Cadmium: der Weg im Körper · Biomarker & Laboranalyse

Diese Seite zeigt den biochemischen Weg der Substanz Cadmium: wie sie in den Körper gelangt, welche Stationen sie durchläuft und welche Schritte sie berührt. Jede Aussage hat eine Quelle. Die Seite beschreibt allgemeines Lehrbuchwissen und sagt nichts über einen einzelnen Menschen.

Kurz erklärt

Cadmium ist ein Schwermetall, das im Körper keine bekannte Aufgabe hat. Es gelangt über Transportwege für Eisen und Zink in die Zellen, wird an Metallothionein gebunden und vor allem in Leber und Niere gespeichert. Es verlässt den Körper nur sehr langsam.

11 Stationen · 7 Quellen

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Der Weg Schritt für Schritt

An jeder Station steht, was der Stoff dort tut. Drei Zeichen: ↑ liefert — baut auf oder stellt bereit · ↓ zehrt — hemmt, verbraucht oder entzieht · ↕ beides, je nach Menge. Dahinter steht, worauf die Aussage beruht: gesicherte Physiologie, in Studien beobachtet oder umstritten. Die Zeichen bewerten nicht; sie benennen die Richtung.

Cadmium in Nahrung → In die Darmzelle DMT1 · Eisen, Zink Cadmium-Ionen nutzen Transporter für Eisen, Zink und Mangan, vor allem DMT1 sowie die Zink-Transporter ZIP8 und ZIP14. Man nennt das Ionen-Mimikry. So konkurriert es mit Eisen und Zink. Quelle 1, 7, 6↑ liefert DMT1, ZIP8 und ZIP14 liefern Cadmium in die Darmzelle, weil es zweiwertigen Metallen wie Eisen und Zink ähnelt. gesicherte Physiologie Quelle 1, 7, 6
⚖ Wenn das Gleichgewicht kippt

zu viel — Ist viel Cadmium im Darm, konkurriert es an diesen Transportern mit Eisen und Zink.

zu wenig — Ist wenig Cadmium im Darm, befördern die Transporter fast nur ihre eigentlichen Metalle; ist Eisen knapp, werden sie vermehrt gebildet und nehmen auch Cadmium leichter auf.

in Studien beobachtet · Quelle 7, 4
In die Darmzelle → Cadmium im Blut Im Blut ist Cadmium zunächst an Albumin und andere Proteine gebunden. So erreicht es vor allem die Leber. Die Leber nimmt den größten Teil auf. Quelle 2↑ liefert Albumin und andere Bluteiweiße tragen Cadmium zuerst zur Leber, die den größten Teil aufnimmt. gesicherte Physiologie Quelle 2
⚖ Wenn das Gleichgewicht kippt

zu viel — Ist viel Cadmium im Blut, gelangt neben der Leber mehr davon auch in andere Gewebe.

zu wenig — Ist wenig Cadmium im Blut, nimmt die Leber es fast vollständig auf.

gesicherte Physiologie · Quelle 2
Cadmium im Blut → Leber · Metallothionein In der Leber bindet Cadmium an Metallothionein, ein kleines Protein mit vielen Cysteinen. Ein Teil des Komplexes gelangt wieder ins Blut. So wird freies Cadmium gebunden. Quelle 2, 3↓ zehrt Metallothionein entzieht dem Zellinneren freies Cadmium und hält es fest gebunden; ein Teil des Komplexes gelangt später wieder ins Blut und so zur Niere. gesicherte Physiologie Quelle 2, 3
⚖ Wenn das Gleichgewicht kippt

zu viel — Kommt mehr Cadmium an, als Metallothionein binden kann, bleibt freies Cadmium in der Leberzelle und bindet an andere Eiweiße; im Tiermodell bildet die Zelle dann mehr Metallothionein nach.

zu wenig — Ist wenig Metallothionein da, wird Cadmium in der Leber weniger fest gebunden und bleibt länger frei in der Zelle.

in Studien beobachtet · Quelle 3
Leber → Niere Megalin, Cubilin Der Cadmium-Metallothionein-Komplex wird in der Niere gefiltert und im ersten Abschnitt der Nierenkanälchen über die Rezeptoren Megalin und Cubilin wieder aufgenommen. So sammelt sich Cadmium in der Niere an. Quelle 2, 1↑ liefert Über Megalin und Cubilin holt die Niere den gefilterten Cadmium-Metallothionein-Komplex in die Zellen der Nierenkanälchen zurück; so sammelt sich Cadmium dort an, statt im Urin zu bleiben. gesicherte Physiologie Quelle 2, 1
⚖ Wenn das Gleichgewicht kippt

zu viel — Kommt viel Komplex in der Niere an, wird mehr davon in den Zellen der Nierenkanälchen abgebaut, und dort steigt die Menge an freiem Cadmium.

