Daftar Isi - Digilib

Daftar Isi
PENDEKATAN TEKNIK NUKLIR UNTUK STUDI BIOKINETIK AKUMULASI
DAN DEPURASI KADMIUM PADA GASTROPODA LAUT TELUK JAKARTA
Pusat Pengembangan
Heny Suseno
PengeJolaan Limbah Radioaktif-BATAN,
Serpong
ABSTRAK
PENDEKATAN
TEKNIK
NUKLIR
UNTUK
STUDI
BIOKINETIKA
AKUMULASI
DAN DEPURASI
KADMIUM
PADA GASTROPODA LAUT TELUK JAKARTA. Studi biokinetik kadmium pada gronggong hitam (strombus urseus)
melalui jalur air dalam kondisi laboratorlum telah dilakukan. Penelitian ini bertujuan untuk memperoleh beberapa
parameter biokinetik yang me lip uti proses akumulasi dan depurasi. Percobaan akumuJasi dilakukan dengan cara
mengkontaminasi gastropoda tersebut menggunakan
IOBCdselama periode tertentu sampai diperoleh kondisi tunak.
Percobaan depurasi dilakukan dengan memindahkan oiastropoda tersebut ke dalam air laut bersih yang mengalir.
Selama percobaan dilakukan pencacahan aktivias I Cd sehingga parameter biokinetik dapat ditentukan. Hasil
percobaan diperoleh faktor konsentrasi IOBCdsebesar 24,3 sampai dengan 30,25. Tidak terdapat pengaruh nyata
ukuran tubuh gastropoda terhadap faktor konsentrasi. Biokinetika depurasi dijelaskan dengan modellinier. Waktu paro
biologis diperoleh sebesar 7,9 sampai 10,35 hari.
ABSTRACT
NUCLEAR
TECHNIQUES APPROACH
FOR STUDYING THE S/OK/NEnCS
OF ACCUMULA nON AND
DEPURA nON OF CADMIUM IN JAKARTA SA Y MARINE GASTROPOD. The biokinetics of cadmium in little ooar
conch (strombus urseus) contaminated through water pathway has been studied under laboratory conditions. The aim
of /his research was to find some biokinetic parameters both for accumulation and depuration process. The experiment
of accumulations was carried out by contaminating this gastropod with 109Cd for some periode of time until it aChieved
/he steady slate conditions. The depuration experiment was carried out by placing the contaminaled gastropod in the
flow of clean sea water. The result of experiment show that the concentration factors for I09Cds in gastropod were 24.3
to 30.25, while the concentration factor of f(19Cd in soft parts of the gastropod was not significanUy influenced by the
gastropod size. The depuration kinetics of the IO!ICd could be described by one component linear model. The biological
half-lives were found to be 7.9 to 10.35 days.
PENDAHULUAN
Hal
penting
dalam
penggunaan
organisme
sebagai
bioindikator
polutan
logam berat dalam sistem perairan
adalah
strategi akumulasi bersih (net accumulation
strategy)
yang
melibatkan
penelitian
pengambilan dan eleminasi/retensi
logam
dalam organisme(11• Sebelum organisme
digunakan
sebagai
bioindikator
harus
dilakukan studi biokinetika yang meliputi
akumulasi
dan
depurasi.
Investigasi
pengambilan
dan
pelepasan
dalam
organisme
yang
berhubungan
dengan
pajanan
ekstemal
merupakan
langkah
pertama dalam mengakses logam secara
slgnlflkan dalsm slstem aquatlk. Keuntungan
yang diperoleh dari percobaan laboratorium
sebagai basis untuk mengestimasi parameter
biokinetik
dan hitotesis awal tentang
bioakumulasi.
Pada
kebanyakan
kasus
program
pemantauan
ling kung an
pesisir
yang
menggunakan bioindikator tidak dirancang
secara primer guna melihat perbedaan pora
kontaminan dalam lingkungan. Untuk itu
dibutuhkan
percobaan
dan
observasi
mendalam
untuk
memahami
proses
bioakumulasi
secara
komprehensif.
