Munuaiset ovat tärkein elin, johon krooninen altistuminen kadmiumille kohdistuu. Kadmiumin nefrotoksisuus voi seurata kroonista hengittämistä tai nielemistä. Ihmisillä tehdyistä tutkimuksista saadut tiedot viittaavat siihen, että latenssiaika on noin 10 vuotta ennen munuaisvaurion kliinistä ilmenemistä altistumisen voimakkuudesta riippuen. Eläimillä on kuitenkin kuvattu hienovaraisia muutoksia munuaisten toiminnassa akuutin altistumisen jälkeen, ja ihmisillä on harvinaisia raportteja munuaiskuoren nekroosista akuutin suuren annoksen altistumisen jälkeen.
Klassisesti krooniseen kadmiumaltistumiseen liittyy etenevä munuaistubulusten toimintahäiriö. Ensimmäiset merkit munuaispoikkeavuuksista ilmenevät 2 μg/g kreatiniinia ja ovat mikroskooppista tubulaarista proteinuriaa – biomarkkereita ovat β2-mikroglobuliini, ά1-mikroglobuliini. Virtsan kadmiumpitoisuuksien ollessa 4 μg/gCr virtsassa entsyymit, kuten N-asetyyli-B-glukosaminidaasi (NAG), ovat koholla virtsassa, ja merkkejä glomerulaarivauriosta, kuten lisääntynyt albumiinipitoisuus virtsassa ja glomerulussuodatusnopeuden lasku, havaitaan. Kadmiumnefropatian loppuvaiheessa nähdään glykosuriaa, kalsiumin ja fosfaatin tuhlausta ja muuttunutta kalsiummetaboliaa, jolla on luustoon kohdistuvia sekundaarisia vaikutuksia eli osteoporoosia ja osteomalasiaa (Roels ym. 1999; Jarup ym. 2000).
Joidenkin asiantuntijoiden mielestä kadmiumaltistukseen liittyvä mikroproteinuria ei ole poikkeuksetta etenevä, ja taso, jolla kadmiumin aiheuttama nefropatia muuttuu eteneväksi ja palautumattomaksi myös altistumisen päättymisen jälkeen, esiintyy virtsan kadmiumpitoisuuksissa >4 ug Cd/g c reatiniinia tai B2-mikrogloburian arvoissa > 1 000 µg/g kreatiniinia (Ikeda ym. 2005; Kobayashi ym. 2006). Toiset asiantuntijat uskovat, että kadmiumiin liittyvä munuaistubulusten toimintahäiriö on peruuttamaton (Iwata ym. 1993). Kadmiumnefropatia on tärkeä kuolleisuutta määrittävä tekijä kadmiumtyöntekijöillä.
Myrkylliset vaikutukset munuaisiin ovat annossidonnaisia (Mueller ym. 1992). Työntekijöillä kliinisen nefropatian riski kasvaa merkittävästi, kun ilman kokonaisaltistus on yli 300 mg/m3, virtsan kadmiumpitoisuudet yli 10 µg/g kreatiniinia ja munuaiskuoren pitoisuudet yli 200 ppm (Roels ym. 1999).
