TINJAUAN PUSTAKA
2.8. Toksisitas Logam Berat
Logam berat adalah unsur logam yang mempunyai berat jenis atau densitas
>5g/cm3. Di antara unsur logam berat, Hg mempunyai densitas 12,55 g/cm3 dan bersifat paling toksik diiukuti Cd, Ag, Ni, Pb, As, Cr, Sn, dan Zn. Beberapa logam berat tergolong dalam bahan B3 yaitu bahan yang karena sifat atau konsentrasi dan jumlahnya, baik secara langsung maupun tidak langsung, dapat mencemarkan dan/atau merusakkan lingkungan hidup, kesehatan, kelangsungan hidup manusia serta makhluk hidup lain. Menurut Environment Protection Agency (EPA) beberapa logam berat masuk dalam top-20 B3 adalah arsenic (As), timah (Pb), merkuri (Hg), cadmium (Cd), dan chromium (Cr) (Priyanto, 2009).
Timah hitam (Pb) yang ada di lingkungan dapat bersumber dari alam, transportasi atau industri antara lain dari industri pengecoran maupun pemurnian,
industri baterai, industri bahan bakar, industri kabel, dan industri kimia yang menggunakan pewarna (Priyanto, 2009).
Pada penelitian yang dilakukan pada industri proses daur ulang aki bekas ditemukan bahwa, kadar Pb pada udara daerah tersebut adalah 10 x lipat dibandingkan daerah yang tidak terpapar (0,0299 vs 0,0028 mg/M3). Sedangkan kadar dalam darah adalah 170,44 ug/dl vs 45,33 mg/dl, dan juga ditemukan dalam penelitian tersebut bahwa semakin tinggi kadar Pb akan semakin rendah kadar Hb-nya (Priyanto, 2009). Akibat terpapar Pb adalah gangguan neurologi (encephalopati, ataxia, stupor dan koma), gangguan fungsi ginjal, gangguan reproduksi dan gangguan darah (Priyanto, 2009).
2.9. Timbal
Timbal atau timah hitam dengan nama kimia plumbum (Pb) berwarna abu-abu keperakan merupakan logam berat yang terdapat secara alami di dalam kerak bumi, tersebar ke alam dalam jumlah kecil melalui proses alami. Timbal yang ada di lingkungan saat ini berasal dari kegiatan manusia yang menghasilkan timbal lebih banyak dibandingkan yang berasal dari proses alami (Suhemi, 2010).
Timbal bersifat lunak dan lentur, memiliki titik lebur yang rendah, mudah dibentuk dan dicampur dengan logam lainnya sehingga banyak digunakan pada produk-produk industri. Timbal banyak digunakan pada beragam produk seperti pipa, baterai, cat, bahan vinil, pembungkus wayar dan perisai radiasi (WHO, 2010).
Timbal akan terakumulasi di lingkungan sehingga tidak dapat dimusnahkan, tidak dapat terurai secara biologis dan toksisitasnya tidak berubah sepanjang waktu. (Papanikolaou, 2005; WHO, 2010).
Timbal bersifat toksik jika terhirup atau tertelan oleh manusia dan di dalam tubuh akan beredar mengikuti aliran darah, diserap kembali di dalam ginjal dan otak, kemudian disimpan di dalam tulang dan gigi (Papanikolaou, 2005;
WHO, 2010).
Timbal terakumulasi dalam tiga kompartemen di dalam tubuh yaitu dalam darah, jaringan lunak, dan tulang. Dalam darah, sekitar 99% timbal berada dalam eritrosit, sisanya sekitar 1% berada dalam plasma dan serum (Karrari, 2012).
Perpindahan timbal dari darah ke jaringan lunak dapat berlangsung dalam waktu yang lambat sekitar 4 sampai 6 minggu. Timbal dalam darah memiliki waktu paruh sekitar 35 hari, di jaringan lunak 40 hari, dan tulang 20 sampai 30 tahun.
Waktu paruh timbal lebih lama pada anak-anak dibandingkan pada orang dewasa (Papanikolaou, 2005).