Pengendalian eksperimen merupakan faktor
dan pendekatan utama untuk mempelajari
hubungan
sebab
akibat
dan
selalu
menyerdahanakan kondisi lingkungan!21•
Berpijak dari keempat kriteria tersebut
maka aplikasi teknik nuklir merupakan
jawaban
untuk
memperoleh
kondisi
eksperimen yang dapat disesuaikan dengan
lingkungan yang seb~narnya.
Radioisotop
telah
digunakan
secara
laas
untuk
mempelajari
akumulasi
polutan
dalam
organisme
laut.
Studi
bioakumulasi
menggunakan
radiotracer
mempunyai.
keuntungan antara lain: mudah dalam hal·
pengukuran dan menghasilkan data yang
presisi dan akurasi, dapat digunakan untuk
konsentrasl yang sangat rendah dimana
konsentrasinya
dapat
diatur
mendekati
kondisi realistik terhadap lingkungan(3).
Gronggong
hitam (strom bus urseus)
adalah gastropod a laut dan merupakan
macrozoobentos
dan ~ang terdapat
di
perairan Teluk Jakarta!
dan mempunyai
potensi dapat digunakan sebagai bioindikator
kadmium di perairan terse but. Makalah ini
merupakan hasH studi
awal bioakumulasi
kadmium
dalam
strombus
urseus
penggunaan perunut 109Cd yang meliputi
akumulasi, depurasi dan estimasi dalam
bentuk pemodelan sederhana.
I
203
TEORI
(7)
Eksperimen menggunakan radiotracer
untuk mempelajari
proses bioakumulasi
dilakukan dalam sistem tertutup dan dikenal
dengan
istilah
aquaria
experiment.
Rangkaian
eksperimen
dimulai
dengan
mengumpulkan biota laut, aklimatisasi, dan
pemberian perunut radioaktif Pengamatan
pengambilan kontaminan (uptake) dilakukan
dengan
cara
menganali~is
kandungan
radionuklida yang digunakan sebagai perunut
radioaktif
dalam
periode
tertentu
dan
dikonversikan dalam parameter biokinetik
seperti terlihat dalam persamaan (1).
FK ~ Konsentrasi tracer(Bq) I gram organisme
Konsentrasi tracer(Bq) I gram air
(8)
dimana ku adalah konstanta pengambilan dan
merupakan nilai slope dari Faktor konsentrasi
Ct adalah
(FK)
terhadap waktu (t),
konsentrasi pad a t pengamatan (Bq/g), Css
adalah konsentrasi pada kondisi setimbang
(Bq/g) dan t112b adalah waktu paro biologis
kontaminan
dalam
organisme
laut.
Berikutnya At adalah persentase kontaminan
yang terikat dalam organisme pada proses
depurasi (%) dan Ao adalah total kontaminan
yang terakumulasi.
Persamaan (3) dan (5)
merupakan
persamaan
linier
proses
akumulasi
dan
depurasi.
Disisi
lain
persamaan
(4)
dan
(8)
merupakan
persamaan model saturasi kedua proses
tersebut.
( 1)
dimana
FK adalah
faktor
konsentrasi.
Selanjutnya
ditentukan
nila; FK pada
keadaan steady state (tunak) pada waktu
tertentu
yang
merepresentasikan
laju
pengambilan kontaminan sama dengan laju
ekresi kontaminan dalam organisme laut
tersebur5]. Setelah diperoleh keadaan tunak,
maka
dilakukan
penghentian
pajanan
perunut
dalam
organisme
laut
yang
digunakan
sebagai
hewan
percobaan.
Percobaan selanjutnya
dilakukan dengan
memlndahkan hewan percobaan dalam air
bebas kontaminan dalam kondisi mengalir.
Hal ini dilakukan untuk memperoleh laju
pelepasan kontaminan (depuration)
dalam
organisme laut.
