Cadmium

Définition

Le cadmium (symbole chimique Cd, numéro atomique 48) est un élément toxique. C’est en Allemagne, vers 1817, que le cadmium fut isolé par quatre chimistes, Strohmeyer, Hermann, Karsten et Meissner, opérant séparément. Il est associé au zinc ou au plomb. Il est reconnu pour ses effets délétères, notamment sur le rein, l’os et le système respiratoire. Il est classé comme cancérogène certain pour l’homme par le Centre International de Recherche sur le Cancer (CIRC).

Source

Le cadmium peut provenir de diverses sources naturelles et d’origine humaine. Les principales sources de cadmium sont les suivantes :

• Sources naturelles :
• Activité volcanique terrestre et sous-marine.
• Altération et érosion des sols causés par les aléas climatiques.
• Feux de forêts.
• Sources humaines :
• Production de batteries ;
• Industrie des plastiques, le cadmium pouvant être utilisé comme stabilisateur ;
• Industrie métallurgique et de galvanisation ;
• Industrie des pigments ;
• Combustion de combustibles fossiles (charbon, produits pétroliers) ;
• Incinérateurs d’ordures ménagères ;
• Boues d’épuration ;
• Déchets électroniques et industriels ;
• Engrais phosphatés.
• Tabagisme :
• La feuille de tabac est un bon capteur de cadmium, et les fumeurs inhalent cette substance lorsqu’ils fument. C’est une source importante d’exposition au cadmium, notamment chez les fumeurs réguliers.

Le cadmium est donc présent dans notre environnement (sols, eaux, air) et dans les aliments et eaux de boissons. Les concentrations environnementales sont généralement faibles en dehors des contaminations apportées par les activités humaines.

Le cadmium présent dans le sol, va être très facilement absorbé par les racines de plantes. La concentration en cadmium des végétaux va dépendre de la concentration du sol sur lesquels ils sont cultivés. Cette concentration est influencé par différents facteurs tels que l’acidité, le statut redox, la quantité de matières organiques, la composition du sol.

Le cadmium est présent dans les eaux et va être facilement accumulé dans les coquillages, les crustacés, et certains poissons.

Les aliments les plus riches en cadmium sont les abats (foie, rognons), les crustacés, les mollusques et les algues. Les légumes, les céréales (notamment le riz et le blé) et leurs produits dérivés (pains, pâtes, biscuits) ainsi que les pommes de terre sont moins riches en cadmium mais, du fait de la quantité consommée, sont les principales sources d’apport par l’alimentation.

L’eau de boisson peut être une source de cadmium

• via le relargage à partir des tuyaux ou réservoirs, notamment si l’eau est acide.

ou dans les régions polluées par les déchets industriels ou les pratiques agricoles.

Apport

L’OMS (Organisation Mondiale de la Santé) considère le cadmium comme un des éléments toxiques les plus préoccupants pour la santé publique avec l’arsenic, le mercure, le plomb.

De nombreuses populations sont exposées à des sources environnementales ou professionnelles. La surveillance de la qualité de l’air, de l’eau et des aliments est essentielle. Des concentrations seuils ont été proposées dont certaines figurent dans le Tableau I et la teneur des sols en cadmium a été évaluée dans différents pays européens (Figure 1).

Tableau I. Concentrations seuil proposées par l’Europe et l’OMS dans les aliments, dans l’eau et dans l’air.

Figure 1. Carte Européenne des concentrations des sols en cadmium en 2024 (Ballabio et al, 2024). Les cercles indiquent les zones dont la concentration est supérieure à 2,5 mg/kg, la taille du cercle étant proportionnelle à la concentration

Rôle – Mécanisme d’action

Bien que non encore totalement élucidée, la toxicité du cadmium fait intervenir de nombreux mécanismes interagissant ensemble.

• Régulation des gènes : le cadmium induit l’augmentation de l’expression des protéines de stress tels que métallothionéines et head shock protein 70, modifie certains facteurs de transcription et de translation, diminue la méthylation de l’ADN et modifie les histones. Le cadmium inhibe les processus de réparation de l’ADN. Ces modifications contribuent au développement et à la progression des tumeurs.
• Apoptose : le cadmium active les caspases et les protéines kinases, augmente les phosphatases et les protéines pro-apoptotiques et diminue les protéines anti-apoptotiques.
• Autophagie : le cadmium perturbe le processus normal d’autophagie.
• Stress oxydatif : le cadmium induit un stress oxydatif en favorisant la production de radicaux libres et d’espèces réactives de l’oxygène. C’est un des mécanismes expliquant la cancérogénicité du cadmium.
• Perturbation du métabolisme du calcium : le cadmium utilise les récepteurs et les canaux calciques. Il induit une augmentation de la concentration intracellulaire du calcium entrainant un stress oxydatif. Le cadmium va remplacer le calcium au niveau de plusieurs hormones et enzymes, entrainant une dérégulation du métabolisme phosphocalcique, incluant la vitamine D.
• Interaction avec d’autres éléments : le cadmium agit par compétition au niveau des protéines de transport membranaires des métaux entrainant une diminution de la captation cellulaire du fer et du zinc. Il peut remplacer le zinc, le cuivre ou le fer dans certaines protéines entrainant leur inactivation.
• Affinité pour les groupes thiols : Le cadmium a une forte affinité pour les groupes thiols (-SH) présents dans de nombreuses protéines et enzymes, le glutathion et la cystéine. En se liant à ces groupes, le cadmium peut perturber les fonctions cellulaires normales.
• Dysfonction mitochondriale
• Système immunitaire : Le cadmium peut altérer la réponse immunitaire cellulaire et humorale en agissant au niveau des lymphocytes B, T et NK et des macrophages. Le cadmium altère également la réponse inflammatoire en modifiant la production de cytokines.

