DOSIS DAN RESPON DOSIS DAN RESPON

TIKTIK: Setelah mempelajari topik perkuliahan ini mahasiswa akan dapat :

1. Menjelaskan pengertian dosis dan respon dalam toksikologi

2. Menjelaskan hubungan antara dosis dan respon dalam toksikologi

3. Menghitung dosis dan respon, letal dan subletal.

DOSIS DAN RESPONDOSIS DAN RESPON

• Tidak ada zat kimia yang benar-benar aman dan tidak ada zat kimia yang dianggap benar-benar berbahaya.

• Zat kimia apapun diijinkan untuk bersentuhan dengan suatu mekanisme biologi, tanpa menimbulkan efek tertentu asalkan kadar zat kimia tersebut berada di bawah tingkat efektif minimal.

• Segala zat kimia dapat menimbulkan efek yang tidak diinginkan jika kadarnya cukup besar.

Satu-satunya faktor yang paling menentukan potensi bahaya atau amannya suatu senyawa hubungan antara kadar zat kimia itu dan efek yang ditimbulkannya atas mekanisme biologi tertentu.

• Antara efek akhir yang diwujudkan sebagai ada Respon dan tidak ada respons terdapat suatu kisaran kadar zat yang akan memberikan suatu efek bertingkat diantara dua jenis titik ekstrim tersebut (ada dan tidak ada respon)

PERCOBAAN PENETAPAN KISARAN DOSIS

• Perkiraan dampak pencemar terhadap lingkungan memerlukan pengetahuan yang luas tentang dosis dan dampak.

• DOSIS Jumlah materi atau substansi yang dihirup, dicerna atau diserap lewat kulit atau juga jumlah yang suntikan atau dimasukkan.

• Hasil konferensi Stockhom (U.N., 1972) menyebutkan pengertian dosis sebagai “exposure”“exposure” atau pendedahan jumlah agen fisik atau kimiawi yang mencapai sasaran atau target.

• Menurut Nordberg (1976), dosis jumlah atau konsentrasi dari suatu senyawa kimia yang ada pada lokasi dampak pada setiap saat setelah pengambilan (uptake) tunggal atau pada permulaan pengambilan kronis.

PERCOBAAN PENETAPAN KISARAN DOSISPERCOBAAN PENETAPAN KISARAN DOSIS

• Ada 2 istilah penting yang berkaitan dengan dosis ini yaitu intake dan uptake.

• Intake masuknya suatu senyawa ke paru-paru, organ

pencernaan makanan atau jaringan subkutan dari hewan. Nasib dari senyawa ini ditentukan oleh proses penyerapan.

• Uptake penyerapan dari suatu senyawa ke dalam cairan ekstra

seluler. Nasib dari senyawa yang diserap akan ditentukan oleh proses metabolisme.

• Dosis dapat dihitung dengan cara DESTRUKSI dan NON-DESTRUKSI (tidak langsung)

• Secara tidak langsung dosis dapat diukur dari perhitungan uptake atau Persamaan Retensi atau konsentrasi yang ada di ekskreta atau perhitungan distribusi yang ada di berbagai jaringan tubuh.

• Laju dosis (dose rate) fungsi dari konsentrasi

• Dosis total (total dose) konsentrasi X waktuDosis = Dosis = 00∫∫tt C(x) dx C(t) = C(x) dx C(t) = q(t)q(t) mmC (x) = Konsentrasi pada waktu xC (t) = Konsentrasi pada waktu tQ (t) = Jumlah [encemar di dalam massa m

pada waktu tm = Massa dari tubuh/organ

• Kandungan pencemar dalam organ/tubuh menurut Butler (1972) dapat dihitung dengan persamaan

q (t) = 0∫t I(s) Rs (t – s) ds

q (t) = jumlah pencemar dalam tubuh pada waktu x

I(s) = Laju Uptake pada waktu s

Rs (t – s) = Fraksi sisa dari uptake tunggal setelah waktu (t – s)

BEBERAPA CONTOH UPTAKE 1. Pada Manusia

Manusia bisa tercemar udara, sehingga fraksi partikel yang ikut bersama pernafasan sesuai ukuran partikel.

