Введение. Кадмий – тяжелый металл, широко распространенный в окружающей среде и представляющий серьезную опасность для здоровья людей и животных. Сульфат кадмия (CdSO4), как одна из наиболее распространённых форм кадмия, относится к 1-му классу токсических веществ, широко используется в сельском хозяйстве, промышленности, что приводит к загрязнению почвы, воды и воздуха [1]. Вследствие высокой токсичности и способности к биоаккумуляции CdSO4 оказывает выраженное негативное воздействие на различные органы и системы организма. Хроническое действие CdSO4 связано с развитием тяжелых заболеваний, включая поражение почек, костей, легких, сердечно-сосудистой, нервной и репродуктивной систем [2].
Понимание принципа токсического действия CdSO4 и разработка методов защиты от его негативных последствий является актуальной проблемой и имеет важное значение для современной токсикологии и фармакологии. Данный обзор посвящен анализу современного состояния научных публикаций за 2020-2025гг. об изучении токсического воздействия и основных причин повреждения, вызываемых сульфатом кадмия, а также выявлению перспективных подходов к фармакологической коррекции его токсических эффектов.
Цель обзора – систематизация современных данных о токсическом влиянии и механизмах действия сульфата кадмия на организм человека.
Материалы и методы исследования. Данный обзор литературы выполнен в соответствии с общепринятыми принципами для анализа стандартных систематических обзоров (PRISMA). Сбор данных литературы осуществлялся в электронных базах Pubmed, Elibrary, РИНЦ, Cyberleninka, что позволило найти более 80 литературных источников и обработать 31 статью.
Результаты исследования и их обсуждение. CdSO4 – одно из распространенных соединений кадмия, которое попадает в окружающую среду в результате различных промышленных процессов, таких как производство аккумуляторов, гальванизация, производство пигментов, добыча и переработка руд цветных металлов [3]. Сульфат кадмия может проникнуть в организм человека через употребление пищевых продуктов, загрязненных CdSO4, особенно морепродуктов, зерновых культур, овощей и фруктов, выращенных на загрязненных почвах; путем вдыхания загрязненного воздуха, что особенно актуально на рабочих местах, где происходит производство и переработка кадмия; через питьевую воду, содержащую CdSO4, а также через кожу и волосы при контакте с загрязненными почвами или водой [4]. После поступления в организм CdSO4 абсорбируется и кумулирует в органах и тканях, особенно в почках, печени и костях, где может сохраняться в течение длительного времени (десятки лет).
Механизмы токсического действия сульфата кадмия
Токсическое действие CdSO4 обусловлено образованием различных соединений, приводящих к деструктивным изменениям клеточных структур и нарушению метаболических процессов. Механизмы токсического действия CdSO4 многообразны, затрагивают различные органы и системы организма. К основным токсическим эффектам можно отнести оксидативный стресс. CdSO4 индуцирует образование активных форм кислорода (АФК) и активных форм азота (АФА), что приводит к окислительному и нитрозативному повреждению клеточных компонентов. Кадмий при этом ингибирует активность антиоксидантных ферментов. Имеются сведения, что кадмий может снижать активность основных антиоксидантных ферментов, содержание α-токоферола и аскорбиновой кислоты, вызывая активацию перекисного окисления липидов, а также структурные изменения белков в результате связывания с сульфгидрильными группами [1; 4]. Исследования последних лет показали также влияние CdSO4 на глутатионовую систему в костной ткани и печени [5]. Следует отметить, что CdSO4 конкурирует с другими двухвалентными металлами за связывание с белками и ферментами, что может приводить к нарушению их нормальной функции [4]. Это обусловлено тем, что кадмий может заменять ионы металлов, такие как цинк, медь или кальций в активных центрах ферментов и белков. Этот процесс способствует ухудшению их каталитической активности и стабильности. В результате наступает дезорганизация метаболических процессов и происходит развитие токсического воздействия на клеточном уровне, поэтому в исследованиях 2020-2025гг. особый акцент уделяется воздействию CdSO4 на ионы металлов, а также влиянию на иммунную систему [6]. В связи со структурным сходством с цинком, кальцием и железом кадмий, конкурируя с ними за счет связей с белками и ферментами, нарушает не только их метаболизм, но и обмен этих важных микроэлементов, например недостаток цинка может приводить к иммунодефициту, нарушению репродуктивной функции и роста. Кадмий вызывает повреждение структуры митохондрии, органелл, ответственных за выработку энергии в клетке. Снижение энергии приводит к образованию АФК, активации не только апоптоза, но и некроза клеток при высокой его концентрации. CdSO4 может напрямую взаимодействовать с дезоксирибонуклеиновой кислотой (ДНК), следовательно, индуцированный кадмием окислительный стресс вызывает повреждение ДНК, образование сшивок и модификацию, что приводит к мутациям и развитию патологий. Исследования последних лет выявили токсическое действие CdSO4 на экспрессию генов, участвующих в репарации ДНК [7].
