Kadmium Strimmagrupp 8, VT10

Transkript

1 Kadmium Strimmagrupp 8, VT10 Ahlenius. E, Arvedsson, A, Blomquist, U, Brock,M, Friström, N, Hansson-Baas, C, Hellman, E

2 Introduktion De tungmetaller som utgör den största hälsorisken för människor är bly (Pb), kadmium (Cd), kvicksilver (Hg) och arsenik (As). Dessa metaller har studerats och deras effekter på människor undersöks regelbundet av till exempel WHO. Även om metallernas hälsorisker har varit kända länge fortsätter användningen och exponeringen, den till och med ökar i vissa delar av världen. Kadmium används i dag främst i uppladdningsbara nickel-kadmium batterier. Kadmiumutsläppen har ökat under 1900-talet, främst på grund av att kadmiuminnehållande produkter ofta inte har återvunnits (1). Kadmium är ett av de mest toxiska ämnen som vi kan exponeras för i arbetet eller i miljön. Det är primärt toxiskt för njurarna men kan också orsaka demineralisering av benvävnad, antingen genom direkt benskada eller genom renal dysfunktion (1, 2). Inom industrin kan exponering för kadmium i luften skada lungfunktionen och öka risken för lungcancer. Nya studier visar att kronisk exponering för kadmium i lägre nivåer än tidigare beräknat kan påverka njurar och skelett (2). Många individer i Europa ligger över denna exponeringsnivå och för många grupper är marginalen mycket liten (1). Den vanligaste exponeringsvägen är genom föda och cigarettrökning. Kadmium är den enda metall som kan vara toxisk för människor och djur i koncentrationer som inte är generellt toxiska för växter (3). Frågan om kadmium är högaktuell eftersom exponeringen via mat kan komma att öka då miljöskatten på fosforgödsel tagits bort samtidigt som kadmiumskatten. Detta gäller enligt riksdagsbeslut från och med januari 2010 (4, 5). I dag sprids också omkring 20 % av avloppsslam i Sverige på åkermark och den andelen avser man öka. Avloppsslammet innehåller 30 mg kadmium/kg fosfor, vilket kan jämföras med ett bra mineralgödningsmedel som innehåller 5 mg kadmium/kg fosfor. Med tanke på att kadmiums skadliga effekter upptäcks vid allt lägre nivåer är befolkningens kadmiumexponering en viktig fråga (5). Förekomst Berggrunden är generellt ganska fattig på kadmium. Koncentrationerna tenderar att vara högst i skiffer, oceaniska- och lakustrinsediment (från sjöar) och fosforit och det finns en relation till zinkkoncentrationen i bergrunden. Omkring 90 % av kadmium i ytmiljön kommer från mänsklig aktivitet så som fosfatrika gödningsmedel (vilket är den vanligaste källan), avloppsslam, avfall från metallarbeten, gruvdrift, cementarbeten samt förbränning av fossila bränslen. Globalt är smältning av icke järnhaltiga malmfyndigheter förmodligen den största mänskligt orsakade källan till kadmiumfrisättning till vattenmiljön. I Europa har de flesta kadmiumberikade områdena en historia med intensiv agrikulturell användning av fosfatrika gödningsmedel. Andra berikade områden reflekterar främst historisk brytning av zink-bly (6). Naturliga källor till kadmium i atmosfären är vulkanaktivitet, skogsbränder och transport av partiklar med vinden (7). Exponering Den vanligaste vägen för mänsklig exponeringen är maten, främst i cerealier, grönsaker och potatis, men kadmium finns även i kött och mejeriprodukter. I Sverige utgör exponeringen via vatten och luft endast några få procent. Åkermark förorenas av kadmium främst via gödsel och luftföroreningar och kadmium tas upp av grödorna. Olika mycket kadmium tas upp av växterna beroende på växtslag, markförhållande och hur mycket kadmium det finns i marken. Kvinnor tar ofta upp mer kadmium ur födan på grund av järnbrist. Vid järnbrist uppregleras divalent metall transportör 1 (DMT-1) som kadmium har mycket hög affinitet för, vilket ökar upptaget (8, 9). Normal kadmiumabsorption är cirka 1