Partikel yang masuk bersama pernapasan dibagi ke dalam tiga kelas berdasarkan lamanya tinggal di paru-paru, yaitu : D (hari); W (minggu); dan Y (tahun)

Persamaan dari partikel yang diserap adalah sebagai berikut :

fD = 0,48 + 0,15 fr

fW = 0,12 + 0,5 fr

fY = 0,05 + 0,6 fr

fr = Bag dari partikel yang diserap dan masuk ke dalam cairan ekstraseluler

2. Pada Ikan Laju pengambilan pencemar via makanan

tergantung dari laju metabolisme dan pertumbuhan

I (t)penc = Cf (0,25 m 0,8 + 2 ) fr (g/hari)

I (t)penc = Laju penyerapan dari usus (g/hari)

Cf = Konsentrasi pencemar dalam makanan (g/g)

m = Massa tubuh (g)

dm/dt= Laju pertumbuhan (g/hari)

fr = Bagian yang diserap dari usus

dmdt

Penyerapan pencemar via insang ikan air tawar tergantung laju metabolisme (20º C)

I (t)Resp = 1000 X m 0,8 + Cw X fr (g/hari)

I (t)Resp = Laju penyerapan via insang (g/hari)

m = Massa tubuh (g)

Cw = Laju pertumbuhan (g/hari)

Fr = Bagian yang diserap dari insang

3. Pada Tanaman Salah satu data dari penyerapan pencemar

oleh tanaman darat didapat dari studi 90Sr yang berbahaya bagi kesehatan manusia (Burton et al., 1960)CC = Pd Fd + Pr Fr= Pd Fd + Pr FrC = Konsentrasi rata-rata 90Sr dalam susu sapi (pCi/g)Pd = Faktor tanahFd = Deposit menyeluruh 90Sr dalam tanah

(mCi/km2)Pr = Faktor lajuFr = Laju jatuhan tahunan dari 90Sr

(mCi/km2)

• Pada tanaman air, penyerapan pencemar air oleh batang dan daun > penting dari akar

Hg tanaman = 3000 t

Hg air

T = Waktu tumbuh (hari)

KARAKTERISTIK PEMAPARANKARAKTERISTIK PEMAPARAN

Efek toksik terjadi bila bahan kimia mencapai organ target pada konsentrasi dan lama waktu yang cukupTerjadinya respons toksik tergantung :

1. Sifat kimia dan fisik bahan toksik2. Situasi pemaparan dan 3. Kerentanan sistem biologis dari subjek

Faktor utama yang mempengaruhi toksisitas yang berhubungan dengan situasi pemaparan terhadap bahan kimia adalah : Jalur masuk ke dalam tubuh, jangka waktu, dan frekuensi pemaparan.

JALUR MASUK DAN TEMPAT PEMAPARAN

Jalur utama bahan toksik masuk ke tubuh :1. Saluran pencernaan (ingesti);2. Paru-paru (inhalasi); 3. Kulit (topikal) dan4. Jalur parenteral lain.• Penyebab efek paling besar dan respons cepat

intravena > inhalasi > intra peritonial > subkutan > intramuskular > intradermal > oral > topikal

• Bahan kimia yang didetoksifikasi di hati akan < toksik bila diberikan via oral d/p via inhalasi

• Pemaparan bahan toksik di lingkungan industri inhalasi dan topikal, sedangkan

keracunan akibat kecelakaan/bunuh diri ingesti oral

JANGKA WAKTU DAN FREKUENSI PEMAPARANJANGKA WAKTU DAN FREKUENSI PEMAPARANEmpat kategori pemaparan bahan kimia :1. Akut < 24 jam2. Sub – akut pemaparan berulang ≤ 1

bulan3. Sub – kronik pemaparan berulang >

1 - 3 bulan4. Kronik pemaparan berulang > 3

bulan Efek toksik setalah pemaparan tunggal berbeda dengan efek pemaparan berulangEx : Benzene tunggal toksik akut depresi ssp

