לאחר גילוי MTs, בנוגע לקשירת Cd ל-MTs ברקמות ביחס לחשיפה ל-Cd [6,7]. בנוסף, תיארנו את התפקיד של MT בהובלה וספיגה של Cd בכליה [8,9] ותפקידם הסביר בוויסות האינטראקציה של Cd עם מטרות תוך תאיות בעלות חשיבות לביטוי רעילות. תרמנו ללא הרף לידע על טוקסיקולוגיה של קדמיום גם בארבעת העשורים האחרונים והסקירה והפרשנות הנוכחית מסכמת את הממצאים שלנו ונותנת את דעותינו על התפקיד של מטלוטיונאין ברעלנות קדמיום כפי שיושמה להערכת סיכונים. סקירות אחרות מספקות תכונות כימיות מפורטות של מטאלותיוניאין [10] ומסלולים מולקולריים מפורטים בעלי חשיבות לקינטיקה ורעילות Cd [11], עדיין לא נעשה בהם שימוש מלא בהערכת סיכונים.

2. מטאלותיוניינים, גילוים, בידודם ותכונותיהם הכימיות

בשנת 1957 פרסמו Margoshes and Vallee [1] נתונים על חלבון קושר Cd ברקמת כליה של סוסים, המכיל תכולה טבעית גבוהה של Cd ואבץ (Zn). בשנת 1960 [12] ו-1961, Kägi and Vallee [13] פרסמו את האפיון המפורט הראשון של החלבון מכליות הסוס וקראו לו Metallothionein (MT). בשנת 1964, Piscator [5] תיאר שניתן לגרום ל-MT על ידי חשיפה ל-Cd בארנבות, ובשנת 1972, Nordberg et al. [7] בודד שלוש צורות של MT על ידי מיקוד איזואלקטרי. ה-pI של שלוש הצורות הללו היה 3.9, 4.5 ו-6.0, בהתאמה. אפינו את שתי הצורות העיקריות על ידי ניתוח חומצות אמינו. מחקר זה ומאוחר יותר הוכיחו ש-MTs הם בעלי משקל מולקולרי נמוך (כ-6500 Da משתנה בהתאם לתכולת המתכת), חלבונים קושרי מתכת עשירים בציסטאין. מגוון רחב של אורגניזמים מכיל חלבונים אלה, כולל חיידקים, פטריות וכל האיקריוטים, כלומר מיני צמחים ובעלי חיים [10,14].

MTs הם בעלי חשיבות עבור טוקסיקוקינטיקה וביוכימיה של מתכות חיוניות ולא חיוניות. מינים מתכתיים של Zn, Cd, כספית ונחושת נקשרים ל-MT בצברים (ראה להלן) מתכות/מטאלואידים אחרים כמו סלניום וביסמוט קשורים גם הם ל-MT in vivo, אך האופי המדויק של קישור כזה לא אופיינו בפירוט. למרות שהם בעיקר חלבונים תוך תאיים, MTs זוהו בכמויות קטנות בדם ובשתן. MTs נקבעים בדם וברקמות על ידי שיטות ביוכימיות ואימונולוגיות [15].

ארבע צורות של MTs, כלומר, MT 1-4 זוהו. MT-1 ו-MT-2 הן הצורות הנחקרות ביותר, המתבטאות ברוב הרקמות ושניהם מורכבים מ-61 חומצות אמינו (aa). זוהו מספר איזופורמים של MT-1. MT-3 מופיע ברקמת המוח, יש לו 68 aa, והוא עשיר באבץ. לפעמים זה נקרא Growth Inhibitor Factor, GIF. MT-4 מתבטא בקרטינוציטים ויש לו 64 aa. ל-MT-1 ול-MT-2 יש 20 שיירי ציסטאין (30%), הם מכילים N-אצטילמתיונין ו-C-אלנין אך ללא ארומטים, ללא היסטידין. רצף חומצות האמינו ייחודי והמבנה השלישוני מציג צבירי מתכת. ל-MT-1 ול-MT-2 יש שני אשכולות A ו-B עם ארבע ושלוש מתכות, בהתאמה. ה-C-טרמינל הוא חלק מאשביר A וה-N-טרמינל של החלבון יוצר את ה-B-cluster [16]. Zn, Cd, Hg ו-Cu מהווים 5-10% משקל/משקל. ספיגת UV משתנה בהתאם למתכת הקשורה, היא (בננומטר) 225 עבור Zn-MT, 250 עבור Cd-MT, 300 עבור Hg-MT ו-275 עבור Cu-MT [14,17].

