MAKALAH RADIOKIMIA “KEGUNAAN RADIOISOTOP DALAM BIDANG KEDOKTERAN DAN PERTANIAN”
OLEH: KELOMPOK 7 ANNA MAULINA (16064) ELVIA MAWARNI (
)
MARDHO TILLA (16071 ) NADIA VERONEKA (
)
DOSEN PEMBIMBING : YERIMADESI, S.Pd,M.Si
KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS NEGERI PADANG 2013
KEGUNAAN RADIOISOTOP DALAM BIDANG KEDOKTERAN DAN PERTANIAN
A. PENGERTIAN RADIOISOTOP Radioisotop (zat radioaktif) selalu memancarkan sinar (partikel) radioaktif (α, β,γ, . . .) secara spontan dan terus menerus sampai habis. Partikel yang dipancarkan itu mempunyai energy dan dapat dideteksi dengan detector (pencacah). Energinya dapat sebagai sumber energy dan partikel tersebut dapat dipakai sebagai penelusuri jejak (tracer) suatu proses. X
Y
+
Partikel
Punya energy
dapat dideteksi dengan detector
Sumber energy
sebagai pencari jejak (tracer)
Radioisotope sebagai tracer biasannya dicampur dengan isotop stabil dan kemudian dideteksi aktifitas peluruhannya. Jadi isotop
aktif (radioisotop) Stabil (tidak aktif)
Sifat-sifat partikel α, β,γ. a) Sinar alfa ( α ) Sinar alfa merupakan radiasi partikel yang bermuatan positif. Partikel sinar alfa sama dengan inti helium -4, bermuatan +2e dan bermassa 4 sma. Partikel alfa adalah partikel terberat yang dihasilkan oleh zat radioaktif. Karena memiliki massa yang besar, daya tembus sinar alfa paling lemah diantara diantara sinar-sinar radioaktif. b) Sinar beta ( ß ) Sinar beta merupakan radiasi partikel bermuatan negatif. Sinar beta merupakan berkas elektron yang berasal dari inti atom. Sinar beta paling energetik dapat menempuh sampai 300 cm dalam uadara kering dan dapat menembus kulit. Karena sangat kecil, partikel beta dianggap tidak bermassa sehingga dinyatakan dengan notasi
.
c) Sinar gamma (γ ) Sinar gamma adalah radiasi elektromagnetek berenergi tinggi, tidak bermuatan dan tidak bermassa. Sinar gamma dinyatakan dengan notasi
. Sinar
gamma mempunyai daya tembus. Radioisotop telah banyak digunakan dalam banyak bidang diantaranya bidang kedokteran dan pertanian.
B. BIDANG KEDOKTERAN dan KESEHATAN Bidang kesehatan dan kedokteran merupakan
bidang
terbesar
yang
menggunakan senyawa bertanda radioaktif. Hampir dari 80% dari penggunaan zat radioaktif terletak di bidang ini. Dengan isotop radioaktif telah dapat diselidiki dan dipelajari proses fisiologi, biokimia, patologi dan farmakologi berbagai macam obat. Penggunaan isotop radioaktif dalam kedokteran, sebetulnya telah dimulai semenjak tahun 1936 pada waktu John Lawrence et al. Menggunakan fosfor-32 untuk terapi. Walaupun dimulai untuk terapi, tetapi penggunaan radioisotop selanjutnya hampir 90% ditujukan untuk diagnosis, dan sebagian besar telah dalam bentuk senyawa bertanda. Cabang ilmu kedokteran yang memanfaatkan
gelombang elektromagnetik
pendek, seperti sinar x disebut radiologi. Radiologi dimanfaatkan untuk menunjang diagnosis penyakit. Dalam dunia kedokteran nuklir, prinsip radiologi dimanfaatkan dengan memakai isotop radio aktif yang disuntikkan ke dalam tubuh. Kemudian, isotop tersebut ditangkap oleh detektor di luar tubuh sehingga diperoleh gambaran yang menunjukan distribusinya di dalam tubuh. Sebagai contoh untuk mengetahui letak penyempitan pembuluh darah, digunakan radioisotop natrium. Kemudian jejak radioaktif
tersebut
dirunut
dengan
menggunakan
pencacah
Geiger.