Benzene berulang leukemia

INTERAKSI BAHAN KIMIAINTERAKSI BAHAN KIMIA

• Efek dari dua bahan kimia yang diberikan secara bersamaan bisa berdampak aditif, sinergis atau antagonis

• Efek ADITIF efek gabungan dari dua bahan kimia sama dengan jumlah dari efek masing-masing bila diberikan sendiri-sendiri (2 + 3 = 5)

Ex : Dua pestisida OP terhadap penghambatan ChE

• Efek ANTAGONIS dua bahan kimia diberikan bersama, efeknya saling mempengaruhi (4 + 0 = 1) (4 + 6 = 8), 4 + (-4) = 0

• POTENSIASI suatu senyawa kimia tidak mempunyai efek toksik terhadap sistem organ tertentu, namun bila ditambahkan ke bahan kimia lain akan > toksik 0 + 2 = 10Ex : Isopropanol (tidak bersifat hepatotoksik) namun bila diberikan di samping pemberian CCL4 efek hepatotoksik CCL4 >

DOSIS – RESPON DOSIS – RESPON

• Karakteristik pemaparan dan spektrum efek secara bersamaan membutuhkan HUBUNGAN DOSIS – RESPONS konsep dasar toksikologi

• Beberapa asumsi yang harus dipertimbangkan dalam hubungan dosis – respon (Gb.1)

• Respon timbul karena bahan kimia yang diberikan merupakan hubungan sebab akibat atau kausal.

• Respon pada kenyataannya berhubungan dengan dosis.

Respon Merupakan Hasil Dari Berbagai Dosis Yang Diberikan Hubungan Sebab Akibat Harus Diketahui

Gambar 1. Diagram hubungan Dosis – Respons (dosis dalam mg/kg diplot dalam skala logaritma)

• Harus ada metode kuantitatif untuk mengukur dan mengemukakan secara tepat toksisitas dari suatu bahan kimia.

• Dalam toksikologi kurva yang menghubungkan dosis zat kimia dengan presentase kumulatif organisme yang meberikan respon KURVA DOSIS – RESPON (Gb.2) dosis kecil tidak ada respon, dosis besar merespon semua

Gambar 2. Kurva Dosis –Respons bagi dua zat kimia (A dan B) yang diberikan pada suatu populasi spesimen biologi yang seragam

Persen angka kematian dikonversikan menjadi probit angka kematian 50 % = probit 5; 50 % ± 1 SD =

probit 6 atau 4; 50 % ± 2 SD = probit 7 atau 3

KONSEP STATISTIKA DAN LDKONSEP STATISTIKA DAN LD5050

• Sebagian besar kurva dosis respons adalah linier timbulnya resepon berkaitan dengan dosis Berbahaya/Amannya senyawa kimia tergantung pada dosisnya

• LD50 dosis tunggal dari suatu zat yang secara statistik dapat diharapkan untuk menyebabkan kematian sebanyak

50 % organisme uji.• Diperoleh secara statistika (Metode Grafik

Litchifield dan Wilcoxon, 1949; Metode Kertas Grafik Probit Logaritma Miller & Tainer, 1994)

• LD16 LD50 – 1 SD• LD64 LD50 + 1 SD

Persen angka kematian dikonversikan menjadi probit angka kematian 50 % = probit 5; 50 % ± 1 SD =

probit 6 atau 4; 50 % ± 2 SD = probit 7 atau 3

Keterangan :

Harga LD50 senyawa B> senyawa A senyawa B kurang toksik dari pada A atau senyawa A > bahaya dari B berdasarkan dosis dan letalitas untuk menggambarkan toksisitas relatif 2 senyawa perlu ada hubungan antara dosis yang diperlukan untuk menimbulkan efek yang setingkat.

POTENSI LAWAN TOKSISITASPOTENSI LAWAN TOKSISITAS

• LD50 senyawa B > LD50 senyawa A senyawa B < poten d/p A (Gb. 2)

• Bila dosis dan letalitas, merupakan satu-satunya pertimbangan senyawa A > toksik d/p B

Potensi (dipandang dari segi kuantitas zat yang terlibat), sedang toksisitas (dipandang dari segi berbahayanya) merupakan hubungan relatif yang hanya digunakan dengan zat kimia lainnya.