הקישור בין MT ל-DNA עבור MT-1, -2, -3, -4 קשור לגיל; עובר, יילוד ובוגר. היבטים מגדריים, כלומר קיימים הבדלים בין גברים לנשים. רמות MT גבוהות יותר ברקמת הכבד של נשים מאשר אצל גברים. במחסור בברזל יש MT מוגבר-1 במח העצם ובכליות MT מופחת. קיים פולימורפיזם גנטי, כאשר מספר גנים ל-MT נמצאים על אותו כרומוזום. ייתכן שהם מקודדים עבור פונקציות MT ספציפיות [14,17].

MT קיים בכבד, בכליות, בשתן, בפלזמה ובדם. זה משרת במספר פונקציות כולל הובלה של מתכות כגון Cd, Cu, Zn. תפקיד נוסף הוא בניקוי רעלים של מתכות כגון Cd, Zn וה-Hg. מיני מתכת שאינם קשורים ל-MT רעילים יותר ממתכת הקשורה ל-MT, הצורה האחרונה מצטברת ברקמות. MT משמש גם כסורק רדיקלים חופשיים, הוא משמש באחסון מתכות, וחילוף חומרים של מתכות חיוניות ויש לו פונקציות הקשורות לתגובה החיסונית. קשירת מתכת ל-MT משנה גנוטוקסיות וקרצינוגניות [14,17].

הסקירה הנוכחית מסכמת עדויות ותצפיות ניסיוניות בבני אדם בנוגע לקשירת חלבון של Cd בדם וברקמות. מכיוון שהכליה נחשבה לאיבר הקריטי בחשיפה ארוכת טווח של קדמיום, ניתנת תשומת לב מיוחדת לריכוזי Cd, Zn ו-MT בכליות ולהופעת פרוטאינוריה צינורית. הנתונים שנסקרו בסעיפים הבאים הם ממחקרים שבוצעו במשך 50 שנה. לכל המחקרים על בעלי חיים ובני אדם היה אישור מהוועדות האתיות המתאימות.

הפיתוח במחקר MT מאז שנות ה-700 התמקד בטיהור, זיהוי ומינוח, אפיון, ביולוגיה מולקולרית, אישור תוצאות בטוקסיקולוגיה ואפיון כימי/ביוכימי, שנדונו במהלך הפגישה הבינלאומית הראשונה בנושא מטלוטיונאין ב-1978 [18]. התוצאה של סדנה זו הייתה להסיק על טרמינולוגיה שלחלבון מטאלותיון.

טיהור וזיהוי של metallothionein ברקמות ביולוגיות שנגרמו בתחילת הדרך לבעיות. בשנות ה-70, הומוגניזציה, אולטרה סינון וכרומטוגרפיה של ג'ל היו הדרכים המקובלות לטיהור. נמצא שאחסון של 105,000 גרם של הסופרנטנט בזמנים ובטמפרטורות שונות השפיע רבות על התוצאה של הפרדת חלבון שחשוב להיות מודע לה כיום. רישום הספיגה ב-250 ו-280 ננומטר, היחס המציין את טוהר ה-MT נוטר במהלך כרומטוגרפיית ג'ל. נמצא שכאשר האחסון היה בטמפרטורת החדר, שיא ה-Cd MT הופיע במשקל מולקולרי גבוה יותר מהמקום שבו ה-MT נפלט בדרך כלל כאשר הדגימות נשמרו בקירור (+5 ◦C). יש לבצע כרומטוגרפיה של ג'ל בטמפרטורה כזו. עם זאת, על ידי הוספת מרקפטואתנול לסופרנטנט, פילמור התהפך ושיא ה-MT היה בנפח הפליטה הרגיל שלו. הניסיונות המקדימים שלנו לחקור MT על ידי אלקטרופורזה של ג'ל פוליאקרילאמיד לא צלחו בגלל הקשיים בהימנעות מחמצון. אחסון במקפיאים בטמפרטורה נמוכה היה שימושי. לאחר הליך של הקפאת הסופרנטנטנטים מההומוגניות של רקמות בצורה טיפה בחנקן נוזלי ואחסנה במינוס 65 מעלות צלזיוס, הוכח כי דפוס הפיזור של יחס הספיגה ושל דפוס הפיזור של קדמיום אינו שונה ונראה זהה עבור דגימות שנלקחו ישירות עבור הפרדת חלבון. זה התברר כיעיל ושימושי מאוד בלימוד Cd ו-MT בדגימות רקמה עם ריכוז נמוך של שניהם. כמה מחקרים השתמשו בסימון רדיואקטיבי של MT עם Cd109, שהוא מצוין לחקר ריכוזים נמוכים של Cd ברקמות ביולוגיות [8]. סימון רדיו עם Cd הראה שמתוך שבע המתכות אבץ אחד תמיד חייב להיות חלק מהחלבון. זה גם הסביר את ההצלחה במחקרי הקישור של Cd ל-MT ואת הקינטיקה של MT בדם ובפלזמה. כאשר לא נעשה שימוש בהליכים אלה, דווחו בספרות פרשנויות מוטעות ונתונים מטעים. ניתן לאחסן MT מיובש בהקפאה בבקבוקונים הרמטיים ב-80 ◦C למשך זמן רב מאוד ללא חמצון של החלבון.

