AUS DER ARBEIT DES WISSENSCHAFTLICHEN BEIRATS DER BUNDESÄRZTEKAMMER
Umweltgefährdung
und Gesundheitsschäden durch Cadmium
J. Thürauf, K.-H. Schaller, H. Valentin*)
Durch die moderne technische Entwicklung in den Industrie- staaten wurde in den letzten Jahrzehnten die Umwelt des Menschen zunehmend durch Chemikalien belastet. Derartige Probleme waren früher vorwiegend von arbeitsmedizinisch- gewerbetoxikologischem Interesse. In neuerer Zeit erfordern jedoch Belastungen oder Erkrankungen, die durch chemische Schadstoffe verursacht werden, die Aufmerksamkeit eines je- den Arztes. Das Schwermetall Cadmium findet gegenwärtig besondere Beachtung als potentieller Schadstoff und ätiologi- scher Faktor verschiedener Erkrankungen.
Zur Fortbildung Aktuelle Medizin BEKANNTGABE DER BUNDESÄRZTEKAMMER
uas natürliche Vorkommen des Cadmium (Cd) in der Erdkruste beträgt nur etwa 0,5 ppm'). Es tritt vorwiegend als Begleitmine- ral des Zinks in anorganischen Verbindungen auf. In den mo- dernen Produktionsbereichen der Chemie, Elektronik, Reak- tortechnik und Weltraumfahrt findet dieses Metall in wachsen- dem Umfange technische Ver- wendung. Die Weltproduktion von Cd vergrößert sich jedes Jahr um etwa zehn Prozent (1911 ca. 80 t — 1970 ca.
17 000, t).
Gefahrenquellen
Bei der Allgemeinbevölkerung steht die perorale Cd-Aufnahme
im Vordergrund, während bei gewerblichen Intoxikationen die inhalative Schadstoffaufnahme häufiger ist. Tierische und pflanzliche Nahrungsmittel so- wie das Trinkwasser verdienen deshalb besondere Aufmerk- samkeit im Hinblick auf mögli- che Cd-Verunreinigungen. Die in Deutschland verzehrten vege- tarischen Nahrungsmittel ent- halten im allgemeinen eine etwa gleich hohe Konzentration an Cd wie die tierischen Nahrungs- mittel. Bestimmte Getreide- und Gemüsesorten reichern Cd aus dem Boden und der Umge- bungsluft an. Dieser Kumula- tionsprozeß ist u. a. abhängig von dem pll des Bodens und dem Metabolismus der Organis-
men. Fleischprodukte enthalten in der Regel unter 0,05 ppm Cd.
Untersuchungen über die Cd- Konzentrationen in Schlachttie- ren zeigten bei einer in der Um- gebung bestehenden Cd-Emis- sion, eine Abhängigkeit der fest- gestellten Cd-Gehalte vom Standort und Alter des Schlachtviehs, sowie vom Kon- taminationsgrad der Futtermit- tel. Leber und Niere sind Orga- ne mit einem relativ hohen Cd- Gehalt. Einige Spezies, z. B. Au- stern, können Cd in erhebli- chem Umfange anreichern.
Der Gehalt der Nahrungsmittel an Cd wird zusätzlich von der Art und Weise der Abpackung, Lagerung und Zubereitung der Lebensmittel beeinflußt. So kann Cd aus farbig glasiertem Keramikgeschirr, Emaille-, PVC- Behältern und aus verzinkten Gefäßen freigesetzt werden.
Kürzlich wurden bei Schulkin- dern in Schweden akute Vergif- tungssymptome beobachtet, weil sie Fruchtsaft mit 0,5 bis 16 ppm Cd getrunken hatten, der in einem Getränkeautomaten mit verzinkten Blechen in Berüh- rung gekommen war.
Die Cd-Konzentrationen des Leitungswassers sind unter- schiedlich und stark abhängig von geographischen und örtli- chen Verhältnissen. Die WHO empfiehlt für Trinkwasser einen Höchstwert von 10 ppb 2) Cd.