Distribusi awal timbal seluruh tubuh tergantung pada aliran darah ke jaringan. Lebih dari 95% timbal disimpan dalam tulang yang larut fosfat. Kadar timbal dalam tulang dibagi dalam dua bentuk, yaitu terdeposit dengan waktu paruh yang lama dan dalam bentuk yang tidak stabil sehingga dapat berubah menjadi timbal di dalam darah atau jaringan lunak (Papanikolaou, 2005).
Timbal bersifat toksik bagi lingkungan yang memiliki efek buruk pada semua sistem di dalam tubuh. Kadar timbal dalam darah tidak ada yang aman bagi tubuh manusia. Centers for Disease Control and Prevention (CDC) secara
bertahap menurunkan kadar perhatian timbal dalam darah dari 60 µg/dl pada tahun 1960 menjadi 10 µg/dl pada 1991 (Needleman, 2004).
Pada bulan Januari 2012, Advisory Committee on Childhood Lead Poisoning Prevention (ACCLPP) merekomendasikan penggunaan istilah "tingkat kewaspadaan" dengan "nilai referensi" untuk membandingkan tingkat timbal dalam darah untuk populasi anak-anak. Nilai referensi berdasarkan data National Health and Nutrition Examination Survey (NHAHES) menjadi 5 µg/dl (CDC, 2012).
2.9.1. Sumber timbal
Sumber timbal sangat bervariasi mulai dari polusi udara, emisi bahan bakar, air minum, debu dan tanah juga dari bahan makanan seperti ikan, buah dan sayur. Timbal merupakan salah satu polutan udara yang terbanyak, terutama di daerah industri. Pada saat ini banyak industri yang menggunakan timbal seperti industri cat, baterai, kosmetik, keramik berlapis timbal, kabel berlapis timbal merupakan sumber paparan potensial untuk pekerjanya (Karrari, 2012).
Pada negara berkembang penggunaan bahan bakar yang mengandung timbal tetraetil berperan besar menghasilkan polusi timbal di udara dari emisi yang dihasilkannya (Suhemi, 2010). Debu atau serpihan yang berasal dari cat berbahan dasar timbal juga dapat menjadi sumber timbal melalui inhalasi (Karrari, 2012). Debu dan tanah merupakan tempat akhir timbal yang berasal dari emisi bahan bakar dan catyang akan tetap menetap di lingkungan.Anak-anak lebih berisiko untuk menyerap debu timbal karena mereka menempatkan tangan
dan benda-benda lain ke dalam mulut (Commitee on Measuring Lead in Critical Population, 1993).
Sumber timbal lainnya adalah dari kontaminasi air, baik air permukaan, air minum, air tanah dan kontaminasi air sungai. Pemakaian pipa polyvinyl chloride (PVC) pada distribusi air minum juga merupakan sumber timbal yang harus menjadi perhatian. Sedangkan kontaminasi melalui tanah banyak terdapat di daerah industri, daerah padat kenderaan bermotordan daerah pantai (Karrari, 2012).
2.9.2. Paparan timbal
Manusia dapat menyerap timbal melalui udara, debu, air dan makanan. Jutaan anak dan orang dewasa terpapar timbal dalam jumlah besar di lingkungan, rumah, sekolah dan tempat kerja. Penduduk kota mempunyai kandungan timbal dalam darah yang lebih tinggi dibandingkan penduduk desa. Penduduk di negara berkembang, terutama anak-anak, terancam paparan timbal yang sangat besar (Albalak, 2003).
Jalur timbal mengkontaminasi manusia dapat melalui saluran percernaan, saat makan atau tidak sengaja tertelan, inhalasi saat bernafas, atau absorbsi melalui kulit. Kontaminasi timbal pada anak dapat melalui (Suhemi, 2010; Papanikolaou, 2005; Murhadi, 2006):
1. Saluran pencernaan
Paparan timbal yang paling sering masuk melalui makanan. Timbal yang terdapat pada kaleng bekas makanan, pipa air, dan mainan anak-anak juga beresiko masuk melalui saluran pencernaan. Pada fase oral anak akan sering memasukkan semua benda yang digenggamnya masuk ke dalam mulut.
Risiko ini makin besar pada anak dengan pika.
