TINJAUAN PUSTAKA
B. Tinjauan Tentang Logam Berat 1. Pengertian Logam Berat
Logam berat adalah benda padat atau cair yang mempunyai berat lebih dari 5 gram untuk setiap cm3. Logam berat dibagi ke dalam dua jenis, yaitu: 1) jenis logam berat dalam bentuk mineral atau esensial yang sangat dibutuhkan oleh makhluk hidup dalam jumlah tertentu pada proses enzimatik, misalnya Zn (seng), Fe (besi), Cu
(tembaga), Co (kobalt), dan Mn (Mangan). 2) Logam berat yang bersifat toksik dan non esensial, logam yang keberadaanya tidak diketahui manfaatnya bahkan dapat bersifat toksik, seperti merkuri (Hg), kadmium (Cd), timbal (Pb), Arsen (As dan Kromium (Cr). Efek keracunan logam berat tergantung pada jumlah logam yang di cerna, kecepatan masuknya, sebaran ke jaringan badan, konsentrasi logam dan kecepatan pembuangan dari tubuh (Soedarto, 2013)
Unsur logam berat saat ini dikenal ada 85 jenis logam, sekitar 60 elemen diantaranya dapat ditemukan di dalam badan dan 25 elemen dalam konsentrasi rendah dapat membahayakan kesehatan.
Logam berbahaya yang dapat menimbulkan masalah kesehatan diantaranya aluminium, arsen, cadmium, tembaga, timbal, merkuri, nikel dan thallium (Soedarto, 2013)
2. Pencemaran Logam Berat pada Perairan
Logam berat termasuk sebagai zat pencemar karena sifatnya yang tidak dapat diuraikan secara biologis dan stabil, sehingga dapat tersebar jauh dari tempatnya semula. Penyebab logam berat digolongkan sebagai pencemar yang berbahaya yaitu karena tidak dihancurkan oleh mikroorganisme yang hidup di lingkungan dan karena terakumulasi dalam komponen-komponen lingkungan, terutama air dengan membentuk senyawa kompleks bersama bahan organik dan anorganik secara adsorpsi dan kombinasi (Apriadi, 2005).
Logam berat dapat besifat toksik maupun esensial terlarut dalam air dan mencemari air tawar maupun air laut. Sumber pencemar ini banyak berasal dari pertambangan, peleburan logam dan jenis industri lainnya serta dari lahan pertanian yang menggunakan pupuk atau antihama yang mengandung logam. Logam berikatan dalam senyawa kimia atau dalam bentuk logam ion di dalam air yang bergantung pada kompartemen tempat logam tersebut berada. Tingkat kandungan logam pada setiap kompartemen sangat bervariasi, bergantung pada lokasi, jenis kompartemen dan tingkat pencemarannya (Darmono, 2001).
Hart dan Lake, 1978 dalam Darmono, 2001 menjelaskan bahwa ada empat kompartemen yang terlihat dalam siklus biogeokimiawi logam dalam air, yaitu :
a. Kompartemen logam yang terlarut ialah ion logam bebas, kompleks, dan koloidal ikatan senyawanya.
b. Kompartemen partikel abiotik, terdiri dari bahan kimia inorganik dan organik
c. Kompartemen partikel biotik, terdiri dari fitoplankton dan bakteria di dalam laut dangkal dan laut dalam, daerah pantai, serta muara sungai yang menempel pada tanaman.
d. Kompartemen sedimen di dasar air, merupakan kompartemen terbesar dari logam berat pada setiap ekosistem air. Penelitian Cordos, et al. (2003), menunjukkan sedimen di perairan Baia Mare,
Romania (daerah pertambangan dan industri) mengandung logam berat yang tinggi (Cu 104-339 mg/kg, Pb 59-465 mg/kg, Zn 56-2060 mg/kg, Cd 0,05-14,14 mg/kg, dan CN 0,33-15,86 mg/kg).
Pajanan logam berat tersebut mempengaruhi semua komponen ekosistem perairan. Beberapa spesies mikroalga dengan toleransi yang sempit terhadap perubahan kualitas air tidak terlihat lagi di Sungai Somes, jumlah spesies ikan menurun drastis
Tingkat konsentrasi logam berat dalam air dibedakan menurut tingkat pencemarannya, yaitu polusi berat biasanya memiliki kandungan logam berat dalam air, dan organisme yang hidup di dalamnya cukup tinggi. Pada tingkat polusi sedang, kandungan logam berat dalam air dan biota yang hidup di dalamnya berada pada batas marjinal. Sedangkan pada tingkat nonpolusi, kandungan logam berat dalam air dan organisme yang hidup di dalamnya sangat rendah, bahkan tidak terdeteksi (Mukono, 2010).