3. Toxicokinetics של קדמיום-תפקיד של מטלוטיונאין

3.1. קליטת תקליטורים

ספיגת Cd מהעור לדם מוגבלת לאחר יישום עורי. שאיפה היא נתיב הספיגה העיקרי לאחר חשיפה ל-Cd חלקיקים באוויר בסביבות תעשייתיות והיא גם נתיב חשוב למעשני טבק. בין 7 ל-40 אחוזים מהקדמיום בשאיפה ייספגו לדם; האחוזים הגבוהים יותר תקפים עבור תרכובות קדמיום מסיסות וקדמיום ננו-חלקיקים, למשל, בעשן סיגריות [19]. Cd נקשר ל-MT ברקמת הריאה ו-MT מושרה על ידי חשיפה ל-Cd [20]. הקישור ל-MT משנה את ההשפעות הרעילות ברקמות הריאתיות.

מחקרים בבני אדם על קליטת Cd ממערכת העיכול למחזור הדם הראו כ-5 אחוזים לגברים ו-10 אחוזים לנשים. נשים צעירות עם מאגרי ברזל נמוכים עשויות לספוג עד 40 אחוז מהקדמיום התזונתי (סקירה [3]). ישנם נתונים בבעלי חיים המראים אחוז דומה של ספיגה מערכתית של Cd הקשור ל-MT כמו עבור מינים כימיים אחרים של קדמיום כאשר הם מוכנסים למערכת העיכול, אך ההתפלגות המערכתית שונה (ראה סעיף 3.2.) וחלק מה-CdMT הנבלע נלקח עולה שלם לדם. ספיגה מוגברת של קדמיום שאינו MT מהתזונה מתרחשת בבעלי חיים כאשר צריכת ברזל, אבץ, סידן או חלבון נמוכה (סקירה [3]). מחקרים ניסויים דיווחו כי מספר מסלולים למתכות חיוניות כגון DMT 1 [21,22], CaT1 [23] ו-ZIP8 ו-ZIP14 [24] מעורבים בספיגת Cd. Ohta and Ohba 2020 [25] ציטטו מספר מחברים שדיווחו על מעורבות של מסלולים נוספים בספיגת קדמיום במעיים (ZIP4, ZnT1, ATP7A; TRVP6) והם ביצעו מחקרים in vivo בבעלי חיים עם מינוני Cd פומיים2+ עולים. ומצאו ריכוזי Cd מוגברים וביטוי גנים מוגבר של MT-1, MT-2 ו-ZIP14, DMT1, ATP7A ו-TRVP6, במיוחד ברקמת התריסריון. התפקיד המדויק של חלבונים/טרנספורטרים אלה לקליטת Cd עדיין לא הובהר במלואו.

