Гуннар Нордберг
Возникновение и использование
Кадмий (Cd) имеет много химических и физических сходств с цинком и встречается вместе с цинком в природе. В минералах и рудах кадмий и цинк обычно имеют соотношение от 1:100 до 1:1,000.
Кадмий обладает высокой устойчивостью к коррозии и широко используется для гальванического покрытия других металлов, в основном стали и железа. Винты, гайки, замки и различные детали самолетов и автомобилей часто обрабатывают кадмием для защиты от коррозии. Однако в настоящее время только 8% всего рафинированного кадмия используется для гальваники и покрытий. Соединения кадмия (30% использования в развитых странах) используются в качестве пигментов и стабилизаторов в пластмассах, а также кадмий используется в некоторых сплавах (3%). Перезаряжаемые небольшие портативные кадмийсодержащие батареи, используемые, например, в мобильных телефонах, представляют собой быстро растущее использование кадмия (55% всего кадмия в промышленно развитых странах в 1994 г. использовалось в батареях).
Кадмий встречается в различных неорганических солях. Самое главное кадмия стеарат, который используется в качестве термостабилизатора в поливинилхлоридных (ПВХ) пластмассах. Сульфид кадмия и сульфоселенид кадмия используются в качестве желтых и красных пигментов в пластмассах и красках. Сульфид кадмия также используется в фото- и солнечных элементах. Хлорид кадмия действует как фунгицид, ингредиент гальванических ванн, краситель для пиротехники, добавка к раствору для лужения и протрава при крашении и печати на текстиле. Он также используется в производстве некоторых фотопленок и в производстве специальных зеркал и покрытий для электронных вакуумных ламп. Оксид кадмия является гальванопокрытием, исходным материалом для термостабилизаторов ПВХ и компонентом серебряных сплавов, люминофоров, полупроводников, стеклянных и керамических глазурей.
Кадмий может представлять опасность для окружающей среды, и многие страны приняли законодательные меры, направленные на сокращение использования и последующего распространения кадмия в окружающей среде.
Метаболизм и накопление
Желудочно-кишечная абсорбция проглоченного кадмия составляет от 2 до 6% в нормальных условиях. Лица с низкими запасами железа в организме, что отражается в низких концентрациях ферритина в сыворотке, могут иметь значительно более высокую абсорбцию кадмия, до 20% от данной дозы кадмия. Значительные количества кадмия могут также всасываться через легкие при вдыхании табачного дыма или при профессиональном воздействии атмосферной кадмиевой пыли. Легочная абсорбция вдыхаемой респирабельной пыли кадмия оценивается от 20 до 50%. После всасывания через желудочно-кишечный тракт или легкие кадмий транспортируется в печень, где инициируется выработка кадмий-связывающего низкомолекулярного белка металлотионеина.
Считается, что от 80 до 90% общего количества кадмия в организме связано с металлотионеином. Это предотвращает токсическое действие свободных ионов кадмия. Вполне вероятно, что небольшие количества металлотионеин-связанного кадмия постоянно покидают печень и транспортируются в почки через кровь. Металлотионеин со связанным с ним кадмием фильтруется через клубочки в первичную мочу. Подобно другим низкомолекулярным белкам и аминокислотам, комплекс металлотионеин-кадмий впоследствии реабсорбируется из первичной мочи в клетки проксимальных канальцев, где пищеварительные ферменты расщепляют поглощенные белки на более мелкие пептиды и аминокислоты. Свободные ионы кадмия в клетках образуются в результате деградации металлотионеина и инициируют новый синтез металлотионеина, связывая кадмий и тем самым защищая клетку от высокотоксичных свободных ионов кадмия. Считается, что дисфункция почек возникает при превышении способности канальцевых клеток продуцировать металлотионеин.
Почки и печень имеют самые высокие концентрации кадмия, вместе содержащие около 50% кадмия в организме. Концентрация кадмия в корковом веществе почек до того, как происходит вызванное кадмием повреждение почек, обычно примерно в 15 раз превышает его концентрацию в печени. Выведение кадмия происходит очень медленно. В результате этого кадмий накапливается в организме, его концентрация увеличивается с возрастом и продолжительностью воздействия. На основании концентрации в органах в разном возрасте биологический период полураспада кадмия у человека оценивается в диапазоне от 7 до 30 лет.