Die Konzentrationen von Cd in der Umgebungsluft zeigen im allgemeinen eine steigende Tendenz. Die Verunreinigung der Atmosphäre mit Cd erfolgt hauptsächlich durch die Hütten- industrie, bei der Verbrennung von fossilen Energieträgern und
*) Institut für Arbeits- und Sozial-Medi- zin und Poliklinik für Berufskrank- heiten der Universität Erlangen- Nürnberg
1) ppm: parts per million (1:10 6 , z. B.
1 mg/1 kg)
2) ppb: parts per billion (1:10 9 )
DEUTSCHES ÄRZTEBLATT Heft 16 vom 17. April 1975 1129
Atemluft 0,001 — 0,01 yg Cd/m 3
MAK-Wert für CdO: 0,1 mg/m 3
Trinkwasser lppb WHO/FAO:
max. 10ppb Cd
Nahrungsmittel tierische und pflanzliche:
meist (0,0 5 ppm Cd Umwelt
1-3 pg Cd/Tag
Urin Faeces
15 ug Cd/100 g Organismus
Vollblut
( 1 ,ugCd/100 ml
Leber
— 2 ppm Cd Niere
— 9 ppm Cd
Body-Burden 30 mg Cd
Zunahme:
— 2 Cd/Tag
Cd-Bilanz einer erwachsenen Normalperson
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Umweltgefährdung durch Cadmium
der Verbrennung von Plastikge- genständen.
Eine nicht zu unterschätzende Belastung des Organismus durch Cd erfolgt mit der Atem- luft durch das Zigarettenrau- chen. So führt der Konsum einer Schachtel Zigaretten zu der in- halativen Aufnahme von ca. 3,6 pig Cd.
Die Bedeutung des Cd in der Biosphäre und in bestimmten begrenzten Ökosystemen soll nur angedeutet werden. Die Problematik einiger, mitunter folgenschwerer Eingriffe in das natürliche Gefüge, zeigt sich bei der möglichen Kontamination unserer Böden durch Cd-halti- gen Superphosphatdünger (50 bis 170 ppm Cd), Abwasser- schlamm und Pestizide.
Der Gesamtgehalt an Cd im Rhein soll 120 bis 240 t betragen
haben (1971). Seine Cd-Konzen- tration (ca. 10 ppm Cd) wird in- des von vielen deutschen Flüs- sen zum Teil erheblich übertrof- fen. Dagegen enthält Meerwas- ser nur ca. 0,3 ppb Cd. Durch einen Vergleich wurde ermittelt, daß der Cd-Gehalt in der Ton- fraktion der Sedimente deut- scher Flüsse gegenüber dem natürlichen Vorkommen durch- schnittlich auf den 100fachen Wert angestiegen ist.
Metabolismus des Cd
Bei der in Deutschland üblichen Ernährungsweise werden täg- lich ca. 50 ag Cd dem Körper zugeführt. Im Verdauungstrakt werden etwa fünf Prozent resor- biert, abhängig von der Art der Beikost. Die inhalative Aufnah- me ist bei Nichtrauchern und beruflich nicht exponierten Per- sonen zu vernachlässigen. Im
Blut ist Cd teils in den Erythro- zyten, teils im Plasma gebun- den. Ein spezieller Cd-Metallo- thionein-Komplex spielt eine be- deutsame Rolle bei der Resorp- tion, dem Transport und der De- ponierung des Cd. Dieser Kom- plex wird nach der Glomerulafil- tration rückresorbiert und nahe den Tubuli contorti abgelagert.
Verhältnismäßig niedrig liegt die Cd-Konzentration im Blut mit etwa 1 !-ig Cd/100 ml. Eine Kumu- lation des Cd wurde in folgen- den Organen beobachtet: Niere, Leber, Pankreas, Speicheldrü- sen, Schilddrüse und Darm- schleimhaut. Es ist bemerkens- wert, daß durch Cd verursachte Organschäden oft nicht an den Orten hoher Cd-Konzentratio- nen auftreten.