3.2. תקליטור בדם והובלה לרקמות

תופעות לוואי של Cd מתרחשות במידה רבה לאחר הפצה מערכתית לרקמות שונות כגון הכליות, השלד ואיברים אחרים. העברה דרך דם היא נתיב הפצה עיקרי. הריכוזים הנמוכים בפלזמה בשילוב עם רגישות לא מספקת של שיטות אנליטיות כימיות הקשו לאורך זמן על ביצוע מחקרים נאותים של הריכוז הכימי וקשירת Cd בפלסמת הדם. Friberg 1952 [26] הראה לפני זמן רב ש-Cd נמצא בעיקר בתאי דם אדומים בחיות ניסוי. השימוש ב-Cd מסומן רדיואקטיבי בשילוב עם כרומטוגרפיה ג'ל הציע הזדמנות גם לחקור את הקישור לחלבונים בפלזמה [8,27,28].

איור 1 מראה כי לאחר מנה בודדת של Cd יונית, הקשירה תחילה היא בעיקרה לחלבונים במסה מולקולרית גבוהה, כנראה אלבומין, ובמרווחי זמן ארוכים יותר (96 ו-192 שעות) לאחר מתן, חלק ניכר של קדמיום פלזמה מתרחש בגודל מולקולרי של MT [24]. התרחשות של Cd הקשור לחלבון בגודל של מטאלותיון מצביעה על תפקיד חשוב לצורת קשירה זו להובלת Cd לכליה. כמו חלבונים קטנים מאוד אחרים, MT עובר דרךקרום גלומרולרי של כליהלתוך שתן ראשוני. CdMT נספג מחדש לאחר מכן לתוך תאים צינוריים פרוקסימליים. הובלת CdMT מהדם לתאי צינורית הכליה היא מהירה וכמעט מלאה [8,29]. מינים אחרים של Cd, למשל, Cd-albumin בפלזמה בדם אינם חודרים לכליות באותה מידה. דוגמה היא השונההצטברות של Cd בכליותבבעלי חיים שניזונו ב-CdMT ובבעלי חיים אחרים שניזונו בקדמיום כלוריד [30]. חלק מה-CdMT נכנס לדם בצורה זו, אשר מצטבר בקליפת הכליה בעוד ש-Cd מ-CdCl2 נקשר לאלבומין בדם ומצטבר בעיקר בכבד [27]. לאחר מתן יחיד של Cd2+, ישנה חלוקה מחדש של Cd מהכבד אל הכליה עם הזמן (ראה הפסקה הבאה). חלוקה מחדש זו קשורה לשינוי התלוי בזמן בקשירה בפלסמת הדם (איור 1).

כאמור, ריכוז ה-Cd בתאי הדם גבוה במידה ניכרת מאשר בפלזמה. בניסויים המתוארים באיור 1, Cd של תאי הדם היה גבוה פי 100 מריכוזי הפלזמה לאחר 96 שעות ומעלה. גם הקישור של Cd בתאי דם נחקר. חלק עיקרי מה-Cd נקשר לחלבון בעל גודל מולקולרי זהה לזה של MT, ולא בעיקר לשברים שבהם נפלט המוגלובין [27]. למרות שלקישור Cd לחלבון הקטן בתאי דם בגודל זהה ל-MT, אין השפעה מיידית על הצטברות ה-Cd הכלייתית, פירוק הדרגתי של תאי הדם פירושו שחרור איטי שייגמר אולי גם בצינוריות הפרוקסימליות של הכליה. תפקיד של CdMT בהובלת Cd לכליה מקובל כיום כמהלך סביר של אירועים גם בבני אדם [11], אך כפי שצוינו על ידי Thévenod ו-Wolff [11], עדויות כרומטוגרפיות בבני אדם חסרות. מצד שני, MT זוהה בשיטות אימונולוגיות בסרת דם אנושית מבני אדם נורמליים וחשופים ל-Cd [31,32] ונראה כי הוא יקשר את Cd. CdMT מתרחש בשתן אנושי [31] (ראה גם סעיף 3.3). כפי שהוזכר במבוא לסעיף זה, בגלל הרגישות המוגבלת של שיטות לניתוח כימי של Cd, לא ניתן היה לחקור את קשירת קדמיום לחלבוני פלזמה בבני אדם ברמות חשיפה קיימות. לאחרונה, Li et al., 2021 [33] דיווחו כי ב-11 מתוך 29 דגימות דם (ממוצע פלזמה Cd 0.08 ng/mL) נראה כי קדמיום קשור לאפו-ליפופרוטאין A1 (ApoA1). הם לא הצליחו לזהות חלבונים קושרים ל-Cd בדגימות פלזמה גולמית והשתמשו בהליכים להסרת חלבונים עיקריים מפלזמה לפני בחינת החלבונים הנותרים. לא ברור אם המחברים הללו נקטו באמצעי זהירות כדי למנוע חמצון ופילמור של MT וייתכן שהנהלים להסרת חלבונים עיקריים השפיעו על התפלגות Cd בין חלבונים. מעניין יהיה לבחון אפשרות זו במחקרים עתידיים.