Métabolisme

Absorption

Le cadmium peut pénétrer dans le corps humain par différentes voies :

• Ingestion de nourriture ou d’eau contaminée.
• Inhalation de poussières ou de fumées contenant du cadmium, notamment chez les fumeurs, les travailleurs exposés et les personnes vivant dans des zones contaminées.
• Percutanée : l’absorption par voie cutanée est négligeable.

L’absorption intestinale du cadmium est faible, de l’ordre de 5% et a lieu principalement au niveau du duodénum. Le cadmium entre en compétition avec le calcium, le fer et le zinc. L’entrée dans l’entérocyte fait appel soit à un processus actif impliquant des protéines de transport de cations, soit par endocytose. Le passage dans la circulation s’effectue grâce à un transporteur du zinc (ZnT1). De faibles concentrations de parathormone peuvent augmenter l’absorption du cadmium.

En cas d’inhalation, l’absorption est plus élevée, variant de 40 à 60% en fonction de la forme chimique et de la granulométrie des particules.

Transport

Au niveau sanguin, le cadmium est essentiellement érythrocytaire. Dans le plasma, il se lie à l’albumine et aux métallothionéines.

Utilisation – Stockage

Le cadmium a une affinité particulière pour les reins, le foie, les poumons et les os. Il s’accumule également dans les muscles, la peau, le cerveau. Le cadmium tissulaire est lié aux métallothionéines et au glutathion. La barrière hémato-encéphalique est très peu perméable au complexe cadmium-métallothionéines. La perméabilité du placenta est limitée : le rapport des concentrations entre le sang maternel et celui du fœtus, du cordon ou du nouveau-né est d’environ de 3/1.

Elimination

L’excrétion est faible et très lente. Elle s’effectue essentiellement par voie urinaire et très faiblement par voie fécale (< 1 %), par la sueur et la salive. L’excrétion lactée est très faible.

Lorsque la fonction rénale est normale, le cadmium qui est filtré au niveau du glomérule est presque entièrement réabsorbé par les cellules épithéliales du tubule proximal. Le cadmium excrété par les reins ne représente qu’une petite portion de la quantité totale de cadmium accumulée dans l’organisme.

Le cadmium est un toxique cumulatif. La demi-vie du cadmium dans l’organisme varie de 15 à 40 ans. Du fait de cette longue demi-vie, la charge corporelle augmente avec l’âge.

Carence

Sans objet

Toxicité

L’exposition chronique au cadmium, même à faible concentration, entraine une accumulation dans les reins, les os mais aussi le foie, les poumons, les testicules, la prostate, le cœur, le cerveau où il peut provoquer des effets toxiques à long terme (Figure 2). La prévention de l’exposition au cadmium, y compris la lutte anti-tabac, reste essentielle pour réduire les risques de toxicité et de maladies associées.

Le tableau typique de l’ingestion chronique au cadmium est la maladie « Itai Itai ». Maladie observée au Japon, principalement chez les femmes, suite à une contamination des eaux de boissons et du riz par des déchets miniers. Les symptômes sont des douleurs intenses, notamment au niveau de la colonne vertébrale et des articulations, de l’ostéoporose et une ostéomalacie généralisée, des fractures spontanées, et une atteinte tubulaire et glomérulaire rénale générant protéinurie et néphropathie.

• Reins: L’accumulation de cadmium au niveau rénal va endommager les cellules rénales tubulaires et glomérulaires entrainant une diminution de la filtration glomérulaire et de la réabsorption de divers nutriments, une protéinurie conduisant à une insuffisance rénale irréversible.
• Os: Le cadmium, en remplaçant le calcium au niveau de l’os, induit une déminéralisation osseuse, une ostéoporose et une ostéomalacie et augmente le risque de fractures multiples. Le cadmium diminue la forme active de la vitamine D en inhibant la 1 hydroxy-cholécalciférol hydroxylase.

• Poumons : Le cadmium peut provoquer des maladies pulmonaires chroniques telles que bronchite et rhinite chroniques, emphysème, bronchopathie obstructive chronique, détresse respiratoire, fibrose interstitielle, œdème pouvant conduire au décès.