Mekanisme total akumulasi kontaminan
dalam organisme laut melalui fase air dapat
diekspresikan dalam persamaan (2) sampai
dengan (6) yang merupakan model linier
dan
saturasi.
Kedua
model
tersebut
menjelaskan hubungan antara lama pajanan
kontaminan dengan konsentrasi tracer yang
digunakan dalam eksperimen[6J•
FK ~
ke cn
BAHAN DAN METODA
~:
Bahan
Bahan yan~ digunakan terdiri dari: Peru nut
radioaktif
Cd buatan Isotope
Product
Inc,
Jerman,
aquarium
masing-masing
berkapasitas 75 liter dan 20 liter, air laut dan
Gronggong hitam (strombu$ urseus) yang
diambil dari Kepulauan Seribu. Bahan gelas
seperti:
Erlenmeyer,
gelas
piala
dan
sebagainya.
Alat
Detektor NaI(TI) diameter 20cm tinggi 14cm
buatan Packard yang dihubungkan dengan
MCA terintegrasi
dalam system Inspector
buatan Canberra. pH meter
Tata Kerja
1. Aklimatisasi
Gronggong hitam (atrombua UniOUS) diambil
secara langsung dari perairan Kepuluaf)
Seribu dengan teknik penyelaman tradisional
pada bulan Mei 2004.
Hewan tersebut
selanjutnya dibersihkan dan ditempatkan
masing -masing sebanyak 20 buah dalam
aquarium terpisah yang berkapasitas 75 liter.
Proses
aklimatisasi
dilakukan
dengan
memelihara
hewan tersebut
selama
1
minggu tanpa pemberian perunut I09Cd.
Aklimatisasi bertujuan untuk menghilangkan
stres hewan
percobaan dalam kondisi
aquarium sehingga dapat digunakan dalam
percobaan bioakumulasi.
(2)
(5)
(4)
(6)
(3)
FKt .~ku·t
204
HASIL DAN PEMBAHSAN
2. Proses akumulasi
Setelah menjalani proses aklimatisasi,
3 jenis ukuran hewan tersebut ditempatkan
dalam aquarium yang berbeda-beda. Setiap
aquarium berisi 8 hewan (rasio hewana
terhadap
volume adalah:
1 moluska
berbanding
1,5 liter media).
Masingmasing aquarium berisi air laut pada pH 7
mengandung
perunut 109Cd 1,46 Bq/ml.
Media air laut tersebut
djganti setiap hari
untuk
mempertahankan
konsentrasinya.
Secara periodik hewan terse but dicacah
menggunakan spectrometer gamma untuk
peroleh data pengambilan kontaminan C09Cd
dari fase terlarut). Pemberian kontaminan
terhadap
hewan
dihentikan
ketika
konsentrasi 109Cddalam tubuh moluska tidak
mengalami kenaikan atau berada dalam
keadaan tunak (steady state). Seluruh hewan
dipindahkan ke media air laut yang tidak
mengandung kontaminan untuk menjalani
proses depurasi.
Biokinetik Akumulasi Kadmium
Akumulasi
polutan kadimium
terlarut
dalam air laut yang direpresentasikan oleh
109Cd oleh gastropoda
ditunjukkan pad a
Gambar 1.
Mengacu pada Gambar 1,
keadaan
tunak pada
proses pengambilan 109Cd
tercapai setelah terkontaminasi
selama 9
hari untuk semua ukuran. Rekapitulasi data
pad a 9 hari terse but (kondisi tunak) diperoleh
parameter
biokinetik
seperti
Faktor
Konsentrasi dalam kondisi tunak (FKss) dan
konstanta pengambilan (ku) Cd. Harga faktor
konsentrasi berkisar antara 24,46 sampai
dengan 30,25. Harga Faktor konsentarsi
tersebut menunjukkan
bahwa gastropoda
mampu mengakulasi kadmium dari air laut
sebesar 24 sampai dengan 30 kali. Oisisi lain
ku diperoleh dari slope persamaan
linier
antara durasi (2 sampai dengan 9 hari)
dengan faktor konsentrasi 109Cd. Harga
konstanta
proses
akumulasi
kadmium
berkisar antara 2,48 sampai dengan 3,08
an .
h·-I
Penjelasan kemampuan akumlualsi 109Cd
oleh gastropod a laut
mengacu
pad a
argumen bahwa proses akumulasi yang
melibatkan transportasi kontaminan ke dalam
sel organisme.