3 5 % i mag-tarmkanalen men ökar vid järnbrist (10). Den dagliga utsöndringen av kadmium är bara en liten del av den totala kroppsbördan, 0,009 % i urin och 0,007 % i feces (11). Innan man uppmärksammade riskerna med miljöexponering för större populationer visste man att kadmium var en yrkesrelaterad hälsofara (9). Arbetare i industrin som handskas med kadmium till exempel vid svettsning och lödning är i större risk att exponeras för större mängder kadmium på kort tid (12). Tobak innehåller mycket kadmium vilket medför att rökare exponeras för mer kadmium än ickerökare. Rökare har 4-5 gånger högre halt kadmium i blodet och 1,5-3 gånger mer kadmium i njurbarken än icke-rökare. Upptaget av inhalerat kadmium uppgår till 50 % (9, 10). Halterna av kadmium i Sveriges befolkning och svenska livsmedel verkar ligga konstant (8). En stor del av befolkningen beräknas ha så höga halter av kadmium att njurskador kan uppstå (9). European Food Safety Authority (EFSA) har satt ett gränsvärde på 2,5 μg/kg kroppsvikt och vecka som den högsta halt som man kan exponeras för över lång tid utan att få negativa hälsoeffekter. Socialstyrelsen uppger högsta tolerabla intag till 7 μg/kg kroppsvikt och vecka och att medelvärdet för intag är 1,5 μg/kg kroppsvikt och vecka. Vete, ris och bladgrönsaker innehåller 0,2 mg kadmium per kilo (8). Mätning Människa Kadmium i människan mäts lättast i urinen eller i blodet. Mätningar i urinen anses svara mot hela kroppens kadmiumbelastning och är proportionellt mot mängden kadmium i njuren. Kadmiums halveringstid i njuren är mellan 10 och 30 år. Allt eftersom kadmium skadar njuren kommer mindre kadmium att reabsorberas ihop med metallothionein vilket gör att kadmiumnivåerna minskar både i njuren och i urinen (9). Kadmium i blod är en markör för exponering som skett nyligen eftersom kadmiums halveringstid i blod är 3 till 4 månader. Dock finns det även en långsammare komponent i blodkadmium som har en halveringstid på 10 år som mer svarar mot den ackumulering som skett i kroppen (9). Arbetsplatser Arbete med kadmium regleras av föreskrifterna Hygieniska gränsvärden och åtgärder mot luftföroreningar samt Medicinska kontroller i arbetslivet från arbetsmijöverket. Hygieniska gränsvärden för kadmium i totaldamm är 0,02 mg/m 3 och i respiribelt damm 0,005 mg/m 3. För den som arbetar med kadmium måste en läkarkontroll ske var tredje år med avseende på bland annat njurfunktion och kadmiumbörda. Var sjätte månad skall en mätning av B-Cd ske. Om halten kadmium i blodet överstiger 50 nmol/l skall orsaken utredas och åtgärder vidtas. 75 nmol/l blod är den gräns när man inte längre får exponeras för kadmium, när halten är under 50 nmol/l kan man återgå till arbete med kadmium (12, 13). Toxicitet Kadmium påverkar genomets stabilitet indirekt genom att inducera reaktiva syreradikaler i cellen, inhibera flera DNA-lagningssystem och förbruka cellens antioxidanter, till exempel glutation (GSH) (14). Det är jonen Cd 2+ som anses ansvarig för kadmiums toxiska effekter (7). Kadmiums dominerande effekt är att påverka strukturen och funktionen hos viktiga proteiner. Intracellulär signalering och apoptotiska signalvägar är klart skadade efter kadmiumexponering (14). Kadmiums nettoeffekt i cellen är att hämma vissa processer och förstärka andra. Vissa processer kan vara svåra att generalisera då både hämning och förstärkning kan ske beroende på dos och när observationen sker. Kadmium påverkar koncentrationen av flera second messengers (till exempel den 2