Острая токсичность
Вдыхание соединений кадмия в концентрациях выше 1 мг Cd/м3 в воздухе в течение 8 часов или в более высоких концентрациях в течение более коротких периодов времени может привести к химическому пневмониту и, в тяжелых случаях, к отеку легких. Симптомы обычно проявляются в течение 1–8 часов после воздействия. Они похожи на грипп и похожи на лихорадку металлического дыма. Более тяжелые симптомы химического пневмонита и отека легких могут иметь латентный период до 24 часов. Смерть может наступить через 4-7 дней. Воздействие кадмия в воздухе в концентрациях, превышающих 5 мг Cd/м3 чаще всего возникает при плавке, сварке или пайке сплавов кадмия. Употребление напитков, загрязненных кадмием в концентрациях, превышающих 15 мг Cd/л, вызывает симптомы пищевого отравления. Симптомами являются тошнота, рвота, боли в животе и иногда диарея. Источниками загрязнения пищевых продуктов могут быть кастрюли и сковороды с кадмийсодержащей глазурью и кадмиевые напайки, используемые в автоматах по продаже горячих и холодных напитков. У животных парентеральное введение кадмия в дозах, превышающих 2 мг Cd/кг массы тела, вызывает некроз семенников. О таком эффекте у людей не сообщалось.
Хроническая токсичность
Сообщалось о хроническом отравлении кадмием после длительного профессионального воздействия паров оксида кадмия, пыли оксида кадмия и стеаратов кадмия. Изменения, связанные с хроническим отравлением кадмием, могут быть локальными, в этом случае они затрагивают дыхательные пути, или могут быть системными, возникающими в результате всасывания кадмия. Системные изменения включают поражение почек с протеинурией и анемией. Заболевание легких в форме эмфиземы является основным симптомом при интенсивном воздействии кадмия в воздухе, тогда как дисфункция и повреждение почек являются наиболее заметными проявлениями после длительного воздействия более низких уровней кадмия в воздухе рабочего помещения или через продукты, загрязненные кадмием. Легкая гипохромная анемия часто встречается у рабочих, подвергающихся воздействию высоких концентраций кадмия. Это может быть связано как с повышенным разрушением эритроцитов, так и с дефицитом железа. Пожелтение шеек зубов и потеря обоняния (аносмия) также могут наблюдаться в случаях воздействия очень высоких концентраций кадмия.
Эмфизема легких считается возможным следствием длительного воздействия кадмия в воздухе в концентрациях, превышающих 0.1 мг Cd/мXNUMX.3. Сообщалось, что воздействие концентраций около 0.02 мг Cd/м3 течение более 20 лет может вызывать определенные легочные эффекты. Кадмий-индуцированная эмфизема легких может снижать работоспособность, быть причиной инвалидности и сокращения жизни. При длительном воздействии кадмия в низких концентрациях почки являются критическим органом (т. е. органом, поражаемым в первую очередь). Кадмий накапливается в корковом веществе почек. Ранее предполагалось, что концентрации, превышающие 200 мкг Cd/г сырого веса, вызывают канальцевую дисфункцию со снижением реабсорбции белков из мочи. Это вызывает канальцевую протеинурию с повышенной экскрецией низкомолекулярных белков, таких как
α,α-1-микроглобулин (белок HC), β-2-микроглобулин и ретинол-связывающий белок (RTB). Однако недавние исследования показывают, что повреждение канальцев может происходить при более низких уровнях кадмия в коре почек. По мере прогрессирования почечной дисфункции аминокислоты, глюкоза и минералы, такие как кальций и фосфор, также теряются с мочой. Повышенное выделение кальция и фосфора может нарушить костный метаболизм, а у работников, работающих с кадмием, часто возникают камни в почках. После длительного воздействия кадмия от среднего до высокого уровня могут также поражаться почечные клубочки, что приводит к снижению скорости клубочковой фильтрации. В тяжелых случаях может развиться уремия. Недавние исследования показали, что дисфункция клубочков необратима и зависит от дозы. Сообщалось об остеомаляции в случаях тяжелого хронического отравления кадмием.
В целях профилактики почечной дисфункции, проявляющейся β-2-микроглобулинурией, особенно если профессиональное воздействие паров и пыли кадмия может продолжаться в течение 25 лет (при 8-часовом рабочем дне и 225 рабочих днях в году), рекомендуется средняя концентрация вдыхаемого кадмия в рабочем помещении должна поддерживаться на уровне ниже 0.01 мг/м3.
Чрезмерное воздействие кадмия на население в целом происходило при употреблении зараженного риса и других пищевых продуктов и, возможно, питьевой воды. Болезнь итай-итаи, болезненный тип остеомаляции, с множественными переломами, появляющимися вместе с почечной дисфункцией, возникла в Японии в районах с высоким воздействием кадмия. Хотя патогенез болезни итаи-итаи все еще обсуждается, общепризнано, что кадмий является необходимым этиологическим фактором. Следует подчеркнуть, что вызванное кадмием поражение почек необратимо и может ухудшиться даже после прекращения воздействия.