В период с 2020 по 2025 год активно изучалось влияние CdSO4 на митофагию - специализированный процесс удаления поврежденных митохондрий, который играет важную роль в сохранении клеточного гомеостаза и предотвращении окислительного стресса [8; 9]. Нарушение митофагии под воздействием кадмия может усиливать повреждение клеток и способствовать развитию различных заболеваний, включая нейродегенеративные и сердечно-сосудистые патологии. CdSO4 активирует провоспалительные сигнальные пути, что приводит к повышенной экспрессии провоспалительных цитокинов, усиливая воспалительный ответ и усугубляя клеточную дисфункцию. В совокупности эти процессы создают условия для прогрессирования патологий, связанных с хроническим воспалением и митохондриальной дисфункцией. В последнее время исследование роли микроРНК является важным направлением в регуляции воспалительных процессов, вызванных интоксикацией CdSO4 [10]. За период с 2020 по 2025год велись исследования, изучающие способность влияния CdSO4 на процесс деградации и восстановления поврежденных клеточных структур – аутофагию [11]. Установлен эффект влияния солей кадмия на этот процесс и показано, что кадмий может его стимулировать и подавлять, все зависит от структуры и типа клетки [12]. Также известно, что CdSO4 через апоптоз и некроз вызывает гибель клеток [13]. Тяжесть и характер токсического воздействия кадмия зависят от дозы, пути возникновения, продолжительности воздействия, возраста, пола и генетической предрасположенности человека и приводят к развитию серьезных побочных эффектов.
Органотоксические эффекты сульфата кадмия
CdSO4 оказывает токсическое воздействие на многие органы и системы организма. Почки являются основным органом-мишенью для кадмия. Накапливаясь в почках, кадмий вызывает повреждение почечных канальцев, приводя к протеинурии, глюкозурии и другим нарушениям функций почек [14]. Новые исследования выявили роль экзосом в развитии почечной патологии, индуцированной CdSO4 [15]. Установлено, что CdSO4 может негативно влиять на метаболизм костной ткани [16; 17]. Он способствует развитию остеомаляции и остеопороза, поскольку мешает нормальной функции остеобластов - клеток, ответственных за формирование костной ткани [1]. CdSO4 особенно влияет на обмен веществ в костях, подавляя их минерализацию и уменьшая плотность костной ткани. Данные, представленные в исследованиях с 2020 по 2025 год, показывают, что кадмий способен разрушать остеологическую структуру, снижать активность остеобластов и повышает риск переломов [18]. Под действием CdSO4 нарушается баланс минералов и усвоение витамина D, основной функцией которого является регуляция обмена кальция и фосфора, усугубляется развитие патологий костной системы, что способствует дальнейшему снижению прочности костей [19].