2. Saluran pernafasan
Paparan melalui inhalasi berasal dari asap pembuangan kenderaan bermotor, paparan ini merupakan sumber timbal utama pada negara-negara berkembang. Kontaminasi inhalasi juga dapat terjadi dari lingkungan anak seperti asap pembakaran sampah di ruangan terbuka, cat dan asap pabrik.
3. Kontak kulit. Paparan kontak langsung pada kulit dapat terjadi pada kosmetik yang tidak aman atau obat-obat tradisional lainnya.
Gambar 2.1. Sumber paparan timbal pada anak
Anak-anak lebih berisiko terhadap paparan timbal dibandingkan orang dewasa karena sistem susunan saraf pusat yang masih berkembang. Selain itu, anak juga menghabiskan banyak waktu bermain di lantai, atau di tanah luar yang keduanya terpapar timbal. Anak-anak bermain dengan mainan yang mungkin mengandung timbal dan memasukkannya ke dalam mulut. Anak-anak yang kekurangan nutrisi juga dapat meningkatkan absorbsi timbal (Papanikolaou,2005). Risiko paparan timbal yang dapat mempengaruhi perkembangan kognitif dan perilaku terjadi pada anak berusia sekolah dibandingkan paparan pada usia yang lebih dini (Hornung, 2009).
2.9.3 Efek klinis anak akibat paparan timbal
Timbal mempengaruhi semua organ dan sistem, terutama tiga sistem besar yaitu sistem saraf, sistem hematologi, serta sistem ginjal (Nordberg, 2011).
Sistem lain yang juga terganggu antara lain sistem gastrointestinal, sistem muskuloskeletal termasuk gigi dan tulang, sistem endokrin dan sistem kardiovaskular (Roy, 2009). Berikut efek klinis keracunan timbal pada sistem tubuh yaitu:
1. Sistem saraf: timbal bisa menyebabkan penurunan IQ, sakit kepala, kejang, ensefalopati, perubahan perilaku, meningkatnya tekanan intrakranial dan edema serebral (Lowry, 2010). Paparan timbal pada kadar yang rendah menyebabkan pelepasan berlebihan norepinefrin dan metabolitnya. Hal ini yang meningkatkan risiko terjadinya defisit neurobehavioral dan gangguan hiperaktivitas seperti pada Attention Deficit Hyperactivity Disorder (ADHD) dan sindrom Tourette (Bijoor, 2012).
Paparan timbal terbukti mengganggu pembentukan dan fungsi sistem saraf dan berdampak buruk terhadap pertumbuhan dendrit, menurunkan kemampuan bahasa, dan meningkatkan resiko kondisi masalah medis tertentu seperti ensefalopati. Paparan timbal juga dikaitkan dengan defisit neuropsikologi, menurunnya perhatian, memori dan kemampuan belajar (Rao, 2014).
2. Sistem hematologi: timbal menyebabkan anemia karena mengganggu biosintesis heme dan merusak membran sel eritrosit (WHO, 2010; Ahamed ,2007; Lowry, 2010).
3. Sistem ginjal: dijumpainya aminoasiduria, glikosuria, dan peningkatan ekskresi dari protein dengan berat molekul rendah, risiko nefropati dan gagal ginjal dan juga dapat menginduksi terjadinya sindroma Fanconi (WHO, 2010; Nordberg, 2011; Byers,1952).
4. Sistem gastrointestinal: sakit perut, muntah dan konstipasi (lead colic syndrome) (WHO, 2010).
5. Sistem endokrin: memiliki tinggi badan lebih pendek dibanding anak sehat, didapati status pubertas yang terlambat (Williams, 2010).
6. Sistem kardiovaskular: peningkatan absorbsi timbal meski dalam kadar yang rendah, berhubungan signifikan dengan peningkatan tekanan darah saat dewasa (Nordberg, 2011).
Kadar timbal dalam darah lebih dari 50 µg/dl dapat menyebabkan kerusakan ginjal dan anemia. Kadar timbal dalam darah dengan 100 µg/dl dapat menyebabkan keadaan serius seperti koma, konvulsi atau kematian (Suhemi, 2010; Papanikolaou, 2005).
