TOKSIKOLOGI Ika Puspita Dewi
TOKSIKOLOGI
Toksikologi digunakan untuk membedakan makanan yg aman dan yg beracun
Senyawa toksin diproduksi oleh tanaman, hewan dan bakteria
Phytotoxins Zootoxins Bacteriotoxin
Xenobiotik senyawa alami ataupun buatan manusia yang tidak secara normal berada dlm tubuh Zat toksik merupakan senyawa kimia tertentu yang memang bersifat toksik
Sejarah Ilmu Toksikologi
PARACELCUS (1493-1541)
MJB ORFILLA
“semua zat adalah racun, tidak ada satupun yg bukan racun. Dosis yg tepat membedakan antara racun dan obat”
• Bapak Toksikologi modern • toksikologi sebagai disiplin ilmu tersendiri • tata cara terapi atas toksisitas zat kimia • metodologi kuantitatif utk mempelajari aksi toksikologi zat kimia pada hewan • prinsip eliminasi obat/zat kimia tertentu dari tubuh
Perkembangan Definisi Toksikologi Loomis (1978) Toksikologi adalah ilmu yg mempelajari aksi berbahaya zat kimia atas sistem biologi tertentu
Doull & Bruce (1986) Toksikologi adalah ilmu yg mempelajari berbagai pengaruh zat kimia yg merugikan atas sistem biologi
Timbrell (1989) Toksikologi adalah ilmu yg mempelajari antaraksi zat kimia dengan sistem biologi
Toksikologi ilmu yg mempelajari aksi berbahaya zat kimia atas sistem biologi
Why Toxicology? Antisipasi pengaruh toksik
Pencegahan aksi toksik
Terapi keracunan yg mungkin tjd karena pemejanan suatu senyawa
Peristiwa timbulnya efek toksik racun atas makhluk hidup Antaraksi Sel atau jaringan sasaran
Racun Pemejanan (exposure)
Kondisi
Tempat aksi
Pengaruh (efek) berbahaya
Wujud
Sifat
KONDISI PEMEJANAN (jenis zat toksik, jalur pemberian, frekuensi)
KONDISI MAKHLUK HIDUP (usia, BB, jenis kelamin, kondisi fisiologi & patologi)
ASAS UMUM TOKSIKOLOGI
MEKANISME AKSI
WUJUD & SIFAT EFEK TOKSIK
Hubungan Kausal Asas Utama Toksikologi SEBAB
PERANTARA
• KONDISI PEMEJANAN Jenis: akut/ subkronis/ kronis Lama, kekerapan, saat, takaran
• MEKANISME AKSI
AKIBAT
• WUJUD EFEK TOKSIK Perubahan: biokimia/ fungsional/ struktural
UBAHAN BEBAS KONDISI MAKHLUK HIDUP: Keadaan fisiologi Keadaan patologi UBAHAN MODERATOR/ UBAHAN TERKENDALI
SIFAT EFEK TOKSIK: - Terbalikkan - Tak terbalikkan UBAHAN TERGANTUNG
Yg akan dipelajari Ruang lingkup toksikologi
Faktor-faktor yg mempengaruhi ketoksikan racun
Tolak ukur ketoksikan
Antidot
Uji Toksikologi
TOLAK UKUR KETOKSIKAN
Mekanisme efek toksik Jenis wujud efek toksik Kualitatif Sifat efek toksik Tolak Ukur Ketoksikan
Gejala klinis Kuantitatif
Kekerabatan takaran-respon
TOLAK UKUR KUALITATIF
Mekanisme Aksi Efek Toksik Dasar : sifat & tempat kejadian Mekanisme : Luka intrasel
Aksi langsung (primer) Terjadi di dalam sel
Ada respon perbaikan
Luka ekstrasel
Aksi tak langsung (sekunder) Beraksi di lingkungan luar sel
Perubahan fungsi / struktur
Wujud Efek Toksik PERUBAHAN BIO KIMIA
FUNGSIO NAL
Hambatan respirasi sel Perubahan keseimbanga n cairan elektrolit Gangguan pasok energi
Anoksia Pernapasan Sistem saraf Hiper/hipoten si Hiper/ hipoglikemi Kontraksi/ relaksasi otot
SIANIDA
MALATION
STRUKTU RAL Degenerasi Nekrosis Karsinogen esis Mutagenesi s Teratogene sis TETRASIKLI N
Sifat Efek Toksik Terbalikkan • Aksi khas pd reseptor, neurotransmiter, tempat aktif enzim dll • Kadar racun habis, reseptor kembali • Efek toksik cepat kembali ke normal • Ketoksikan tergantung takaran, kec abs, distr, elimns • Toksin botulinus, alkaloid ergot, pestisida organofosfat & karbamat