Существуют исследования, подтверждающие, что токсическое воздействие CdSO4 опасно для дыхательной системы [20]. Интоксикация может способствовать воспалению легочной ткани и бронхов. Долгосрочное воздействие токсиканта увеличивает риск развития рака легких. В последние годы особо подчеркивается роль экотоксикантов в развитии генетических модификаций, индуцированных тяжелыми металлами, в частности кадмием, в процессе развития и прогрессировании онкологии верхних дыхательных путей [21]. Эти модификации изменяют ДНК, способствует злокачественным трансформациям в клетках дыхательной системы, что приводит к развитию онкологических заболеваний при длительном воздействии CdSO4.
Другие токсические эффекты CdSO4 связаны с его способностью вызывать развитие артериальной гипертензии, атеросклероза и ишемической болезни сердца, поскольку кадмий обладает способностью вызывать эндотелиальную дисфункцию - нарушение нормального функционирования внутреннего слоя кровеносных сосудов [22]. Эндотелий играет основную роль в регуляции обменных, воспалительных процессов и тонуса сосудов. Токсическое воздействие кадмия на эндотелий вызывает снижение продукции защитных факторов, таких как оксид азота, что приводит к сужению сосудов, увеличению артериального давления. Установлено, что кадмий влияет на структуру сосудистой стенки, способствуя образованию атеросклеротических бляшек, повышая тем самым риск развития инфаркта миокарда. Важным моментом при хроническом воздействии CdSO4 являются также инициирование процессов воспаления и оксидативный стресс, что вызывает повреждение сосудов и приводит к развитию сердечно-сосудистых заболеваний [23].
Установлено, что токсическое воздействие CdSO4 оказывает влияние и на репродуктивную функцию, что приводит к нарушению синтеза стероидных гормонов, а также к прямому повреждению тканей репродуктивных органов [24]. У мужчин снижается уровень тестостерона, меняется качество спермы и процесс сперматогенеза, что в совокупности ведет к бесплодию. У женщин интоксикация кадмием способна вызывать нарушение овуляции, снижение фертильности, патологическое течение беременности. Исследования, проведённые в 2020-2025 гг., показали, что воздействие CdSO4 оказывает значительное влияние на гормональный фон, вызывая дисбаланс гормонов, необходимых для нормального репродуктивного процесса [24]. Также отмечается, что кадмий негативно влияет на развитие плода, вызывая внутриутробные патологии и задержки в развитии [25]. Механизмы токсического действия включают нарушения работы гипоталамо-гипофизарно-гонадной системы, окислительный стресс и повреждение клеточных тканей репродуктивных органов.
CdSO4 может оказывать нейротоксическое действие, нарушая нормальную функцию нервной системы. Кадмий способен проникать через гематоэнцефалический барьер и накапливаться в тканях мозга. Это вызывает повреждение нейронов, нарушение синаптической передачи и дисфункцию нейромедиаторных систем. В результате такие воздействия ведут к ухудшению когнитивных функций: памяти, внимания, способности к обучению и мышлению. В долгосрочной перспективе это способствует развитию нейродегенеративных заболеваний, таких как болезнь Альцгеймера и Паркинсона. Последние исследования за 2020-2025гг. показали, что у детей и взрослых, подвергшихся воздействию кадмия, отмечается более высокий риск развития этих болезней, а у детей кадмий способствует нарушению нормального развития мозга, что повышает вероятность возникновения когнитивных нарушений и неврологических заболеваний в будущем [26]. Механизмы нейротоксичности включают окислительный стресс, образование свободных радикалов, митохондриальные дисфункции и апоптоз нейронов.