4 intracellulära Ca 2+ -koncentrationen), modifierar aktiviteten hos flera proteinkinaser och transkriptionsfaktorer och påverkar därigenom genreglering och produktionen av flera proteiner (7). De flesta observationer som har gjorts kring kadmiums toxicitet är korttidsstudier, men i de långtidsstudier som finns har det observerats att celler anpassar sig till metallen. Det gör de bland annat genom att uppreglera antioxidativa proteiner som GSH och superoxid dismutas (SOD) och inducera syntesen av metallotionein (MT) (7). Cellulära effekter Kadmium har multipla effekter i cellen, det påverkar cellcykelprogression, proliferation, differentiering, DNA-replikation, DNA-lagning och apoptotiska signalvägar (14, 7). Effekten på DNA-syntesen och cellproliferationen är dosberoende. Vid koncentrationer över 1 μm verkar kadmium hämmande, men i lägre koncentrationer har det en förstärkande effekt. Många gener involverade i cellcykelregleringen överuttrycks och många proteiner uppregleras efter exponering för kadmium (14). Kadmium kan påverka proteiner som innehåller en zinkfingerstruktur. Metallen kan ersätta zink i zinkfingerstrukturer, vilket kan förklara varför tillskott av zink, under eller efter, kadmiumförgiftning kan tillbakavända effekterna av förgiftningen. Liksom vissa andra tungmetaller har kadmium en hög affinitet till tiolgrupper som finns i cystein och kan därmed binda in till olika proteiner (14). Metallotionein (MT) Förståelsen för de biologiska effekterna av kadmiumexponering ökade när det metallbindande proteinet MTs roll i medieringen av kadmiums toxicitet uppdagades (C2 15). MT innehåller omkring 30 % cystein, som är känt för sin förmåga att kelera fritt kadmium (14). MT binder in kadmium med hög affinitet vilket resulterar i en minskad mängd fritt kadmium som kan utöva sina toxiska effekter (7). I cellen är det främst två biomolekyler som kan avgifta kadmium och det är MT och GSH (14). Gentranskriptionen av MT induceras av kadmium och oxidativ stress. Uppreglering av MT kan öka cellens resistens mot kadmium. Kadmium kan dock även påverka den transkriptionsfaktor som inducerar MT-uttrycket och därigenom störa eller minska uttrycker av MT (14). Minskat uttryck av MT har betraktats som en av de största underliggande orsakerna till vävnaders känslighet för kadmiums toxiska effekter. Utifrån experiment på gnagare har slutsatsen dragits att MTs skyddande effekter beror på kadmiumdistributionen, inducerbarheten hos MT-genen och nivåerna av MTproteinet i olika vävnader och arter (7). Heat-shock proteiner (HSPs) HSPs är chaperon-proteiner som kan induceras av hypertermi och flera miljöbetingade stressorer, inkluderat toxisk exponering för kadmium. Efter kadmiumexponering har överuttryck av flera gener som kodar för HSPs setts. HSPs har en dominerande roll i övervakningen av veckning och degradering av proteiner, dessutom kan vissa HSPs aktivera eller inhibera apoptossignalvägen (14). Mekanismen bakom kadmiumorsakad inducering av HSPs anses vara genereringen av denaturerade eller abnormala proteiner som uppkommer genom att kadmium reagerar med tiolgrupper eller ersätter zink i proteiner (7). Kadmiumexponering resulterar i induktion av gener för att hålla igång GSHs redoxcykel och snabbt och effektivt avgifta Cd 2+ och de reaktiva syreradikaler som bildas. Långvarig exponering eller exponering för toxiska doser kadmium kan vara för mycket för cellens lager av GSH och det relaterade försvarssystemet, vilket resulterar i toxicitet (7). 3

5 Oxidativ stress Kadmium är inte en redox-aktiv metall och är inte direkt genotoxisk utan tros generera reaktiva syreradikaler via en indirekt mekanism (7). Kadmium kan inducera flera olika reaktiva syreradikaler, inkluderat väteperoxid (H 2 O 2 ), superoxidjon (O 2 ) och hydroxidjon ( OH). Detta ger en principiell förklaring till metallens cellulära toxicitet. Mekanismerna som leder till denna oxidativa stress är dock fortfarande till stor del okända (14). En möjlig mekanism är att kadmium frisätter järn och koppar från intracellulära lagringsställen, vilket ökar koncentrationen av järn- och kopparjoner som genom Fentonreaktioner kan orsaka oxidativ stress (7). Reducerat glutation (GSH) och andra tiolinnehållande proteiner spelar en viktig roll i cellens försvar mot kadmiums toxiska och carcinogena effekter. GSH kan hindra Cd 2+ från att interagera