Tak terbalikkan • Kerusakan menetap • Pembentukan ikatan kovalen luka kimia toksik • Aktivitas enzim pemblokan enzim redoks & penghambatan enzim • Penumpukan efek toksik • Pemejanan takaran kecil jangka panjang = takaran besar jangka pendek • Senyawa pengalkil, radiasi nuklear, sinar X, benzo(a) piren, aflatoksin B1
Gejala klinis
Gejala yang menandai wujud efek toksik yang tampak secara makroskopi setelah subjek terpejani dengan racun
Misal : denyut jantung, warna kulit, pernapasan, besar pupil dsb
Tolok ukur kualitatif Ditegaskan dg uji ketoksikan racun Misal : keracunan Sodium nitrit
Wujud
efek toksik : anoksia Mekanisme aksi ekstra sel : nitrit menyebabkan berkurangnya pasok oksigen ke dalam sel atau jaringan mengoksidasi hemoglobin menjadi methemoglobin Gejala klinis : sianosis, takikardi, sesak napas & gelisah Sifat efek toksik : terbalikkan, jika tak terganggulangi perubahan struktural (nekrosis sel) tak terbalikkan kematian
TOLAK UKUR KUANTITATIF
Tolak ukur kuantitatif What is there that is not poison? All things are poison and nothing (is)without poison. Solely the dose determines that a thing is not a poison. Paracelsus (1493–1541)
Kekerabatan antara takaran (dosis) pemejanan dan ketoksikan suatu xenobiotika
Ketoksikan xenobiotika mrpk efek bertingkat, berhubungan langsung dg takaran pemejanannya
Mengetahui kondisi pemejanan & INTENSITAS efek toksik yg timbul pada satu atau sekelompok subjek
Kekerabatan takaran dan efek (takaran-efek)
Jenis
Kekerabatan waktu dan efek (waktu-efek)
Kekerabatan antara kondisi pemejanan & wujud efek toksik
Kegunaan
Mengetahui FREKUENSI atau angka kejadian timbulnya efek toksik pada sekelompok populasi subjek uji
Tolak Ukur Kuantitatif KEKERABATAN TAKARAN/DOSIS-RESPON & WAKTURESPON
Tujuan evaluasi ketoksikan : RISIKO PEMEJANAN
(Ukuran kemungkinan timbulnya efek berbahaya racun pada sekelompok tertentu) Misal : nilai masukan harian racun yang dapat diterima manusia
Kekerabatan takaran respon
Asumsi : Efek
toksik mrpk fungsi kadar racun di tempat aksinya
Kadar
racun di tempat aksi berhubungan dengan takaran pemejanan Respon toksik menunjukkan hubungan sebab akibat dengan racun yg dipejankan
Takaran pemejanan ↑ jumlah subjek yg menunjukkan efek toksik ↑
Kekerabatan takaran respon
Tolok ukur potensi ketoksikan racun :
TD50 (toxic dose) jika efek toksik berupa perubahan biokimia, fungsional & struktural
LD50 (lethal dose) jika efek toksik berupa kematian
Takaran ambang pemejanan racun : takaran pemejanan di bawah mana individu tidak menunjukkan efek atau respon toksik yang dapat terukur atau teramati KETT (Kadar Efek Toksik yang Tak Teramati) batas aman ketoksikan racun
Kekerabatan Waktu-Respons
Evaluasi ketoksikan racun lazimnya Subkronis
Kronis
(10% masa hidup subjek)
(85% masa hidup subjek)
Mekanisme antaraksi pada pemejanan kronis: Terbalikkan
Tak
terbalikkan
Sekuestrasi
fisik (penumpukan)
Mekanisme Antaraksi—t½ Eliminasi
Terbalikkan t½
Eliminasi racun sebanding dengan perubahan kadar
Tak terbalikkan t½
eliminasi relatif pendek
eliminasi relatif lama
Penumpukkan efek toksik pada pemejanan berulang
Pada dosis rendah, efek toksik sudah terlihat nyata
Sekuestrasi fisik t½
