Pengaruh racun terhadap manusia: Kasus bom atom

TOKSIKOLOGI LINGKUNGAN TOKSIKOLOGI LINGKUNGAN

PENDAHULUAN • Interaksi Interaksi manusia dan lingkungan manusia dan lingkungan • Bahan kimia baru dibuat              • Kualitas lingkungan? • Meningkatkan    g Limbah dibuang Limbah dibuang kesejahteraan  manusia?

Toksikologi lingkungan

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

Toksikologi • Mempelajari Mempelajari tentang toksin (racun) serta  tentang toksin (racun) serta efeknya terutama untuk mahluk hidup • Toksin merusak atau mematikan organisma  k karena racun bereaksi dengan komponen  b k id k selular untuk mengganggu fungsi  metabolisma b li

Toksikologi Lingkungan Toksikologi Lingkungan • Atau ekotoksikologi Atau ekotoksikologi • Membahas tentang interaksi, transformasi,  b h i ki f i fate, dan efek dari senyawa kimia alamiah  maupun sintetis di dalam biosfer termasuk  i i di d l bi f k organisma individual, populasi dan seluruh  ekosistem k i

Toksikologi Lingkungan Toksikologi Lingkungan • Mencari Mencari substansi yang aman substansi yang aman • Mencegah terjadinya efek yang tidak  dikehendaki • Membuat kriteria dasar untuk standardisasi  li k lingkungan • Memperbaiki cara pengobatan  Menilai risiko  dan memberikan saran atau  rekomendasi untuk minimalisasi efek

Xenobiotik = Bahan asing bagi tubuh organisme Sumber

Alami: racun dari benda hidup (Clostridium  Alami: racun dari benda hidup (Clostridium botulinum, aflatoksin, tanaman beracun, hewan  beracun) Buatan/abiotis: racun logam, organik

X Xenobiotik  bi tik

Li k Lingkungan

O Organisme i

EKOKINETIKA IMISI PEMAPARAN EMISI

Ef k Bi l i Efek Biologis   

FARMAKOKINETIKA

Jenis-jenis j 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 p (gas, (g , partikulat, p , aerosol dan cairan), kelarutan  Persistensi di lingkungan  Reaktivitas (interaksi dengan komponen lain)  toksisitas, toksisitas degradabilitas, distribusi  biokonsentrasi, bioakumulasi dan biomagnifikasi Sumber: Cunningham, 2008

Ekokinetika Solubilitas dan mobilitas: Merupakan 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 dalam lemak).  Senyawa kimia akan terakumulasi dalam sel dan  berada selam  bertahun‐tahun.

• Bioakumulasi: Sel mempunyai kemampuan utk mengakumulasi  nutrien dan mineral esensial sel juga dapat nutrien dan mineral esensial, sel juga dapat  mengabsorpsi dan menyimpan senyawa toksik • Biomagnifikasi: efek toksik yang meningkat pada rantai makanan

Bioakumulasi - Biomagnifikasi

Sumber: Cunningham, 2008

Persitensi • Senyawa Senyawa yang mudah terurai: konsentrasi  yang mudah terurai: konsentrasi segera menurun pada saat masuk ke  lingkungan • SSenyawa persisten: Metal (Pb), plastik PVC,  i M l (Pb) l ik PVC pestisida hidrokarbon terklorinasi, asbes

Persisten Organic Pollutans (POPs) 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.

•

gg gg aborsi  Antrazine: Herbisida. Mengganggu sistem horoman endocrine  spontan, berat lahir kurang, gangguan neurologis 

Pemaparan

Sumber: Cunningham, 2008

Imisi • Lingkungan: air, udara,  tanah makanan tempat tanah, makanan, tempat  kerja • Portal of entry: ‐ inhalasi ‐ oral ‐ kulit  Berapa yang masuk  (intake dose) ? (intake dose) ?

Sumber: Cunningham, 2008

Farmakokinetika Portal of entry

•

Absorpsi

• Distribusi

• Metabolisme

Oral: mulut  lambung  usus halus  usus  besar  Proses:  enzimatik, netralisasi, absorpsi, reaksi  , , p , dengan senyawa lain Inhalasi: nasofaring  trakeo‐bronkial  alveoli Proses: transfer gas dan masuk ke peredaran Proses: transfer gas dan masuk ke peredaran  darah Dermal: permukaan kulit Proses: barrier reaksi dengan kulit menembus Proses: barrier, reaksi dengan kulit, menembus  kulit

Ekskresi Dosis vs konsentrasi?

