Dampak Pb pada Syaraf Makhluk Hidup Serta Pengaruhnya Bagi Pembangunan

A. Sekilas tentang Pb Gambar 1. TimbalPlumbum (Pb) atau yang juga dikenal dengan nama timbal ataupun lead merupakan unsur kimia dengan nomor atom 82 dan berat atom 207,2. Unsur yang berwarna abu-abu kebiruan ini terdiri atas isotop dengan nomor massa 203-210. Unsur ini memiliki masa jenis yang tinggi (11,48 g mL-1 pada suhu kamar). Pb merupakan salah satu unsur dalam golongan IV A. Pada gambar berikut diperlihatkan posisi Pb pada tabel periodik.

Gambar 2. Posisi Pb pada Tabel PeriodikTimbal (Pb) merupakan logam berat yang secara alami terdapat di dalam kerak bumi. Keberadaan timbal bisa juga berasal dari hasil aktivitas manusia, yang mana jumlahnya 300 kali lebih banyak dibandingkan Pb alami yang terdapat pada kerak bumi yang terkonsentrasi dalam deposit bijih logam. Unsur Pb digunakan dalam bidang industri modern sebagai bahan pembuatan pipa air yang tahan korosi, bahan pembuat cat, baterai, dan campuran bahan bakar bensin tetraetil. Pb adalah logam yang mendapat perhatian khusus karena sifatnya yang toksik (beracun) terhadap manusia.

B. Pemaparan oleh Pb terhadap Makhluk HidupMakhluk hidup dapat terpapar oleh Pb melalui makanan, minuman, udara, air, serta debu yang telah tercemar Pb. Makanan merupakan sumber utama dari proses pemaparan tersebut. Konsentrasi timbal tertinggi dapat ditemukan pada hati, ginjal dan daging, jamur liar tertentu, dan kerang-kerangan. Produk makanan dasar seperti ikan, daging, sereal, sayuran dan produk susu umumnya memiliki kandungan timbal yang rendah. Badan keamanan pangan Uni-Eropa (European Food Security Authority; EFSA) menyimpulkan bahwa produk sereal paling berkontribusi dalam proses pemaparan timbal pada makanan penduduk Eropa. Bagi anak-anak, debu rumah dan tanah dapat menjadi sumber penting dari paparan terhadap timbal (G. Concha et al., 2013)

Gambar 3. Perilaku senyawa asing ketika masuk kedalam tubuh makhluk hidupGambar diatas menggambarkan kejadian yang mungkin terjadi ketika senyawa asing masuk kedalam tubuh makhluk hidup. Senyawa asing yang masuk ke dalam tubuh dapat didistribusikan ke dalam jaringan ataupun dihilangkan/dieliminasi. Sebuah racun yang diserap ke dalam tubuh akan beredar pada aliran darah. Pada darah, racun dihilangkan dan didistribusikan ke berbagai jaringan secara bersamaan, termasuk jaringan target. Jaringan target adalah jaringan di mana senyawa beracun memberikan efeknya. Jaringan target atau organ sasaran belum tentu jaringan di mana racun memiliki konsentrasi tinggi. Sebagai contoh, lebih dari 90 persen timbal yang ada dalam tubuh manusia dewasa terdapat pada tulang, tetapi timbal memberikan efek racun pada ginjal dan sistem saraf pusat (E. J. Oflaherty, 2010)

C. Dampak Pb pada Syaraf Makhluk HidupPb yang masuk kedalam tubuh makhluk hidup dapat bersifat karsinongenik, mutagenik ataupun neurotoksik. Sebagai karsinogenik, Pb merupakan karsinogen[footnoteRef:1] yang merupakan penyebab terjadinya kanker. Mutasi gen merupakan akibat dari Pb yang bersifat mutagenik. Neurotoksik merupakan terganggunya fungsi syaraf yang diakibatkan oleh adanya unsur Pb pada jaringan syaraf. [1: Karsinogen adalah bahan kimia yang mampu merangsang tumor/kanker pada hewan atau manusia (The Principle of Toxicology, 2000) Bab 13: Chemical Carcinogenesis, hal 268. ]

Sistem saraf pada makhluk hidup terdiri atas sel-sel saraf yang disebut neuron. Neuron bergabung membentuk suatu jaringan untuk mengantarkan impuls (rangsang). Satu sel saraf tersusun dari badan sel, dendrit (serabut panjang), dan akson (serabut pendek). Pencemaran oleh Pb pada jaringan syaraf akan berdampak pada terganggunya proses penyampaian impuls yang berlangsung pada bagian sinapsis yang merupakan merupakan titik temu antara terminal akson salah satu neuron dengan neuron lain.

