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