• Foie: L’accumulation de cadmium peut entrainer une nécro-inflammation.

• Cœur : Le cadmium peut être associé à de l’hypertension, induire athérome et infarctus, provoquer des accidents vasculaires cérébraux en agissant au niveau de l’homocystéine.
• Cerveau : l’imprégnation en cadmium est responsable de troubles cognitifs. Il pourrait être l’une des causes de maladies neurodégénératives et être responsable d’œdème.
• Anémie provoquée par la diminution de l’absorption duodénale du fer
• Appareil génital : le cadmium est responsable d’infertilité, notamment masculine en entrainant des modifications morphologiques et fonctionnelle des testicules, perturbant la spermatogénèse et inhibant la synthèse de testostérone.
• Cancers : Une exposition prolongée au cadmium est associée à un risque accru de cancers. Le cancer bronchique provoqué par l’inhalation de poussières ou de fumées de cadmium est reconnu comme maladie professionnelle (Annexe II, tableau N° 61) (https://www.legifrance.gouv.fr/codes/article_lc/LEGIARTI000006746372)

La prise en charge thérapeutique repose d’une part sur la réduction de l’exposition, d’autre part sur la recherche et le traitement symptomatique des effets toxiques. En l’état actuel des connaissances, il n’est pas recommandé d’administrer un traitement chélateur aux personnes dont la charge corporelle de cadmium et en conséquence sa concentration urinaire sont élevées. Il est recommandé de rechercher des carences en fer, calcium et zinc, chez toutes les personnes dont la concentration urinaire de cadmium dépasse la valeur de référence pour leur tranche d’âge.

Supplementation

Sans objet

Marqueurs Biologiques

Pour évaluer et surveiller l’exposition individuelle au cadmium, la concentration urinaire de cadmium ajustée sur celle de la créatinine est l’indicateur biologique de référence : elle informe sur l’exposition cumulée au cadmium et est prédictive des risques d’effets sur la santé. La concentration de cadmium dans le sang total est un indicateur biologique d’une exposition récente.

Il est recommandé de retenir la concentration urinaire de cadmium de 1 µg/g créatinine, comme seuil à partir duquel des effets sanitaires de l’exposition répétée au cadmium sont possibles. La charge corporelle de cadmium augmente pendant au moins les 5 premières décennies de la vie, pour culminer entre 50 et 60 ans. Pour prévenir l’élévation de la concentration urinaire de cadmium à 1 µg/g créatinine à l’âge de 50 ans ou plus tard, il est recommandé que la concentration ne dépasse pas les seuils suivants :

• 0,3 µg/g créatinine, avant 21 ans ;
• 0,3 µg/g créatinine, entre 21 et 30 ans ;
• 0,5 µg/g créatinine, entre 31 et 40 ans ;
• 0,8 µg/g créatinine, entre 41 et 50 ans ;
• 1 µg/g créatinine, à partir de 51 ans.

Conclusion

Le cadmium est un toxique cumulatif qui joue un rôle dans la genèse de nombreuses maladies. Il est classé par l’OMS comme une des 10 principales substances générant des problèmes de santé publique. Une réduction de l’exposition est essentielle.

Pour en savoir plus

https://www.anses.fr/fr/content/cadmium-reduire-exposition

Badawi K, El Sharazly BM, Negm O, Khan R, Carter WG. Is Cadmium Genotoxicity Due to the Induction of Redox Stress and Inflammation? A Systematic Review. Antioxidants (Basel). 2024 Aug 1;13(8):932. doi: 10.3390/antiox13080932

Ballabio C, Jones A, Panagos P. Cadmium in topsoils of the European Union – An analysis based on LUCAS topsoil database. Sci Total Environ. 2024 Feb 20;912:168710. doi: 10.1016/j.scitotenv.2023.168710.

https://www.cancer-environnement.fr/fiches/expositions-environnementales/cadmium-et-ses-composes/

Davidova S, Milushev V, Satchanska G. The Mechanisms of Cadmium Toxicity in Living Organisms. Toxics. 2024 Nov 30;12(12):875. doi: 10.3390/toxics12120875

https://www.has-sante.fr/jcms/p_3367010/fr/depistage-prise-en-charge-et-suivi-des-personnes-potentiellement-surexposees-au-cadmium-du-fait-de-leur-lieu-de-residence HAS recommandation de bonne pratique 2024 « Dépistage, prise en charge et suivi des personnes potentiellement surexposées au cadmium du fait de leur lieu de résidence »

https://iris.who.int/bitstream/handle/10665/329480/WHO-CED-PHE-EPE-19.4.3-eng.pdf?sequence=1

Qu F, Zheng W. Cadmium Exposure: Mechanisms and Pathways of Toxicity and Implications for Human Health. Toxics. 2024 May 26;12(6):388. doi: 10.3390/toxics12060388.