الكادميوم وتأثيراته على الكلى

أ.د. نصير مرزا حمزة
مياس كمال صالح
كلية التربية للعلوم الصرفة / قسم علوم الحياة

يعتبر الكادميوم من العناصر الثقيلة من اخطر المركبات الكيمائية على البيئة بصورة عامة وعلى الأحياء بصورة خاصة ان انتشار المواد السامة سببت العديد من الامراض والتي تأتي من التقدم الحاصل في مجال الصناعة والاستيراد غير المدروس وقد أظهرت الدراسات الوبائية التي أجريت على مدى العقدين الماضيين وجود علاقة إيجابية بين مستوى تلوث الهواء الجزيئي وزيادة الآثار الصحية الضارة
(Zuhra et al., 2024).
والتي منها كلوريد الكادميوم ، الذي تزيد كثافته على كثافة الماء بخمس مرات مما يجعله سببا للضرر بالكلى وقد يسبب فشل كلوي حاد Acute renal failure وبالتالي الموت ،الى جانب تاثيرة على الكبد الذي يشكل موقعا مهما في الجسم يلعب دورا في عمليات التحول الحيوي Biotransformation وطرح الفضلات Excretory of xenobiotic وتخليص الجسم من الفضلات السامة كونه مركزا لمعالجتها داخل الجسم الحي Jadhav et al.,2024) (Mercé, 2024;.
وتم الحكم على عادم السيارات واستنشاق دخان السكائر المسببة في زيادة الأمراض الرئوية وأمراض القلب والأوعية الدموية استنادًا إلى السمية الجينية المثبتة لمكوناته، على أنه مسبب للطفرات والسرطان للإنسان (Zimta et al., 2024).

الكادميوم يسبب السمية الكلوية
يعمل الكادميوم على إحداث خلل وظيفي في انسجة الكلية عن طريق حدوث ضرر Damage في عمل النبيبات الكلوية وفشل في عملية الامتصاص الطبيعي للمواد ويقلل من امتصاص النبيبات الكلوية للفوسفات
(Satarug, 2024).
حيث يعتمد معدل انتقال الكادميوم الذي يكون بهيئة معقد كادميوم-الميتالوثايونين MT-Cd من الكبد الى الكلية على الوقت الالزم لتصنيع الميتالوثايونين (Nasiadek et al., 2022).
وعندما يصل المعقد الى النبيبات الكلوية يتم تحليل المعقد بوساطة الاجسام الحالة Lysosomesالتي تحتوي على أنزيمات هاضمة تعمل على تحرير الكادميوم وهذا بدوره يؤدي إلى تصنيع الميتالوثايونين الكلوي الذي يعمل على تراكمه بالكلية بمستويات أعلى ممّا في الكبد(Bautista et al., 2024) .
حيث إن فترة بقاءه في الكلية حراً تكون فترة طويلة قد تصل الى 3 اشهر مقارنة مع معدل نصف العمر المعقد MT-Cd الذي يصل الى (4-3( أيام فقط ) (Yüzbaşıoğlu et al., 2024).
ويعد المسار الرئيسي لطرح الكادميوم في الانسان هو الادرار وحيث يطرح الكادميوم مع الادرار في الحيوانات يكون محدودا،ً ويزداد طرحه في الادرار عند حدوث اختلال لوظيفة الكلية مسببا نقصا في تركيزه في كل من الكلى و الكبد ، بينما يعد االبراز المعوي في الثدييات هو المسار الرئيس لطرح الكادميوم ويتم طرحه بكميات قليلة أو غير ملحوظة عن طريق حليب الرضاعة
(Pikounis et al., 2024).
يعد بلوغ تركيز الكادميوم في القشرة الكلوية 200 مايكروغرام / غم من وزن الكلية مؤشراً خطيــراً لكونه يؤدي الى تلــف النبيبات الكلوية (Lee et al., 2024).
أوضحت الدراسات التي اجريت على الانسان وجود عالقة طردية بين انخفاض معدل الترشيح الكبيبي وانخفــاض إعـــادة االمتصــاص النبيبـــي في الاشخــاص العامليــن في صناعـــة البطاريـــات
(OKOLONKWO et al., 2024).
وعند توقف تعرض الاشخاص الى الكادميــوم فان الخلل الوظيفي في الكلية لا يزول ؛ وذلـك لطـول نصــف عمــره وتراكماته العاليــة وطرحــه البطيء مــن الكليـــة (Bautista et al., 2024).