Letak
penyempitan pembuluh darah ditunjukan dengan terhentinya aliran natrium. Selain digunakan untuk mendiagnosis penyakit, radioisotop juga digunakan untuk terapi radiasi. Terapi radiasi adalah cara pengobatan dengan memakai radiasi. Terapi seperti ini biasanya digunakan dalam pengobatan kanker. Pemberian terapi
dapat menyembuhkan, mengurangi gejala, atau mencegah penyebaran kanker, bergantung pada jenis dan stadium kanker. 1. Radiodiagnostik Radiodiagnostik adalah kegiatan penunjang diagnostik menggunakan perangkat radiasi sinar pengion (sinar x), untuk melihat fungsi tubuh secara anatomi. Ahli dalam bidang
ini
dikenal
sebagai
radiolog. Salah
satu
contoh
radiodiagnostik
adalah rontgen. Radiodiagnostik dilakukan sebelum melakukan radioterapi. Prinsip dasar digunakannya penunjang diagnostik di bidang radiologi adalah penggunaan pesawat radiologi sebagai sumber tertutup (Tungsten), dengan energi yang besar (kV) untuk menghasilkan sinar x (sinar pengion) yang mengenai tubuh pasien. Transmisi radiasi yang mengenai tubuh tersebut bergantung dari kepadatan organ yang dilalui, makin padat akan memberikan gambaran putih (opakue) hal ini juga dapat ditimbulkan dengan pemberian kontras bubur barium pada pemeriksaan traktus intestinal (saluran cerna), juga pada pemeriksaan traktus urinarius (saluran kemih). Sedangkan sebaliknya akan memberikan warna hitam (lusence). Penggunaan kontras ini harus menggunakan persyaratan yang cukup ketat karena sifat alergik yang mungkin timbul pada diri pasien, sehingga diperlukan uji alergi dan juga ada kontra indikasi tertentu yang dipersyaratankan pada diagnsotik menggunakan kontras. Hasil pencitraan dalam bentuk gambaran anatomi. Pesawat sinar x ini juga dapat dimanfaatkan untuk menentukan umur suatu fosil maupun mummi, juga digunakan di
bandara, industri dengan berbeda radiasi pengion yang dihasilkan. Hasil pencitraan pada saat ini mengikuti perkembangan teknologi sehingga dapat direkam dalam film, kertas printer maupun dalam bentuk CD maupun DVD. 2. Mekanisme kerja Radiodiagnostik I-131 digunakan sebagai terapi pengobatan untuk kondisi tiroid yang over aktif atau kita sebut hipertiroid. I-131 ini sendiri adalah suatu isotop yang terbuat dari iodin yang selalu memancarkan sinar radiasi. Jika I-131 ini dimasukkan kedalam tubuh dalam dosis yang kecil, maka I-131 ini akan masuk ke dalam pembuluh darah traktus gastrointestinalis. I-131 dan akan melewati kelenjar tiroid yang kemudian akan menghancurkan sel-sel glandula tersebut. Hal ini akan memperlambat aktifitas dari kelenjar tiroid dan dalam beberapa kasus dapat merubah kondisi tiroid. 3. Radioterapi Radioterapi adalah tindakan medis menggunakan radiasi pengion untuk mematikan sel kanker sebanyak mungkin, dengan kerusakan pada sel normal sekecil mungkin. Tindakan terapi ini menggunakan sumber radiasi tertutup pemancar radiasi gamma atau pesawat sinar-x dan berkas elektron. Baik sel-sel normal maupun sel-sel kanker bisa dipengaruhi oleh radiasi ini. Radiasi akan merusak sel-sel kanker sehingga proses multiplikasi ataupun pembelahan sel-sel kanker akan terhambat. Sekitar 50 – 60% penderita kanker memerlukan radioterapi. Tujuan radioterapi adalah untuk pengobatan secara radikal,
