TOXICOLOGY PREDICTIVE TOXICOLOGY MEMBRAN – CELL DR. MANSYUR, DAKK Fakultas Kedokteran Universitas Sumatera Utara PENDAHULUAN : Toksikologi adalah pemahaman mengenai pengaruh-pengaruh bahan kimia yang merugikan bagi organisme hidup. Dalam pemahaman toksikologi guna mendapatkan kesimpulan akhir yang tepat, dilakukan bermacam-macam percobaan dalam rangka mendapatkan data-data yang dibutuhkan. Percobaan-percobaan itu antara lain menuju kearah penentu LD50, pembuatan kurva Dosis – Response dan juga test-test dengan binatang-binatang percobaan, maupun test-tes kronik pada manusia. Dari data-data yang diperoleh itu, para ahli toksikologi melakukan penilaian dan akhirnya membuat ramalan mengenai yang dipaparkan. Disamping itu, pada saat dilakukan percobaan-percobaan toksikologi, para ahli toksikologi yang memiliki dalam bidang biokimia akan meneliti sifat toksikologi berdasarkan biotransformasi yang dialami oleh agent. Dalam memahami biotransformasi inilah para toksikologi akan berjumpa dengan membrane sel yang akan terkait dengan masalah pengangkutan agent kimia. Tulisan ini bermaksud membicarkan mengenai predictive toksikologi dan membrane sel yang terkait dengan toksikologi. PREDICTIVE – TOXICOLOGY Tujuan utama dari test-test keracunan adalah untuk menyediakan satu data dasar yang dapat dipergunakan memperkirakan bahaya (atau menilai bahaya) yang mengiringi satu keadaan dimana agent kimia, sasaran dan kondisi pemaparan ditentukan. Adalah terbukti bahwa KEADAAN IDEAL adalah satu keadaan dimana agent, sasaran dan keadaan pemaparan yang dipakai untuk test-test racun adalah identik dengan kondisi-kondisi yang akan ditemui pada penaksiran bahaya (resiko). Jadi dengan melaksanakan pemahaman-pemahaman racun atas bermacam-macam bentuk burung, ikan dan lain-lain binatang liar, biasanya mungkin utnuk menetapkan dengan ketepatan yang layak satu tingkat keamanan atau Noel (no abserved effect level) dan Noel (no observed). Bagaimanapun. Dalam kebanyakan hal-hal, disana ada perbedaan-perbedaan diantara keadaan test racun dan keadaan “dunia sebenarnya” dimana penentuan resiko diinginkan yang memerlukan perhitungan/ramalan dari data dasar atau ramalan mengenai bahaya dalam daerah yang tidak dilindungi oleh data dasar itu. Perubahamn-perubahan dalam perumusan mengenai agent-agent, penggunaan dari test-test binatang untuk menetapkan resiko ke manusia, perubahan-perubahan dalam lintasan, dosis lamanya, frekwensi pemaparan adalah semua contoh-contoh dari keadaan-keadaan dimana toksikologi ramalan menyediakan bagian beresiko mengenai analisa keuntungan resiko, yang merupakan dasar pengaturan toksikologi. Dalam pendekatan turun temurun untuk menetapkan tingkat-tingkat keamanan ke agent kimia kemana manusia akan dipaparkan adalah mengurangi dosis ambang atau Noel oleh satu faktor keamanan yang dimasukkan dalam
2002 digitized by USU digital library
1
pertimbangan kedua hal. Keberagamaan dalam spesies dan keberagaman antar spesies. Satu dari sepuluh faktor keselamatan dapat dipergunakan untuk contoh, dengan satu agent untuk mana disana ada data keracunan pada manusia melebihi dari faktor dari 100 (10 kali lipat untuk masing-masing bentuk keberagaman), yang biasanya dipakai untuk data test keracunan pada binatang. Sebaliknya, faktor-faktor keselamatan yang lebih tinggi dapat dipergunakan dalam keadaan dimana ada kenaikan perhatian mengenai bentuk effek terbalik (untuk contoh, keracunan irreversible) atau mutu dari data dasar atau hubungan mengenai data binatang ke keadaan pada manusia (perbedaan-perbedaan dalam kinetika, organ sasaran, proses perbaikan dan seterusnya). Karena Noel oleh definisi adalah satu tingkat dosis dibawah threshold (Ambang), dia adalah bukti bahwa pendekatan faktor keselamatan tidak akan bisa diterapkan untuk agent-agent