TOKSIKOLOGI LOGAM
B. Logam Penting 1. Arsenik
2. Kadmium
Kadmium dengan simbol Cd adalah suatu unsur kimia dalam tabel periodik yang memiliki nomor atom 48. Kadmium merupakan logam lunak dan putih kebiruan. Dengan sifat ini, secara kimiawi serupa dengan dua logam stabil lainnya pada golongan 12, seng dan raksa.
Rata-rata secara alami keberadaan Cd di kulit bumi berkisar 0,1–0,5 ppm yang terdapat pada air dan tanah (Duffus, 1980).
Seperti halnya seng, Cd lebih menyukai tingkat oksidasi +2 dalam sebagian besar senyawa, dan seperti raksa, ia menunjukkan titik lebur yang rendah dibandingkan dengan logam transisi pada umumnya.
Goyer (1986) menyatakan salah satu sifat kadmium yang menonjol dan menjadi alasan untuk digunakan adalah karena sifatnya yang tidak membuat korosif.
a. Sifat Fisika
Kadmium adalah sebuah logam bivalen yang lunak, dapat ditempa, elastis, dan berwarna putih kebiruan. Ia serupa dalam banyak hal seperti seng kecuali dalam hal pembentukan senyawa kompleks (Holleman &
Wiberg, 1985). Tidak seperti kebanyakan logam lainnya, kadmium tahan
BAB 7|| Toksikologi Logam Toksikologi Lingkungan
138
terhadap korosi, oleh karena itu digunakan sebagai lapisan pelindung ketik diendapkan pada logam lain. Dalam bentuk logam curah, kadmium bersifat tak larut dalam air dan tidak mudah terbakar; namun, dalam bentuk serbuknya, ia dapat terbakar dan melepaskan asap beracun (Cotton, 1999).
b. Sifat Kimia
Meskipun kadmium biasanya memiliki tingkat oksidasi +2, ia juga hadir dengan tingkat oksidasi +1. Kadmium dan kongenernya tidak selalu dianggap logam transisi, karena ia tidak memiliki kulit elektron d atau f yang terisi sebagian atau seluruhnya, baik dalam bentuk unsur maupun dalam tingkat oksidasi umumnya (Carballo, R, Castiñeras, A and Domínguez et al., 2013).
Holleman & Wiberg (1985) mengemukakan bahwa apabila kadmium terbakar di udara, maka ia akan membentuk kadmium oksida (CdO) yang amorf dan berwarna coklat. Kristal yang terbentuk dari senyawa ini berwarna merah tua yang berubah warna saat dipanaskan, sama seperti seng oksida. Asam klorida, asam sulfat dan asam nitrat melarutkan kadmium dengan membentuk kadmium klorida (CdCl2), kadmium sulfat (CdSO4), atau kadmium nitrat (Cd(NO3)2). Perhatikan reaksi kimia berikut.
Cd + CdCl2 + 2 AlCl3 → Cd2(AlCl4)2
Tingkat oksidasi +1 dapat diperoleh dengan melarutkan kadmium dalam campuran kadmium klorida dan aluminium klorida, membentuk kation Cd2+2, mirip seperti kation Hg2+2 dalam raksa (I) klorida.
Raksa (I) klorida adalah senyawa kimia dengan rumus Hg2Cl2. Senyawa ini berwarna putih atau putih kekuningan dan tidak berbau.
c. Sejarah Kadmium
Kadmium berasal dari bahasa Latin, yaitu cadmia. Dalam bahasa Yunani καδμεία yang berarti “kalamin”. Kalamin adalah suatu mineral yang mengandung kadmium, yang dinamai menurut karakter mitologi Yunani
“Κάδμος” , atau cadmus si pendiri Thebes. Menurut wikipeda.org.2020, kadmium ditemukan secara simultan pada tahun 1817 oleh Friedrich Stromeyer dan Karl Samuel Leberecht Hermann. Keduanya di Jerman menemukan kadmium dalam seng karbonat yang tidak murni.
BAB 7|| Toksikologi Logam 139 Gambar 20. Friedrich Stromeyer
Sumber: https://id.wikipedia.org/wiki/Kadmium
Stromeyer menemukan unsur baru sebagai pengotor pada seng karbonat (kalamin), dan selama 100 tahun, Jerman menjadi satu-satunya produsen logam penting ini. Logam itu dinamai menurut kata Latin untuk kalamin, karena ditemukan di senyawa seng ini. Stromeyer mencatat bahwa beberapa sampel kalamin yang tidak murni berubah warna saat dipanaskan, tetapi tidak untuk kalamin murni. Dia gigih dalam mempelajari hasil ini dan akhirnya mengisolasi logam kadmium dengan cara pembakaran dan reduksi sulfidanya. Kemungkinan untuk menggunakan kadmium kuning seperti pigmen mulai dikenali pada tahun 1840-an, namun kekurangan kadmium membatasi aplikasi ini.