Ion logam diambil oleh
organisme laut dari dalam air melalui lebih
dari satu jalur transportasi antara lain[71:
3. Proses Depurasi
Setelah menjalani proses bioakumulasi,
ketiga jenis ukuran hewan ditempatkan
dalam aquarium yang berisi media air laut
bebas
kontaminan
dan dalam
kondisi
mengalir. Selama proses depurasi, secara
periodik
moluska
tersebut
dicacah
menggunakan spectrometer gamma untuk
peroleh data pelepasan kontaminan.
40
35
.t••....
it .....
·i
•
.~ 30
~<II 25
~a 20
,§
1ii
u-
16
10
5
o
2
3
4
5
7
9
11
16 21
26
Durasi (hari)
Gambar 1. Akumulasi
kadmium
oleh
direpresentasikan
sebagai 109Cd
205
gastropoda
yang
pengolahan
1. Transportasi carrier mediated dimana ion
berupa
penyaringan
dan
logam berikatan dengan protein
Transportasi melalui protein pembawa
dimana saluran membran sel (membran
channel) yang
mengandung protein
dengan inti hidrophobik yang dapat
dilalui oleh logam.
Difusi pasif lemak dengan logam tertarut
(non polar) dimana IQgam larut dalam
lapisan ganda lemak termasuk alkH
metal, logam netral lipofilik dan spesi
metal kompleks anorganik.
sebagainya yang memungkinkan kandungan
bahan
organik
tetah berkurang
maka
kemungkinan
yang paling dominan adalah
akumulasi kadmium dalam bentuk ion logam
bebas.
Pada percobaan ini data yang
diperoleh
merupakan
proses
akumulasi
kadmium oleh gastropod a dari fase air laut
merujuk pada sub jalur transportasi carrier
• mediated
dimana
ion logam langsung
berikatan dengan protein jaringan tubuh.
Transportasi
kadmium ke dalam tubuh
moluska
terse but mefibatkan
tiga jenis
bioavailabi/ity kadmium,
dua diantaranya
terdapat dalam sistem aquatik, yaitu:
1. kadmium
dalam bentuk
senyawa
kompleks
hidrofilik
dengan
bahan
organik yang terdapat dalam air laut.
Proses
akumulasi
kadmium
dalam
bentuk senyawaan kompleks tersebut
lebih besar dibandingkan dengan ion
kadmium.
Senyawaan organik yang
terdapat dalam air laut dan berfungsi
sebagai
ligan
dalam
membentuk
senyawaan kompleks dengan kadmium
adalah asam fulvik, asam amino histidin
dan asam karboksilat.
2. Kadmium
dalam bentuk senyawaan
kompleks hidrofobik , dimana ligan yang
benkatan
dengan
kadmium
adalah
xanthates dan dithiocarbamates, Kedua
ligan ini berasal dan buangan industri.
Biokinetik Depurasi Kadmlum
Depurasi kadmium secara prinsip te~adi
melalui ginjal atau organ yang terkait dalam
sistem ekresi gastropoda tersebut. Depurasi
kadmium setelah terakumulasi dalam tubuh
gastropoda ditunjukkan pada Gambar 4.