В период с 2020 по 2025 год было проведено множество исследований, посвященных изучению воздействия CdSO4 на иммунную систему человека [6]. CdSO4 может оказывать как иммуносупрессивное, так и иммуностимулирующее действие, в зависимости от дозы, времени воздействия и типа клеток, на которые оно влияет. Установлено, что CdSO4 подавляет функцию Т-лимфоцитов и В-лимфоцитов и тем самым снижает выработку антител, ослабляет клеточный иммунитет, увеличивает риск инфекционных заболеваний и снижает эффективность вакцин [27]. CdSO4 также способен активировать макрофаги и нейтрофилы, что вызывает повышенную выработку провоспалительных цитокинов. Это приводит к хроническому воспалению, миграции иммунных клеток в тканях, усилению воспалительных процессов и способствует развитию аутоиммунных заболеваний. Кроме того, CdSO4 воздействует на функцию дендритных клеток, которые играют ключевую роль в активации Т-лимфоцитов, что дополнительно ухудшает иммунный ответ. Последние исследования показали, что накопление и воздействие кадмия связано с повышенной вероятностью развития аутоиммунных заболеваний, таких как ревматоидный артрит и системная красная волчанка, усиливая воспалительные процессы и деструктивные изменения в тканях [28].
Обнаружение молекулярных маркеров позволяет оценить степень токсического воздействия CdSO4 на организм, что является важным фактором для профилактики отравления кадмием. Ключевыми биомаркерами являются металлотионеины (МТ), уровень которых увеличивается при воздействии кадмия, однако они не являются специфическими исключительно для кадмия. Окислительный стресс, вызванный воздействием CdSO4, можно определить по повышению маркеров, таких как малоновый диальдегид (МДА), АФК и 8-оксогуанин, указывающих на повреждение клеток и тканей. В ответ на токсическое воздействие кадмием также увеличивается выработка большего количество воспалительных цитокинов (TNF-α, IL-1β и IL-6), свидетельствуя о воспалительном процессе [29]. Наиболее чувствительным маркером раннего воздействия может являться исследование микроРНК и содержимого экзосом, которое дает подтверждение клеточного стресса и повреждения, вызванных интоксикацией кадмием. Применение совокупности этих молекулярных маркеров является достоверным в своевременной диагностике отравления кадмием, что играет важную роль для профилактики и лечения.
Перспективы исследования механизмов токсического воздействия кадмия и разработок мер его профилактики
Разработка эффективных стратегий фармакологической коррекции является важным фактором для снижения токсичности CdSO4 и защиты от его негативных последствий. Наиболее перспективными подходами являются: во-первых, хелаторы – это вещества, связывающие ионы кадмия с образованием стабильных комплексов, которые затем выводятся из организма. Наиболее распространенными хелаторами являются этилендиаминтетрауксусная кислота (ЭДТА), димеркаптопропансульфонат (ДМПС) и димеркаптоянтарная кислота (ДМЯК). Во-вторых, антиоксиданты – это вещества, которые нейтрализуют АФК и защищают клетку от окислительного повреждения. Рассматриваются витамин С, витамин Е, селен, α-липоевая кислота, а также природные антиоксиданты. Исследования последних лет показали значительную эффективность различных антиоксидантов совместно с хелаторами. Доказано положительное влияние цинка, так как он является важным антагонистом кадмия, поскольку может конкурировать с кадмием за места в белках и ферментах, снижая его токсическую активность [30; 31]. Дополнительный прием препаратов цинка позволяет повысить его концентрацию в организме, что способствует уменьшению поглощения кадмия из окружающей среды и уменьшению его накопления в тканях. Эта корригирующая терапия имеет положительный эффект для снижения интоксикационного синдрома и с целью профилактики. Для снижения воспаления и защиты тканей органов от повреждений, вызванных кадмием, широко применяются нестероидные противовоспалительные препараты и кортикостероиды. В свою очередь, использование таких природных соединений, как куркумин, ресвератрол и кверцетин, показывает их мощные, антиоксидантные, противовоспалительные и хелатирующие свойства и способствует снижению токсичности кадмия. В период с 2020 по 2025 год проводились научные исследования, изучающие их потенциальную роль и эффективность в снижении токсических последствий кадмия в организме, что демонстрирует их перспективный потенциал в комплексной терапии и профилактике заболеваний при интоксикационном синдроме [32].