Die Ausscheidung des Cd ist in ihrem Ausmaß abhängig von der Aufnahme, der Exposition und dem Gesamtgehalt des Körpers
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an Cd, sowie dem Lebensalter des Betroffenen. Sie erfolgt hauptsächlich über den Stuhl und mit dem Urin. Die Verweil- dauer des aufgenommenen Cd im menschlichen Organismus ist lang, die biologische Halb- wertzeit des Cd wurde beim Menschen auf ca. 30 Jahre be- rechnet. Die positive Cd-Bilanz und die beobachtete Kumulation führen dazu, daß der Gesamtge- halt an Cd im Körper eines 50jährigen Mitteleuropäers etwa 30 mg beträgt. Hiervon entfallen etwa 30 Prozent auf die Nieren und 20 Prozent auf die Leber.
Bisher war man der Ansicht, daß der gesamte Cd-Bestand des Menschen im postnatalen Leben erworben wird. Kürzlich fand man jedoch Spuren von Cd in menschlichen Embryonen und Feten. Nach eigenen Un- tersuchungen enthält die Pla- zenta —60 !-kg Cd.
Pathophysiologie und klinische Symptome Die verschiedenen pathophysio- logischen Mechanismen der Ef- fekte des Cd auf den menschli- chen Organismus sind teilweise noch ungeklärt. Der Grundme- chanismus der Cd-Wirkung dürf- te in einer Hemmung von Enzy- men in verschiedenen Stoff- wechselsystemen bestehen. Cd gilt als starker Antagonist des essentiellen Zinks und scheint darüber hinaus auch direkt toxi- sche Eigenschaften zu besitzen.
Niere
Bei der Cd-Nephropathie han- delt es sich um eine Störung der tubulären Reabsorption ähn- lich dem FANCONI-Syndrom (Protein-, Glucos-, Enzym-, Ami- noacidurie, vermehrte Ca++- und PO4 3--Ausscheidung). Die Konzentrations- und Säuerungs- fähigkeit sind herabgesetzt. Se- kundär kann eine Osteomalazie auftreten.
Leber
Leichtere Störungen der Leber- funktion wurden beschrieben, insbesondere des Kohlenhydrat- stoffwechsels.
Blut
Eine hypochrome, mikrozytäre Anämie gehört zu den klassi- schen Symptomen einer Cd-ln- toxikation. Die Protoporphyrin- Synthese ist herabgesetzt, der Erythrozytenabbau vermehrt, der Serum-Eisenspiegel ernied- rigt, eine Störung der Eisenre- sorption und -utilisation wahr- scheinlich. Im Elektrophero- gramm sind die Albumine ver- mindert, die a2 und y-Globuline vermehrt.
Magen-Darm-Trakt
Nach einer akuten peroralen In- toxikation treten Erbrechen und Diarrhöen bei bestehender Gastroenterokolitis relativ früh- zeitig auf. Chronische Gastritis, Enteropathie und Malabsorption in Folge herabgesetzter Pankre- asfunktion und Atrophie der Dünndarmschleimhaut gehören zu den typischen Symptomen der Itai-Itai-Erkrankung.
Atemorgane
Entzündungen, Atrophie und UI- cerationen im Bereich der obe- ren Luftwege, Tracheitis, Bron- chitis, Bronchopneumonie sowie Lungenemphysem sind bei gleichzeitig erhöhten Cd-Kon- zentrationen im Gewebe gefun- den worden. Derartige Befunde sind bei Rauchern gehäuft zu beobachten, ein kausaler Zu- sammenhang ist indes schwer nachzuweisen.
Sonstige Gesundheitsschäden In Tierexperimenten wurden Fertilitätsstörungen nach Cd-In-
toxikation beobachtet. Terato- gene und embryotoxische Ei- genschaften des Cd ließen sich nachweisen. Im Tierversuch er- wies sich Cd als kanzerogen.