Meskipun kadmium dan senyawanya mungkin beracun dalam bentuk dan konsentrasi tertentu, British Pharmaceutical Codex, sejak tahun 1907, menyatakan bahwa kadmium iodida digunakan sebagai suatu pengobatan untuk mengobati “pembesaran sendi, kelainan kelenjar, dan jari dingin”. Pada tahun 1907 International Astronomical Union mendefinisikan satuan internasional ångström sebagai garis spektra kadmium merah (1 panjang gelombang = 6438,46963 Å).
Ini diadopsi oleh General Conference on Weights and Measures ke-7 pada tahun 1927. Pada tahun 1960, definisi dari meter dan ångström diubah menggunakan krypton.
BAB 7|| Toksikologi Logam Toksikologi Lingkungan
140
Setelah produksi skala industri kadmium dimulai pada tahun 1930-an dan 1940-an, aplikasi utama kadmium adalah sebagai pelapis besi dan baja untuk mencegah korosi. Di Amerika Serikat, penggunaan kadmium untuk pelapisan mencapai 62% pada tahun 1944, dan 59%
pada tahun 1956. Pada tahun 1956, 24% kadmium yang digunakan di Amerika Serikat digunakan untuk aplikasi kedua, yaitu untuk pigmen merah, jingga dan kuning berdasarkan sulfida dan selenida kadmium.
Efek menstabilkan zat kimia yang mengandung kadmium seperti kadmium karboksilat dan kadmium stearat pada PVC menyebabkan peningkatan penggunaan senyawa tersebut pada tahun 1970-an dan 1980-an. Penggunaan kadmium dalam aplikasi seperti pigmen, pelapis, stabilisator dan paduan menurun karena peraturan lingkungan dan kesehatan pada tahun 1980-an dan 1990-an.
Pada tahun 2006, hanya 7% dari total konsumsi kadmium yang digunakan untuk pelapisan dan hanya 10% yang digunakan untuk pigmen.
Penurunan konsumsi pada aplikasi lain disebabkan oleh meningkatnya permintaan kadmium pada baterai nikel-kadmium, yang menyumbang 81% konsumsi kadmium di Amerika Serikat pada tahun 2006.
d. Keberadaan di Alam
Duffus (1980) telah mengemukakan bahwa kadmium menyusun sekitar 0,1 ppm kerak bumi. Dibandingkan dengan seng yang melimpah (65 ppm), kadmium termasuk jarang. Tidak ada deposit bijih kadmium penting yang diketahui. Greenockite (CdS), satu-satunya mineral kadmium yang penting, hampir selalu dikaitkan dengan sphalerite (ZnS). Hubungan ini disebabkan oleh kesamaan geokimia antara seng dan kadmium yang membuat pemisahan geologi tidak mungkin terjadi.
Sebagai konsekuensinya, kadmium diproduksi terutama sebagai produk sampingan dari proses pertambangan, peleburan, dan pemurnian bijih sulfida seng, dan pada tingkat yang lebih rendah, timbal dan tembaga. Sejumlah kecil kadmium, sekitar 10% konsumsi, dihasilkan dari sumber sekunder, terutama dari debu yang dihasilkan dari daur ulang besi dan skrap baja. Produksi di Amerika Serikat dimulai pada tahun 1907, tetapi kadmium baru digunakan secara luas pasca-Perang Dunia I. Satu tempat di mana kadmium logam dapat ditemukan adalah Sungai Vilyuy di Siberia (Grant & Sheppard, 2008).
BAB 7|| Toksikologi Logam 141 Batu yang ditambang untuk menghasilkan pupuk fosfat mengandung jumlah kadmium yang bervariasi, dengan konsentrasi kadmium hingga 300 mg/kg dalam pupuk fosfat yang diproduksi, kandungan kadmium dalam tanah pertanian juga tinggi. Batu bara dapat mengandung kadmium dalam jumlah besar, yang sebagian besar berakhir pada debu buangan (Bettinelli, Baroni, Pastorelli, 1988).
e. Kegunaan
Kadmium digunakan sebagai penghalang untuk mengendalikan neutron pada fisi nuklir.Reaktor air bertekanan yang dirancang oleh Westinghouse Electric Company menggunakan paduan yang terdiri dari perak 80%, indium 15%, dan kadmium 5% (Scoullos, Vonkeman, et al., 2001). Dalam industri transportasi, kadmium jingga juga dijadikan.