med kritiska cellulära mål. GSHs redoxcykel skyddar också mot de reaktiva syreradikaler som genereras av kadmium (7). Den kadmiumorsakade oxidativa stressen orsakar förutom skador på DNA och oxidation av proteiner även peroxidering av lipider (14) och reaktiva syreradikaler kan även interagera med många redoxkänsliga molekyler och orsaka funktionella störningar och strukturella förändringar (7). Lipidperoxideringen kan leda till korslänkning och polymerisering av membranlipider vilket kan förändra membranets funktion. Nedbrytningsprodukter från lipidperoxideringen kan också reagera med DNA och proteiner. Induceringen av fria syreradikaler och lipidoxideringen kan leda till förändringar i membranfunktioner. Bland annat kan det leda till depolarisering, frisättning av kalcium från mitokondrier och uncoupling av elektrontransportkedjan. Dessutom kan caspas-3 aktiveras liksom fragmentering av DNA och apoptos (14). DNA-lagningssystem Kadmium verkar framförallt påverka genomets stabilitet indirekt genom att öka den oxidativa stressen i cellen, men det är också möjligt att kadmium kan hämma några av de DNA-lagningssystem som är involverade i lagningen av enkelsträngsbrott (14). Inhiberingen av DNA-lagningssystemen är en mekanism genom vilken kadmium ökar genomtoxiciteten hos andra agens och den kan bidra till kadmiums tumörinitiering (7). Mismatch repair (MMR) MMR är involverat i korrigeringen av replikationsmisstag, till exempel bas-substitution (A-G, T-C) och inläggs- eller deletionsfel. MMR medierar cellcykelarrest i G2, vilket kadmium kan hämma (14). Nucleotide excision repair (NER) NER-systemet spelar en viktig roll i borttagningen av helix-förvrängningar som blockerar transkription och replikation. Kadmium påverkar proteinet xeroderma pigmentosum A (XPA) som är involverat i igenkänningen av DNA-skador och rekryteringen av andra NER-proteiner till skadan. XPAs starkt minskade DNA-bindningsförmåga tros bero på att kadmium ersätter zink i zinkfingerstrukturen på proteinet (14). Base excision repair (BER) Systemet tillåter lagning av basskador och enkelsträngsbrott i DNA. Kadmium hämmar och modifierar vissa enzymer i BER-systemet (14). 4

6 Apoptos Kadmium inducerar celldöd men mekanismerna bakom denna effekt är ännu inte helt klarlagda (14) och ingen enhetlig bild har funnits vad gäller cellulära signalvägar vid kadmiuminducerad apoptos. Kadmiumadaptation kan även hämma apoptos, vilket tillåter ackumulering av mutationer och gynnar klonal expansion av preneoplastiska celler (7). Carcinogenes Kadmium är klassad som en human carcinogen av International Agency for Research on Cancer (7). Eftersom kadmium är en svag carcinogen så orsakar den bara direkta DNA-skador vid mycket höga koncentrationer, men både indirekt genererade mutationer vid låga kadmiumnivåer och spontana mutationer kan amplifieras av den minskade förmågan till DNA-lagning. Detta verkar vara en viktig mekanism bakom kadmiums förmåga att initiera malign transformation (7). Kadmium är en potent human carcinogen och arbetsmiljöexponering har associerats med cancer i lunga, prostata, pankreas och njurar. Epidemiologiska studier begränsas dock av att antalet individer som utsatts för långtidsexponering eller hög exponering är litet, att det inte finns mycket historisk information om exponering och att det finns confounding i form av samtidig exponering för andra carcinogena metaller och cigarettrökning i den exponerade populationen. Klassificeringen av kadmium som en human carcinogen stöds av stark bevisning från djurexperiment (7). Kadmium har visats ha östrogena effekter vilket lett till hypoteser om att kadmium ökar risken för både endometriecancer och bröstcancer. Det finns epidemiolgiska studier som styrker dessa hypoteser (9). Genreglering Dysreglering av genuttryck anses som en viktig faktor i multistegsmodellen för carcinogenes. Påverkan på immediate