Не только цинк, но и другие микроэлементы могут играть существенную роль в защите от токсического воздействия CdSO4. Например, селен является составляющей частью важного антиоксидантного фермента – глутатионпероксидазы, и его применение может повысить антиоксидантную защиту, снизив при этом токсичность CdSO4. Супероксиддисмутаза также относится к группе антиоксидантных ферментов, основным компонентом которой является медь, однако высокие дозы этого металла могут оказаться токсичными, поэтому необходимо соблюдать осторожность при применении его препаратов. Для адекватного функционирования многих ферментов необходимо железо, но его высокое содержание может привести к образованию АФК. Поэтому необходимо контролировать баланс и уровень этих микроэлементов для уменьшения токсического эффекта кадмия.
Для снижения токсичности сульфата кадмия и предотвращения серьезных проблем со здоровьем необходима фармакологическая коррекция и разработка новых низкотоксичных хелаторов, способных связывать ионы металла и выводить его соединения из организма без побочных эффектов. Актуально также изучение роли микроРНК в токсичности CdSO4 и участие экзосом в передаче токсического сигнала, что обеспечит понимание принципа межклеточного взаимодействия и выявит новые пути предотвращения клеточных повреждений, снизив токсические эффекты. Разработка новых современных антиоксидантов, эффективно нейтрализующих АФК, индуцированных кадмием, позволит минимизировать окислительный стресс. Исследование эпигенетических модификаций под воздействием CdSO4 и разработка стратегий их восстановления поможет восстановить нормальные регуляторные процессы в клетках.
Профилактика токсических поражений CdSO4 требует комплексного подхода к предупредительным мероприятиям, включающим контроль за содержанием кадмия в окружающей среде путем мониторинга содержания кадмия в воздухе и воде и применения мер по уменьшению его содержания в окружающей среде; соблюдение правил техники безопасности на промышленных предприятиях, правил производства и переработки кадмия; использование средств индивидуальной защиты (респираторов, перчаток); ограничение потребления продуктов, загрязненных кадмием, особенно морепродуктов, выращенных в загрязненных регионах; проведение санитарно-просветительной работы среди населения по вредному воздействию кадмия на организм человека и мерам профилактики отравлений.
Заключение. Сульфат кадмия (CdSO4) представляет собой серьезную экологическую проблему, обусловливающую его широкое распространение в промышленности и высокую токсичность. Обзор литературных данных (2020-2025гг.) показал, что токсическое воздействие CdSO4 на организм протекает через сложные и многообразные механизмы, включая оксидативный стресс, нарушение баланса микроэлементов, повреждение ДНК, дисфункцию митохондрий, активацию воспалительных процессов и нарушение аутофагии. Токсическое воздействие CdSO4 на различные органы и системы, такие как почки, кости, легкие, сердечно-сосудистую, репродуктивную и нервную системы, свидетельствует о системном характере токсического воздействия CdSO4.
Разработка новых методологий фармакологической коррекции является важной составляющей для снижения и предотвращения негативных последствий экотоксиканта. Перспективным подходом к защите организма от интоксикации CdSO4 является использование новых хелаторов, противовоспалительных средств, современных антиоксидантов, а также препаратов цинка. При этом необходимо принимать во внимание возможные побочные эффекты новых стратегий и разрабатывать более эффективные и безопасные способы детоксикации. Перспективные направления изучения должны быть также направлены на поиск новых индикаторов патологических процессов для ранней диагностики и способа определения степени вреда. Важнейшим аспектом является также разработка и внедрение мер защиты, направленных на снижение загрязнения окружающей среды кадмием и защиту населения от его воздействия. Комплексный подход, сочетающий научные исследования, разработку новых терапевтических стратегий и внедрение мер профилактики, представляет собой метод снижения заболеваемости и смертности, связанный с воздействием сульфата кадмия.