Karena tidak bersifat korosif dan tahan air maka pada kereta api di negara maju kadmium jingga dijadikan pelapis dinding sebagai cat bagian luar.
Gambar 21. Kereta Api yang Dicat dengan Kadmium Jingga
Sumber: https://id.wikipedia.org/wiki/Kadmium
f. Kadmium pada Lingkungan
Hayes (2007) melaporkan bahwa bentuk paparan kerja paling berbahaya terhadap kadmium adalah menghirup debu halus dan asap, atau menelan senyawa kadmium yang sangat mudah larut. Menghirup asap yang mengandung kadmium dapat mengakibatkan demam asam logam pada awalnya, namun mungkin berlanjut ke penyakit pneumonitis kimia, edema paru-paru, dan kematian.
BAB 7|| Toksikologi Logam Toksikologi Lingkungan
142
Kadmium juga menyebabkan bahaya lingkungan. Eksposur manusia terhadap kadmium lingkungan terutama disebabkan oleh pembakaran bahan bakar fosil, pupuk fosfat, sumber daya alam, produksi besi dan baja, produksi semen dan kegiatan terkait, produksi logam non-besi, dan insinerasi limbah padat kota.
Roti, tanaman akar, dan sayuran juga berkontribusi pada kadmium pada populasi modern. Ada beberapa kasus keracunan umum akibat paparan kadmium jangka panjang akibat makanan dan air yang terkontaminasi, dan penelitian terus berlanjut mengenai mimikri estrogen yang dapat menyebabkan kanker payudara.
Dalam beberapa dasawarsa sebelum Perang Dunia II, operasi penambangan mengontaminasi Sungai Jinzū di Jepang dengan terdeteksinya kadmium dan jejak logam beracun lainnya. Sebagai konsekuensinya, kadmium terakumulasi pada tanaman padi yang tumbuh di sepanjang bantaran sungai bagian hilir tambang. Beberapa anggota komunitas pertanian lokal yang mengonsumsi beras yang terkontaminasi menderita penyakit itai-itai dan kelainan ginjal, termasuk proteinuria dan glukosuria (Nogawa & Kobayashi, et al., 2004).
Gambar 22. Daerah Sungai Jinzū yang Terkontaminasi Kadmium
Sumber: https://id.wikipedia.org/wiki/Kadmium
Morrow (2010) melaporkan bahwa korban keracunan ini hampir secara eksklusif terjadi pada wanita pasca-menopause dengan cadangan besi dan mineral tubuh rendah. Paparan kadmium umum yang serupa di belahan dunia lain tidak mengakibatkan masalah kesehatan yang
BAB 7|| Toksikologi Logam 143 sama karena masyarakatnya mempertahankan kadar besi dan mineral yang cukup. Jadi, walaupun kadmium merupakan faktor utama pencetus penyakit itai-itai di Jepang, sebagian besar peneliti telah menyimpulkan bahwa itu adalah salah satu dari beberapa faktor.
Kadmium adalah satu dari enam zat yang dilarang oleh perintah Uni Eropa Restriction on Hazardous Substances (RoHS), yang melarang zat berbahaya tertentu dalam peralatan listrik dan elektronik, namun memungkinkan pengecualian tertentu sesuai ruang lingkup undang-undang. Badan Internasional untuk Penelitian Kanker (The International Agency for Research on Cancer) telah mengklasifikasikan kadmium dan senyawa kadmium sebagai karsinogenik bagi manusia.
Meskipun paparan kerja kadmium terkait dengan kanker paru-paru dan prostat, namun masih ada kontroversi mengenai karsinogenisitas kadmium dalam lingkungan paparan rendah. Data terakhir dari studi epidemiologi menunjukkan bahwa asupan kadmium melalui makanan berhubungan dengan risiko kanker endometrium, payudara dan prostat yang lebih tinggi serta osteoporosis pada manusia. Sebuah studi baru-baru ini telah menunjukkan bahwa kadar kadmium dalam jaringan endometrium lebih tinggi pada wanita perokok dan bekas perokok (Fechner, Damdimopoulou dan Gauglitz, 2011).