Mengacu
pada
Gambar
3
maka
ukuranlbobot
gastropdoda
tidak
menunjukkan
perbedaan
yang
cukup
signifikan. Proses depurasi mengarah pada
kecenderungan model linier dibandingkan
dengan model saturasi. Diperoleh korelasi
yang signifikan antara kuantitas kadmium
yang terlepas dengan waktu depurasi yang
ditunjukkan oleh koefisien regresi tinier diatas
0,9. Mengacu pada hasil percobaan, maka
nilai slope dari Gambar 2 merupakan nilai
dari konstanta eliminasi (ke) ,
Nilai ke
terse but berkisar antara 6,7 sampai dengan
8,74% hari-1• Kuantisasi dari nilai konstanta
tersebut
adalah kemampuan
gastropda
melepas kadmium dari dalam jaringan tubuh
setelah
terkontaminasi
adalah
berkisar
anatara 6,7% sampai dengan 8,7% perhari.
2.
3.
Mengacu pada air laut yang digunakan
sebagai media percobaan telah dilakukan
2~
403
$0 a:'(ii.....c: 120
60
.
o
'Vi
1019,19
I E '00
20l
80
y1
E,59
~..
= ~.7003x + 107.7
R'
= 0.9436
y2 =
~.H37. + 114.0
,
R' • 0.9761
Ji"
,
R'
=
L
0.9827
•
"
It4
y3 =
4
~.4438x + 1i2:'5~
6
9
•
..
14
'6
20
22
Durasi (hari)
Gambar 2. Depurasi
kadmium
oleh
gastroda
direpresentasikan
sebagai 109Cd
206
yang
0
~
90
U.0
50
30
0
20
10
70
80
-modeI9,5!1
model 9,1g
model 7,3 9
-40
C
X
9,5g
9,1 9
•
7,3g
•
10
15
20
25
30
Durasi (hari)
Gambar 3. Estimasi FK berdasarkan model liner dibandingkan
dengan hasil percobaan
20
0
10
5 30
Durasi
(hari)
35
25
-
- ••
.
-"+
,
J:
model
;(
010
25
40
20
30
50 0
15
model
I
••
•
-
,, 0
%
-
,I
-model
• I
7.3
9,59
9,1g
i
--------------·-----l
I
~
J:
Gambar 4. Estimasi FK berdasarkan model liner dibandingkan
dengan hasil percobaan
Waktu
paro
biologis
(t1l2b)
ditentukan
menggunakan nilai ke dan persamaan (5)
dan diperoleh sebesar 7,9 sampai dengan
10,35 har!. Artl flsis darl nilsl ini adalah
kadmium
yang terkandung dalam jaringan
strombus urseus berkurang setengahnya
setelah 7,9 sampai 8 hari ketika kontaminasi
dihentikan.
Pemodelan Bioakumulasi Kadmium
Berdasarkan hasH percobaan akumulasi
maka
terdapat
dua
skenario
model
biokumulasi
kadmium
tersebut.
Model
tersebut
dapat
berupa
liner
mengikuti
persamaan (2) maupun saturasi mengikuti
persamaan
(7).
Menggunakan
harga
konstanta pengambHan (kuJ yang diperoleh
dari percobaan, maka dibuat suatu model
207
linier yang dibandingkan dengan nilai faktor'
konsentrasi dari hasil percobaan
seperti
yang ditunjukkan pad a Gambar 3,
Mengacu pads Gambar 2, setelah 9 hari
proses akumulasi maka etimasi nilai Fk
cenderung
lebih
rendah
dibandingkan
dengan hasH percobaan. Hal ini bahwa untuk
mengestimasi
kecenderungan peningkatan
faktor konsentrasi menggunakan model linier
untuk model bioakumulasi kadmium tidaklah
relalistik.
Pada
model
linier
hanya
mengasumsikan kontaminan masuk kedalam
organisme dan terakumulasi tanpa disertai
oleh proses eliminasi.