yang menghasilkan effek yang tidak berambang batas. Jadi dalam kasus-kasus karsinogen-karsinogen dan mutagen-mutagen alasan proses-proses tidak memiliki ambang batas dikarenakan effek mereka dapat dihasilkan dari satu molekul tunggal yang menghasilkan memulainya peristiwa (satu molekul – satu pukulan) akan memerlukan bahwa tingkat keselamatan agent-agent demikian ditetapkan pada kurang dari satu molekul (toleransi = 0). Begitupun, kebanyakan, dan disana ada satu ambang batas yang effektif atau jelas untuk sedikitnya beberapa mengenai agent-agent ini, yang memberi kesan jadi dikontrol (diawasi) melebihi dari dilarang. Masalah-masalah ini dan yang serupa telah merangsang perkembangan dari pendekatan-pendekatan pengganti ke proses penilaian bahaya dan menghitung akibat-akibat dari data keracunan secara binatang untuk menyediakan satu taksiran resiko pada manusia. Satu dari penganti-pengganti utama kepenggunaan faktor-faktor keselamatan adalah pendekatan penaksiran resiko yang diturunkan dari usaha-usaha permulaan untuk menyediakan TEORI untuk KARSINOGENESIS. IVERSON DAN ARLEY 1950 menggunakan satu bentuk matematis dimana kemungkinan dari terjadinya tumor umumnya berhubungan kesatu fungsi polynomial mengenai dosis, dijumpai bahwa dalam kisaran dosis yang rendah satu linear dari dosis menyediakan satu perkiraan-perkiraan yang layak. Dalam usaha untuk meramalkan data keracunan binatang dengan dosis tinggi ke daerah yang rendah yang diminati, begitupun hubungan-hubungan dosis response secara matematik yang lain sudah diusulkan, seperti cara log probit dari mantel dan briyan dan bermacam-macam bentuk dari model-model respon yang terbelah dua (secara kemungkinan, pukulan, atau peristiwa yang banyak, waktu untuk induksi tumor dan seterusnya). M,asing-masing mengenai cara-cara matematis yang diusulkan untuk dipakai dalam pendekatan penaksiran bahaya memiliki keuntungan-keuntungan dan kerugiankerugian, tetapi mereka semua memberikan penyediaan yang objektif satu metoda untuk memperkirakan resiko untuk agent-agent yang tidak berambang batas. Dia juga telah memberi kesan bahwa pendekatan penaksiran resiko bisa juga diterapkan keperamalan lain-lain bentuk dari bahaya-bahaya keracunan untuk agent-agent yang menunjukkan ambang batas, dan kemungkinan bahwa modelmodel perhitungan akan diusulkan yang menyediakan untuk keadaan ini. Apakah model-model demikian dapat menggantikan untuk pendekatan faktor keselamatan, yang memiliki keuntungan dan pengalaman puluhan tahun dan hubungan yang telah ditetapkan ke standard-standar lain (ADI, TLV) masih
2002 digitized by USU digital library
2
diperdebatkan, tetapi ini membuktikan bahwa ini merupakan satu bidang toksikologi yang tengah diperdebatkan dan menarik Akan ditunjukkan bahwa pendekatan faktor keamanan dan pendekatan perkiraan resiko adalah tata cara pendekatan perkiraan resiko. Dalam pendekatan faktor keselamatan, dianggap bahwa faktor yang digunakan mengurangi resiko kesatu yang dapat diabaikan, sebaliknya pendekatan penaksiran resiko memerlukan satu penerapan terpisah mengenai tingkat apa dari resiko yang akan diterima. Juga akan ditunjukkan bahwa Epidemiologi menyediakan cara lain dari penaksiran resiko yang dapat digunakan dalam tambahan ke atau dalam tempat dari toksologi ramalan. MEMBRAN-MEMBRAN CELL : Satu agent beracun bisa lewat melalui sejumlah rintangan-rintangan sebelum mencapai satu konsentrasi yan cukup pada organ dimana dia menghasilkan lukanya yang khas. Ini termasuk membran-membran dari sejumlah sel-sel seperti lapisan tebal sel-sel kulit, lapisan tipis dari paru-paru, dan gastro intestinal sel kapillair, selsel dari organ dimana racun-racun itu menghasilkan effek merusaknya dan sel-sel dari organ yang menyingkirkan racun dari tubuh. Membran-membran yang mengelilingi