TOKSIKOLOGI LINGKUNGANTOKSIKOLOGI LINGKUNGAN

PENDAHULUANPENDAHULUAN

• Interaksi manusia dan lingkunganInteraksi manusia dan lingkungan• Bahan kimia baru dibuat              Limbah dibuang

• Kualitas lingkungan?• Meningkatkan   Limbah dibuang gkesejahteraan manusia?

Toksikologi lingkungan

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

ToksikologiToksikologi

• Mempelajari tentang toksin (racun) sertaMempelajari tentang toksin (racun) serta efeknya terutama untuk mahluk hidup

• Toksin merusak atau mematikan organisma k b k i d kkarena racun bereaksi dengan komponen selular untuk mengganggu fungsi 

b limetabolisma

Toksikologi LingkunganToksikologi Lingkungan

• Atau ekotoksikologiAtau ekotoksikologi

b h i k i f i• Membahas tentang interaksi, transformasi, fate, dan efek dari senyawa kimia alamiah 

i i di d l bi f kmaupun sintetis di dalam biosfer termasuk organisma individual, populasi dan seluruh k iekosistem

Toksikologi LingkunganToksikologi Lingkungan

• Mencari substansi yang amanMencari substansi yang aman• Mencegah terjadinya efek yang tidak dikehendakidikehendaki

• Membuat kriteria dasar untuk standardisasi li klingkungan

• Memperbaiki cara pengobatanMenilai risiko  dan memberikan saran atau rekomendasi untuk minimalisasi efek

Xenobiotik

= Bahan asing bagi tubuh organismeAlami: racun dari benda hidup (ClostridiumAlami: racun dari benda hidup (Clostridium botulinum, aflatoksin, tanaman beracun, hewan beracun)Sumber

X bi tik Li k O i Ef k Bi l i

Buatan/abiotis: racun logam, organik

Xenobiotik  Lingkungan Organisme Efek Biologis   

EMISI

EKOKINETIKAFARMAKOKINETIKAPEMAPARAN

IMISI

Jenis-jenis jxenobiotikEmisi:- Point- Area

Mobile- Mobile

Sumber: Cunningham, 2008

EkokinetikaEkokinetika 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, p (g , p ,aerosol dan cairan), kelarutan

Persistensi di lingkungan Reaktivitas (interaksi dengan

komponen lain) toksisitaskomponen lain) toksisitas, degradabilitas, distribusi

biokonsentrasi, bioakumulasi dan biomagnifikasi

Sumber: Cunningham, 2008

EkokinetikaEkokinetika

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:Bioakumulasi:Sel mempunyai kemampuan utk mengakumulasi nutrien dan mineral esensial sel juga dapatnutrien dan mineral esensial, sel juga dapat mengabsorpsi dan menyimpan senyawa toksik

• Biomagnifikasi:efek toksik yang meningkat pada rantai makanan

Bioakumulasi - Biomagnifikasi

Sumber: Cunningham, 2008

PersitensiPersitensi

• Senyawa yang mudah terurai: konsentrasiSenyawa yang mudah terurai: konsentrasi segera menurun pada saat masuk ke lingkunganlingkungan

S i M l (Pb) l ik PVC• Senyawa persisten: Metal (Pb), plastik 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.

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

Pemaparan

Sumber: Cunningham, 2008

ImisiImisi• Lingkungan: air, udara, 

tanah makanan tempattanah, makanan, tempat kerja

• Portal of entry:‐ inhalasi‐ oral‐ kulit

Berapa yang masuk (intake dose) ?(intake dose) ?

Sumber: Cunningham, 2008

Farmakokinetika• Oral: mulut  lambung  usus halus  usus 

besar Proses:  enzimatik, netralisasi, absorpsi, reaksi 

Portal of entry

, , p ,dengan senyawa lain

• Inhalasi: nasofaring  trakeo‐bronkial  alveoliProses: transfer gas dan masuk ke peredaran

Absorpsi

Proses: transfer gas dan masuk ke peredaran darah

• Dermal: permukaan kulitProses: barrier reaksi dengan kulit menembus

Distribusi

Proses: barrier, reaksi dengan kulit, menembus kulitMetabolisme

Ekskresi

Dosis vs konsentrasi?

EfekEfek• Akut: 

D l k i kDalam waktu singkat

Akibat pajanan(exposure) konsentrasi tinggi

• Kronis: Dalam waktu lama

Pajanan konsentrasi rendah dalam waktu panjangPajanan konsentrasi rendah dalam waktu  panjang

Penyakit Non-Infeksi

9/28/2011 Dwina Roosmini 20

Efek pada manusia

Efek pada organisme Efek berdasarkan gejala:Efek pada organisme tergantung: -toleransi,hi iti it

g j

- FibrosisGranuloma-hipersensitivitas,

-kumulasi - Granuloma- Demam- Asfiksia

l iPada: sel, enzim, DNA, RNA, organ target (hati, sistem saraf paru-paru

- Alergi- Mutan, kanker, dan teratoma- Endocrine disrupturesistem saraf, paru paru,

ginjal, kulit) p

- Neurotoksik

Keracunan sistemik

Kandungan Pb pada darah

Mekanisme dalam menurunkan efek toksik

K d k ik l i i b h k• Konsep dasar toksikologi: setiap bahan akan bersifat toksik pada kondisi tertentu.