איור 1. קישור של קדמיום בפלזמה בדם. הלוחות מציגים את התוצאות של הפרדת ג'ל כרומטוגרפית (G75) (ב-+5 ◦C) של פלזמה דם מעכברים בנקודות זמן שונות לאחר הזרקת מנה בודדת של CdCl2 מסומן רדיואקטיבי. (A): 20 דקות לאחר ההזרקה, (B): 96 שעות לאחר ההזרקה, (C): 192 שעות לאחר ההזרקה. בזמן הקצר יותר (20 דקות) כל ה-Cd הופיע בשיא משקל מולקולרי גבוה (שברים 12-14). בזמנים ארוכים יותר (B,C), כאשר ריכוז ה-Cd בפלזמה היה 9 ננומול/ק"ג, נתגלה חלק ניכר של Cd בפלזמה בשיא שני (שברים 23-24) בגודל המולקולרי של MT. קו עם נקודות: רדיוקדמיום, צפיפות קו אופטית רצופת 254 ננומטר (OD). (תמונה של ציור מקורי של תוצאות כרומטוגרפיות. פרטים ניסויים מתוארים ב-[27]).

3.3. חלוקת קדמיום בין איברים

לאחר חשיפה בודדת למלחי Cd אנאורגניים בחיות ניסוי, יש תחילה ריכוז Cd גבוה בכבד, ויורד עם הזמן. מתרחשת חלוקה מחדש לכליה ואיבר זה מציג מאוחר יותר את הריכוז הגבוה ביותר מבין איברי הגוף [34-36]. העלייה בריכוז Cd בכליות יכולה להימשך חודשים לאחר חשיפה בודדת. התפלגות האיברים תלויה במינון. לאחר מינונים גבוהים, ללא קשר לדרך החשיפה, יש שיעור גדול יותר של Cd בכבד מאשר במינונים נמוכים יותר. במינונים נמוכים, ההצטברות בכליה בולטת יותר, למשל, [37] בנוסף, בחשיפה ארוכת טווח, בכליה יש את הריכוז הגבוה ביותר של Cd [36]. Piscator 1964 [5] ו-Nordberg et al. [6] בדק את הקישור של Cd ברקמת הכבד של חיות ניסוי שנחשפו ל-Cd ומצא חלק עיקרי של Cd קשור ל-MT. חשיפה חוזרת לקדמיום הובילה לרמות גבוהות יותר של Cd ו-MT בכבד ובכך הדגימה שחשיפה ל-Cd גרמה לסינתזה של MT ברקמה זו. המחברים סברו שלקישור של קדמיום ל-MT יש חשיבות ניכרת לרעילות של קדמיום. חשיפה ל-CD גורמת לסינתזה של MT-1 ו-MT-2 ברקמות רבות בבעלי חיים ובבני אדם (סעיף 2). כאמור (איור 1) חלק מה-Cd בדם, הן בהמוליזט מתאי הדם והן בפלסמה בדם, קשור לחלבון דמוי MT. לפיכך, הסבר סביר לפיזור מחדש של Cd מהכבד לכליה הוא שחרור של CdMT מהכבד והובלה לכליה על ידי סינון גלומרולרי וספיגה מחדש באבוביות הכליה. הובלת CdMT המוזרק, שבודד מבעלי חיים שנחשפו ל-Cd, הייתה מהירה מהדם לתוך הכליה. כ-95 אחוז מהמינון המוזרק נלקח על ידי צינוריות הכליה [9,29]. קליטה לתוך תאים צינוריים פרוקסימליים מתרחשת דרך המגלין: אנדוציטוזיס בתיווך קולטן קובילין (סקירה [11,38]). הצטברות Cd בתאים אלו מעוררת סינתזה של MT, ובתאים אלו מתרחשת התקשרות חוזרת מתמשכת ל-MT. זה מסביר מדוע זמן מחצית החיים הביולוגי של Cd בתאים כאלה הוא כה ארוך. בבני אדם, זמן מחצית החיים מוערך ב-10-30 שנים. לפיכך, בחשיפה לרקע, Cd מצטבר ברציפות במהלך חיי האדם. כאשר ריכוז ה-Cd בקליפת הכליה עולה, מגיעים לריכוז קריטי, ומופיעה הפרעה בתפקוד הכליות (ראה סעיף 4.1).