Munuaisvaurion varhaisia merkkejä on raportoitu väestöön kuuluvilla henkilöillä virtsan pitoisuuksilla, jotka ovat välillä 2 – 4 nmol/mmol kreatiniinia. Useissa vuosien varrella tehdyissä tutkimuksissa on tarkasteltu kadmiumin vaikutuksia munuaisiin ympäristölle altistuneilla henkilöillä, mukaan lukien
Näissä tutkimuksissa on todettu, että jopa hyvin alhaisilla kadmiumpitoisuuksilla voi olla haitallisia vaikutuksia munuaisiin. WHO toteaa tällä hetkellä, että 200 μg/g pitoisuus märkäpainosta munuaisissa aiheuttaa haitallisia muutoksia 10 prosentilla väestöstä (Satoh ym. 2002). Aiemmin useat ammatissa ja ympäristössä altistuneista väestöistä tehdyt tutkimukset ovat osoittaneet, että munuaisvaurion kynnysarvo saavutetaan virtsan kadmiumpitoisuuksissa, jotka ovat 2-4 nmol/mmol kreatiniinia (Buchet ym. 1990); OSCAR-tutkimuksessa todettiin kuitenkin, että henkilöillä, joiden virtsan kadmiumpitoisuus oli 1 nmol/mmol kreatiniinia, oli kolminkertainen riski lisääntyneeseen ά-1-mikroglobuliiniinipitoisuuteen (Jarup ym. 2000). Tällä hetkellä ei kuitenkaan tiedetä, korreloivatko nämä varhaiset subkliiniset muutokset munuaisbiomarkkereissa, jotka liittyvät vähäiseen ympäristön kadmiumaltistukseen, munuaistoiminnan jatkuvan heikkenemisen kanssa kliinisesti huolestuttavalle tasolle (Noonan ym. 2002).
Kriittisen munuaispitoisuuden määrittelemiseksi, jossa kadmiumin aiheuttama munuaisvaurio syntyy, tehdään parhaillaan paljon työtä. Tuoreissa japanilaisissa tutkimuksissa on arvioitu, että kadmiumin elinikäinen siedettävä annos on 2,0 grammaa sekä miehillä että naisilla (Trzcinka-Ochocka ym. 2004; Watanabe ym. 2004). Kriittisen munuaispitoisuuden saavuttamisen ja tupakoitsijoilla todetun elimistön kuormituksen välillä on hyvin pieni turvamarginaali (Satarug ja Moore 2004). Viimeaikaiset työt viittaavat myös siihen, että altistuneet lapset saattavat olla herkkä väestö (Trzcinka-Ochocka ym. 2004).
Maltillisilla, tavanomaisilla työperäisillä altistumistasoilla suurimolekyylipainoisten proteiinien, kuten albumiinin ja transferriinin, lisääntynyt erittyminen ovat varhaisia merkkejä kadmiumin aiheuttamasta glomerulaarivauriosta. Aloitettuaan glomerulaarivaurion uskotaan olevan peruuttamaton, ja vaurion aste on annosriippuvainen (Jarup 2002). Glomerulussuodatusnopeus (GFR) laskee hitaasti mutta asteittain, mikä viittaa siihen, että kadmium kiihdyttää munuaistoiminnan normaalia ikään liittyvää heikkenemistä. Kliininen uremia on harvinaista, mutta vähentynyt suodatusreservikapasiteetti voidaan osoittaa kadmiumtyöntekijöillä, joiden GFR ja seerumin kreatiniini ovat lähtötilanteessa normaalit. Kadmiumaltistus voi myös voimistaa glomerulopatian kehittymistä diabeetikoilla (Buchet ym. 1990).
Ylimääräinen kadmiumaltistus voi myös johtaa pienentyneeseen GFR:ään ja krooniseen munuaisten vajaatoimintaan, joka ilmenee:
- aminohappouria,
- glukosuria,
- hyperkalkuria,
- hyperfosfaturia,
- polyuria ja
- vähentynyt happojen puskurointikyky (Jarup 2002).
Munuaiskivet ovat yleisempiä kadmiumille altistuneessa väestössä, erityisesti altistuneilla työntekijöillä. Elinikäisen esiintyvyyden on todettu olevan 18-44 %, kun se kontrolliväestössä on alle 5 %. Kivien muodostuminen johtuu todennäköisesti kadmiumin aiheuttamasta munuaisvauriosta, joka johtaa hyperkalsiuriaan ja hyperfosfaturiaan, mutta muita myötävaikuttavia tekijöitä voivat olla virtsahappouria, virtsan sitraatin väheneminen ja munuaistubulusten asidoosi.