early response genes (IEGs), stressresponsgener (som MT-gener, HSP-gener och gener som kontrollerar GSH och relaterade proteiner), transkriptions- och translationsfaktorer och diverse andra gener impliceras i kadmiums carcinogenes. Flera mekanismer anses kunna ligga bakom den kadmiuminducerade dysregleringen av gener. Dessa inkluderar effekter på second messengers som reaktiva syreradikaler och intracellulärt Ca 2+, transkriptionsfaktorer, cellulära signaltransduktionskaskader som involverar kinaser och DNA-cytosin metylering (7). IEGs är proto-onkogener som genomgår tidig transkriptionell aktivering när vilande celler exponeras för mitogena substanser som kadmium. De kodar för transkriptionsfaktorer och spelar en viktig roll genom att påverka uttrycket av målgener inkluderat de som kontrollerar celltillväxt och celldelning. De överuttrycks ofta i tumörer. Vad gäller kadmiums toxicitet och carcinogenes är det främst generna c-fos, c-jun och c-myc som har studerats (7). Kadmiums potential att påverka aktiviteten hos flera transkriptionsfaktorer har demonstrerats in vitro. Proto-onkogenerna c-fos och c-jun kodar för proteiner som ingår i AP-1 elementet som fungerar som en transkriptionsfaktor som reglerar uttrycket av flera gener för kontroll celltillväxt och celldelning. Flera andra transkriptionsfaktorer aktiveras genom exponering för kadmium, till exempel nuclear factor κb (NF-κB) (7). E-cadherin E-cadherin är ett transmembranöst Ca 2+ -bindande glykoprotein som deltar i den Ca 2+ -beroende cellcell adhesionen. Den intracellulära delen fäster till cellens cytoskelett via molekyler kallade cateniner och den extracellulära delen innehåller den Ca 2+ -bindande regionen och molekylens adhesionsregion. Kadmium kan ersätta Ca 2+ i E-cadherin och störa dess funktion (7). 5

7 Störning av E-cadherinmedierad celladhesion triggar en β-cateninmedierad genaktivering som kan vara ett tidigt steg i en cancers initierings fas. Kadmium har funnits påverka E-cadherin och ändra dess konformation och orsakar epitelceller i kultur att separera från varandra. Denna störning i cell-cell adhesionen kan vara ett viktigt steg både i initieringen av cancer och i tumöravancemang (7). Hälsoeffekter Akuta Akut kadmiumförgiftning är direkt levertoxiskt (16). Symtomen är buksmärtor, illamående, yrsel och huvudvärk. I värsta fall kan en förgiftning leda till döden (6). Det som dödar vid kadmiumförgiftning är vätskeförlust, ödem och generell organsvikt (11). Inandning av kadmiumrök kan efter några timmar ge kemisk lunginflammation och lungödem (12). Njuren Vid långtidsexponering av låga halter kadmium i födan är det främst njuren som blir påverkad. Kronisk kadmiumförgiftning kännetecknas av nedsatt reabsorptionsförmåga i proximla tubuli vilket leder till proteinuri och glukosuri. Tidigt i förloppet kan det finnas proteiner med låg molekylärvikt så som β2-, ɑ1-mikroglobuliner och retinol bindande protein i urinen. Celldöd i tubuli kan även ge utslag på markörer för att celler lyserar, exempelvis N-acetyl glucosaminidase (NAG) (9, 16). Tidig påverkan på njuren kan ses vid så låga halter som 0,5-1 μg kadmium/g kreatinin i urinen och en stor del av den icke-rökande vuxna populationen kan räknas ha ett högre värde än detta (9, 11). Tubulär mikroproteinuri är ofta symtomfri i det tidiga skedet, men om exponeringen fortsätter i tillräckligt hög dos kommer den glomerulära filtrationshastigheten (GFR) och kreatinin clerance att sjunka och i värsta fall leda till end stage renal disease (ERSD). Ökad risk för ERSD har setts i kadmiumförorenade områden (3). I studier från kadmiumförorenade områden i Kina sågs en tydligt dos-responssamband mellan kadmium i urinen och markörer för njurskada, till exempel NAG (17). Metallotionein (MT) spelar en central roll för kadmiums nefrotoxicitet. Kadmium bundet till MT filtreras i glomeruli och reabsorberas och lagras sedan