3. Pencemaran Logam Berat pada Organisme Perairan
Unsur logam dapat masuk ke dalam tubuh organisme melewati tiga cara yaitu rantai makanan, insang dan difusi lewat permukaan kulit. Kandungan logam berat dalam tubuh organisme air jika dikonsumsi oleh manusia dapat terserap dan terakumulasi di dalam jaringan tubuh sehingga dapat menyebabkan gangguan kesehatan (Monferran et al., 2016)
Sumber emisi logam berat dapat berasal dari penggunaan batubara dan minyak bumi sebagai bahan bakar utama untuk menghasilkan tenaga listrik. Banyak keuntungan yang diperoleh dari penggunaan bahan bakar tersebut yaitu biayanya relatif murah dan mudah di dapatkan. Batubara dan minyak bumi dapat menimbulkan masalah di lingkungan yang disebabkan oleh emisi logam. Arsen biasanya ditemukan dalam bentuk sulfida baik organik maupun inorganik di dalam batubara dan minyak. Penelitian EPA menunjukkan sampel udara dari industri peleburan logam dan pembangkit listrik tenaga batubara banyak ditemukan Arsen bentuk trivalen dalam bentuk gas maupun partikel. Konsentrasi arsen dalam batubara yaitu As = sebesar 0,34 – 130,0 (Darmono, 2001).
Keberadaan logam berat dalam perairan akan berpengaruh negatif terhadap kehidupan biota. Logam berat yang terikat dalam tubuh organisme akan mempengaruhi aktifitas organisme tersebut.
Logam berat dapat terakumulasi dalam tubuh ikan melalui beberapa jalan antara lain pernafasan (respirasi), saluran makanan (biomagnifikasi) dan melalui kulit (difusi). Di dalam tubuh hewan, logam diabsorbsi oleh darah lalu berikatan dengan protein darah yang kemudian didistribusikan keseluruh jaringan tubuh (Darmono, 2005).
Logam di dalam tubuh hewan akan diabsorpsi oleh darah, berikatan dengan protein darah kemudian didistribusikan ke seluruh jaringan tubuh. Akumulasi logam yang tertinggi biasanya dalam organ
detoksikasi (hati) dan ekskresi (ginjal). Pada hati dan ginjal logam dapat berikatan dengan berbagai jenis protein baik enzim maupun protein lain yang disebut metalotionein. Akumulasi logam pada jaringan tubuh organisme dari yang besar ke yang terkecil berturut-turut yakni hati, ginjal, insang dan daging (Darmono, 2001).
Bioakumulasi logam berat pada ikan di lingkungan perairan dapat terjadi melalui 3 cara akumulasi (Handayani et al., 2014), yaitu : a. Akumulasi logam berat dari partikulat tersuspensi (sedimen).
b. Akumulasi logam berat dari makanan ikan (sistem rantai makanan).
c. Akumulasi dari logam berat yang terlarut dalam air.
Ikan dapat dijadikan sebagai indikator pencemaran logam berat yang dapat dilihat dari fisiologi dan jenis spesies yang berkurang karena kematian. Kadar logam berat tertinggi ditemukan pada ikan karnivora dan ikan omnivora dan terakhir kadar logam berat terendah ditemukan pada ikan herbivora (Darmono, 2001). Umumnya, kehadiran kontaminan dalam ikan adalah hasil dari kegiatan manusia seperti limbah industri dan pertanian (Alina,M.,et al.2012).
4. Pencemaran Logam Berat pada Manusia
Terdapat beberapa faktor-faktor yang mempengaruhi toksisitas logam berat dalam manusia (faktor biotik) menurut Mukono, 2010 yakni sebagai berikut:
a. Jenis kelamin
Pada umumnya Jenis kelamin wanita lebih tahan terhadap racun pestisida atau racun lainnya dari pada kaum lelaki. Kaum wanita biasanya memiliki lemak yang lebih banyak sehingga bahan racun dapat terikat dalam lemak.
b. Umur
Biasanya anak-anak dan kaum lanjut usia lebih peka terhadap racun dari pada orang dewasa. Anak-anak yang sakit biasanya diberi dosis obat yang lebih rendah dari pada orang dewasa misalnya dewasa mendapat resep dokter antibiotik 500 mg sedangkan anak-anak hanya setengahnya yaitu 250 mg.
c. Berat badan dan ukuran
Semakin tinggi dosis obat atau racun maka semakin besar pula berat hewan Percobaan. Semakin tinggi berat badan akan semakin tinggi pula dosis yang dibutuhkan. Semakin rendah LD50
semakin beracun bahan kimia atau racun tersebut. dosis letal dari hampir semua racun diukur dengan berat badan.
d. Status kesehatan
Kesehatan seseorang sangat berpengaruh terhadap potensial racun yang dimakannya. Orang sehat biasanya lebih tahan terhadap racun dibandingkan dengan orang yang tidak sehat.
e. Makanan
Makanan yang tidak bergizi akan membuat seseorang menjadi kurus dan tidak sehat sehingga terhadap serangan patogen penyakit atau zat beracun akan lebih Rentan.