yaitu untuk mengurangi dan menghilangkan rasa sakit atau tidak nyaman akibat kanker, selain itu juga bertujuan untuk mengurangi resiko kekambuhan dari kanker. Dosis dari radiasi ditentukan dari ukuran, luasnya, tipe, dan stadium tumor bersamaan. Sumber radiasi terbuka yang umum digunakan antara lain I-125, Ra-226, yang dikemas dalam bentuk jarum, biji sebesar beras, atau kawat dan dapat diletakkan dalam rongga tubuh (intracavitary) seperti kanker serviks, kanker paru, dan kanker esopagus, dalam organ/jaringan (interstisial) seperti kanker prostat, kanker kepala dan leher, kanker payudara, atau dalam lumen (intraluminal). Kegunaan radioterapi adalah sebagai berikut: Mengobati : banyak kanker yang dapat disembuhkan dengan radioterapi, baik dengan atau tanpa dikombinasikan dengan pengobatan lain seperti pembedahan dan kemoterapi. Mengontrol :
Jika
tidak
memungkinkan
lagi
adanya
penyembuhan, radioterapi berguna untuk mengontrol pertumbuhan sel kanker dengan membuat sel kanker menjadi lebih kecil dan berhenti menyebar. Mengurangi gejala : Selain untuk mengontrol kanker, radioterapi dapat mengurangi gejala yang biasa timbul pada penderita kanker seperti rasa nyeri dan juga membuat hidup penderita lebih nyaman.
Membantu pengobatan lainnya : terutama post operasi dan kemoterapi yang sering disebut sebagai “adjuvant therapy” atau terapi tambahan dengan tujuan agar terapi bedah dan kemoterapi yang diberikan lebih efektif. 4. Mekanisme Kerja Radioterapi Bila jaringan terkena radiasi penyinaran, maka jaringan akan menyerap energi radiasi dan akan menimbulkan ionisasi atom-atom. Ionisasi tersebut dapat menimbulkan perubahan kimia dan biokimia yang pada akhirnya akan menimbulkan kerusakan biologik. Kerusakan sel yang terjadi dapat berupa kerusakan kromosom, mutasi, perlambatan pembelahan sel dan kehilangan kemampuan untuk berproduksi. Radiasi pengion adalah berkas pancaran energi atau partikel yang bila mengenai sebuah atom akan menyebabkan terpentalnya elektron keluar dari orbit elektron tersebut. Pancaran energi dapat berupa gelombang elektromagnetik, yang dapat berupa sinar gamma dan sinar X. Pancaran partikel dapat berupa pancaran elektron (sinar beta) atau pancaran partikel netron, alfa, proton. Dengan pemberian setiap terapi, maka akan semakin banyak sel-sel kanker yang mati dan tumor akan mengecil. Sel-sel yang mati akan hancur, dibawa oleh darah dan diekskresi keluar dari tubuh. Sebagian besar sel-sel sehat akan bisa pulih kembai dari pengaruh radiasi. Tetapi bagaimanapun juga, kerusakan yang terjadi pada sel-sel sehat merupakan penyebab terjadinya efek samping radiasi. 5. PET
PET merupakan salah satu hasil di garis depan pengembangan radioisotop untuk dunia kedokteran. PET adalah metode visualisasi fungsi tubuh menggunakan radioisotop pemancar positron.Oleh karena itu, citra (image) yang diperoleh adalah citra yang menggambarkan fungsi organ tubuh. Kelainan dan ketidaknormalan fungsi atau metabolisme di dalam tubuh dapat diketahui dengan metode pencitraan (imaging) ini. Hal ini berbeda dengan metode visualisasi tubuh yang lain, seperti MRI (magnetic resonance imaging) dan CT (computed tomography). MRI dan CT scans adalah visualisasi anatomi tubuh yang menggambarkan bentuk organ tubuh. Dengan kedua metode ini, yang terdeteksi adalah kelainan dan ketidaknormalan bentuk organ.