Кадмий и рак
В нескольких эпидемиологических исследованиях на рабочих, подвергшихся воздействию кадмия, имеются убедительные доказательства зависимости доза-реакция и повышения смертности от рака легких. Интерпретация усложняется одновременным воздействием других металлов, которые известны или предположительно являются канцерогенами. Однако продолжающиеся наблюдения за рабочими, подвергавшимися воздействию кадмия, не дали доказательств увеличения смертности от рака предстательной железы, как первоначально предполагалось. IARC в 1993 году оценил риск развития рака в результате воздействия кадмия и пришел к выводу, что его следует рассматривать как канцероген для человека. С тех пор появились дополнительные эпидемиологические данные с несколько противоречивыми результатами, и поэтому возможная канцерогенность кадмия остается неясной. Тем не менее ясно, что кадмий обладает сильными канцерогенными свойствами в экспериментах на животных.
Меры безопасности и охраны здоровья
Кора почек является критическим органом при длительном воздействии кадмия через воздух или пищу. Критическая концентрация оценивается примерно в 200 мкг Cd/г сырого веса, но может быть ниже, как указано выше. Чтобы концентрация кадмия в коре почек оставалась ниже этого уровня даже после пожизненного облучения, средняя концентрация кадмия в воздухе рабочего помещения (8 часов в день) не должна превышать 0.01 мг Cd/мXNUMX.3.
Рабочие процессы и операции, которые могут привести к выбросу паров кадмия или пыли в атмосферу, должны быть разработаны таким образом, чтобы свести уровни концентрации к минимуму, и, если это возможно, должны быть ограждены и снабжены вытяжной вентиляцией. Когда невозможно обеспечить достаточную вентиляцию (например, во время сварки и резки), следует иметь при себе респираторы и брать пробы воздуха для определения концентрации кадмия. В зонах с опасностью разлетающихся частиц, брызг химикатов, лучистого тепла и т. д. (например, рядом с гальваническими емкостями и печами) рабочие должны носить соответствующие средства защиты, такие как средства защиты глаз, лица, рук и рук, а также непроницаемую одежду. Должны быть обеспечены надлежащие санитарно-технические помещения, и работников следует поощрять к мытью перед едой и тщательному мытью и переодеванию перед уходом с работы. Курение, прием пищи и питье в рабочих зонах должны быть запрещены. Табак, загрязненный кадмиевой пылью из рабочих помещений, может быть важным путем воздействия. Сигареты и трубочный табак нельзя носить в рабочем помещении. Загрязненный отработанный воздух должен фильтроваться, а лица, ответственные за пылеуловители и фильтры, при работе на оборудовании должны носить респираторы.
Во избежание чрезмерного накопления кадмия в почках следует регулярно проверять уровень кадмия в крови и моче. Уровни кадмия в крови в основном указывают на воздействие в течение последних нескольких месяцев, но его можно использовать для оценки нагрузки на организм через несколько лет после прекращения воздействия. Значение 100 нмоль Cd/л цельной крови является приблизительным критическим уровнем, если воздействие является регулярным в течение длительного времени. Показатели кадмия в моче можно использовать для оценки содержания кадмия в организме при условии, что не произошло повреждения почек. По оценкам ВОЗ, 10 нмоль/ммоль креатинина — это концентрация, ниже которой дисфункция почек не возникает. Однако недавние исследования показали, что дисфункция почек может возникнуть уже при уровне креатинина около 5 нмоль/ммоль.
Поскольку указанные уровни в крови и моче являются уровнями, при которых наблюдается действие кадмия на почки, рекомендуется применять меры контроля всякий раз, когда отдельные концентрации кадмия в моче и/или в крови превышают 50 нмоль/л цельной крови или
3 нмоль/ммоль креатинина соответственно. Медицинские осмотры перед приемом на работу должны проводиться для рабочих, которые будут подвергаться воздействию пыли или паров кадмия. Людям с респираторными или почечными заболеваниями следует избегать такой работы. Медицинский осмотр работников, подвергающихся воздействию кадмия, должен проводиться не реже одного раза в год. У рабочих, подвергающихся длительному воздействию кадмия, следует регулярно проводить количественные измерения ß-2-микроглобулина или других соответствующих низкомолекулярных белков в моче. Концентрация β-2-микроглобулина в моче в норме не должна превышать 34 мкг/ммоль креатинина.
Лечение отравления кадмием
Людей, проглотивших соли кадмия, следует вызвать рвоту или промыть желудок; лица, подвергшиеся острому вдыханию, должны быть удалены из зоны воздействия и, при необходимости, подвергнуты кислородной терапии. Специфического лечения хронического отравления кадмием не существует, и приходится полагаться на симптоматическое лечение. Как правило, введение хелатирующих агентов, таких как БАЛ и ЭДТА, противопоказано, поскольку они нефротоксичны в сочетании с кадмием.