Meskipun beberapa studi epidemiologi menunjukkan korelasi yang signifikan antara paparan kadmium dan kejadian kondisi penyakit pada manusia, peran kadmium sebagai faktor di balik efek ini tetap harus ditunjukkan. Untuk membuktikan peran kausatif, perlu ditentukan mekanisme molekuler bagaimana kadmium dalam paparan rendah dapat menyebabkan efek kesehatan yang merugikan. Satu hipotesis adalah bahwa kadmium bekerja sebagai pengganggu endokrin karena beberapa penelitian eksperimental menunjukkan bahwa ia dapat berinteraksi dengan jalur sinyal hormonal yang berbeda. Misalnya, kadmium dapat mengikat reseptor estrogen alfa, dan memengaruhi transduksi sinyal di sepanjang jalur sinyal estrogen dan MAPK pada dosis rendah (Ali &
Damdimopoulou, 2012).
Dilaporkan oleh National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH), 2020 bahwa merokok tembakau adalah sumber paparan kadmium paling penting di masyarakat umum. Telah diperkirakan sekitar 10% dari kadmium dalam rokok terhirup melalui
BAB 7|| Toksikologi Logam Toksikologi Lingkungan
144
aktivitas merokok. Penyerapan kadmium melalui paru-paru jauh lebih efektif daripada melalui usus, dan sebanyak 50% kadmium yang dihirup melalui asap rokok dapat diserap.
Rata-rata, perokok memiliki konsentrasi kadmium darah 4-5 kali lebih tinggi dan konsentrasi kadmium ginjal 2-3 kali lebih tinggi daripada non-perokok. Meskipun kandungan kadmium dalam asap rokok tinggi, tampaknya ada sedikit paparan kadmium dari perokok pasif. Tidak ada pengaruh yang signifikan terhadap konsentrasi kadmium darah yang terdeteksi pada anak-anak yang terpapar asap tembakau.
Bagi masyarakat non-perokok, makanan merupakan sumber paparan kadmium terbesar. Kandungan kadmium yang tinggi dapat ditemukan misalnya pada krustasea, moluska, jeroan, dan produk alga. Namun, karena konsumsi yang lebih tinggi, kontributor paling signifikan terhadap paparan kadmium makanan adalah biji-bijian, sayuran, akar berkanji dan umbi. Hayes (2007) mengemukakan bahwa paparan kadmium adalah faktor risiko yang terkait dengan aterosklerosis dini dan hipertensi, yang keduanya dapat menyebabkan penyakit kardiovaskular.
Karena efek buruk pada lingkungan dan kesehatan manusia, pasokan dan penggunaan kadmium dibatasi di Eropa di bawah “Peraturan REACH”. The EFSA Panel on Contaminants in the Food Chain telah menetapkan 2,5 μg/kg berat badan sebagai asupan mingguan yang dapat ditoleransi untuk manusia.
Sebagai perbandingan, Komite Pakar Gabungan FAO/WHO untuk Aditif Makanan (Joint FAO/WHO Expert Committee on Food Additives) telah menetapkan 7 μg/kg bb sebagai tingkat asupan mingguan yang dapat ditoleransi. Badan Administrasi Keselamatan dan Kesehatan Kerja (Occupational Safety and Health Administration, OSHA) telah menetapkan batas paparan yang diizinkan (Permissible Exposure Limit, PEL) untuk kadmium dengan rata-rata waktu tertimbang (time-weighted average, TWA) sebesar 0,005 ppm. Institut Nasional untuk Keselamatan dan Kesehatan Kerja (National Institute for Occupational Safety and Health, NIOSH) belum menetapkan batas paparan yang direkomendasikan (Recommended Exposure Limit, REL), tetapi telah menetapkannya sebagai diketahui karsinogen bagi manusia. Tingkat IDLH (berbahaya bagi
BAB 7|| Toksikologi Logam 145 kehidupan dan kesehatan) untuk kadmium adalah 9 mg/m3 (National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH), 2018).
Tabel 4. Toksisitas Kadmium dalam Dosis dan Jalur serta Waktu
Dosis mematikan Organisme Jalur Waktu
LD50: 225 mg/kg mencit oral n/a
LD50: 890 mg/kg tikus oral n/a
LC50: 25 mg/m3 mencit n/a 30 menit
Sumber: NIOSH, 2018
Pada Tabel 4 terlihat hasil eksperimen dosis kadmium yang diujicobakan pada 2 spesies organisme. Diketahui bahwa pada waktu 30 menit melalui jalur yang not applicable (data tak tersedia) jumlah dosis lebih kecil dari yang lainnya. Ketersediaan data hasil penelitian ini memang dibatasi untuk maksud tertentu. Tetapi paling tidak kita dapat memahami bahwa makin tinggi dosis maka akan mempersingkat waktu kematian pada organisme.