Berbagai kelainan metabolisme di dalam tubuh, termasuk di dalamnya adalah adanya metabolisme sel kanker, dapat diketahui dengan cepat melalui PET. Salah satu bentuk perbedaan sel kanker dengan sel normal di sekelingnya adalah pada bentuk metabolisme glukosa. Sel kanker mengonsumsi glukosa dalam jumlah yang
lebih besar dari sel di sekelilingnya.Secara umum, kecepatan pertumbuhan sel kanker yang mencerminkan tingkat keganasannya sebanding dengan tingkat konsumsi glukosa. Bentuk metabolisme glukosa di dalam tubuh ini dapat dideteksi menggunakan bahan radiofarmaka 18FDG (18 F-2-fluoro-2-deoxy-D-glucose). Keberadaan radioisotop fluor-18 yang ada di dalam senyawa tersebut dapat dideteksi dengan mudah dari luar tubuh melalui radiasi yang dipancarkannya.
Dengan meletakkan detektor radiasi di luar tubuh, image reconstruction terhadap sebaran fluor-18 di dalam tubuh dapat dilakukan dengan mengolah sinyalsinyal yang ditangkap oleh detektor detektor tersebut. Sebaran fluor-18 di dalam tubuh ini menunjukkan pola metabolisme glukosa di berbagai bagian tubuh.
Perangkat PET secara garis besar dibagi menjadi tiga bagian, yaitu bagian produksi fluor-18, bagian sintesa 18FDG, dan bagian kamera PET. Penggunaan PET
diawali dengan proses produksi radioisotop fluor-18. Radioisotop fluor-18 diproduksi dari isotop oksigen-18 menggunakan siklotron.
Partikel bermuatan berupa proton ditembakkan dari siklotron ke dalam inti oksigen-18 dan terbentuklah fluor-18 sambil melepaskan sebuah neutron. Oksigen di alam memiliki kandungan isotop oksigen-18 sebanyak 0,20 persen. Sisanya berupa isotop oksigen-16 dan oksigen-17 dengan kandungan masing-masing sebesar 99,76 persen dan 0,04 persen.
Karena kandungan oksigen-18 di alam sangat kecil, maka untuk keperluan ini diperlukan oksigen yang telah ditingkatkan kandungan isotop oksigen-18 di dalamnya. Peningkatan kandungan isotop oksigen-18 ini dapat dilakukan sampai lebih dari 90 persen. Pada proses produksi fluor-18 ini, oksigen-18 digunakan dalam bentuk air(H2O).
Radioisotop fluor-18 yang telah didapatkan digunakan untuk mensintesa 18FDG. Reaksi "menempelkan" fluor-18 ini dikenal dengan reaksi penandaan (labelling). Di beberapa negara yang telah menggunakan PET secara rutin seperti Jepang, Amerika Serikat, dan Korea, reaksi penandaan ini dilakukan menggunakan alat otomatis.
Pertimbangan utama penggunaan alat otomatis ini adalah mempercepat waktu proses. Hal ini dikarenakan fluor-18 memiliki waktu paruh, waktu yang diperlukan
untuk meluruh sehingga radioaktivitas tinggal separuhnya, yang pendek kurang dari 2 jam (110 menit). Jadi, reaksi penandaan ini berpacu dengan waktu. Jika proses ini terlalu lama, sebagian besar fluor-18 telah meluruh sehingga radioaktivitasnya akan berkurang jauh dari radioaktivitas awal.
Setelah 18FDG selesai disiapkan, radiofarmaka tersebut segera disuntikkan ke pasien. Jumlah yang disuntikkan antara 10 dan 20 milicurie, tergantung keperluan, kondisi kamera, dan sebagainya. Di University of Iowa, misalnya, secara rutin digunakan 18FDG sebanyak 10 milicurie untuk tiap pasien guna mendeteksi metabolisme sel kanker.