الية عمل كلوريد الكاميوم في الجسم :
كلوريدالكادميوم (Cd) هو عنصر معدني ثقيل سام يوجد بشكل طبيعي في قشرة الأرض هو معدن مرن على شكل مسحوق أزرق أو أبيض فضي. يتفاعل بسهولة مع المواد الأخرى الأكثر استخداما وله العديد من الاستخدامات الصناعية والتجارية منها الخلايا والبطاريات بما في ذلك بطاريات النيكل والكادميوم والسبائك والأصباغ ومثبتات البلاستيك والأصباغ والدهانات ، وكذلك في تصنيع الزجاجوعرف انه معدن سام حيث يؤثر من مناحية التلوث بيئي ومهني واسع النطاق (Stannard et al., 2024).
يحدث تعرض جسم الكائن الحي سواء الانسان اوالحيوان او النبات ل Cd بشكل رئيسي من خلال التعرض البيئي والمهني ، وكذلك من خلال الطعام ودخان التبغ و الزراعة من ناحية المبيدات بصورة عامة وصناعة منها صناعة البطاريات والاطارات وغيرها ويتم التعرض للكادميوم اما عن طريق الاكل او الشرب او عن طريق الاستنشاق (Wang et al., 2024).
عند التعرض الحاد لكلوريد الكادميوم يمكن أن يسبب اعرضا تشبه أعراض الأنفلونزا ، والمعروفة أيضا باسم “الكادميوم الأزرق” ، والتي عادة ما تمر في غضون أسبوع. ومع ذلك ، يمكن أن يسبب التعرض الأكثر شدة تلفا في الجهاز التنفسي مثل التهاب الشعب الهوائية والتهاب الرئة. ويعتقد أن بعض أمراض الرئة المزمنة (مثل انتفاخ الرئة والربو والتهاب الشعب الهوائية) (Singh et al., 2024).
وكذلك ارتفاع ضغط الدم ترتبط بالتسمم البطيء بواسطة الكادميوم بجرعات صغيرة ويمكن أن يؤدي التعرض طويل الأمد ل Cd إلى أمراض مختلفة ، مثل السرطان وسرطان الدم والسمية الوراثية والبروستاتا والمثانة والبنكرياس والكلى والثدي حيث أكدت العديد من الدراسات أن التعرض للمعادن الثقيلة ، حتى عند المستويات المنخفضة ، يمكن أن يسبب أضرارا جسيمة للأعضاء البشرية. يمكن أن يؤدي الابتلاع الحاد إلى ألم في البطن ، أو حرقان ، أو غثيان ، أو قيء ، أو إفراز اللعاب ، أو تقلصات عضلية ، أو دوخة ، أو صدمة ، أو فقدان الوعي ، أو حتى تشنجات في غضون 15-30 دقيقة
(Stannard et al., 2024;Charkiewicz et al., 2023).

وقد يلعب دورا في تطور الأمراض المتعلقة بالجهاز العصبي المركزي (CNS) ، مثل مرض الزهايمر (AD) ، والشلل الرعاش ومرض باركنسون (PD) ، ومرض هنتنغتون (HD) ، والتصلب الجانبي الضموري (ALS) ، والتصلب المتعدد (MS) ، أو في تدهور الوظائف المعرفية والسلوكية ، وكذلك الأمراض المزمنة ، مثل هشاشة العظام وتلين العظام في عظام الحوض ، عظم الفخذ والأجسام الفقرية وعظام لوحي الكتف.(Charkiewicz et al., 2023).
يمكن أن يعبر المشيمة والحاجز أمام الجنين ، ويمارس تأثيرات ماسخة ، ويرتبط بمرض إيتاي إيتاي ، وأمراض القلب والأوعية الدموية ، وتشوهات وظائف الرئة ، والأضرار الناجمة في الكلى
(Zuhra et al., 2024).
ويمكن عن طريق ابتلاع الطعام الملوث بكلوريد الكادميوم وتراكمة بالجسم حيث يسبب خلل في الاعصاب ويؤدي الى تطوير الاضطرابات الاكتئابية و قدمت العديد من الدراسات أدلة جوهرية تشير إلى أن التعرض ل Cd يمكن أن يؤثر بشكل كبير على كل من الجهاز العصبي المحيطي والمركزي (Yang et al., 2024).
