Die Niere ist das wichtigste Organ, das von chronischer Cadmiumexposition betroffen ist. Die Nephrotoxizität von Cadmium kann nach chronischer Inhalation oder Ingestion auftreten. Daten aus Humanstudien deuten auf eine Latenzzeit von etwa 10 Jahren vor dem klinischen Auftreten von Nierenschäden hin, je nach Intensität der Exposition. Es wurden jedoch subtile Veränderungen der Nierenfunktion nach akuter Exposition bei Tieren beschrieben, und es gibt seltene Berichte über Nierenrindennekrosen nach akuter hochdosierter Exposition beim Menschen.
Klassischerweise ist eine chronische Cadmiumexposition mit einer fortschreitenden renalen tubulären Dysfunktion verbunden. Die ersten Anzeichen von Nierenanomalien treten bei 2 μg/g Kreatinin auf und sind mikroskopische tubuläre Proteinurie – die Biomarker sind β2-Mikroglobulin und ά1-Mikroglobulin. Bei Cadmiumkonzentrationen im Urin von 4 μg/gCr sind Enzyme wie N-Acetyl-B-Glucosaminidase (NAG) im Urin erhöht, und es zeigen sich Anzeichen einer glomerulären Schädigung, einschließlich erhöhtem Albumin im Urin und einer Abnahme der glomerulären Filtrationsrate. Im Endstadium der Cadmiumnephropathie treten Glykosurie, Kalzium- und Phosphatverluste und ein veränderter Kalziumstoffwechsel mit sekundären Auswirkungen auf das Skelett in Form von Osteoporose und Osteomalazie auf (Roels et al. 1999; Jarup et al. 2000).
Einige Experten sind der Ansicht, dass die Mikroproteinurie im Zusammenhang mit der Cadmiumexposition nicht immer progressiv ist und dass das Niveau, bei dem die Cadmium-induzierte Nephropathie progressiv und irreversibel wird, selbst nach Beendigung der Exposition bei Cadmiumwerten im Urin von >4 ug Cd/g Kreatinin oder bei Werten der B2-Mikrogloburie von > 1.000 µg/g Kreatinin liegt (Ikeda et al. 2005; Kobayashi et al. 2006). Andere Experten sind der Ansicht, dass die mit Cadmium verbundene renale tubuläre Dysfunktion irreversibel ist (Iwata et al. 1993). Die Cadmium-Nephropathie ist ein wichtiger Faktor für die Sterblichkeit von Cadmium-Arbeitern.
Die toxischen Auswirkungen auf die Nieren sind dosisabhängig (Mueller et al. 1992). Bei Arbeitnehmern erhöht sich das Risiko einer klinischen Nephropathie signifikant bei einer Gesamtluftbelastung von mehr als 300 mg/m3, einem Cadmiumgehalt im Urin von mehr als 10 µg/g Kreatinin und einem Nierenrindengehalt von mehr als 200 ppm (Roels et al. 1999).
Frühzeitige Anzeichen einer Nierenschädigung wurden bei Mitgliedern der Allgemeinbevölkerung bei Urinwerten zwischen 2-4 nmol/mmol Kreatinin festgestellt. Eine Reihe von Studien hat sich im Laufe der Jahre mit den Auswirkungen von Cadmium auf die Nieren von umweltbelasteten Personen befasst, darunter
Diese Studien haben ergeben, dass selbst sehr niedrige Cadmiumkonzentrationen schädliche Auswirkungen auf die Nieren haben können. Die WHO gibt derzeit an, dass eine Konzentration von 200 μg/g Nassgewicht in der Niere bei 10 % der Bevölkerung schädliche Veränderungen verursacht (Satoh et al. 2002). In der Vergangenheit haben mehrere Studien an beruflich und ökologisch exponierten Bevölkerungsgruppen gezeigt, dass die Schwelle für Nierenschäden bei Cadmiumwerten im Urin von 2-4 nmol/mmol Kreatinin liegt (Buchet et al. 1990); die OSCAR-Studie ergab jedoch, dass Personen mit einem Cadmiumwert im Urin von 1 nmol/mmol Kreatinin ein dreifach erhöhtes Risiko für ά-1-Mikroglobulin aufwiesen (Jarup et al. 2000). Derzeit ist jedoch nicht bekannt, ob diese frühen subklinischen Veränderungen der Nieren-Biomarker, die mit einer geringen umweltbedingten Cadmiumexposition in Verbindung gebracht werden, in irgendeiner Weise mit einer anhaltenden Verschlechterung der Nierenfunktion auf ein klinisch bedenkliches Niveau korrelieren (Noonan et al. 2002).
Es wird intensiv daran gearbeitet, die „kritische Nierenkonzentration“ zu definieren, bei der cadmiuminduzierte Nierenschäden auftreten. Jüngste Studien in Japan schätzen die lebenslang tolerierbare Cadmiumdosis auf 2,0 Gramm für Männer und Frauen (Trzcinka-Ochocka et al. 2004; Watanabe et al. 2004). Zwischen dem Erreichen der kritischen Nierenkonzentration und der bei Rauchern festgestellten Körperbelastung besteht nur eine sehr geringe Sicherheitsspanne (Satarug und Moore 2004). Jüngste Arbeiten deuten auch darauf hin, dass exponierte Kinder eine anfällige Bevölkerungsgruppe sein könnten (Trzcinka-Ochocka et al. 2004).
Bei mäßiger, üblicher beruflicher Exposition sind erhöhte Ausscheidungen hochmolekularer Proteine, wie Albumin und Transferrin, frühe Anzeichen für glomeruläre Schäden durch Cadmium. Es wird angenommen, dass die glomeruläre Schädigung, sobald sie begonnen hat, irreversibel ist und dass das Ausmaß der Schädigung dosisabhängig ist (Jarup 2002). Die glomeruläre Filtrationsrate (GFR) nimmt langsam, aber progressiv ab, was darauf schließen lässt, dass Cadmium die normale altersbedingte Abnahme der Nierenfunktion beschleunigt. Eine klinische Urämie ist selten, aber eine verringerte Filtrationsreserve-Kapazität kann bei Cadmium-Arbeitern mit normaler Ausgangs-GFR und normalem Serumkreatinin nachgewiesen werden. Die Kadmiumexposition kann auch die Entwicklung einer Glomerulopathie bei Diabetikern verstärken (Buchet et al. 1990).
Ausreichende Cadmiumexposition kann auch zu einer verminderten GFR und chronischem Nierenversagen führen, das sich durch:
- Aminosäureurie,
- Glukosurie,
- Hypercalcurie,
- Hyperphosphaturie,
- Polyurie, und
- verringerte Pufferkapazität für Säuren (Jarup 2002).
Nierensteine kommen in cadmiumexponierten Bevölkerungsgruppen häufiger vor, insbesondere bei exponierten Arbeitnehmern. Es wurden Lebenszeitprävalenzraten von 18% bis 44% festgestellt, verglichen mit Raten von weniger als 5% in der Kontrollbevölkerung. Die Steinbildung resultiert wahrscheinlich aus einer cadmiumbedingten Nierenschädigung, die zu Hypercalciurie und Hyperphosphaturie führt, aber auch Harnsäureurie, vermindertes Urin-Citrat und renale tubuläre Azidose können dazu beitragen.