Hasil penelitian oleh Third National Health and Nutrition Examination Survey (NHAHES III) tahun 1998-1994 didapatkan hubungan signifikan kadar timbal dalam darah dengan ukuran antropometri anak yaitu tinggi badan dan lingkar kepala (Ballew, 1999).
2.9.4 Interaksi Timbal dan Kalsium dalam Tubuh Manusia
Absorbsi timbal dari saluran cerna dapat diganggu oleh kehadiran ion kalsium karena ion kalsium dan timbal saling berkompetisi. Kalsium mengganggu ikatan timbal dengan hemoglobin darah dengan adanya kompetisi antara ion kalsium dan timbal sewaktu berikatan dengan hemoglobin darah.
Ikatan timbal dalam tulang sama prosesnya seperti ikatan kalsium dalam tulang.
Faktor yang mengganggu terhadap distribusi kalsium dalam darah juga mengganggu distribusi timbal dalam darah (Goodman, 2012).
Markowitz et al. meneliti anak-anak berumur 1 sampai 6 tahun yang mengalami keracunan timbal kronis dengan kadar timbal dalam darah antara 10 sampai 45 μg/dl yang dipilih secara random dengan double-blinded, placebo control trialuntuk mempelajari efek dari suplementasi kalsium terhadap kadar timbal dalam darah. Dari 68 pasien, sebanyak 67 orang menyelesaikan pengobatan selama 3 bulan. Pada pemeriksaan kadar kalsium di darah dan urin pada setiap saat tidak menunjukkan perbedaan yang signifikan antara kelompok perlakuan dan kelompok kontrol. Pada akhir penelitian didapat penurunan kadar timbal dalam darah kedua kelompok menurun, pemberian kalsium dengan dosis 1.800 mg sehari tidak menyebabkan penurunan kadar timbal dalam darah secara signifikan dibanding kelompok kontrol.
Mereka tidak merekomendasikan pemberian suplemen kalsium untuk menurunkan kadar timbal dalam darah yang ringan dan sedang pada anak dengan diet kalsium cukup (Markowitz, 2004).
2.10. Kalsium
2.10.1. Kalsium sebagai mineral makro
Kalsium merupakan mineral yang merupakan sebuah unsur kimia dengan symbol Ca yang paling banyak terdapat di dalam tubuh manusia, dengan kandungan mencapai 1.5 sampai 2.2 persen dari berat tubuh manusia normal (Granner, 2003). Dari jumlah ini, 99% berada di dalam jaringan keras, yaitu tulang dan gigi terutama dalam bentuk hidroksiapatit {(3Ca3(PO4)2. Ca(OH)2}.
Selebihnya kalsium tersebar luas didalam tubuh. Di dalam cairan ekstraselular dan intraselular kalsium memegang peranan penting dalam mengatur fungsi sel, seperti untuk transmisi saraf, kontraksi otot, penggumpalan darah dan menjaga permebilitas membran sel. Kalsium juga mengatur pekerjaan hormon-hormon dan faktor pertumbuhan (Almatsier, 2004).
2.10.2 Absorbsi dan ekskresi kalsium
Absorbsi kalsium dipengaruhi oleh banyak faktor, termasuk umur, jumlah yang dibutuhkan dan makanan apa saja yang dimakan pada waktu yang sama.
Umumnya, kalsium dari sumber-sumber makanan diabsorbsi lebih baik daripada yang berasal dari suplemen (Harding, 2006).
Persentase kalsium yang diabsorbsi dan dicerna anak-anak lebih tinggi daripada dewasa karena kebutuhan mereka selama proses pertumbuhan mungkin dua atau
tiga kali lebih besar per berat badan daripada dewasa (Harding, 2006).
Dalam keadaan normal sebanyak 30-50% kalsium yang dikonsumsi diabsorbsi di tubuh. Kemampuan absorbsi lebih tinggi pada masa pertumbuhan, dan menurun pada proses menua. Kemampuan absorbsi pada laki-laki lebih tinggi daripada perempuan pada semua golongan usia (Almatsier, 2004).