Gambar 4. Jaringan syaraf makhluk hidupSinapsis (synapse) merupakan titik temu antara terminal akson salah satu neuron dengan neuron lain. Setiap terminal akson membengkak membentuk tonjolan sinapsis. Di dalam sitoplasma tonjolan sinapsis terdapat struktur kumpulan membran kecil berisi neurotransmitter yang disebut vesikula sinapsis. Neuron yang berakhir pada tonjolan sinapsis disebut neuron pra-sinapsis. Membran ujung dendrit dari sel berikutnya yang membentuk sinapsis disebut post-sinapsis. Bila impuls sampai pada ujung neuron, maka vesikula bergerak dan melebur dengan membran pra-sinapsis. Kemudian vesikula akan melepaskan neurotransmitter[footnoteRef:2] berupa asetilkolin. Neurontransmitter ada bermacam-macam misalnya asetilkolin yang terdapat di seluruh tubuh, noradrenalin terdapat di sistem saraf simpatik, dan dopamin serta serotonin yang terdapat di otak (G. Boeree, 2009). Asetilkolin kemudian berdifusi melewati celah sinapsis dan menempel pada reseptor yang terdapat pada membran post-sinapsis. Penempelan asetilkolin pada reseptor menimbulkan impuls pada sel saraf berikutnya. Bila asetilkolin sudah melaksanakan tugasnya maka akan diuraikan oleh enzim asetilkolinesterase yang dihasilkan oleh membran post-sinapsis. [2: suatu zat kimia yang dapat menyeberangkan impuls dari neuron pra-sinapsis ke post-sinapsis (General Psychology: Neurotransimtters, 2009)]

Gambar 5. Proses penyampaian impuls pada sinapsisSeperti yang dijabarkan oleh Cristopher D. Toscano dan Tomas R. Guilarte dalam tulisannya yang berjudul Lead Neurotixicity: From Exposure to Mollecular Effect, diketahui bahwa proses penyampaian impuls pada jaringan syaraf akan tergangu dengan adanya Pb. Mekanisme terjadinya gangguan penyampaian impuls dapat dijelaskan melalui gambar berikut

Gambar 6. Kerangka konsep dari dampak Pb pada glutamatergic synapses1. Pada kondisi sinapsis normal, glutamat[footnoteRef:3] (GLU) yang ada pada pra-sinapsis dilepaskan untuk mengaktifkan sinapsis NMDAR (N-methyl-D-aspartate receptor) yang berada pada post-sinapsis. GLU dilepaskan karena adanya kalsium (Ca) pada post-sinapsis. [3: pemicu neurotransmitter yang utama pada otak mamalia dan memediasi proses perkembangan dan pendewasaan otak (Lead Neurotixicity: From Exposure to Mollecular Effect, 2005)]

2. Pada makhluk hidup yang terpapar Pb, terjadi pengurangan jumlah sinaptik NMDAR dan reseptor yang tersedia akan dihalangi oleh Pb. 3. Masuknya kalsium pada saluran sinapsis NMDAR mengaktifkan enzim yang secara langsung digabungkan dengan kalsium microdomains terkait NMDAR. Dua enzim yang diketahui secara langsung digabungkan dan diaktifkan oleh NMDAR adalah calmodulinkinase II (CaMKII) dan neuronal nitric oxide synthase (nNOS). Dengan demikian, aktivasi sinapsis NMDAR memungkinkan masuknya kalsium ke dalam sel dengan aktivasi berikutnya dari sejumlah enzim yang sensitif tehadap kalsium, termasuk nNOS, CAMK II dan pengatur sinyal ekstra selular kinase1/2 (ERK1/2).4. Pada makhluk hidup yang terpapar Pb, berkurangya jumlah kalsium dalam fluks merupakan efek gabungan dari penurunan jumlah sinapsis NMDAR dan penghambatan langsung oleh Pb. Efek ini akan langsung mengubah tingkat aktivasi nNOS. Sehingga mengurangi produksi pembawa pesan nitric oxide (NO) dan penurunan aktivitas CAMK II. Kedua peristiwa akan mempengaruhi kemampuan sinapis yang terpapar Pb dalam mendorong dan memelihara potensiasi jangka panjang (Long Term Potentiation; LTP). 5. Efek dari Pb pada sel-sel glial mungkin memainkan peran dalam aktivasi ekstrasinapis NMDAR yang mempunyai proporsi yang lebih besar dari total kolam glutamatergic sinapsis NMDAR yang terpapar Pb. Aktivasi ekstrasinapis NMDAR pada sinapsi yang terpapar oleh Pb mungkin hasil dari peningkatan pelepasan glial oleh GLU karena peningkatan akumulasi intraseluler dari GLU di sel glial. Hal ini dimungkinkan karena glutamin sintase, enzim glial yang mengubah glutamat menjadi glutamin dihambat oleh Pb. 6. Peningkatan kadar glutamat ekstra selular mungkin diakibatkan oleh penghambatan Pb yang diinduksi oleh pembawa glutamat (GLAST/GLT-1) dalam sel glial tetapi efek ini belum terbukti.7. Aktivasi ekstrasinapsis NMDAR dalam sinaps yang diblokir secara kronis seperti pada hewan yang terpapar Pb mengubah pola aktivitas enzim yang sensitif terhadap kalsium seperti kinase dan phosphatases yang dapat mentransduksi informasi dari sinaps ke nukleus dengan mengubah fosforilasi dari faktor transkripsi yang kritikal seperti CREB. Aktivasi ekstrasinapsis NMDAR telah terbukti berhubungan dengan jalur penghenti yang secara khusus dapat menghentikan efek CREB pada sinpasis NMDAR. Hal ini menunjukkan bahwa reseptor sinapsis dan ekstrasinapsis dapat digabungkan ke jalur sinyal yang berbeda [diwakili oleh garis tebal dan putus-putus]. Oleh karena itu , aktivasi ekstrasinapsis NMDAR pada sinapsis glutamatergic yang terpapar oleh Pb mengurangi aktivitas CREB dengan menurunkan fosforilasi CREB. 8. mengubah transkripsi gen seperti faktor neurotropik yang diturunkan dari otak (BDNF) yang penting bagi plastisitas sinaptik, belajar dan memori dan kelangsungan hidup sel.9. [Level aktivitas pada salah satu proses yang ditunjukkan digambarkan oleh ketebalan panah, dimana panah tipis mewakili pengurangan aktivitas]. Angka dalam legenda sesuai dengan langkah-langkah bernomor terpisah pada gambar .Pada manusia, sistem saraf pusat adalah organ target utama untuk toksisitas timbal (neurotoksisitas). Salah satu perhatian utama mengenai toksisitas timbal adalah penurunan kemampuan kognitif dan neurobehavioural. Ada banyak bukti yang mampu menunjukkan bahwa otak yang sedang berkembang (pada anak-anak) lebih rentan terhadap neurotoksisitas timbal daripada otak dewasa. Pada anak-anak, kadar timbal dalam darah berhubungan dengan berkurangnya skor IQ dan mengurangi fungsi kognitif sampai setidaknya tujuh tahun. Ada beberapa bukti yang menunjukan bahwa pada orang dewasa Pb menyebabkan penurunan volume materi abu-abu (grey matter) di otak, terutama di korteks prefrontal. Dalam sejumlah penelitian pada orang dewasa hubungan antara konsentrasi timbal dalam darah, tekanan darah sistolik tinggi dan penyakit ginjal kronis telah diidentifikasi pada tingkat timbal dalam darah yang relatif rendah (G. Concha et al., 2013). Tanda-tanda dari keracunan timbal akut diantaranya adalah gelisah, lekas marah, kurangnya tingkat perhatian, sakit kepala, tremor otot, kram perut, kerusakan ginjal, halusinasi, serta kehilangan memori. Tanda-tanda keracunan timbal kronis adalah kelelahan, sulit tidur, mudah tersinggung, sakit kepala, nyeri sendi, dan sakit pada usus (G. Concha et al., 2013).