وقد أظهرت الدراسات أن 90٪ من الكادميوم في أجسامنا يأتي من الأغذية الأرضية ، مثل البطاطس والحبوب والخضروات ، في حين أن الطعام المائي ومياه الشرب لا تمثل سوى 2٪ من تناول الكادميوم البشري (Zuhra et al., 2024).
تأثير الاجهاد التاكسدي على فشل الكلوي المزمن:
الاجهاد التاكسدي
هو حالة عدم التوازن بين مضادات الأكسدة Antioxidants و المؤكسدات Oxidants حيث تتغلب المؤكسدات على مضادات الاكسدة وتسبب ضرر في الجزيئات الحيوية الكبيرة و إن الجذور الحرة و المؤكسدات تتولد بشكل مستمر في خلايا الجسم لكنها تتوازن بشكل طبيعي من خلال أيض مضادات الاكسدة الطبيعية مثل تفاعلات السلسلة التنفسية او عملية البلعمة ، ايضا تنتج عند التعرض للملوثات البيئية او الاشعاعات المؤينة او ملوثات الهواء Yulin et al., 2023) (Jain & Shakkarpude, 2024;.
وتمتاز الأنواع الأوكسجينية الفعالةROS مثل جذر السوبر اوكسيد Superoxidو جذر الهيدروكسيل Hydroxyl (OH) وبيروكسيد الهيدروجين Hydrogen Peroxide (H2 O2) بقابليتها إحداث الطفرات في الحامض النووي منقوص الاوكسجين DNA وكذلك اكسدة الحوامض الامينية و الكاربوهيدرات والدهون
(Skoryk & Horila, 2023) .
من خلال مهاجمة السوبر اوكسيد الى سلاسل الاحماض الدهنية المتعددة غير المشبعة بقوة ويؤكسدها بعملية بيروكسيدية الدهون Lipid Peroxidation ومن ثم تحرير المانولديهايد Manoldiahdehde
(Kumar et al., 2024; Chaudhary et al., 2023).
وهو سبب لنشوء العديد من الأمراض كالسرطان والشيخوخة وأمراض القلب وحالات العقم
(Shi et al., 2023 ;Liu et al., 2023 ).

المصادر
Bautista, C. J., Arango, N., Consuelo, P., Mitre-Aguilar, I. B., Trujillo, J., & Ramírez, V. (2024). Mechanism of Cadmium-induced nephrotoxicity. Toxicology, 153726.
Charkiewicz, A. E., Omeljaniuk, W. J., Nowak, K., Garley, M., & Nikliński, J. (2023). Cadmium Toxicity and Health Effects—A Brief Summary. Molecules, 28(18), 6620.
Chaudhary, M. R., Chaudhary, S., Sharma, Y., Singh, T. A., Mishra, A. K., Sharma, S., & Mehdi, M. M. (2023). Aging, oxidative stress and degenerative diseases: mechanisms, complications and emerging therapeutic strategies. Biogerontology, 24(5), 609–662.
Chaudhary, P., Janmeda, P., Docea, A. O., Yeskaliyeva, B., Abdull Razis, A. F., Modu, B., Calina, D., & Sharifi-Rad, J. (2023). Oxidative stress, free radicals and antioxidants: potential crosstalk in the pathophysiology of human diseases. Frontiers in Chemistry, 11, 1158198.
Ghosh, S., Singha, P. S., Acharyaa, A., & Ghosh, D. (2024). Beneficial impacts and limitations of antioxidant supplements on Male Infertility. Journal of Integrated Science and Technology, 12(3), 751.
Jadhav, P. B., Raut, P. M., & Jain, S. (n.d.). THE BRIEF REVIEW ON HEAVY METALS IN PLANT.
Jain, A., & Shakkarpude, J. (2024). Oxidative stress: A biomarker for animal health and production: A review. Indian Journal of Animal Research, 58(1), 1–12.
Kumar, R., Altaf, M. A., Lal, M. K., & Tiwari, R. K. (2024). Melatonin in Plants: A Pleiotropic Molecule for Abiotic Stresses and Pathogen Infection. Springer Nature.
Lee, W.-K., Probst, S., Scharner, B., Deba, T., Dahdouh, F., & Thévenod, F. (2024). Distinct concentration-dependent oxidative stress profiles by cadmium in a rat kidney proximal tubule cell line. Archives of Toxicology, 1–17.