• Senyawa kimia mempunyai batas aman  efek y p yyang ditimbulkan sangat kecil atau tidak terdeteksi secara signifikang– Contoh:    Kopi

AspirinpBayam: 10 kg

Senyawa karsinogenik dalam kopi

• Acetaldehyde • Ethylbenzeney• Benzaldehyde• Benzene

f

y• Formaldehyde• Furan• Furfural• Benzofuran

• Benzo[a]pyrene• Caffeic acid

• Furfural• Hydrogen peroxide• Hydroquinone Li i Caffeic acid

• Catechol• 1,2,5,6 Dibenzanthracene

• Limonine• Styrene• Toluene

• Ethanol • Xylene

Toksik: 100 cangkir kopi LD kafein

Mekanisme dalam menurunkan efek toksik

• Degradasi Metabolik dan Ekskresi

• Mekanisme perbaikan kerusakan

Degradasi metabolik dan ekskresiDegradasi 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 XenobioticMetabolisme Xenobiotic

Jalur metabolisma yang mengubah strukturJalur metabolisma yang mengubah struktur kimia senyawa xenobiotic

Reaksi kimia (biotransformasi): terjadi pada hampir seluruh mahluk hidup proses detoksifikasi

Terjadi dalam 3 faseTerjadi dalam 3 fase

Metabolisme XenobioticMetabolisme Xenobiotic• Fase I : modifikasi• Fase II: konyugasi• Fase III: modifikasi lanjutan dan ekskresiFase III: modifikasi lanjutan dan ekskresi

• Membran sel: pembatas permeabel hidrofobik mengendalikan lingkungan internalSenyawa polar  tidak dapat menembus kecuali senyawa‐senyawa yang diperlukan transport protein

Metabolisme Xenobiotic‐Fase IMetabolisme Xenobiotic Fase I• Melibatkan berbagai ensim

Cytochrome P‐450 (CYP, P450, CYP450) –dependent mixed function oxidase system 

j di di i k d i ik l d lterjadi di mitokondria atau retikulum endoplasma

• Reaksi:                                        – Oksidasi, – Reduksi– Hidrolisis

Reaksi yang dikatalisa: monooksigenase

RH + O2 + 2H+ + 2e– → ROH + H2O

Reaksi monooksigenaseReaksi monooksigenase

• Oksidasi alifatik/aromatik alkoholOksidasi alifatik/aromatik   alkohol• N‐dealkilasi bila ada gugus R‐N‐CH3  R‐NH + HCHOHCHO

• O‐dealkilasi bila ada gugus R‐O‐CH3  R‐OH + HCHOHCHO

• S‐dealkilasi: paration  parokson• Oksidatif deaminasi bila ada gugus R‐N‐CH3 R‐NH + HCHO

Reaksi Oksidasi lainReaksi Oksidasi lain

• Penyisipan gugus OH‐fenolik ke dalamPenyisipan gugus OH fenolik ke dalam senyawa aromatik Benzene  Fenol

• Oksidasi menghasilkan Hidrogen Peroksida• Oksidasi menghasilkan Hidrogen Peroksida (H2O2) menyerang substrat  luka kimia

HidrolisisHidrolisis

• Memecah molekul: ester alkohol dan asamMemecah molekul:  ester  alkohol dan asam• Ensim: 

t d id t d t di l l– esterase dan amidase  terdapat di luar sel  (dalam plasma atau cairan ekstraseluler amidase dlm plasma < esterase)amidase dlm plasma < esterase) 

– PseudokolinesteraseGlukosidase– Glukosidase

– Glukuronidase  berperan thd karsinoma kandung kemihkandung kemih

Metabolisme lipofilik Fase I dan II

Hasil konyugasi:

•Polaritas tinggi•Lebih terlarut dalam air•Lebih mudah dieliminasi (ekskresikan)

Sel Tumbuhan, Hewan dan Mikroorganisma

EkskresiEkskresi

• Mengeluarkan metabolitMengeluarkan metabolit• Organ ekskresi:

Gi j l– Ginjal– Paru‐paru– Kelenjar keringat, air susu, ludah, empedu– Usus (logam)– Urogenital– Rambut, kuku   logam (Hg atau As)  Biological Effect Indicator

Mekanisme perbaikanMekanisme perbaikan• Perbaikan kerusakan pada individual sel sampai DNA atau 

t i d ti k t l k l j i dprotein pada tingkat molekular, jaringan dan organ.

• Jika suatu sel terpapar secara teratur oleh senyawa toksikJika 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 kanker/tumorrusak  pertumbuhan tdk terkendali  kanker/tumor