eliminasi paling lama
Penumpukan racun di tempat aksi
Kekerabatan Waktu-Respons
Tolok ukur kuantitatif MHDD
(Masukan Harian yang Dapat Diterima) acceptable daily intake
MHMD
(Masukan Harian Maksimum yang Diperbolehkan)
KETT
Takaran ambang pemejanan racun •
Adalah takaran pemejanan di bawah mana individu tidak menunjukkan efek atau respon toksik yang dapat terukur atau teramati
•
Merupakan batas aman ketoksikan racun
Lazim disebut :
Kadar Efek Toksik Tak Teramati (KETT) Atau No Observed Effect Level (NOEL)
KETT
KETT menggambarkan takaran pemejanan tertinggi yang tidak menyebabkan timbulnya efek toksik atau kematian pada diri subjek uji Diperoleh dari uji ketoksikan sub kronis
MHDD (Masukan Harian yang Dapat Diterima) ADI (Acceptable Daily Intake) Merupakan
takaran harian maksimum (mg/kgBB) racun pangan (zat tambahan makanan, senyawa pencemar, residu dsb) yg dapat diterima manusia pada pemejanan jangka pendek
MHMD (Masukan Harian Maksimum yang Diperbolehkan) Merupakan
kadar maksimum bahan pangan yang diperbolehkan
KETT
MHDD
MHMD
KETT ( mg
) kgBBhewan MHDD ( mg ) kgBBmanusia faktor aman(biasanya100)
Faktor aman tetapan yg menggantikan berbagai faktor yang tidak diketahui dlam mengekstrapolasikan data hasil uji hewan ke manusia (misalnya kondisi fisiologi dan patologi, faktor perbedan jumlah subjek yg terlibat dalam ekstrapolasi)
Contoh nilai MHDD beberapa senyawa SENYAWA
KETT (TIKUS)
FAKTOR AMAN
MHDD (MANUSIA)
Heksaklorobe 1,25 mg/kg tikus/hari 2000 nzena Dieldrin 0,025 mg/kg 200 (1970) tikus/hari
0,6 mcg
DDT
5,0 mcg
0,05 mg/kg tikus/hari 1
0,1 mcg
MHMD = MHDD x 60 (mg/kg)
LD50
Definisi
LD50 merupakan dosis yang menyebabkan kematian pada 50% populasi/subyek coba.
LD50 menunjukkan besarnya potensi ketoksikan dari suatu racun.
Diperkenalkan pada 1927 oleh J.W. Trevan
LD50
Diperoleh dari uji ketoksikan akut Pemejanan Kadang
sekali, diamati selama 24 jam
kala selama 7-24 jam
Hanya menggambarkan potensi ketoksikan racun relatif terhadap racun yg lain (potensi relatif) tidak menggambarkan batas aman takaran pemejanan Berguna untuk mengetahui indeks terapi suatu obat indeks terapi (IT)= LD50/ED50
Kegunaan Data LD50
Melihat potensi ketoksikan
Klasifikasi zat kimia berdasarkan potensi ketoksikan
Evaluasi dampak keracunan yang tidak disengaja
Perencanaan penelitian subkronis dan kronis
Kriteria/ Kategori Ketoksikan Akut Berdasarkan Loomis (1978) KRITERIA
LD50 (mg/kg subjek)
1
Luar biasa toksik
1 atau kurang
2
Sangat toksik
1 – 50
3
Cukup toksik
50 – 500
4
Sedikit toksik
500 – 5000
5
Praktis tidak toksik
5000 – 15000
6
Relatif kurang berbahaya
Lebih dari 15000
Kriteria/ Kategori Ketoksikan Akut Berdasarkan Lu (1995) KRITERIA
LD50 (mg/kg subjek)
Super-toksik
5 atau kurang
Amat sangat toksik
5 – 50
Sangat toksik
50 – 500
Toksik sedang
500 – 5000
Toksik ringan
5000 – 15000
Praktis tidak toksik
Lebih dari 15000
Metode Perhitungan/ Penetapan LD50
Paling lazim/ konvensional: Metode
grafik Litchifield dan Wilcoxon (1949)
Metode
kertas grafik logaritmik Miller dan Tainter (1944) ANALISIS PROBIT
Tata
cara menemukan kisaran Weil (1952)
Kontemporer (untuk senyawa sintetis)LD50 cutoff: Up-and-Down Acute
Procedure
Toxic Class Method
Fixed-Dose
Procedure
ANALISIS PROBIT
2
1
ANALISIS PROBIT
4
3
Langkah-langkah 1. 2.
3. 4.
5.
6. 7. 8.