Sebaran fluor-18 di dalam tubuh dideteksi dengan memasukkan tubuh ke dalam rangkaian detektor elektronik berbentuk melingkar. Dari hasil pendeteksian ini dilakukan image reconstruction untuk mendapatkan gambaran sebaran fluor-18 di dalam tubuh. Perangkat kamera PET biasanya telah dilengkapi dengan program untuk keperluan ini sehingga hasil image reconstruction dapat diperoleh dengan mudah.
Kamera PET memiliki kejernihan citra yang lebih baik dibandingkan dengan kamera gamma yang secara umum digunakan pada kedokteran nuklir. Hal ini dikarenakan pendeteksiannya didasarkan pada coincidence detection. Ketika positron dilepaskan dari fluor-18, partikel ini akan segera bergabung dengan elektron dan terjadilah anihilasi.
Dari anihilasi ini dihasilkan radiasi gelombang elektromagnetik dengan energi sebesar 511 ke V dengan arah berlawanan (180 derajat). Adanya dua buah photon yang dilepaskan secara bersamaan ini memungkinkannya dilakukan coincidence detection. Pada coincidence detection ini, sinyal yang ditangkap oleh detektor akan diolah jika dua buah sinyal diperoleh secara bersamaan. Jika hanya satu buah sinyal yang ditangkap, sinyal tersebut dianggap sebagai pengotor. Oleh karena itu, hampir seluruh sinyal pengotor dapat dieliminasi dengan cara ini.
6. Manfaat dan Efek Samping Radioisotop dalam Bidang Kedokteran dan Kesehatan Banyak radioisotop yang digunakan dalam bidang kesehatan dan kedokteran dan masing-masing radioisotop tersebut memiliki manfaat yang berbeda, antara lain: .
I-131 Terapi penyembuhan kanker Tiroid, mendeteksi kerusakan pada kelenjar
gondok, hati dan otak. b.
Pu-238 energi listrik dari alat pacu jantung.
c.
Tc-99 & Ti-201 Mendeteksi kerusakan jantung.
d.
Na-24 Mendeteksi gangguan peredaran darah.
e.
Xe-133 Mendeteksi Penyakit paru-paru.
f.
P-32 Penyakit mata, tumor dan hati.
g.
Fe-59 Mempelajari pembentukan sel darah merah.
h.
Cr-51 Mendeteksi kerusakan limpa.
i.
Se-75 Mendeteksi kerusakan Pankreas.
j.
Tc-99 Mendeteksi kerusakan tulang dan paru-paru.
k.
Ga-67 Memeriksa kerusakan getah bening.
l.
C-14 Mendeteksi diabetes dan anemia.
m.
Co-60 Membunuh sel-sel kanker. Efek radiasi pada sistem, organ atau jaringan:
a.
Darah dan Sumsum Tulang Merah Darah putih merupakan komponen seluler darah yang tercepat mengalami
perubahan akibat radiasi. Efek pada jaringan ini berupa penurunan jumlah sel. KompOnen seluler darah yang lain ( butir pembeku dan darah merah ) menyusun setelah sel darah putih. Sumsum tulang merah yang mendapat dosis tidak terlalu tinggi masih dapat memproduksi sel-sel darah merah, sedang pada dosis yang cukup tinggi akan terjadi kerusakan permanen yang berakhir dengan kematian ( dosis lethal 3 – 5 sv). Akibat penekanan aktivitas sumsum tulang maka orang yang terkena radiasi akan menderita kecenderungan pendarahan dan infeksi, anemia dan kekurangan hemoglobinefek stokastik pada penyinaran sumsum tulang adalah leukemia dan kanker sel darah merah. b.
