TOKSIKOLOGI LINGKUNGAN

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  memaMkan  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  sinteMs  di  dalam  biosfer  termasuk   organisma  individual,  populasi  dan  seluruh   ekosistem  

Toksikologi  Lingkungan   •  Mencari  substansi  yang  aman   •  Mencegah  terjadinya  efek  yang  Mdak   dikehendaki   •  Membuat  kriteria  dasar  untuk  standardisasi   lingkungan   •  Memperbaiki  cara  pengobatan   à  Menilai  risiko    dan  memberikan  saran  atau   rekomendasi  untuk  minimalisasi  efek  

Xenobiotik =  Bahan  asing  bagi  tubuh  organisme                                                     Alami:  racun  dari  benda  hidup  (Clostridium  botulinum,   aflatoksin,  tanaman  beracun,  hewan  beracun)       Sumber     Buatan/abioMs:  racun  logam,  organik     Xenobiotik  

       Lingkungan

                         Organisme

  EKOKINETIKA EMISI

IMISI PEMAPARAN

FARMAKOKINETIKA

     Efek Biologis

Jenis-jenis xenobiotik Emisi: -  Point

-  Area -  Mobile

Sumber: Cunningham, 2008

Ekokinetika à Proses biotik abiotik (fisik, kimia, dan enzim) à Transportasi: jarak pendek dan jarak jauh à Efek regional atau lokal Tergantung: sumber, distribusi/ transportasi, dan transformasi à Mudah ditransportasi (gas, partikulat, aerosol dan cairan), kelarutan à  Persistensi di lingkungan à  Reaktivitas (interaksi dengan komponen lain) à toksisitas, degradabilitas, distribusi à biokonsentrasi, bioakumulasi dan biomagnifikasi Sumber: Cunningham, 2008

Ekokinetika Solubilitas  dan  mobilitas:              Merupaka  hal  penMng     –  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  selama  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),  plasMk  PVC,   pesMsida,  hidrokarbon  terklorinasi,  asbes  

Persisten  Organic  Pollutans  (POPs)   Terakumulasi  dalam  rantai  makanan  dan  mencapai  nilai  toksik     •  PBDE  (Polybrominated  diphenyl  ethers):    penahan  teksMl  terbakar,  plasMk   komputer  à  150  jt  ton  pertahun.  Gangguan  syaraf  pada  bayi  lahir   •  Perfluorooctane  sulfonate  (PFOS)  &  Perfluorooctane  Acid  (PFOA)  à  C8:   Produk  anM  lengket,  tahan  air  dan  noda  seperM  Teflon,  Gortex.  Pada  Mkus:   kerusakan  liver,  kanker  dan  sistem  reproduksi   •   Phthalates:  digunakan  pada  kosmeMka,  deodorant  dan  plasMk  (PVC)  mainan   anak.  Hewan  uji:  kerusakan  liver  dan  ginjal  bahkan  kanker.   •  Antrazine:  Herbisida.  Mengganggu  sistem  hormon  endocrine  à  aborsi   spontan,  berat  lahir  kurang,  gangguan  neurologis    

Faktor2  yang  menentukan   Ekokinetika •  Media  transpor:  udara,  air,  tanah,  organisme   rantai  makanan    à  jika  ada  perubahan   struktur  disebut  transformasi  à  ABIOTIK  dan   BIOTIK     •  Sifat  Fisik  Kimia:  Berat  Molekul,  Kelarutan,   VolaMlitas,  Koefisien  parMsi,  Adsorpsi    

Sifat  Fisika  –  Kimia  Zat   Zat  Kimia  

BM  (mg/ mol)  

Ti1k   Didih   (oC)  

Tek    Uap   25oC  (Atm)  

Kelarutan   dlm  air   (mg/L)  

Log   KoW  

Log   Koc  

MeMlkloroform  

133,4  

74,1  

0,163  

1334  

2,48  

2,11  

Klorobenzen  

112,6  

131,7  

1,55  x  10-­‐2  

503  

2,84  

2,46  

Chlorpyrifos  

350,6  

 -­‐  

2,46  x  10-­‐8  

0,87  

4,9  

4,24  

DDT  

354,5  

-­‐  

2,6  x  10-­‐10  

3,29X10-­‐3  

6,36  

5,39  

Kow = Koefisien partisi n-octanol/air Koc= Koefisien distribusi organik-karbon

DDT   POPs   Hidrofobikà  terabsorb  kuat  pada  tanah     Half  life:  22  hari  –  30  tahun   Dapat  hilang  melalui  proses:  penguapan,  fotolisis,   biodegradasi  aerobik  dan  anaerobik   Dalam  air:  terabsorb  cepat  pada  organisma  dan   sedimen,  menguap     Hasil  degradasi:  DDE  dan  DDD  à  persisten    

DDT  

DDE

DDD

TRANSFORMASI •  ABIOTIK:   –  Fotokimia

   -­‐  Oksidasi   –  Oksidasi                                          -­‐  Reduksi   –  Hidrolisis    -­‐  lainnya:  alkilasi,  klorinasi    

•  BIOTRANFORMASI:   –  Mikroorganisma   –  Tanaman  dan  hewan  

Pemaparan  

Sumber: Cunningham, 2008

Imisi •  Lingkungan:  air,  udara,   tanah,  makanan,  tempat   kerja   •  Portal  of  entry:    -­‐  inhalasi    -­‐  oral    -­‐  kulit   à  Berapa  yang  masuk   (intake  dose)  ?  

