TOKSIKOLOGI LINGKUNGAN
PENDAHULUAN • Interaksi manusia dan lingkungan • Bahan kimia baru dibuat • Kualitas lingkungan? • Meningkatkan Limbah dibuang kesejahteraan manusia?
Toksikologi lingkungan
• Pengaruh racun terhadap manusia: Kasus bom atom di Hiroshima dan Nagasaki, Minamata, dioksin, Pb, dll.
Toksikologi • Mempelajari tentang toksin (racun) serta efeknya terutama untuk mahluk hidup • Toksin merusak atau mematikan organisma karena racun bereaksi dengan komponen selular untuk mengganggu fungsi metabolisma
Toksikologi Lingkungan • Atau ekotoksikologi • Membahas tentang interaksi, transformasi, fate, dan efek dari senyawa kimia alamiah maupun sintetis di dalam biosfer termasuk organisma individual, populasi dan seluruh ekosistem
Toksikologi Lingkungan • Mencari substansi yang aman • Mencegah terjadinya efek yang tidak dikehendaki • Membuat kriteria dasar untuk standardisasi lingkungan • Memperbaiki cara pengobatan Menilai risiko dan memberikan saran atau rekomendasi untuk minimalisasi efek
Xenobiotik = Bahan asing bagi tubuh organisme Sumber
Alami: racun dari benda hidup (Clostridium botulinum, aflatoksin, tanaman beracun, hewan beracun) Buatan/abiotis: racun logam, organik
Xenobiotik
Lingkungan
Organisme
EKOKINETIKA IMISI PEMAPARAN EMISI
Efek Biologis
FARMAKOKINETIKA
Jenis-jenis xenobiotik Emisi: - Point
- Area - Mobile
Sumber: Cunningham, 2008
Ekokinetika Proses biotik abiotik (fisik, kimia, dan enzim) Transportasi: jarak pendek dan jarak jauh Efek regional atau lokal Tergantung: sumber, distribusi/ transportasi, dan transformasi Mudah ditransportasi (gas, partikulat, aerosol dan cairan), kelarutan Persistensi di lingkungan Reaktivitas (interaksi dengan komponen lain) toksisitas, degradabilitas, distribusi biokonsentrasi, bioakumulasi dan biomagnifikasi Sumber: Cunningham, 2008
Ekokinetika Solubilitas dan mobilitas: Merupaka hal penting – Larut dalam air: Senyawa akan lebih cepat tersebar luas dan lebih mudah masuk ke dalam sel – Larut dalam lemak/minyak: (umumnya senyawa organik) memerlukan pembawa untuk dapat menyebar di lingkungan dan ke luar - masuk tubuh. Dalam tubuh: mudah menembus ke dalam jaringan dan sel karena membran pembungkus sel tersusun oleh senyawa kimia yang serupa (larut dl lemak). Senyawa kimia akan terakumulasi dalam sel dan berada selam bertahun2.
Bioakumulasi - Biomagnifikasi
Sumber: Cunningham, 2008
• Bioakumulasi: Sel mempunyai kemampuan utk mengakumulasi nutrien dan mineral esensial, sel juga dapat mengabsorpsi dan menyimpan senyawa toksik • Biomagnifikasi: efek toksik yang meningkat pada rantai makanan
Persitensi • Senyawa yang mudah terurai: konsentrasi segera menurun pada saat masuk ke lingkungan • Senyawa persisten: Metal (Pb), plastik PVC, pestisida hidrokarbon terklorinasi, asbes
Persisten Organic Pollutans (POPs) Terakumulasi dalam rantai makanan dan mencapai nilai toksik •
PBDE (Polybrominated diphenyl ethers): penahan tekstil terbakar, plastik komputer 150 jt ton pertahun. Gangguan syaraf pada bayi lahir
•
Perfluorooctane sulfonate (PFOS) & Perfluorooctane Acid (PFOA) C8: Produk anti lengket, tahan air dan noda seperti Teflon, Gortex. Pada tikus: kerusakan liver, kanker dan sistem reproduksi
•
Phthalates: digunakan pada kosmetika, deodorant dan plastik (PVC) mainan anak. Hewan uji: kerusakan liver dan ginjal bahkan kanker.
•
Antrazine: Herbisida. Mengganggu sistem horoman endocrine aborsi spontan, berat lahir kurang, gangguan neurologis
Pemaparan
Sumber: Cunningham, 2008
Imisi • Lingkungan: air, udara, tanah, makanan, tempat kerja • Portal of entry: - inhalasi - oral - kulit Berapa yang masuk (intake dose) ?
Sumber: Cunningham, 2008
Farmakokinetika Portal of entry
•
Absorpsi
• Distribusi
• Metabolisme
Oral: mulut lambung usus halus usus besar Proses: enzimatik, netralisasi, absorpsi, reaksi dengan senyawa lain Inhalasi: nasofaring trakeo-bronkial alveoli Proses: transfer gas dan masuk ke peredaran darah Dermal: permukaan kulit Proses: barrier, reaksi dengan kulit, menembus kulit
Ekskresi
Dosis vs konsentrasi?