Saluran Pencernaan Makanan Kerusakan pada saluran pencernaan makanan memberikan gejala mual, muntah,
gangguan pencernaan dan penyerapan makanan serta diare. kemudian dapat timbul karena dehidrasi akibat muntah dan diare yang parah. Efek stokastik yang dapat timbul berupa kanker pada epithel saluran pencernaan. c.
Organ Reproduksi
Efek somatik non stokastok pada organ reproduksi adalah sterilitas, sedangkan efek genetik (pewarisan) terjadi karena mutasi gen atau kromosom pada sel kelamin. d.
Sistem Syaraf Sistem syaraf termasuk tahan radiasi. Kematian karena kerusakan sistem syaraf
terjadi pada dosis puluhan sievert. e.
Mata Lensa mata peka terhadap radiasi. Katarak merupakan efek somatik non
stokastik yang masa tenangnya lama (bisa bertahun-tahun). f.
Kulit Efek somatik non stokastik pada kulit bervariasi dengan besarnya dosis, mulai
dengan kemerahan sampai luka bakar dan kematian jaringan. efek somatik stokastik pada kulit adalah kanker kulit. g.
Tulang Bagian tulang yang peka terhadap radiasi adalah sumsum tulang dan selaput
dalam serta luar pada tulang. kerusakan pada tulang biasanya terjadi karena penimbunan stontium-90 atau radium-226 dalam tulang. Efek somatik stokastik berupa kanker pada sel epithel selaput tulang. h.
Kelenjar Gondok
Kelenjar gondok berfungsi mengatur metabolisme umum melalui hormon tiroxin yang dihasilkannya. Kelenjar ini relatif tahan terhadap penyinaran luar namun mudah rusak karena kontaminasi internal oleh yodium radioaktif. i.
Paru-paru Paru-paru pada umumnya menderita kerusakan akibat penyinaran dari gas, uap
atau partikel dalam bentuk aerosol yang bersifat radioaktif yang terhirup melalui pernafasan. C. BIDANG PERTANIAN Dalam bidang pertanian Radioisotop yang digunakan dalam : a. Pemupukan Pupuk fosfat yang berlabel (P-32) dapat dipakai untuk mengetahui tentang pemupukan : Tempat pemupukan, contohnya jarak yang terbaik dari batang Lama perjalanan pupuk dari saat pemupukan sampai diserap akar, dibatang, dan daun. Kapan pemupukan yang efektif, beberapa hari sebelum atau sesudah penanaman Jumlah pemupukan.
Dari penelitian ternyata, pemupukan fosfor baik diberikan pada tahap awal, karena terjadi kurang lebih 60% pengambilan pada awal, sedangkan pada akhir hanya kurang lebih 35%. b. Irridiasi bibit Bibit yang diradiasi dengan sinar x atau γ memberikan sifat positif, yaitu pertumbuhannya menjadi lebih baik. Radiasi dapatdiberikan dengan Co-60 berkekuatan 1-2 kCi. Jika berlebih dapat menimbulkan kematian. c. Mengontrol predator insekta (serangga) P-32 atau Co-60 (dalam CoCl2) dapat dipakai untuk meneliti migrasi dan pembiakan serangga. Larutan CoCl2 yang disuntikkan pada serangga dalam dosis tertentu, membuat serangga masih dapat hidup 6-8 bulan. Pengamatan dengan detector, ternyata serangga bergerak lebih kurang 1 km tiap hari dan sekitar 10 km dalam semusim. Lalat hijau dapat menularkan suatu virus tertentu pada tanaman. Untuk mengetahui penyebaran lalat itu digunakan P-32. Ternyata P-32 dapat bertahan dalam lalat hijau dan mencari cara mengatasinyayang efektif. Beberapa serangga setelah diberi radiasi γ menjadi steril sehingga populasinya berkurang.
DAFTAR PUSTAKA
Asmiatunchemistry. Unsur Radioaktif. http://blogspot.com diakses 29 april 2013 Riezty. 2009. Kegunaan Radioisotop. http://blogspot.com diakses 30 April 2013