איור 2 מתאר סכימה של זרימה סבירה של Cd הקשור לאלבומין מהפלזמה לכבד, כאשר Cd-אלבומין נקלט ומתפרק, ה-Cd המשוחרר 2+ גורם לסינתזה של MT ונקשר ל-MT שסונתז לאחרונה.

איור 2. ערכת זרימה בסיסית של Cd בגוף המדגימה את תפקידן של צורות מחייבות בסינתזה ופירוק דם ו-MT. aa, חומצות אמינו; אלב, אלבומין GSH, גלוטתיון; MT, מטאלותיוניאין. שונה מ-[39]

לפיכך, בחשיפה מתמשכת, CdMT הוא הצורה השלטת של Cd בכבד. לאחר מכן, חלק קטן מה-CdMT של הכבד נכנס לפלסמה, משם הוא מסונן דרך הממברנה הגלומרולרית ונקלט באבוביות של הכליות בהן עלול להיגרם נזק תאי (סעיף 4.1). הוצגה לראשונה בשנת 1984 על ידי אחד המחברים הנוכחיים [39], תכנית זו זכתה להסכמה רחבה ונתמכת על ידי נתונים שנתרמו על ידי מדענים אחרים.

Chan et al., 1993 [40] סיפקו תמיכה להובלת CdMT מהכבד אל הכליה על ידי הצגת ספיגה הדרגתית של Cd בכליות לאחר השתלת כבדים המכילים Cd לחולדות שאינן חשופות ל-Cd. Liu et al., 1996 [41] ו- Liu and Klaassen 1996 [42] הראו הבדלים בקינטיקה של Cd בין עכברים מהונדסים (MTnull) ועכברים מסוג פרא. בעכברי MTnull, חיסול ה-Cd היה הרבה יותר מהיר מאשר בעכברים מסוג פרא. ריכוזי Cd בכליה גדלו עם הזמן בעכברים מסוג פרא, אך לא בעכברי MTnull. תצפיות אלו תומכות בתפקיד של MT בשימור רקמות והובלה של קדמיום לכליה. סקירה של העדויות הזמינות כעת, המעניקות תמיכה כללית לתכנית ההסבר המתוארת באיור 2, אך כוללת מידע מפורט ועדכני על מסלולים ביוכימיים המסבירים קינטיקה של Cd וטוקסיקודינמיקה, הוצגה על ידי Sabiolic et al. [43]- הקורא מופנה לסקירה זו לפרטים נוספים.

כתוצאה מקשירת MT ושינויי התפלגות הקשורים לזמן שהוזכרו, לבני אדם בוגרים עם חשיפות ארוכות טווח ונמוכות, למשל, חשיפות רקע בשוודיה, יש 50 אחוז מנטל הגוף שלהם Cd בכליות. בכליה, הריכוז הגבוה ביותר של Cd נמצא בקליפת הכליה (סקירה [3])

3.4. הפרשת קדמיום-זמן מחצית חיים ביולוגי

Cd גורם לסינתזה של MT בכבד, בכליות וברקמות אחרות (סעיפים 1 ו-2) וחלק גדול מה-Cd של הרקמה נקשר ל-MT ונלכד ברקמות בצורה זו. זה מסביר את זמן המחצית הביולוגי הארוך של קדמיום ברקמות של בני אדם ובעלי חיים. רק 0.01-0.02 אחוז ליום ממעמסת הגוף Cd מופרש בשתן ובצואה. זמן מחצית החיים הביולוגי של Cd ברקמות אנושיות הוא ארוך מאוד בשלב הצטברות Cd בכליה. כאשר רמת ה-Cd בקליפת הכליה מגיעה לריכוז הגורם להפרעה בתפקוד הצינורי הכלייתי (ראה סעיף 4.1), הפרשת ה-Cd בשתן עולה באופן דרמטי וזמן מחצית החיים של ה-Cd בכליה פוחת.