i proximala tubuli. MTs roll för kadmium metabolism är komplex eftersom den både skyddar genom att kelera kadmiumet men tyvärr också ökar halten kadmium i njurens celler. I möss har det visats att kadmium direkt hämmar Na/K-ATPas, både antalet och aktiviteten sjunker, vilket leder till försämrad reabsorption i proximala tubuli (18). Ben Kadmiums skadliga effekter tydliggjordes på ett otäckt sätt i Japan när en gruva under lång tid orsakade omfattande kadmiumförgiftning hos kvinnor efter menopaus. Symtomen var bland annat benbrott och förvridning av de långa benen, sjukdomen kom att kallas itai-itai, ungefär ont-ont sjukan. Det som orsakar symtomen är osteomalaci och osteoporos. Redan vid exponering för ganska låga halter (1 μg/g kreatinin) kadmium ser man ökad risk för osteoporos och frakturer (9). Skadan på benen orsakas dels av direkta mekanismer men även på grund av njurskador. Kadmiumets skador på njuren leder till hyperkalciuri som kan leda till osteoporos. Vidare leder kadmiumexponeringen till minskad aktivering av vitamin D i njuren vilket leder till minskat upptag och försämrad nybildning av ben. Studier på djur har visat att en av kadmiumets direkta effekter på ben är stimulering av osteoklaster. En annan mekanism som visats in vitro är att kadmium hindrar mineraliseringen av benen (19). Lungor 6

8 Lungorna är ett annat målorgan för kadmiumtoxicitet. Riskgrupperna utgörs av rökare och arbetare inom industrier som hanterar kadmium (11). Mekanismen bakom de skadliga effekterna är den oxidativa stressen och carcinogenesen som kadmium medför i cellen. Den kadmiuminducerade oxidativa stressen verkar negativt mot både astma och pulmonell fibros (15). Exponering för relativt höga doser kadmium via inhalation har rapporterats leda till milda obstruktiva syndrom, men förändringarna i lungfunktion var små i jämförelse med de orsakade av cigarettrökning. Under förbättrade arbetsförhållanden är förändringar i lungfunktion mer ovanliga än biologiska tecken på njurskada (2). Kadmium i miljötobaksrök har associerats med astma hos barn (15). Diabetes Det verkar finnas många mekanismer för hur kadmium förvärrar eller till och med orsakar diabetes. Kadmiumexponering leder till ökade glukosnivåer i blodet genom att påverka flera organ som är centrala i glukos metabolismen. En av de ledande teorierna är att kadmium ackumuleras i pankreas och skadar de insulinproducerande cellerna. På grund av att diabetes är nefrotoxiskt blir det även ytterligare njurskador (20). Det finns studier som visar att personer med diabetes som har antikroppar mot metallothionein får värre skador på proximala tubuli. Förmodligen på grund av att dessa individer får en högre andel fritt kadmium i njuren (21). Kadmium kan eventuellt vara skadligt för det kardiovaskulära systemet och det finns studier som visa på ett samband mellan mängden kadmium i urinen och hjärtinfarkt, men bara hos män (9). En trolig mekanism är att kadmium är toxiskt för endotelceller, vilket ger en sämre vaskulär reaktivitet. Nya data verkar peka på att kadmium ackumuleras i både ovarierna och i Sertoli celler, dock återstår mycket forskning för att reda ut om det har någon effekt på fertiliteten (15). 7

9 Epidemiologisk studie Kadmium Kadmiumorsakad njurskada hos vegetarianer Inledning Vi har valt att titta på njurskada eftersom att det brukar vara en av de första skador man kan se vid kadmiumorsakad sjuklighet. Tecken på njurskada kan mätas med urinprov vilket är relativt billigt och icke-invasivt. Hypotes Med anledning av att en vegetarisk kost innebär ökad exponering för kadmium jämfört med husmanskost har vi valt att undersöka huruvida det föreligger en ökad risk för vegetarianer att drabbas av kadmiumorsakad njurskada. Studietyp Vi har valt att göra en retrospektiv kohortstudie då kadmiumorsakad njurskada har en lång latensperiod och vår exponerade population, vegetarianer, är