Disisi lain proses
bioakumulasi merupakan selisih antara total
akumulasi dengan total depurasi. Mengacu
pad a mekanisme akumulasi melalui proses
passive uptake terjadi ketika ion logam
kadmium mengikat dinding sel dengan dua
cara yang berbeda, pertama pertukaran ion
di mana ion monovalent dan divalent seperti
Na, Mg, dan Ca pada dinding sel digantikan
oleh ion-ion logam berat; dan kedua adalah
formasi kompleks antara ion-ion logam berat
dengan functional groups seperti carbonyl,
amino,
thiol, hydroxy,
phosphate,
dan
hydroxy-carboxyl yang berapa pada dinding
se!. Proses passive uptake ini bersifat bolak
baik dan cepat. Berdasarkan teori tersebut,
maka proses bioakumulasi
tidak hanya
merupakan proses pengambilan saja, tetapi
juga diikuti oleh proses pelepasan baik
melalui
reaksi
kesetimbangan
maupun
produk metabolisme berupa ekskresi.
Prediksi akumulasi menggunakan model
saturasi
sebagaimana
dengan
mengakomodir
hasil
perhitungan
ke
ditunjukkan pada Gambar 4.
Gambar
4
menunjukkan
pola
kecenderungan yang peningkatan nilai faktor
konsentrasi
yang sam a antara estimasi
(model) dengan hasil perhitungan. Hal yang
berbeda hanya keadaan tunak pada model
dicapai dalam waktu 16 hari. Oisisi lain hasil
percobaan menunjukkan bahawa keadaan
tunak dicapai setelah 11 hari kontaminasi.
KESIMPULAN
1. Harga faktor konsentrasi
kadmium
dalam strombus urseus berkisar antara
24,46 sampai dengan 30,25. Harga
Faktor
konsentarsi
terse but
menunjukkan
bahwa
gastropoda
mampu mengakumulasikan
kadmium
dari air laut sebesar 24 sampai dengan
30 kali.
2. Nilai ke strom bus urseus
berkisar
antara 6,7 sampai dengan 8,74% harr1.
Kuantisasi dari nilai konstanta tersebut
adaJah
kemampuan
gastropod a
melepas kadmium dari dalam jaringan
tubuh setelah terkontaminasi adalah
berkisar antara 6,7% sampai dengan
8,7% per hari.
3.
Waktu paro biologis (tU2b) 109Cd dalam
gastropod a adalah 7,9 sampai dengan
10,35 hari. Arti fisis dari nilai inl adalah
kadmium yang terkandung di dalam
jaringan
strombus urseus berkurang
setengahnya setelah 7,9 sampai 8 hari
setelah kontaminasi dihentikan.
DAFT AR PUST AKA
1. KAHLE, J and ZAUKE, G.P (2000),
Bioaccumulation of trace metals in the
calanoid copepod Metridia gerfachei from
the Weddell Sea (Antarctica) Carl von
Ossietzky
Universitat Oldenburg,
FB
Biologie (ICBM), Germany
2. FISHER, N (2002) •. Executive Summary
·Ciesm Workshop Monographs 19, Metal
and Radionuclide Bioaccumulation
in
Marine
Organism,
halaman
7-25
Monaco,
3. FISHER, N (2003)·
Advantage and
Problems
in
The
Apllication
of
Radiotracer
for
Determining
The
Bioaccumulation
of Contaminant
in
Aquatic
Organism,
RCM
on
Biomonitoring, IAEA, Monaco
4. ANNOM
(2000),
·Buku
Neraca
Kesetimbang Lingkungan Oaerah OKI
Jakarta, Bapeda Pemda OK!.
5. FISHER, N (2002) .. Executive Summary
·Ciesm Workshop Monographs 19, Metal
and Radionuclide Bioaccumulation
in
Marine
Organism,
halaman
7-25
Monaco,
6. SMALL LF (1997), • Basic Concept in
Marine Biology and Ecology", IAEA
Training
Course Series No. 7 on
Strategies and Methodologies for Applied
Marine Radioactivity Studies, Viena .
7. PETER
GC CAMPBELL
(2002)
Predicting
Metal
BioavailabilityApplicability of Biotic Ligan Model, Ciesm
Workshop Monographs 19, Metal and
Radionuclide Bioaccumulation in Marine
Organ is, Monaco
Daftar Isi