Bahan-bahan pencemar kebanyakan diabsorpsi melalui saluran pencernaan makanan dan kemudian ditransformasikan ke seluruh bagian organ tubuh seperti hati, jantung, sistem pernafasan, otak, dan lain-lain yang dapat bereaksi dalam tubuh melalui proses metabolik seperti oksidasi, reduksi hidrolisis, dan proses-proses metabolisme lainnya. Melalui proses metabolisme inilah bahan-bahan xenobiotik tersebut dapat diaktivasi menjadi lebih beracun bagi manusia atau di detoksifikasi menjadi tidak beracun atau terikat dengan senyawa protein dan asam amino sehingga tidak dapat bereaksi dalam tubuh manusia (Mukono, 2010).
5. Dampak Logam Berat pada Organisme Perairan
Logam berat dapat terakumulasi di dalam tubuh suatu organisme dan tetap tinggal dalam tubuh untuk jangka waktu yang lama sebagai racun yang terakumulasi. Kerusakan jaringan oleh logam terdapat baik pada tempat masuknya maupun pada tempat penimbunannya berupa kerusakan fisik (erosi, degenerasi, nekrosis) dan gangguan fisiologik (gangguan fungsi enzim dan metabolisme) (Darmono, 2001).
Ikan merupakan jenis organisme yang dapat bergerak dengan cepat di dalam air. Ikan mempunyai kemampuan menghindakan diri
dari pengaruh polusi. Tetapi ikan yang hidup pada habitat yang terbatas seperti sungai, danau, dan teluk sulit untuk melarikan diri dari pengaruh polusi. Pengaruh polusi dapat menyebabkan kematian pada ikan.
Pengaruh toksisitas Cr pada morfologi insang menyebabkan ikan mengalami hipoksia yaitu kesulitan mengambil oksigen dari air sehingga terjadi penebalan pada sel epitel insang yang menyebabkan ikan kurang mampu berenang. Pada pemberian Cr dosis 25 mg/l terlihat pelebaran celah diantara lamela sekunder sehingga fungsi filtrasi insang menurun. Penipisan lamela sekunder terjadi karena berkurangnya volume sel darah merah dalam lamela atau menurunnya volume sel epitel insang (Darmono, 2001)
Akumulasi logam berat pada ikan juga dapat menurunkan tingkat kematangan gonad, menutup membran insang sehingga ikan kekurangan O2 serta menghambat pertumbuhan apabila organisme seperti ikan terpapar logam berat dengan konsentrasi yang tinggi, akan berakibat toksik dan cenderung terakumulasi pada organ vital (Handayani et al., 2014).
Dampak yang ditimbulkan selain pencemaran akibat logam berat, pengaruh polusi termal dari buangan air pendingin mesin pabrik atau pembangkit listrik dapat menimbulkan gangguan keseimbangan kehidupan organisme air dalam suatu habitat tertentu. Perubahan suhu dapat mempengaruhi panjangnya siklus hidup hewan air, dari
telur, larva dan masa kedewasaan. Beberapa fase siklus hidup dapat menjadi lebih cepat pada suhu air yang hangat, sedangkan suhu air yang relative tinggi dapat mempercepat pertumbuhan ikan, namun ikan menjadi lemah. Suhu yang relatif rendah pertumbuhan ikan sedikit lebih lambat, namun ikan tetap sehat. Pada umumnya semua jenis ikan dapat beraklimatisasi pada perubahan suhu yang perlahan.
Tetapi bila suhu berubah secara mendadak dapat menyebabkan kematian. Berdasarkan batas maksimum aklimatisasi, hampir semua ikan dapat bertoleransi pada batas suhu air dari 25oC sampai 36oC.
suhu yang tinggi berpengaruh terhadap system saraf dan system pernapasan, karena terjadi koagulasi dari protoplasma sel atau menyebabkan tidak aktifnya system enzim, sehingga menyebabkan kematian (Darmono, 2001). Perubahan pH di suatu perairan akan berpengaruh pada proses fisika, kimia maupun biologi dari kehidupan oranisme akuatik. Air buangan yang mengandung pH yang tinggi atau rendah dapat mengakibatkan kematian mikroorganisme. Nilai pH lebih rendah pada pagi hari bila dibandingkan sore hari.