semua sel-sel ini adalah sungguh sama. Ketebalan dari membran sel asalah kira-kira 70 Angstrom. Pengertian-pengertian yang sekarang timbul dari mikrograf electron, pemahaman secara kimia dan fisiologi membayangkan membran sel itu sebagai satu lapisan bimolekuler dari molekul-molekul lipida dilapisai atas dari lapisan protein terlihat menembus kedua lapisan (bilayer) dari lipida membran utamanya terdiri dari lesitin, cepalin dan kolesterol. Asam-asam lemak dari membran tidak memiliki satu bentuk kristal yang kaku tetapi pada suhu fisiologis sifat-sifatnya pura-pura cair. Sifat cair dari membranmembran sangat ditentukan oleh struktur dan ukuran relatif dari asam lemak tak jenuh. Bila membran-membran mengandung lebih banyak asam-asam lemak tak jenuh, mereka lebih cair, dan transport aktif telah ditunjukkan jadi lebih cepat. (Fox, 1972) Mekansime-mekanisme yamng membolehkan satu zat racun menembus satu membran dapat dibagi kedalam 2 (dua) bentuk umum : 1. Diffusi atau pengiriman passif dari zat-zat kimia, dimana sel tidak memainkan peran aktif dalam pengirimannya. 2. Pengangkutan Khusus : dimana sel mengambil satu bagian yang aktif dalam pengiriman zat beracun melalui membran-membran. PENGANGKUTAN PASSIF : Diffusi Sederhana : Kebanyakan zat-zat racun menembus membran-membran melalui diffusi sederhana. Ini dapat terjadi untuk senyawa-senyawa hidrofilik yang sangat kecil oleh jalan lintasan melalui saluran-saluran berair atau lebih oleh molekul organic yang lebih besar yang memiliki satu-satu derjat tertentu kelipofilikan, melalui diffusi menembus membran lipid. Karena itu, satu senyawa yang larut dalam lipid seperti etil alcohol mudah melewati membrane-membrane sel oleh diffusi sederhana. Etil Alkohol diserap dilambung dan usus oleh diffusi dan kemudian melintas kedalam CNS dan organ-organ lain juga oleh diffusi sederhana. Kecepatan pengiriman dari agent-agent beracun melalui membran-membran sel adalah tergantung pada kelarutan mereka dalam lipid sebagaimana diukur oleh KOEFFISIEN PARTISI lemak/air, dan perbedaan konsentrasi mereka melewati membran itu. Beberapa zat kimia beracun ada dalam larutan dalam kedua bentuk, terion dan tak terion. Bentuk terion sering tidak mampu menembus membrane sel kaena 2002 digitized by USU digital library
3
kelarutannya dalam lipida adalah rendah, sementara dalam perbandingan, bentuk yang tak terion bisa jadi cukup larut dalam lemak untuk berdiffusi melewati membran-membran sel. Jadi : DIFFUSI tergantung atas kelarutan dari bentuk tidak terion dari persenyawaan tersebut didalam lemak. FILTRASI: Jika sejumlah besar air mengalir melalui satu membran berpori, tiap zat terlarut yang cukup kecil untuk melewati pori-pori mengalir bersamanya. Perjalanan melalui saluran-saluran ini disebut FILTRASI karena dia melibatkan bagian besar aliran air yang didasarkan ke satu gaya osmotik atau gaya hidrostatik. Satu dari perbedaan-perbedaan yang utama diantara bermacam-macam membran-membran tubuh adalah ukuran dari saluran-saluran ini. Dalam glomeruli ginjal dan kapiler-kepiler tubuh pori-pori ini relatif besar (40) Angstrom dan membolehkan molekul-molekul kecil dari albumin (B.M=60.000) untuk lewat, sebaliknya saluran-saluran dalam kebanyakan sel-sel adalah relatif kecil (4 A0) dan membolehkan zat-zat kimia untuk lewat hanya sampai satu berat molekul 100 – 200. PENGANGKUTAN KHUSUS : Disana ada sejumlah contoh-contoh dimana gerakan dari satu persenyawaan melewati satu membran tidak dapat diterangkan oleh diffusi sederhana atau filtrasi karena persenyawaan tersebut terlalu tidak larut dalam lipid agar larut dalam membran-membran sel dan terlalu besar guna mengalir melalui saluran-saluran. Untuk menerangkan peristiwa ini, sudah ditetapkan adanya system pengangkutan khusus. Sistem-sistem pengangkutan