och har varit relativt ovanlig. Eftersom sjukdomen är ovanlig vill vi maximera antalet studiepersoner. Detta utesluter en prospektiv kohortstudie då vi bedömer att kostnaden skulle bli för hög. Eftersom diagnosticerad kadmiumorsakad njurskada är relativt ovanlig skulle man kunna tänka sig en fall-kontroll-studie. Då vår exponerade population är liten är detta inget alternativ då det skulle bli svårt att bland kända sjukdomsfall identifiera vår exponeringsgrupp. En randomiserad studie skulle vara svårt att motivera etiskt då man utsätter studiegruppen för en potentiell risk för njurskada. Exponerad studiegrupp Lika delar män och kvinnor boende i Stockholms län födda mellan åren som intagit vegetarisk kost i minst 20 år. Alla ska vara icke-rökare, men vi accepterar att man har rökt max ett paketår. Vegetarisk kost definieras som en kost som exkluderar animaliskt kött och fisk. Oexponerad jämförelsegrupp Lika delar män och kvinnor boende i Stockholms län och födda år Personerna ska vara icke-rökare enligt ovan nämnda kriterier samt inta en icke-vegetarisk kost det vill säga inkludera kött i dieten. Ett annat alternativ som övervägts är att jämföra med en grupp som också utsätts för motsvarande nivåer av kadmium för att se skillnader mellan olika typer av exponeringskällor. Exklusionskriterier Personer som arbetar eller någon gång har haft arbete som innebär kadmiumexponering eller risk för sådan exkluderas från både exponeringsgruppen samt kontrollgruppen. Studiebasen Exponeringspopulationen tas fram via ansökning om studiepersoner via tidningar och andra medier i Stockholms län. Referenspopulationen å andra sidan slumpas fram från folkbokföringsregister utifrån de inklusionskriterier som finns. Validitet Det kan i referenspopulationen finnas personer som inte kallar sig vegetarianer, men som har ätit en 8

10 till betydande del vegetarisk kost. Detta skulle kunna ge missvisande bild då även personer i referenspopulationen blivit exponerade. Detta försöker vi motverka genom att välja att slumpa fram en stor referensgrupp. Då blir sannolikheten att referensgruppen utgörs av ett påverkbart antal av dessa individer minimal. Felklassificiering Vi ska mäta kreatinin som ett mått för generell njurskada. Kadmiumorsakad njurskada ger främst upphov till proximal tubulär njurskada varför vi även mäter markörerna beta-2 microglobulin och albumin som är mer specifika för denna typ av njurskada. En möjlig källa till felklassificering är de mätmetoder som ska användas kan finnas en viss felmarginal som man bör ta hänsyn till. Vår undersökning förlitar sig på vår exponerade populations egen uppfattning och minne av tidigare kostvanor och tidpunkt för övergång till enbart vegetarisk kost. Detta kan innebära att personer i exponeringsgruppen inte intagit en vegetarisk kost fullt överensstämmande med vår definition. Effektmodifierare och confounders Det finns många potentiella effektmodifierare och av dessa kan följande nämnas: Ålder Kön Socioekonomiska faktorer Genetisk uppsättning Rökning Järnstatus Komorbiditet exempelvis diabetes mellitus Försökspersonernas ålder spelar in då njurfunktion avtar med åldern. Socioekonomisk klass har påverkan på generell sjuklighet. Man kan även tänka sig att genetisk predisposition påverkar risken för kadmiumrelaterad njurskada. Vidare är rökning en faktor som höjer kadmiumnivåerna i kroppen. En vegetarisk kost kan innebära en ökad risk för järnbrist då järninnehållet är lägre i denna kost än i hushållskost. Detta ses framför allt hos kvinnor som är mer känsliga för järnbrist. Järnbrist kan leda till ökat upptag av kadmium. Andra sjukdomar som drabbar njurarna eller på annat sätt kan påverka en kadmiumrelaterad njurskada kan påverka våra resultat. Beroende på huruvida dessa effektmodifierade är snedfördelade mellan grupperna eller inte avgör om de är att betrakta som confounders (22). Vi bedömer