TOKSIKOLOGI LINGKUNGAN

TOKSIKOLOGI LINGKUNGAN
PENDAHULUAN
• Interaksi manusia dan lingkungan
• Bahan kimia baru dibuat
• Kualitas lingkungan?
• Meningkatkan
Limbah dibuang
kesejahteraan
manusia?
Toksikologi lingkungan
• Pengaruh racun terhadap manusia: Kasus bom atom
di Hiroshima dan Nagasaki, Minamata, dioksin, Pb,
dll.
Toksikologi
• Mempelajari tentang toksin (racun) serta
efeknya terutama untuk mahluk hidup
• Toksin merusak atau mematikan organisma
karena racun bereaksi dengan komponen
selular untuk mengganggu fungsi
metabolisma
Toksikologi Lingkungan
• Atau ekotoksikologi
• Membahas tentang interaksi, transformasi,
fate, dan efek dari senyawa kimia alamiah
maupun sintetis di dalam biosfer termasuk
organisma individual, populasi dan seluruh
ekosistem
Toksikologi Lingkungan
• Mencari substansi yang aman
• Mencegah terjadinya efek yang tidak
dikehendaki
• Membuat kriteria dasar untuk standardisasi
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
botulinum, aflatoksin, tanaman beracun, hewan
beracun)
Buatan/abiotis: racun logam, organik
Xenobiotik
Lingkungan
Organisme
EKOKINETIKA
IMISI
PEMAPARAN
EMISI
Efek Biologis
FARMAKOKINETIKA
Jenis-jenis
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 (gas, partikulat,
aerosol dan cairan), kelarutan
 Persistensi di lingkungan
 Reaktivitas (interaksi dengan
komponen lain)  toksisitas,
degradabilitas, distribusi
 biokonsentrasi, bioakumulasi dan
biomagnifikasi
Sumber: Cunningham, 2008
Ekokinetika
Solubilitas dan mobilitas:
Merupaka 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 dl lemak). Senyawa kimia akan terakumulasi dalam sel dan
berada selam bertahun2.
Bioakumulasi - Biomagnifikasi
Sumber: Cunningham, 2008
• Bioakumulasi:
Sel mempunyai kemampuan utk mengakumulasi
nutrien dan mineral esensial, sel juga dapat
mengabsorpsi dan menyimpan senyawa toksik
• Biomagnifikasi:
efek toksik yang meningkat pada rantai makanan
Persitensi
• Senyawa yang mudah terurai: konsentrasi
segera menurun pada saat masuk ke
lingkungan
• Senyawa persisten: Metal (Pb), plastik PVC,
pestisida hidrokarbon terklorinasi, asbes
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
spontan, berat lahir kurang, gangguan neurologis
Pemaparan
Sumber: Cunningham, 2008
Imisi
• Lingkungan: air, udara,
tanah, makanan, tempat
kerja
• Portal of entry:
- inhalasi
- oral
- kulit
 Berapa yang masuk
(intake dose) ?
Sumber: Cunningham, 2008
Farmakokinetika
Portal of entry
•
Absorpsi
•
Distribusi
•
Metabolisme
Oral: mulut  lambung  usus halus  usus
besar
Proses: enzimatik, netralisasi, absorpsi, reaksi
dengan senyawa lain
Inhalasi: nasofaring  trakeo-bronkial  alveoli
Proses: transfer gas dan masuk ke peredaran
darah
Dermal: permukaan kulit
Proses: barrier, reaksi dengan kulit, menembus
kulit
Ekskresi
Dosis vs konsentrasi?