khusus adalah bertanggung jawab untuk pengangkutan beberapa bahan-bahan gizi seperti gula-gula, asamasam amino dan asam nukleat melewati membran-membran sel sebagimana juga pengangkutan beberapa molekul asing. PENGANGKUTAN AKTIF : Yang berikut adalah sifat-sifat system pengangkutan aktif : 1. Zat-zat kimia digerakkan berlawanan dengan perbedaan-perbedaan elektro kimia 2. Pada konsentrasi dasar yang tinggi system pengangkutan jadi jenuh dan ditunjukkan satu pengangkutan maksimum (T m) 3. Sistem pengangkutan adalah pemilih, dan kebutuhan-kebutuhan struktur dasar tertentu ada untuk zat-zat kimia yang diangkut oleh mekanisme yang sama, dan dengan demikian inhibitie yang berlomba dapat terjadi diantara zat-zat ini. 4. Sistem tersebut memerlukan perluasan energi sedemikian sehingga penghambat-penghambat metabolisme merintangi proses pengangkutan. Zat-zat yang secara aktif diangkut melewati satu sel membran diperkirakan masuk kebagian dalam sel melalui pembentukan satu senyawa kompleks dengan pembawa makromolekul pada satu sisi dari membran tersebut. Kompleks tersebut akhirnya berdiffusi kesisi lain dari membran tersebut dimana zat itu dilepaskan, dan karenanya kemudian pembawa itu kembali lagi kepermukaan semula untuk mengulangi proses pengangkutan tersebut. Penggangkutan aktif secara khusus adalah penting dalam toksikologi untuk penyingkiran senyawa-senyawa asing dari organisme sesudah mereka diserap. Sistem saraf pusat memiliki dua system pengangkutan pada plexus chroideus, satu untuk asam-asam organic dan satu untuk basa-basa organic, untuk mengangkut zat-zat keluar dari cairan cerebro spinal. Serupa, ginjal memiliki dua system pengangkutan aktif yang menyingkirkan senyawa-senyawa asing dari tubuh, dan liver memiliki sedikit-dikitnya 3 sistem 2002 digitized by USU digital library
4
pengangkutan aktif, satu untuk asam-asam organic, satu untuk basa-basa organic, dan satu untuk senyawa-senyawa organic yang netral. = DIFFUSI YANG DIPERMUDAH : Istilah ini diterapkan kepada pembawa pengangkutan (CARRIER) yang memiliki semua sifat-sifat pengangkutan aktif kecuali bahwa substrat tidak bergerak melawan satu perbedaan konsentrasi dan proses pengangkutan tidak bergantung energi. Pengangkutan gula dari tractus gastro intestinalis kedalam darah, dari plasma ke eritrosit dan dari darah ke CNS difikirkan berlangsung melalui proses ini. = PROSES PENGANGKUTAN TAMBAHAN : Bentuk-bentuk tambahan dari system-sistem pengangkutan yang khusus telah disarankan, begitupun peran sebenarnya dari proses-proses ini dalam semua bagian-bagian tubuh belum diketahui hingga saat ini. Phagositosis dan pinositosis adalah proses-proses dimana membran sel mengalir mengelilingi dan menelan partikel-partikel. Bentuk pengiriman melalui membranmembran sel ini adalah penting untuk pembuangan bahan-bahan bentuk partikel dari alveolus oleh fagosit-fagosit di alvelolus dan untuk pembuangan bahanbahan beracun dari darah oleh system retikulo endothelial dari liver dan limpa. KESIMPULAN : 1. Telah diuraikan bagaimana caranya membuat ramalan-ramalan dalam toksikologi untuk memperkirakan bahaya akibat pemaparan terhadap agent. 2. Telah dijelaskan mengenai struktur dari membran sel dan mekanisme pengangkutan yang menembus membran.
2002 digitized by USU digital library
5
KEPUSTAKAAN : 1. Robert K. Murray, MD,PhD dkk : Harpers’s Biochemistry edisi ke 22 Toronto University alih bahasa : dr.Andry Hartono EGC 2. John Doull, MD,PhD : TOXICOLOGY : The Basic Science of Poisons Second Edition, MacMillan Publisihing Co, New York 1980 3. B.G.Katzung : FARMAKOLOGI DASAR DAN KLINIK Alih bahasa : dr. Binawaty dkk : EGC 1986 4. Gilbert W Castellan : PHYSICAL CHEMISTRY, Second Edition Univ.of Maryland Addison Wesley Publishing Company 1971.
2002 digitized by USU digital library
6