Eine hohe Prävalenz von Pro- statakarzinomen, Malignomen der Harn- und Atemwege bei beruflich Exponierten findet sich in der Literatur. Die in Tierver- suchen und einigen epidemiolo- gischen Studien festgestellte positive Korrelation zwischen erhöhten Cd-Konzentrationen im Gewebe und Hypertonie sowie kardiovaskulären Erkrankungen konnte bisher nicht allgemein akzeptiert werden.
Die genannten Funktionsstörun- gen und Organveränderungen treten nach Cd-Intoxikation auf.
Je nach Art der Vergiftung werden unterschiedliche Orga- ne betroffen: Akute inhalative Vergiftungen ziehen in erster Li- nie den Atemtrakt in Mitleiden- schaft, bei akuten oralen Intoxi- kationen stehen Krankheitser- scheinungen des Verdauungs- traktes im Vordergrund.
Nach chronischen inhalativen Cd-Belastungen beobachtete man bei den Exponierten Nie- ren- und Leberparenchymschä- den, Anämien, Erkrankungen der Luftwege. Eine typische Gelbfärbung der Zähne wurde beschrieben. Die Form der chronischen oralen Cd-Intoxika- tion liegt vor bei der seit 1955 bekannt gewordenen Itai-ltai-Er- krankung. Diese Krankheit be- fiel in der Kriegszeit und kurz danach über 200 Personen in dem japanischen Bezirk Toya- ma. Es handelte sich in den meisten Fällen um Mütter und ältere Frauen, die stark konta- minierte Nahrungsmittel zu sich nahmen. Die tägliche Aufnahme an Cd soll ca. 600 !kg betragen haben. Auf Grund der lokalen, zeitbedingten und individuellen Umstände wurde besonders viel Cd resorbiert. Nach Mitteilung
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des japanischen Gesundheitsmi- nisteriums war diese Erkran- kung durch eine chronische Cd- Intoxikation verursacht worden.
Hohe Cd-Konzentrationen im Gewebe der Patienten sind ge- sichert (z. B. Leber: bis 118 ppm). Bei dieser schweren Er- krankung mit irreversiblen Schäden bestanden Osteomala- zie, Anämie, Enteropathie, Nie- ren- und Leberschäden.
Therapie
Vor der Anwendung von Chelat- bildnern (BAL, EDTA) wird ge- warnt. Die Gabe von Vitamin D hat sich bewährt. Ein Versuch mit dem antagonistisch wirken- den Zink sollte unternommen werden.
Prävention
Präventive Maßnahmen sind in Anbetracht der überwiegend symptomatischen Therapie von besonderer Wichtigkeit. Im ge- werblichen Bereich können ein- zelne Emissionsquellen relativ schnell und wirkungsvoll besei- tigt werden. Die Gefährdung durch subtoxische Dosen über längere Zeiträume hinweg wird jedoch leicht unterschätzt.
Während leichtere akute Cd- Vergiftungen in relativ kurzer Zeit folgenlos abheilen können, bleiben bei chronischen Intoxi- kationen u. U. schwere irreversi- ble Gesundheitsstörungen zu- rück. Das Ausmaß der mögli- chen Gefährdung infolge Kumu- lation von Cd im Organismus läßt sich noch nicht genau ab- schätzen.
Zum Nachweis einer stattgehab- ten Exposition werden Vollblut, Urin und Stuhl auf Cd unter- sucht. Analysen am Arbeitsplatz bzw. Untersuchungen von Nah- rungsmitteln sind durchzufüh-
ren. Wie bereits erwähnt, sind viele Wirkungsmechanismen des Cd im Organismus noch un- geklärt. Bisher wurden haupt- sächlich Querschnittsuntersu- chungen durchgeführt, so daß über die — im Hinblick auf die sehr lange biologische Halb- wertzeit des Cd — besonders interessanten Langzeiteffekte nur wenig bekannt ist. In Anbe- tracht dieser Sachlage empfahl die Expertenkommission der WHO/FAO vorläufig nicht mehr als 0,4 bis 0,5 mg Cd/Woche oral aufzunehmen. Die Einhal- tung dieser vorgeschlagenen Toleranzgrenzen jedoch bereitet Schwierigkeiten in bestimmten Gebieten von Mitgliedsstaaten der UNO.