Penggolongan toksisitas berdasar jumlah besarnya zat kimia yang menimbulkan bahaya :

1. Luar biasa toksik (≤ 1 mg/kg)2. Sangat toksik ( 1 -50 mg/kg)3. Cukup toksik (50 – 500 mg/kg)4. Sedikit toksik (0,5 – 5 g/kg)5. Tidak toksik (5 – 15 g/kg)6. Relatif kurang berbahaya (> 15 g/kg)• Bila dasar anggapan sifat “sangat toksik” itu

karena dosis letalnya kecil DIMANA akan ditarik garis batas untuk memisahkan yang toksik dari yang non toksik ? (Gb.3)

• Konsep toksisitas sebagai fenomena relatif hanya benar bila slop kurva kekerabatan dosis – respons untuk berbagai senyawa tersebut identik.

• LD50 senyawa C < d/p LD50 senyawa D, tetapi LD5 senyawa D < LD5

senyawa C

Gb 3. Diagram Hubungan Dosis – Respons (senyawa A lebih curam dari pada senyawa B).

Ket :

• LD50 senyawa A dan B sama 8 mg/kg tapi dosis setengah LD50 (4 mg/kg) yang terpapar senyawa A 20 % mengalami kematian

• Perlu ditentukan batas keamanan memisahkan yang toksik dan non toksik

• Bila dosis merupakan satu-satunya pertimbangan, bisa jadi C < toksik D (LD5C < LD5D)

• Pada sisi lain C > toksik D respons paling nyata berkaitan dengan perbandingan toksisitas relatif dua senyawa.

BATAS KEAMANAN • Batas keamanan besaran

kisaran dosis yang dilibatkan yang bergerak dari suatu dosis tidak efektif sampai dosis letal (Gb. 4)

Gambar 3a. Kurva Dosis – Respons Hipotetik bagi dua zat kimia (C dan D) yang diberikan pada suatu populasi spesimen biologi yang seragam;

BATAS KEAMANAN

• Batas keamanan besaran kisaran dosis yang dilibatkan yang bergerak dari suatu dosis tidak efektif sampai dosis letal (Gb. 4)

• Slop dari kurva dosis – respons merupakan indeks batas keamanan.

• Batas keamanan (bagi ahli farmakologi)• Kisaran dosis yang menimbulkan efek letal

dengan dosis yang menimbulkan efek yang diinginkan (Gb. 5)Indeks Terapi =Indeks Terapi = indeks terapi tinggi

efek letal sedikitE = efek terapi obatED = efek dosis respons terapi kumulatif D = efek letal obatLD = Letal Dosis respon letal kumulatif ED50 dan LD50 bagi 50 % hewan uji

LDLD5050

EDED5050

Gambar 4. Kurva Dosis – Respons Hipotetis bagi tiga zat kimia (E, F, dan G) yang diberikan pada suatu populasi spesimen biologi yang seragam.

Keterangan :Keterangan :• Senyawa E kisaran dosis cukup besar

yang bergerak antara tanpa efek dan efek 100 % yang tidak timbal balik

• Senyawa F kisaran lebih kecil dari E• Senyawa G dosis harus sangat

kecil supaya efeknya kurang dari letalKesimpulanKesimpulan : senyawa E memiliki batas keamanan yang lebih besar dari senyawa G dan F

Gambar 5. Kurva Dosis – Respons bagi suatu obat yang diberikan pada populasi hewan yang seragam. Kurva A melukiskan efek terapi dan kurva B melukiskan efek letal.

Keterangan :• Kalau kurva letalitas digeser ke kiri sehingga

mendekati kurva efektif maka rasio indeks terapinya menjadi lebih kecil batas keamanan berkurang toksisitas senyawanya bertambah.

Batas keamanan • Kisaran dosis yang menimbulkan efek letal dan

dosis yang menimbulkan efek yang diinginkan.

TERIMA KASIH

ATAS PERHATIANNYA