Absorbsi kalsium terutama terjadi dibagian atas usus halus yaitu duodenum. Dalam keadaan normal, dari sekitar 1.000 mg Ca++ yang rata-rata dikonsumsi perhari, hanya sekitar dua pertiga yang diserap di usus halus dan sisanya keluar melalui feses (Sherwood, 2001).
Kalsium membutuhkan pH 6 agar dapat berada dalam keadaan terlarut.
Absorbsi kalsium terutama dilakukan secara aktif dengan menggunakan alat angkut protein-pengikat kalsium. Absorbsi pasif terjadi pada permukaan saluran cerna. Banyak faktor mempengaruhi absorbsi kalsium. Kalsium hanya bisa diabsorbsi bila terdapat dalam bentuk larut-air dan tidak mengendap karena unsur makanan lain, seperti oksalat (Sherwood, 2001).
2.10.3 Faktor-faktor yang meningkatkan absorbsi kalsium
Semakin tinggi kebutuhan dan semakin rendah persediaan kalsium dalam tubuh, semakin efisien absorbsi kalsium. Peningkatan kebutuhan terjadi pada pertumbuhan, kehamilan, menyusui, defisiensi kalsium dan tingkat aktivitas fisik yang meningkatkan densitas tulang (Almatsier, 2004).
Jumlah kalsium yang dikonsumsi mempengaruhi absorbsi kalsium. Penyerapan akan meningkat apabila kalsium yang dikonsumsi menurun (Almatsier, 2004).
Vitamin D dalam bentuk aktif 1,25(OH)D3 merangsang absorbsi kalsium melalui langkah-langkah kompleks. Vitamin D meningkatkan absorbsi pada mukosa usus dengan cara merangsang produksi-protein pengikat kalsium.
Absorbsi kalsium paling baik terjadi dalam keadaan asam. Asam klorida yang dikeluarkan lambung membantu absorbsi kalsium dengan cara menurunkan pH di bagian atas duodenum. Asam amino tertentu meningkatkan pH salura cerna, dengan demikian membantu absorbsi (Almatsier, 2004). Aktivitas fisik berpengaruh baik terhadap absorbsi kalsium. Laktosa meningkatkan absorbsi bila tersedia cukup enzim laktase. Sebaliknya, bila terdapat defisiensi laktase, laktosa mencegah absorbsi kalsium. Lemak meningkatkan waktu transit makanan melalui saluran cerna, dengan demikian memberi waktu lebih banyak untuk absorbsi kalsium. Absorbsi kalsium lebih baik bila dikonsumsi bersamaan dengan makanan (Almatsier, 2004).
2.10.4 Faktor-faktor yang menghambat absorbsi kalsium
Kekurangan vitamin D dalam bentuk aktif menghambat absorbsi kalsium. Asam oksalat yang terdapat dalam bayam, sayuran lain dan kakao membentuk garam kalsium oksalat yang tidak larut, sehingga menghambat absorbsi kalsium. Asam fitat, ikatan yang mengandung fosfor yang terutama terdapat didalam sekam serealia, membentuk kalsium fosfat yang juga tidak dapat larut sehingga tidak dapat diabsorbsi (Almatsier, 2004).
Selain itu, kosumsi tinggi serat dapat menurunkan absorbsi kalsium, diduga karena serat menurunkan waktu transit makanan dalam saluran cerna sehingga mengurangi kesempatan untuk absorbsi (Guthrie, 1995; Krummel, 1996).
Penggunaan garam yang berlebihan, akan memaksa kalsium keluar dari tubuh, terbuang melalui urin. Konsumsi makanan dan minuman berkadar tinggi fosfor, kadar fosfor melebihi 1500 mg per hari akan berpengaruh buruk terhadap keseimbangan kalsium tubuh. Contoh bahan makanan berkadar fosfor tinggi dan rendah kalsium adalah daging merah, ikan tuna, minuman ringan, dan lain-lain.
Perbandingan kalsium dan fosfor berpengaruh erat dalam proses absorbsi kalsium. Untuk absorbsi kalsium yang baik diperlukan perbandingan Ca : P di dalam rongga usus (dalam hidangan) adalah 1 : 1 sampai 1 : 3. Perbandingan Ca : P yang lebih besar dari 1 : 3 akan menghambat penyerapan Ca sehingga akan menimbulkan defisiensi kalsium (Syafiq, 2007). Fosfor dalam suasana basa membentuk kalsium fosfat yang tidak larut air (Khomsan, 1996).