att rökning kan ha så stor effekt på kadmiumnivåer i kroppen att även en liten snedfördelning kan ge en stor effekt. Vi anser därför att rökning bör betraktas som en confounder och vi har utformat våra exklusionskriterier utefter detta.. En annan möjlig confounder är ökad risk för järnbrist för vegetarianer vilket skulle ge ökat kadmiumupptag och därmed påverka resultaten. Denna confounder är svårkontrollerad då det är svårt att veta patientens järnstatus de senaste 50 åren; vi anser inte heller oss kunna exkludera alla med järnbrist eftersom det som sagt är de senaste 50 åren som spelar in. För att helt utesluta detta hade en prospektiv studie krävts där försökspersonernas järnvärden monitoreras. 9

11 Bortfallsbedömning Man kan förvänta sig ett slumpmässigt bortfall från båda populationerna. De exponerade personer som är mycket sjuka kommer möjligen inte kunna/vilja delta i studien vilket skulle kunna ge ett selektionsbias. Utifrån erkänd biologisk kunskap bör det vara ovanligt med svår sjukdom till följd av en vegetarisk kost. Mätmetoder Kadmiumnivåer i urin mäts med hjälp av analys Z. Befintlig eller tidigare diagnosticerad njurskada enligt Q. Albuminuritest via sticktest A Kreatinintest enligt metod P Β 2 -mikroglobulin via test C Om hypotesen stämmer Minska kadmiumanvändandet i jordbruket sänka gränsvärden. Uppmana till hemmaodling utan konstgödsel Information om risk för järnbrist för vegetarianer järntabletter vid behov samt rekommendation av järnrik kost Screening av vegetarianer avseende njurskada Referenser 1. Järup L. Hazards of heavy metal contamination. British Medical Bulletin 2003;68: Bernard A. Cadmium & its adverse effects on human health. Indian J Med Res 2008;128: Peralta-Videa J R, Lopez M L, Narayan M, Saupe G, Gardea-Torresdey J. The biochemistry of environmental heavy metal uptake by plants: Implications for the food chain. The International Journal of Biochemistry & Cell Biology 2009;41: Dn.se [ ] 5. Läkartidningen [ ] 6. Pan J, Plant A J, Voulvoulis N, Oats C J, Ihlenfeld C. Cadmium levels in Europe: implications for human health. Environ Geochem Health 2010;32: Waisberg M, Joseph P, Hale B, Beyersmann D. Molecular and cellular mechanisms of cadmium carcinogenesis. Toxicology 2003;192: Berglund K. Miljöhälsorapporten 2009 kap. 14. Socialstyrelsen. 9. Järup L, Åkesson A. Current status of cadmium as an envionmental health problem. Toxicology and Applied Pharmacology 2009;238: Livsmedelsverket [ ] 11. Scientific Panel. Cadmium in food. Scientific opinion of the panel on contaminants in the food chain. The EFSA Journal. 2009; 980: Arbetsmiljöverket. Medicinska kontroller i arbetslivet. AFS 2005:6 10

12 13. Arbetsmiljöverket. Hygieniska gränsvärden och åtgärder mot luftföroreningar. AFS 2005: Bertin G, Averbeck D. Cadmium: cellular effects, modifications of biomolecules, modulation of DNA repair and genotoxic consequences (a review). Biochimie 2006;88: Fowler B A. Monitoring of human populations for early markers of cadmium toxicity: A review. Toxicology and Applied Pharmacology 2009;238: Madden, Fowler Mechanisms of nephrotoxicity from metal combinations: a review. Drug Chem Toxicol. 2000;23(1): Nordberg G, Jin T, Wu T, Lu J, Chen L, Lei L et al. Prevalence of kidney dysfunction in humans Relationship to cadmium dose, metallothionein, immunological and metabolic factors. Biochimie 2009;91: Gonick H.C. Nephrotoxicity of cadmium & lead. Indian J Med Res 2008;128: Kazantzis G. Cadmium, osteoporosis and calcium metablosim. BioMetals 2004;17: Edwards J, Prozialecka W, Cadmium, diabetes and chronic kidney disease 2009;238(3): Chen L, Lei L, Jin T, Nordberg M, Nordberg G. Plasma metallothionein antibody, urinary cadmium and renal dysnfuntion in a Chinease type 2 diabetic population. Diabetes Care 2006:29(12); Beaglehole R, Bonita R, Kjellström T. Grundläggande epidemiologi. Studentlitteratur, Lund