Sumber: Cunningham, 2008

Farmakokinetika Portal  of  entry  

Absorpsi  

Distribusi  

Metabolisme  

•  Oral:  mulut  à  lambung  à  usus  halus  à  usus   besar      Proses:    enzimaMk,  netralisasi,  absorpsi,  reaksi   dengan  senyawa  lain   •  Inhalasi:  nasofaring  à  trakeo-­‐bronkial  à  alveoli    Proses:  transfer  gas  dan  masuk  ke  peredaran   darah   •  Dermal:  permukaan  kulit    Proses:  barrier,  reaksi  dengan  kulit,  menembus   kulit  

Ekskresi   Dosis vs konsentrasi?

DefiniMon   •  Exposure          Any  condiMon  which  provides  an  opportunity  for  an         external  environmental  agent  to  enter  the  body     •  Dose     The  amount  of  agent  actually  deposited  within  the   body     Typically,  the  disMncMon  between  exposure  and  dose     is  blurred,  although  in  reality,  significantly  different   doses  can  result  from  the  same  exposure     •  Response   −  The  biological  response  to  an  agent    

Exposure  –  Response  Paradigm  

Efek •  Akut:     Dalam  waktu  singkat  

 Akibat  pajanan(exposure)  konsentrasi  Mnggi     •  Kronis:     Dalam  waktu  lama  

       Pajanan  konsentrasi  rendah  dalam  waktu    panjang   Penyakit Non-Infeksi

9/21/14  

Dwina  Roosmini  

24  

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:  seMap  bahan  akan   bersifat  toksik  pada  kondisi  tertentu.   •  Senyawa  kimia  mempunyai  batas  aman  à  efek   yang  diMmbulkan  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 à 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)  à  menurunkan  efek  toksik   Mamalia:  terletak  di  haM    

—  Ekskresi:

Eliminasi  dari  tubuh  melalui  proses  ekskresi    Molekul  volaMl:  CO2,  HCN  dan  keton  à  ekskresi  melalui  sistem  pernafasan    Garam  dan  senyawa  lain  berlebih  à  keringat    Senyawa/bahan  terlarutà  fungsi  ginjal  à  urin      

—  Akumulasi senyawa toksik: Kerusakan  sistem  vital:  ginjal,  lambung,  usus        

Sel Tumbuhan, Hewan dan Mikroorganisma

Metabolisme Xenobiotic à Jalur  metabolisma  yang  mengubah  struktur   kimia  senyawa  xenobiotic   à   Reaksi  kimia  (biotransformasi):   à     terjadi  pada  hampir  seluruh  mahluk  hidup   à   proses  detoksifikasi  

à Terjadi  dalam  3  fase  

Metabolisme Xenobiotic •  Fase  I  :  modifikasi   •  Fase  II:  konyugasi   •  Fase  III:  modifikasi  lanjutan  dan  ekskresi   •  Membran  sel:  pembatas  permeabel  hidrofobik   à  mengendalikan  lingkungan  internal          Senyawa  polar  à  Mdak  dapat  menembus   kecuali  senyawa2  yang  diperlukan  à   transport  protein  

Metabolisme Xenobiotic Fase I (Modifikasi)

•  Melibatkan  berbagai  ensim  

Cytochrome P-450 (CYP,  P450,  CYP450)  –   dependent  mixed  funcMon  oxidase  system  à   terjadi  di  mitokondria  atau  reMkulum  endoplasma  

  •  Reaksi:                                                                                   –  Oksidasi,     –  Reduksi   –   Hidrolisis  

Reaksi yang dikatalisa:

monooksigenase RH + O2 + 2H+ + 2e– → ROH + H2O

Reaksi monooksigenase •  Oksidasi  alifaMk/aromaMk    à  alkohol   •  N-­‐dealkilasi  bila  ada  gugus  R-­‐N-­‐CH3  à  R-­‐NH  +   HCHO   •  O-­‐dealkilasi  bila  ada  gugus  R-­‐O-­‐CH3  à  R-­‐OH  +   HCHO   •  S-­‐dealkilasi:  paraMon  à  parokson   •  OksidaMf  deaminasi  bila  ada  gugus  R-­‐N-­‐CH3  à   R-­‐NH  +  HCHO  

Reaksi Oksidasi lain •  Penyisipan  gugus  OH-­‐fenolik  ke  dalam   senyawa  aromaMk  Benzene  à  Fenol   •  Oksidasi  menghasilkan  Hidrogen  Peroksida   (H2O2)  à  menyerang  substrat  à  luka  kimia  

Hidrolisis   •  Memecah  molekul:    ester  à  alkohol  dan  asam   •  Ensim:     – esterase  dan  amidase  à  terdapat  di  luar  sel    (dalam  plasma  

atau  cairan  ekstraseluler  à  amidase  dlm  plasma  <  esterase)    

– Pseudokolinesterase   – Glukosidase   – Glukuronidase  à  berperan  thd  karsinoma  kandung  kemih    

Metabolisme lipofilik Fase I dan II Hasil konyugasi: • Polaritas tinggi • Lebih terlarut dalam air • Lebih mudah dieliminasi (ekskresikan)

Ekskresi  

•  Mengeluarkan  metabolit   •  Organ  ekskresi:  

–  Ginjal   –  Paru-­‐paru   –  Kelenjar  keringat,  air  susu,  ludah,  empedu   –  Usus  (logam)   –  Urogenital   –  Rambut,  kuku    à  logam  (Hg  ata  As)     à  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 à mekanisme perbaikan. •  Kulit, lapisan epitel saluran pencernaan, pembuluh darah, paru2: laju reproduksi selular tinggi utk mengganti sel rusak à pertumbuhan tdk terkendali à kanker/tumor