Hitung log dosis (basis 10) Hitung persentase kematian (%) Lakukan perhitungan normalisasi jika terdapat 0% dan atau 100% kematian Tentukan nilai probit berdasarkan persentase kematian dan lakukan koreksi atau normalisasi jika perlu LIHAT TABEL PROBIT Buat persamaan regresi linier y = mx+b (manual atau menggunakan piranti lunak) Nilai probit sebagai y Log dosis sebagai x Tentukan log LD50 menggunakan: nilai probit 5, manual/grafik pada kertas grafik atau memakai persamaan regresi linier Hitung anti-log-nya Nilai LD50 ditemukan Tentukan SE kira-kira berdasarkan nilai probit 84 dan 16 LD50 ± SE dengan taraf kepercayaan 95%
CONTOH SOAL
Penentuan LD50 akut parasetamol thd 10 tikus putih jantan adl sbb : Kelp
Dosis (mg/kg)
∑ tikus yg mati
∑ tikus yg hdp
1 2 3 4 5
1000 500 250 125 62,5
10 6 4 0 0
0 4 6 10 10
48
1. Hitung log dosis Kelp
Dosis (mg/kg)
Log dosis
∑ tikus yg mati
∑ tikus yg hdp
1
1000
3
10
0
2
500
2,69
6
4
3
250
2,39
4
6
4
125
2,09
0
10
5
62,5
1,79
0
10
2. Hitung presentase kematian Kelp
Dosis (mg/kg)
Log dosis
∑ tikus yg mati
∑ tikus yg hdp
% kematian
1
1000
3
10
0
100
2
500
2,69
6
4
60
3
250
2,39
4
6
40
4
125
2,09
0
10
0
5
62,5
1,79
0
10
0
Faktor Koreksi •
Faktor koreksi hanya khusus untuk % kematian 0 dan 100
•
u/0% kematian, % koreksi = 100 (0,25/n)
•
u/ 100% kematian, % koreksi = (100n-25)/n
3. Tentukan nilai probit & koreksi Krn semua tikus pd kelp 4 tetap hidup, mk klp 5 diabaikan. Hitung % koreksi u/ % kematian 0 dan 100% u/ 0 % kematian : % koreksi = 100 (0,25/n) = 100 (0,25/10) = 2,5 u/ 100% kematian : % koreksi = (100n-25)/n = (100x10-25)/10 = 97,5
Penentuan % koreksi Kelp
Dosis (mg/kg)
Log dosis
∑ tikus yg mati
∑ tikus yg hdp
% kematian
% koreksi
1
1000
3
10
0
100
97,5
2
500
2,69
6
4
60
60
3
250
2,39
4
6
40
40
4
125
2,09
0
10
0
2,5
Jika ada selisih probit...
Tentukan probit……lihat pd tabel probit Misal % koreksi 2,5; mk liat tabel probit u/ % koreksi 2 dan 3 2……2,95 3……3,12 2,95 + 0,5(selisih)
Harga probit u/ % koreksi = 97,5 • lihat harga probit u/ 97 % dan 98% • 97% = 6,88 • 98% = 7,05 • 97,5% = 6,88 + 0,5 (7,05-6,88) = …….. Harga probit u/ % koreksi = 2,5 • lihat harga probit u/ 2% dan 3% • 2% = 2,95 • 3% = 3,12 • 2,5% = 2,95 + 0,5 (3,12-2,95) = ……..
Penentuan harga probit
Lihat pada tabel probit
Kelp
Dosis (mg/kg)
Log dosis
∑ tikus yg mati
∑ tikus % yg hdp kematian
% koreksi
Nilai probit
1
1000
3
10
0
100
97,5
6,97
2
500
2,69
6
4
60
60
5,25
3
250
2,39
4
6
40
40
4,75
4
125
2,09
0
10
0
2,5
3,04
4. Buat persamaan regresi linier log dosis vs probit Kelp
Dosis (mg/kg)
Log dosis
Nilai probit
1
1000
3
6,97
2
500
2,69
5,25
3
250
2,39
4,75
4
125
2,09
3,04
y = 4,05x - 5,31
5 & 6. Penentuan harga LD50 •
Masukkan nilai probit 5 pada persamaan y = 4,05x - 5,31 5 = 4,05x – 5,31 x = 2,55
•
Dapatkan nilai LD50 dari antilog nya antilog2,55 = 354, 81 LD50 = 354, 81 mg/kg
7. Penentuan SE (standard error)
Nilai probit u/ 84% kematian = 5,99, masukkan ke persamaan 5,99 = 4,05x – 5,31 x = 2,79 antilog 2,79 = 616,59 mg/kg Nilai probit u/ 16% kematian = 4,01, masukkan ke persamaan 4,01 = 4,05x – 5,31 x = 2,30 antilog 2,30 = 199,53 mg/kg
616,59 199,53 SE LD50 2 x 10 SE LD50 = 93,25
8. Tentukan nilai LD50 + SE LD50 + SE = (354,81 + 93,25) mg/kg
Soal Latihan
Dilakukan sebuah penelitian toksisitas akut thymoquinone menggunakan tikus dalam 5 kelompok peringkat dosis (masing-masing n = 10). Didapatkan data sbb: Kelomp Dosis (mg/kg BB) ok
Subjek mati/total subjek
1 2
25 50
0/10 4/10
3 4 5
75 100 150
7/10 9/10 10/10
SPSS