zu wenig — Kommt wenig Komplex an, gelangt wenig Cadmium in die Nierenzellen, und ihr Vorrat wächst kaum.

in Studien beobachtet · Quelle 2
Cadmium in der Zelle → Bindung an Thiolgruppen Freies Cadmium bindet an Schwefel-Wasserstoff-Gruppen (SH-Gruppen) von Proteinen. So verändert es Form und Arbeit dieser Proteine. Enzyme mit Schwefelgruppen werden dann gebremst. Quelle 5, 6↓ zehrt Freies Cadmium besetzt SH-Gruppen von Eiweißen; die Eiweiße ändern Form und Arbeit, und Enzyme mit Schwefelgruppen im aktiven Zentrum werden gebremst. in Studien beobachtet Quelle 5, 6
⚖ Wenn das Gleichgewicht kippt

zu viel — Ist viel Cadmium gebunden, sind mehr Enzyme gebremst; in Studien nehmen reaktive Sauerstoffverbindungen in der Zelle zu, obwohl Cadmium selbst sie nicht bildet.

zu wenig — Ist wenig Cadmium da, bleiben die SH-Gruppen der Eiweiße überwiegend frei für ihre Aufgaben.

in Studien beobachtet · Quelle 5
Bindung an Thiolgruppen → Zink-Bindestellen · Zink Cadmium ähnelt Zink und nimmt dessen Plätze in Enzymen und in Zink-Finger-Proteinen ein. Das dort gebundene Zink wird frei. Freies Zink regt die Bildung von Metallothionein an. Quelle 4, 6↓ zehrt Cadmium verdrängt Zink aus Enzymen und aus Zink-Finger-Proteinen, die beim Ablesen von Genen mitwirken; mit Cadmium arbeiten sie anders oder nicht mehr. in Studien beobachtet Quelle 4, 6
⚖ Wenn das Gleichgewicht kippt

zu viel — Verdrängt Cadmium viel Zink, wird mehr Zink in der Zelle frei; das freie Zink regt die Bildung von Metallothionein an.

zu wenig — Ist wenig Zink in der Zelle, sind mehr Bindestellen frei, und Cadmium findet leichter Platz; im Tiermodell wird bei knappem Zink mehr Cadmium aufgenommen und gespeichert.

in Studien beobachtet · Quelle 4
Zink-Bindestellen → Neues Metallothionein Zink und Cadmium regen die Zelle an, mehr Metallothionein zu bilden. Das neue Protein bindet freie Cadmium-Ionen fest. So bleibt Cadmium lange gebunden gespeichert. Quelle 3, 4↓ zehrt Neu gebildetes Metallothionein entzieht der Zelle freies Cadmium und bindet es fest; Zink und Cadmium regen seine Bildung selbst an. in Studien beobachtet Quelle 3, 4
⚖ Wenn das Gleichgewicht kippt

zu viel — Bildet die Zelle viel Metallothionein, wird freies Cadmium rasch gebunden und gespeichert; der Vorrat wächst dadurch, ohne dass freies Cadmium zunimmt.

zu wenig — Bildet die Zelle wenig Metallothionein, bleibt mehr Cadmium frei; Tiere ohne Metallothionein reagieren in Studien empfindlicher auf Cadmium.

in Studien beobachtet · Quelle 3, 4
Bindung an Thiolgruppen → Glutathion-Komplex · Glutathion Cadmium bindet auch an Glutathion (GSH), das wichtigste Thiol der Zelle. Das so gebundene Glutathion steht der Zelle für andere Aufgaben nicht zur Verfügung. In Studien werden Peroxide dann langsamer abgebaut. Quelle 5↓ zehrt Glutathion fängt Cadmium ab, wird dabei aber selbst gebunden; dieses Glutathion steht für den Abbau von Peroxiden und andere Aufgaben nicht mehr bereit. in Studien beobachtet Quelle 5
⚖ Wenn das Gleichgewicht kippt

zu viel — Bindet viel Cadmium an Glutathion, sinkt der freie Glutathion-Vorrat; in Studien bleiben Peroxide dann länger bestehen.

zu wenig — Ist wenig Glutathion da, kann es weniger Cadmium abfangen, und mehr davon bindet an Eiweiße.

