TOKSIKOLOGI LINGKUNGAN

PENDAHULUAN

Interaksi manusia dan lingkungan

Bahan kimia baru dibuat

Limbah dibuang

Pengaruh racun terhadap manusia: Kasus bom atom di Hiroshima dan Nagasaki, Minamata, dioksin, Pb, dll.

Kualitas lingkungan? Meningkatkan

kesejahteraan manusia?

Toksikologi lingkungan

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

Xenobiotik Lingkungan Organisme Efek Biologis

Alami: racun dari benda hidup (Clostridium botulinum, aflatoksin, tanaman beracun, hewan beracun)

Buatan/abiotis: racun logam, organik

Sumber

EMISI

EKOKINETIKA

FARMAKOKINETIKAPEMAPARAN

IMISI

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 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

Portal of entry

Absorpsi

Distribusi

Metabolisme

Ekskresi

Dosis vs konsentrasi?

8/23/2010 Dwina Roosmini 17

Efek Akut:

Dalam waktu singkat

Akibat pajanan(exposure) konsentrasi tinggi

Kronis:

Dalam waktu lama

Pajanan konsentrasi rendah dalam waktu panjang

Penyakit Non-Infeksi

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

Ethylbenzene Formaldehyde Furan Furfural Hydrogen peroxide Hydroquinone Limonine Styrene Toluene Xylene

Toksik: 100 cangkir kopi LD kafein

Mekanisme dalam menurunkan efek toksik

Degradasi Metabolik dan Ekskresi

Mekanisme perbaikan kerusakan

Degradasi metabolik dan ekskresi

Sistem Ensimatik:Ensim (E mikrosomonal P450) menurunkan efek toksikMamalia: terletak di hati

Ekskresi:Eliminasi dari tubuh melalui proses ekskresiMolekul volatil: CO2, HCN dan keton ekskresi melalui sistem pernafasanGaram dan senyawa lain berlebih keringatSenyawa/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

HidrolisisReaksi 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