בשלב ההצטברות, זמן מחצית החיים ברקמות אנושיות כמו שרירים, קליפת הכליה והכבד הוא 10-30 שנים על פי הערכות המבוססות על מחקרים על רקמות אנושיות ודפוסי הפרשה. בדם קיים מרכיב מהיר (100 ימים) ומרכיב איטי (7-16 שנים) המתאר את הרמות היורדות לאחר הפסקת החשיפה התעסוקתית בבני אדם. בבעלי חיים, זמן מחצית החיים בפלזמה בדם משתנה מדקות מיד לאחר החשיפה לימים במועדי תצפית מאוחרים יותר (נסקרו ב-[3]). Akerstrom et al., 2013 [44] דיווחו על זמן מחצית חיים בקליפת הכליה האנושית של 23 שנים בריכוז Cd של קליפת הכליה של 8 מ"ג/ק"ג ו-43 שנים ב-23 מ"ג/ק"ג. השמירה הארוכה יותר קשורה כנראה לאינדוקציה יעילה יותר של הסינתזה של MT ברמות Cd קצת יותר גבוהות. ריכוזי Cd בכליות של בני אדם מבוגרים יורדים לאחר גיל 60, אולי בגלל השראת MT פחות יעילה בקבוצות גיל מבוגרות.

הפרשת Cd בשתן מתבצעת על ידי העברה של Cd מהצינוריות הכלייתית לתוך השתן ועל ידי הפרשה של חלק קטן מהתסנין הגלומרולרי שאינו נקלט לתאי צינורות הכליה כפי שהצביעו על ניסויים בבעלי חיים (נסקרו ב-[3] ובסעיף 3.2). בשלב ההצטברות, לפני שנגרם נזק לצינורית הכלייתית, השתןCd הוא אינדיקטור טוב לעומס הכליות והגוףשל CD. כאשר מגיעים לרמת קדמיום רעילה בצינוריות הכליה, הספיגה החוזרת של הצינוריות תיפגע והפרשת Cd בשתן תגדל באופן דרמטי. הקשר בין Cd של הכליות ל-Cd בשתן משתנה כאשר נגרמת אי תפקוד צינורי. Cd בשתן קשור במידה ניכרת ל-MT הן בשלב ההצטברות והן כאשר יש הפרעה בתפקוד הצינורי [31,45-47] ראה גם סעיף 4.2)

3.5. מודל טוקסיקוקינטי של הצטברות קדמיום בכליות

למרות שמתנהל דיון בשאלה האם יש להתייחס להשפעות השליליות של Cd על הכליות או על השלד כהשפעות קריטיות, כלומר השפעות המתרחשות בחשיפה החיצונית הנמוכה ביותר, השפעות על הכליות מתרחשות בחשיפה נמוכה ועדיין נחשבות להשפעות קריטיות [ 19]. Kjellstrom and Nordberg 1978 [48] הציגו מודל טוקסיקוקינטי מרובה תאים לקינטיקה של Cd והצטברות בכליות בהתבסס על זיהוי תפקיד מכריע של MT, במידה רבה כמתואר באיור 2 (ראה גם [49]). Choudhury et al., 2001 [50] פיתחו מודל זה עוד יותר, תוך שימוש בראיות מאוחרות יותר. המודל המתוקן בשילוב עם חישובים המבוססים על התפלגות הריכוז הקריטי של Cd בקליפת הכליה שימש בהצלחה בהערכות סיכונים על ידי Diamond et al., 2003 [51], ATSDR 2012 [52] וה-International Union on Pure ו-Applied Chemistry 2018 [19]. במסמך האחרון, חישובי מודל אלה סיפקו פרספקטיבה על ממצאים במחקרים אפידמיולוגיים. החישובים מראים כי רמת החשיפה הנמוכה ביותר של Cd המולידהתפקוד לקוי של הכליותמאוד נמוך.

השירות התומך של Wecistanche - יצואנית ה-cistanche הגדולה בסין:

דוא"ל:wallence.suen@wecistanche.com

ווטסאפ/טלפון:+86 15292862950

קנה לפרטי מפרטים נוספים:

https://www.xjcistanche.com/cistanche-shop

קבל תמצית CISTANCHE אורגנית טבעית עם 25% אכינאקוסיד ו-9% אקטוזיד לזיהום בכליות