Efek • Akut:  D l Dalam waktu singkat k i k Akibat pajanan(exposure) konsentrasi tinggi

• Kronis:  Dalam waktu lama Pajanan konsentrasi rendah dalam waktu panjang Pajanan konsentrasi rendah dalam waktu  panjang

Penyakit Non-Infeksi

9/28/2011

Dwina Roosmini

20

Efek pada manusia Efek pada organisme tergantung: -toleransi, -hipersensitivitas, hi iti it -kumulasi Pada: sel, enzim, DNA, RNA, organ target (hati, sistem saraf, saraf paru paru-paru paru, ginjal, kulit)

Efek berdasarkan g gejala: j - Fibrosis - Granuloma - Demam - Asfiksia - Alergi l i - Mutan, kanker, dan teratoma - Endocrine disrupture p - Neurotoksik Keracunan sistemik

Kandungan Pb pada darah

Mekanisme dalam menurunkan  efek toksik • K Konsep dasar toksikologi: setiap bahan akan  d k ik l i i b h k bersifat toksik pada kondisi tertentu. • Senyawa kimia mempunyai batas aman  y p y efek  yang ditimbulkan sangat kecil atau tidak  g terdeteksi secara signifikan – Contoh:    Kopi Aspirin p Bayam: 10 kg

Senyawa karsinogenik dalam kopi • Acetaldehyde y • Benzaldehyde • Benzene • Benzofuran f • Benzo[a]pyrene • Caffeic acid Caffeic acid • Catechol • 1,2,5,6 Dibenzanthracene • Ethanol Toksik: 100 cangkir kopi  LD kafein

• Ethylbenzene y • Formaldehyde • Furan • Furfural • Hydrogen peroxide • Hydroquinone • Limonine Li i • Styrene • Toluene • Xylene

Mekanisme dalam menurunkan  efek toksik • Degradasi Metabolik dan Ekskresi

• Mekanisme perbaikan kerusakan

Degradasi metabolik dan ekskresi Degradasi metabolik dan ekskresi  Sistem Ensimatik: Ensim (E mikrosomonal P450)  menurunkan efek toksik Mamalia: terletak di hati

 Ekskresi: Eliminasi dari tubuh melalui proses ekskresi Molekul volatil: CO2, HCN dan keton  ekskresi melalui sistem pernafasan Garam dan senyawa lain berlebih  keringat Senyawa/bahan terlarut fungsi ginjal  urin

 Akumulasi senyawa toksik:  Kerusakan sistem vital: ginjal, lambung, usus

Metabolisme Xenobiotic Metabolisme Xenobiotic Jalur metabolisma yang mengubah struktur  Jalur metabolisma yang mengubah struktur kimia senyawa xenobiotic  Reaksi kimia (biotransformasi):  terjadi pada hampir seluruh mahluk hidup  proses detoksifikasi

Terjadi dalam 3 fase Terjadi dalam 3 fase

Metabolisme Xenobiotic Metabolisme Xenobiotic • Fase I : modifikasi • Fase II: konyugasi • Fase III: modifikasi lanjutan dan ekskresi Fase III: modifikasi lanjutan dan ekskresi • Membran sel: pembatas permeabel hidrofobik   mengendalikan lingkungan internal Senyawa polar  tidak dapat menembus  kecuali senyawa‐senyawa yang diperlukan  transport protein

Metabolisme Xenobiotic‐Fase Metabolisme Xenobiotic Fase II • Melibatkan berbagai ensim Cytochrome P‐450 (CYP, P450, CYP450) – dependent mixed function oxidase system  terjadi di mitokondria atau retikulum endoplasma j di di i k d i ik l d l

• Reaksi:                                         – Oksidasi,  – Reduksi – Hidrolisis

Reaksi yang dikatalisa: monooksigenase RH + O2 + 2H+ + 2e– → ROH + H2O

Reaksi monooksigenase Reaksi monooksigenase • Oksidasi Oksidasi alifatik/aromatik   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 Reaksi Oksidasi lain • Penyisipan Penyisipan gugus OH gugus OH‐fenolik fenolik ke dalam  ke dalam senyawa aromatik Benzene  Fenol • Oksidasi menghasilkan Hidrogen Peroksida  Oksidasi menghasilkan Hidrogen Peroksida (H2O2)  menyerang substrat  luka kimia

Hidrolisis • Memecah molekul:  ester  Memecah molekul: ester  alkohol dan asam alkohol dan asam • Ensim:  – esterase dan amidase  t d id  terdapat di luar sel   t d t di l l (dalam plasma atau cairan ekstraseluler  amidase dlm plasma < esterase) amidase dlm plasma < esterase)  – Pseudokolinesterase – Glukosidase – Glukuronidase  berperan thd karsinoma  kandung kemih 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 Mengeluarkan metabolit • Organ ekskresi: – Ginjal Gi j l – Paru‐paru – Kelenjar keringat, air susu, ludah, empedu – Usus (logam) – Urogenital – Rambut, kuku   logam (Hg atau As)   Biological Effect Indicator

Mekanisme perbaikan Mekanisme perbaikan • Perbaikan kerusakan pada individual sel sampai DNA atau  protein pada tingkat molekular, jaringan dan organ. t i d ti k t l k l j i d • Jika Jika suatu sel terpapar secara teratur oleh senyawa toksik  suatu sel terpapar secara teratur oleh senyawa toksik  mekanisme perbaikan. • Kulit, lapisan epitel saluran pencernaan, pembuluh darah,  paru‐paru:  laju reproduksi selular tinggi utk mengganti sel  rusak  pertumbuhan tdk terkendali  rusak  pertumbuhan tdk terkendali  kanker/tumor