Liu, M., Wu, K., & Wu, Y. (2023). The emerging role of ferroptosis in female reproductive disorders. Biomedicine & Pharmacotherapy, 166, 115415.
Mercé, A. L. R. (2024). Contaminated Waters and Depleted Soils: Impact in Nutrition II Biochemical Detoxification Pathways. EC Nutrition, 19, 1–29.
Nasiadek, M., Stragierowicz, J., & Kilanowicz, A. (2022). An Assessment of Metallothionein–Cadmium Binding in Rat Uterus after Subchronic Exposure Using a Long–Term Observation Model. International Journal of Molecular Sciences, 23(23), 15154.
OKOLONKWO, B. B., Nnenna, A. D., Maureen, G.-O., & Donatus, N. J. (2024). Recent Trends in Risk Factors Associated with Kidney Diseases. Asian Journal of Research in Nephrology, 7(1), 7–30.
Pikounis, T. D., Amann, K. L., Jackson, B. P., Punshon, T., Gilbert-Diamond, D., Korrick, S., Karagas, M. R., & Cottingham, K. L. (2024). Urinary biomarkers of exposure to toxic and essential elements: A comparison of infants fed with human milk or formula. Environmental Epidemiology, 8(1), e286.
Satarug, S. (2024). Is Chronic Kidney Disease due to Cadmium Exposure Inevitable and Can it be Reversed?
Shi, Y.-Q., Zhu, X.-T., Zhang, S.-N., Ma, Y.-F., Han, Y.-H., & Zhang, Y.-H. (2023). Premature ovarian insufficiency: a review on the role of oxidative stress and the application of antioxidants. Frontiers in Endocrinology, 14, 1172481.
Singh, P., Li, F. J., Dsouza, K., Stephens, C. T., Zheng, H., Kumar, A., Dransfield, M. T., & Antony, V. B. (2024). Low dose cadmium exposure regulates miR-381–ANO1 interaction in airway epithelial cells. Scientific Reports, 14(1), 246.
Skoryk, O. D., & Horila, M. V. (2023). Oxidative stress and disruption of the antioxidant defense system as triggers of diseases. Regulatory Mechanisms in Biosystems, 14(4), 665–672.
Stannard, L. M., Doherty, A., Chapman, K. E., Doak, S. H., & Jenkins, G. J. (2024). Multi-endpoint analysis of cadmium chloride-induced genotoxicity shows role for reactive oxygen species and p53 activation in DNA damage induction, cell cycle irregularities, and cell size aberrations. Mutagenesis, 39(1), 13–23.
Wang, Y., Wang, D., Hao, H., Cui, J., Huang, L., & Liang, Q. (2024). The association between cadmium exposure and the risk of chronic obstructive pulmonary disease: A systematic review and meta-analysis. Journal of Hazardous Materials, 133828.
Yang, L., Yu, Q., Dou, S., Li, X., Wen, S., Zhang, J., Feng, M., Yan, L., Zhang, C., & Li, S. (2024). Whole blood cadmium levels and depressive symptoms in Chinese young adults: A prospective cohort study combing metabolomics. Journal of Hazardous Materials, 465, 132968.
Yulin, X. U., Xiaofei, L. U., Guijin, S. U., Xing, C., Jing, M., Qianqian, L. I., Chenxi, W., & Bin, S. H. I. (2023). Scientific and regulatory challenges of environmentally persistent free radicals: From formation theory to risk prevention strategies. Journal of Hazardous Materials, 131674.
Yüzbaşıoğlu, Y., Hazar, M., Aydın Dilsiz, S., Yücel, C., Bulut, M., Cetinkaya, S., Erdem, O., & Basaran, N. (2024). Biomonitoring of Oxidative-Stress-Related Genotoxic Damage in Patients with End-Stage Renal Disease. Toxics, 12(1), 69.
Zimta, A.-A., Cenariu, D., Tigu, A. B., Moldovan, C., Jurj, A., Pirlog, R., Pop, C., Gurzau, E. S., Fischer-Fodor, E., & Pop, L. (2024). Differential effect of the duration of exposure on the carcinogenicity of cadmium in MCF10A mammary epithelial cells. Food and Chemical Toxicology, 114523.
Zuhra, N., Akhtar, T., Yasin, R., Ghafoor, I., Asad, M., Qadeer, A., & Javed, S. (2024). Human Health Effects of Chronic Cadmium Exposure. In Cadmium Toxicity Mitigation (pp. 65–102). Springer.