Efek • Akut: Dalam waktu singkat Akibat pajanan(exposure) konsentrasi tinggi
• Kronis: Dalam waktu lama Pajanan konsentrasi rendah dalam waktu panjang
Penyakit Non-Infeksi
8/23/2010
Dwina Roosmini
17
Efek pada manusia Efek pada organisme tergantung: -toleransi, -hipersensitivitas, -kumulasi Pada: sel, enzim, DNA, RNA, organ target (hati, sistem saraf, paru-paru, ginjal, kulit)
Efek berdasarkan gejala: - Fibrosis - Granuloma - Demam - Anfiksia - Alergi - Mutan, kanker, dan teratoma - Endocrine disrupture - Neurotoksik Keracunan sistemik
Mekanisme dalam menurunkan efek toksik • Konsep dasar toksikologi: setiap bahan akan bersifat toksik pada kondisi tertentu. • Senyawa kimia mempunyai batas aman efek yang ditimbulkan sangat kecil atau tdk terdeteksi secara signifikan – Contoh: Kopi Aspirin Bayam: 10 kg
Senyawa karsinogenik dalam kopi • Acetaldehyde • Benzaldehyde • Benzene • Benzofuran • Benzo[a]pyrene • Caffeic acid • Catechol • 1,2,5,6 Dibenzanthracene • Ethanol Toksik: 100 cangkir kopi LD kafein
• Ethylbenzene • Formaldehyde • Furan • Furfural • Hydrogen peroxide • Hydroquinone • Limonine • Styrene • Toluene • Xylene
Mekanisme dalam menurunkan efek toksik • Degradasi Metabolik dan Ekskresi
• Mekanisme perbaikan kerusakan
Degradasi metabolik dan ekskresi Sistem Ensimatik: Ensim (E mikrosomonal P450) menurunkan efek toksik Mamalia: terletak di hati
Ekskresi: Eliminasi dari tubuh melalui proses ekskresi Molekul volatil: CO2, HCN dan keton ekskresi melalui sistem pernafasan Garam dan senyawa lain berlebih keringat Senyawa/bahan terlarut fungsi ginjal urin
Akumulasi senyawa toksik: Kerusakan sistem vital: ginjal, lambung, usus
Metabolisme Xenobiotic Jalur metabolisma yang mengubah struktur kimia senyawa xenobiotic Reaksi kimia (biotransformasi): terjadi pada hampir seluruh mahluk hidup proses detoksifikasi
Terjadi dalam 3 fase
Metabolisme Xenobiotic • Fase I : modifikasi • Fase II: konyugasi • Fase III: modifikasi lanjutan dan ekskresi • Membran sel: pembatas permeabel hidrofobik mengendalikan lingkungan internal Senyawa polar tidak dapat menembus kecuali senyawa2 yang diperlukan transport protein
Metabolisme Xenobiotic-Fase I • Melibatkan berbagai ensim Cytochrome P-450 (CYP, P450, CYP450) – dependent mixed function oxidase system terjadi di mitokondria atau retikulum endoplasma
• Reaksi: – Oksidasi, – Reduksi – Hidrolisis
Reaksi yang dikatalisa: monooksigenase RH + O2 + 2H+ + 2e– → ROH + H2O
Reaksi monooksigenase • Oksidasi alifatik/aromatik alkohol • N-dealkilasi bila ada gugus R-N-CH3 R-NH + HCHO • O-dealkilasi bila ada gugus R-O-CH3 R-OH + HCHO • S-dealkilasi: paration parokson • Oksidatif deaminasi bila ada gugus R-N-CH3 R-NH + HCHO
Reaksi Oksidasi lain • Penyisipan gugus OH-fenolik ke dalam senyawa aromatik Benzene Fenol • Oksidasi menghasilkan Hidrogen Peroksida (H2O2) menyerang substrat luka kimia
Hidrolisis • Memecah molekul: ester alkohol dan asam • Ensim: – esterase dan amidase terdapat di luar sel (dalam plasma atau cairan ekstraseluler amidase dlm plasma < esterase) – Pseudokolinesterase – Glukosidase – Glukuronidase berperan thd karsinoma kandung kemih
Metabolisme lipofilik Fase I dan II Hasil konyugasi: •Polaritas tinggi
•Lebih terlarut dalam air •Lebih mudah dieliminasi (ekskresikan)
Sel Tumbuhan, Hewan dan Mikroorganisma
Ekskresi • Mengeluarkan metabolit • Organ ekskresi: – Ginjal – Paru-paru – Kelenjar keringat, air susu, ludah, empedu – Usus (logam) – Urogenital – Rambut, kuku logam (Hg ata As) Biological Effect Indicator
Mekanisme perbaikan • Perbaikan kerusakan pada individual sel sampai DNA atau protein pada tingkat molekular, jaringan dan organ.
• Jika suatu sel terpapar secara teratur oleh senyawa toksik mekanisme perbaikan. • Kulit, lapisan epitel saluran pencernaan, pembuluh darah, paru2: laju reproduksi selular tinggi utk mengganti sel rusak pertumbuhan tdk terkendali kanker/tumor