Wegen der extrem hohen Kumu- lation des Cd sollte die tägliche Zufuhr entsprechend niedrig ge- halten werden. Dies ist auch im Hinblick auf die bisher wenig er- forschte synergistische und an- tagonistische Wirkung von Be- gleitstoffen im Stoffwechsel des Cd anzuraten. Der aktuelle Kon- taminationsgrad eines Nah- rungsmittels ist auf Grund der Gesamtbelastung des Menschen zu bewerten. Bisher sah man sich deswegen oftmals gezwun- gen, die Grenzwerte der Unbe- denklichkeitsbereiche herabzu- setzen. Die gegenwärtige usuel- le Cd-Belastung sollte deshalb nicht weiter ansteigen.
Literatur bei den Verfassern
Anschrift der Verfasser:
Prof. Dr. H. Valentin Dr. J. Thürauf
Chem. Ing. K.-H. Schaller Institut für Arbeits- und Sozialmedizin und Poliklinik für Berufskrankheiten der Universität Erlangen—Nürnberg 8520 Erlangen
Schillerstraße 25/29
411111111.11111111•11111111111111
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Umweltgefährdung durch Cadmium IN KÜRZE
Therapie
Partielle Lipodystrophie, ein asym- metrischer Abbau des subkutanen Fettgewebes in Teilen von Gesicht und proximalen Körperabschnitten, konnte durch Siliconeinspritzungen unter die Haut vollständig und kos- metisch sehr befriedigend ausge- glichen werden. Vorher unternom- mene Versuche, das atropische Gewebe durch Homotransplantate zu ersetzen, waren fehlgeschla- gen, weil auch das verpflanzte Ge- webe dem pathologischen, ätiolo- gisch ungeklärten Abbauprozeß unterlag. Die Patienten erhielten ein bis zwei Milliliter Dimethicon- flüssigkeit von hoher Viskosität, die in Abständen von zwei bis drei Wo- chen subkutan unter fortwährender Bewegung der Injektionsnadel inji- ziert wurden; eine nachfolgende leichte Massage sollte eine gute Verteilung der „flüssigen Prothe- se" gewährleisten. Bei manchen Patienten war allerdings eine über fünfzehn Sitzungen verteilte, zwei- jährige Behandlung nötig. HH
(Rees, Th. et al.: JAMA 230 [1974], Nr. 6, S. 868-870)
Vaginale Untersuchungen an Schwangeren können zur Ausbrei- tung einer Zervix- oder Vaginain- fektion führen. An einer Frauenkli- nik wurden in zwei Fällen Frucht- wasser-Infektionen mit Mycoplas- ma hominis festgestellt, die bei ste- hender Fruchtblase nach einer rou- tinemäßigen vaginalen Untersu- chung am Termin auftraten. Zwi- schen Untersuchung und erstem Fieber vergingen sieben bzw. zehn Stunden. Im ersten Fall blieb die eingeleitete Behandlung mit Ce- phalotin unwirksam, im zweiten führte die adäquate Behandlung mit Lincomycin noch während der Geburt zur Entfieberung und zur Beseitigung der Mykoplasmen, My- coplasma hominis ist auch gegen Tetrazykline und Clindamycin emp- findlich, die weniger häufig an ge- burtshilflichen Infektionen beteilig- ten T-Mykoplasmen gegen Tetra- zykline und Erythromycin. he
(Decker, K., Hirsch, H. A.: Geburtsh.
u. Frauenheilk. 34 [1974] 269-271)
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