in Studien beobachtet · Quelle 5
Glutathion-Komplex → Ausscheidung Cadmium bleibt lange in Niere und Leber gebunden. Es verlässt den Körper nur langsam, vor allem mit dem Urin. Der Vorrat bleibt über Jahrzehnte bestehen. Quelle 2↓ zehrt Über den Urin verlässt Cadmium den Körper nur in kleinen Mengen; deshalb bleibt der Vorrat in Niere und Leber über Jahrzehnte bestehen. gesicherte Physiologie Quelle 2
⚖ Wenn das Gleichgewicht kippt

zu viel — Ist viel Cadmium in der Niere gespeichert, steigt auch die Menge im Urin; sie folgt dem Vorrat über lange Zeit.

zu wenig — Ist wenig gespeichert, erscheint nur sehr wenig Cadmium im Urin.

gesicherte Physiologie · Quelle 2

Weitere Stationen

Cadmium in Nahrung — auch über die Atemluft Cadmium gelangt über Nahrung und Trinkwasser in den Darm und über eingeatmete Partikel in die Lunge. Aus der Lunge gelangt mehr ins Blut als aus dem Darm. Quelle 2, 1↑ liefert Nahrung, Trinkwasser und eingeatmete Partikel liefern Cadmium; aus der Lunge gelangt ein größerer Anteil ins Blut als aus dem Darm. gesicherte Physiologie Quelle 2, 1
⚖ Wenn das Gleichgewicht kippt

zu viel — Kommt mehr Cadmium an, sammelt es sich über Jahre in Leber und Niere, weil es den Körper nur sehr langsam verlässt.

zu wenig — Kommt wenig Cadmium an, wächst der Vorrat in Leber und Niere kaum; was dort schon gebunden ist, bleibt lange bestehen.

gesicherte Physiologie · Quelle 2
Cadmium in der Zelle — frei aus dem Lysosom Im Lysosom der Nierenzelle wird Metallothionein abgebaut. Dabei werden Cadmium-Ionen frei und gelangen ins Zellplasma. Neues Metallothionein bindet sie wieder. Quelle 2↓ zehrt Beim Abbau im Lysosom wird Cadmium frei; erst dieses freie Cadmium greift an Eiweißen der Zelle an, bis neues Metallothionein es wieder bindet. in Studien beobachtet Quelle 2
⚖ Wenn das Gleichgewicht kippt

zu viel — Wird mehr Cadmium frei, als die Zelle mit neuem Metallothionein binden kann, bleibt es frei und besetzt Schwefelgruppen und Zinkplätze.

zu wenig — Wird wenig Cadmium frei, bindet das vorhandene Metallothionein es rasch wieder.

in Studien beobachtet · Quelle 2, 3

Cofaktoren dieses Weges

Zink — Cadmium nimmt Zink-Bindestellen ein; Zink regt die Bildung von Metallothionein an; beide konkurrieren um Transporter Quelle 4, 3Im ORY-Katalog als Laborwert: Zink
Glutathion — Bindet Cadmium über seine SH-Gruppe in der Zelle und steht dann für anderes nicht bereit Quelle 5Im ORY-Katalog als Laborwert: Glutathion (GSH)
Eisen — Cadmium nutzt DMT1, den Aufnahmeweg für zweiwertiges Eisen; ist Eisen knapp, wird DMT1 vermehrt gebildet Quelle 7, 1Im ORY-Katalog als Laborwert: Eisen
Calcium — Cadmium kann Calcium-Kanäle als Eingang in die Zelle nutzen Quelle 1, 6Im ORY-Katalog als Laborwert: Calcium (intrazellulär)
Cystein — Liefert die SH-Gruppen, mit denen Metallothionein Cadmium bindet; so bleibt Cadmium fest gebunden Quelle 2, 3

Quellen

Thévenod F, Fels J et al. Channels, transporters and receptors for cadmium and cadmium complexes in eukaryotic cells: myths and facts. Biometals 2019 · PubMed 30701379
Sabolić I, Breljak D et al. Role of metallothionein in cadmium traffic and toxicity in kidneys and other mammalian organs. Biometals 2010 · PubMed 20549307
Klaassen CD, Liu J et al. Metallothionein protection of cadmium toxicity. Toxicol Appl Pharmacol 2009 · PubMed 19362100
Brzóska MM, Moniuszko-Jakoniuk J. Interactions between cadmium and zinc in the organism. Food Chem Toxicol 2001 · PubMed 11524135
Cuypers A, Plusquin M et al. Cadmium stress: an oxidative challenge. Biometals 2010 · PubMed 20361350
Bridges CC, Zalups RK. Molecular and ionic mimicry and the transport of toxic metals. Toxicol Appl Pharmacol 2005 · PubMed 15845419
Shawki A, Knight PB et al. H(+)-coupled divalent metal-ion transporter-1: functional properties, physiological roles and therapeutics. Curr Top Membr 2012 · PubMed 23177986