Efek
• Akut:
Dalam waktu singkat
Akibat pajanan(exposure) konsentrasi tinggi
• Kronis:
Dalam waktu lama
Pajanan konsentrasi rendah dalam waktu panjang
Penyakit Non-Infeksi
8/23/2010
Dwina Roosmini
17
Efek pada manusia
Efek pada organisme
tergantung:
-toleransi,
-hipersensitivitas,
-kumulasi
Pada: sel, enzim, DNA,
RNA, organ target (hati,
sistem saraf, paru-paru,
ginjal, kulit)
Efek berdasarkan gejala:
- Fibrosis
- Granuloma
- Demam
- Anfiksia
- Alergi
- Mutan, kanker, dan teratoma
- Endocrine disrupture
- Neurotoksik
Keracunan sistemik
Mekanisme dalam menurunkan
efek toksik
• Konsep dasar toksikologi: setiap bahan akan
bersifat toksik pada kondisi tertentu.
• Senyawa kimia mempunyai batas aman  efek
yang ditimbulkan sangat kecil atau tdk
terdeteksi secara signifikan
– Contoh: Kopi
Aspirin
Bayam: 10 kg
Senyawa karsinogenik dalam kopi
• Acetaldehyde
• Benzaldehyde
• Benzene
• Benzofuran
• Benzo[a]pyrene
• Caffeic acid
• Catechol
• 1,2,5,6 Dibenzanthracene
• Ethanol
Toksik: 100 cangkir kopi  LD kafein
• Ethylbenzene
• Formaldehyde
• Furan
• Furfural
• Hydrogen peroxide
• Hydroquinone
• Limonine
• Styrene
• Toluene
• Xylene
Mekanisme dalam menurunkan
efek toksik
• Degradasi Metabolik dan Ekskresi
• Mekanisme perbaikan kerusakan
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
Jalur metabolisma yang mengubah struktur
kimia senyawa xenobiotic
 Reaksi kimia (biotransformasi):
 terjadi pada hampir seluruh mahluk hidup
 proses detoksifikasi
Terjadi dalam 3 fase
Metabolisme Xenobiotic
• Fase I : modifikasi
• Fase II: konyugasi
• Fase III: modifikasi lanjutan dan ekskresi
• Membran sel: pembatas permeabel hidrofobik
 mengendalikan lingkungan internal
Senyawa polar  tidak dapat menembus
kecuali senyawa2 yang diperlukan  transport
protein
Metabolisme Xenobiotic-Fase I
• Melibatkan berbagai ensim
Cytochrome P-450 (CYP, P450, CYP450) –
dependent mixed function oxidase system 
terjadi di mitokondria atau retikulum endoplasma
• Reaksi:
– Oksidasi,
– Reduksi
– Hidrolisis
Reaksi yang dikatalisa: monooksigenase
RH + O2 + 2H+ + 2e– → ROH + H2O
Reaksi monooksigenase
• Oksidasi 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
• Penyisipan gugus OH-fenolik ke dalam
senyawa aromatik Benzene  Fenol
• Oksidasi menghasilkan Hidrogen Peroksida
(H2O2)  menyerang substrat  luka kimia
Hidrolisis
• Memecah molekul: ester  alkohol dan asam
• Ensim:
– esterase dan amidase  terdapat di luar sel
(dalam plasma atau cairan ekstraseluler 
amidase dlm plasma < esterase)
– Pseudokolinesterase
– Glukosidase
– Glukuronidase  berperan thd karsinoma
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
• Organ ekskresi:
– Ginjal
– Paru-paru
– Kelenjar keringat, air susu, ludah, empedu
– Usus (logam)
– Urogenital
– Rambut, kuku  logam (Hg ata As)
 Biological Effect Indicator
Mekanisme perbaikan
• Perbaikan kerusakan pada individual sel sampai DNA atau
protein pada tingkat molekular, jaringan dan organ.
• Jika suatu sel terpapar secara teratur oleh senyawa toksik 
mekanisme perbaikan.
• Kulit, lapisan epitel saluran pencernaan, pembuluh darah,
paru2: laju reproduksi selular tinggi utk mengganti sel rusak
 pertumbuhan tdk terkendali  kanker/tumor