D. Dampak Pencemaran Pb terhadap Pembangunan Pembangunan adalah semua proses perubahan yang dilakukan melalui upaya-upaya secara sadar dan terencana. Sedangkan perkembangan adalah proses perubahan yang terjadi secara alami sebagai dampak dari adanya pembangunan (Riyadi dan Bratakusumah, 2004). Pembangunan juga dapat didefinisikan sebagai proses perubahan yang direncanakan untuk memperbaiki berbagai aspek kehidupan masyarakat. Salah satu konsep pembangunan yang cukup terkenal adalah pembangunan berkelanjutan (sustainable development). Pembangunan berkelanjutan merupakan proses pembangunan dalam memenuhi kebutuhan saat ini tanpa mengorbankan kebutuhan generasi yang akan datang. Gambar berikut menggambarkan konsep pembangunan berkelanjutan yang terdiri dari tiga poin utama, yaitu sosial, lingkungan, dan ekonomi. Untuk mencapai pembangunan berkelanjutan maka ketiga poin tersebut harus seimbang. Gambar 7. Konsep Pembangunan BerkelanjutanTerkait dengan pencemaran Pb dan dampaknya terhadap pembangunan dan perkembangan suatu bangsa, ada dua faktor kunci yang dapat menentukan arah pembangunan dan perkembangan suatu bangsa, yaitu kuantitas serta kualitas sumberdaya alam (SDA; faktor lingkungan) dan sumberdaya manusianya (SDM; faktor sosial). Pencemaran oleh Pb terhadap makhluk hidup, khususnya manusia (SDM), akan berakibat pada penurunan kualitas SDM. Penurunan kualitas SDM secara langsung akan menghambat proses pembangunan dan perkembangan suatu bangsa. ReferensiC. D. Toscano and T. R. Guilarte. 2005. Lead Neurotixicity: From Exposure to Mollecular Effect. Elsevier. E. J. Oflaherty. 2010. Principles of Toxicology: Chapter 2 - Absroption, Distribution and Ellimination of Toxic Agents. John Willey and Sons. FloridaG. Boeree. 2009. General Psychology: Neurotransimtters. http://webspace.ship.edu/cgboer/ genpsyneurotransmitters.htmlG Concha. et al. 2013. Contaminants and Minerals in Foods for Infants and Young Children, Part 2: Risk and Benefit Assessment. National Food Security of Sweden. SwedenRiyadi dan Bratakusumah. 2004. Perencanaan Pembangunan Daerah: Strategi Menggali Potensi dalam Mewujudkan Otonomi Daerah. Gramedia Pustaka Utama. Jakarta