6. Dampak Logam Berat pada Kesehatan Manusia
Penelitian oleh Olmedo, dkk. 2010 menunjukkan kehadiran kontaminasi logam dalam makanan laut dapat menimbulkan masalah kesehatan masyarakat yang mengkonsumsinya. Kandungan merkuri, kadmium, timah, timah dan arsenik telah ditemukan pada produk kaleng, ikan segar dan beku dan produk kerang. Sebanyak 485
sampel yang di uji terdapat 43 spesies ikan dan kerang yang paling sering dikonsumsi di Andalusia selatan Spanyol. konsentrasi arsenik lebih tinggi pada krustasea seperti udang segar dan beku. Penilaian risiko dilakukan menunjukkan bahwa produk ikan dan kerang aman bagi dikonsumsi meskipun potensi risiko tidak dapat diberhentikan pada spesies ikan tertentu, seperti tuna, ikan todak, hiu biru dan cat shark (Olmedo et al.,2013).
Logam berat dapat masuk ke dalam tubuh manusia melalui rantai makanan pendek (hewan-manusia) atau melalui rantai makanan panjang (tanaman-hewan-manusia). Di dalam tubuh manusia logam berat akan mengalami proses menjadi ion-ion di dalam usus dan selanjutnya akan masuk ke dalam darah menuju ke organ target.
Logam berat akan ditransformasi ke dalam organ tubuh seperti hati, ginjal, jantung, otak dan sistem saraf. Logam berat dapat bereaksi dalam tubuh melalui proses-proses metabolik seperti oksidasi, reduksi, hidrolisis, dan proses metabolisme lainnya karena bersifat xenobiotik yaitu dianggap oleh tubuh sebagai senyawa asing yang tidak dibutuhkan. Melalui proses metabilisme bahan-bahan toksitas ini akan diaktifasi menjadi lebih beracun atau didetoksifikasi menjadi tidak beracun atau terikat dengan senyawa-senyawa protein dan asam-asam amino, sehingga tidak berbahaya bagi tubuh (Sembel, 2015).
Reaksi kimia dari bahan toksisitas (xenobiotik) dapat mengakibatkan terjadinya teratogenik, mutagenic dan karsinogenik (Lukman et al. 2014), dan (Gao et al., 2014) :
a. Teratogenik adalah suatu proses dimana bahan xenobiotik dapat menginduksi terjadinya kerusakan (defects) selama perkembangan antara konsepsi dan kelahiran. dapat disebut juga sebagai luka (lesion) yang tidak dapat disembuhkan (ireversibel) yang kompatibel dalam kelangsungan hidup (survival) yang dapat menghasilkan anomaly struktural atau fungsional bagi anak-anak (off spring)
b. Proses mutagenik yaitu kemampuan dari bahan kimia untuk menyebabkan perubahan bahan genetik dalam sel inti yang dapat ditransmisikan selama pembelahan sel (Vasconcelos et al. 2013).
c. Karsinogenik adalah kemampuan dari suatu agen kimia beracun yang dapat memberi pengaruh yang merusak dan dapat mengakibatkan kanker pada manusia atau hewan, atau bahan kimia yang dapat menyebabkan neoplasma, yaitu pertumbuhan jaringan baru yang tidak memiliki fungsi fisiologis (Vijayalakshmi dan Sindhu 2017) dan (Goyer, 1986).
7. Toksisitas Logam Berat
Faktor yang mempengaruhi daya racun dari logam berat yang terlarut dalam badan perairan (Palar, 2012) diantaranya :
a. Bentuk logam dalam air yaitu logam yang berbentuk senyawa organik atau anorganik serta larut dan tidaknya senyawa logam tersebut. Senyawa-senyawa organik yang dapat larut dalam badan perairan akan dapat diserap dengan mudah oleh biota perairan.
b. Keberadaan logam-logam lain yaitu logam – logam yang bersifat sinergentis, apabila bertemu dengan pasangannya dan membentuk suatu persenyawaan dapat berubah fungsi menjadi racun yang sangat berbahaya. Logam-logam yang bersifat antagonis (beertentangan), apabila terjadi persenyawaan dengan pasangannya maka daya racun yang ada pada logam-logam tersebut akan berkurang (semakin kecil).
c. Fisiologis dari biota (organisme) yaitu beberapa organisme atau biota perairan mempunyai kemampuan untuk menetralisasi logam-logam berat tertentu sampai pada konsentrasi tertentu.
d. Kondisi biota yaitu kondisi dari biota-biota berkaitan dengan fase kehidupan yang dilalui oleh biota dalam hidupnya. Pada fase-fase tertentu dalam kehidupan suatu biota yang sangat sensitif seperti fase telur, fase bayi. Namun terdapat fase biota yang memiliki daya tahan yang kuat, biasanya terjadi pada fase dewasa