TOKSIKOLOGI LINGKUNGAN - · PDF fileefek toksik •Konsep dasar toksikologi: setiap bahan...
Transcript of TOKSIKOLOGI LINGKUNGAN - · PDF fileefek toksik •Konsep dasar toksikologi: setiap bahan...
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