Faktor lain yang dapat menghambat absorbsi kalsium adalah ketidakstabilan emosional yang dapat mempengaruh efIsiensi absorbsi kalsium, seperti stres, tekanan, dan kecemasan. Kurangnya latihan fisik atau olahraga seperti jarang berjalan atau pada orang yang kurang bergerak karena sakit atau terbaring dalam waktu lama dapat menyebabkan kehilangan kalsium tulang 0,5 % setiap bulan dan mengurangi kemampuan untuk menggantinya. Pola hidup tidak sehat, termasuk kebiasaan minum kopi berlebihan, kecanduan rokok dan minuman keras, akan mengganggu penyerapan kalsium dalam usus (Guthrie, 1995).
2.10.5 Fungsi kalsium
Kalsium memiliki fungsi yang sangat penting di dalam tubuh manusia, terutama dalam proses pertumbuhan manusia, baik pada orang dewasa maupun
anak-anak. Kalsium juga memiliki peran sentral dalam pertumbuhan tulang dan gigi serta menjaga agar tulang dan gigi tetap kuat dan tidak mudah keropos.
Kalsium merupakan regulator dalam aktifitas kehidupan manusia. Selain berperan besar dalam pembentukan tulang dan gigi, kalsium juga berfungsi untuk mempertahankan struktur normal sel, fungsi penyusutan otot, penghubung antar syaraf, mendukung kinerja jantung serta membantu proses metabolisme tubuh.
Manfaat kalsium bagi manusia antara lain adalah untuk melancarkan peredaran darah, mengaktifkan syaraf, menormalkan tekanan darah, melenturkan otot, menjaga keseimbangan cairan tubuh, menyeimbangkan tingkat keasaman darah, mencegah osteoporosis, menurunkan risiko kanker usus, mencegah penyakit jantung, membantu mengatasi keluhan pada saat haid dan menopause, mengatasi kram dan rematik, membantu mineralisasi gigi serta mencegah pendarahan pada akar gigi, meminimalkan penyusutan tulang selama menjalani proses kehamilan, mengatasi kencing manis, mengatasi kulit kering dan pecah-pecah serta meningkatkan gairah seks (Khosan, 1996).
2.10.6 Sumber kalsium
Alam telah menyediakan berbagai macam makanan yang merupakan sumber kalsium bagi tubuh. Sumber kalsium terbagi dua, yaitu hewani dan nabati. Akan tetapi, jika bahan hewani dikonsumsi berlebihan, bisa menghambat penyerapan kalsium, karena kadar protein bahan hewani tinggi.
Kandungan proteinnya yang tinggi akan meningkatkan keasaman (pH) darah.
Guna menjaga agar keasaman darah tetap normal, tubuh terpaksa menarik deposit kalsium (yang bersifat basa) dari tulang, sehingga kepadatan tulang berkurang.
Karena itu, sekalipun kaya kalsium, makanan hewani harus dikonsumsi secukupnya saja. Jika berlebihan, justru dapat menggerogoti tabungan kalsium dan mempermudah terjadinya keropos tulang (Ariesi, 2007). Hal ini sejalan dengan penelitian Feskanich (1997) yang membuktikan pada wanita bahwa protein dapat meningkatkan pengeluaran kalsium dari urin.
Susu merupakan sumber kalsium yang sangat baik bagi tubuh. Susu mampu memenuhi kebutuhan kalsium tubuh setiap hari. Selain susu, beberapa makanan lain yang juga merupakan sumber kalsium antara lain sayuran hijau, ikan, kedelai, jeruk dan kacang almond. Beberapa makanan tersebut adalah sumber kalsium yang sangat baik selain susu (Almatsier, 2004).
Tabel 2.1. Daftar Kandungan Kalsium per 100 gr Bahan Makanan Osteoporosis, MenujuMasyarakat Bertulang Sehat, Jakarta 17 September 2005.