TOKSIKOLOGI LINGKUNGAN

PENDAHULUAN  

•  Interaksi  manusia  dan  lingkungan  

•  Bahan  kimia  baru  dibuat                                Limbah  dibuang  

                 

   

•  Pengaruh  racun  terhadap  manusia:  Kasus  bom  atom   di  Hiroshima  dan  Nagasaki,  Minamata,  dioksin,  Pb,   dll.     •   Kualitas  lingkungan?   •   Meningkatkan              kesejahteraan          manusia?     Toksikologi  lingkungan  

Toksikologi  

•  Mempelajari  tentang  toksin  (racun)  serta  

efeknya  terutama  untuk  mahluk  hidup    

•  Toksin  merusak  atau  memaMkan  organisma   karena  racun  bereaksi  dengan  komponen  

Toksikologi  Lingkungan  

•  Atau  ekotoksikologi  

 

•  Membahas  tentang  interaksi,  transformasi,  

fate,  dan  efek  dari  senyawa  kimia  alamiah  

maupun  sinteMs  di  dalam  biosfer  termasuk   organisma  individual,  populasi  dan  seluruh   ekosistem  

Toksikologi  Lingkungan  

•  Mencari  substansi  yang  aman  

•  Mencegah  terjadinya  efek  yang  Mdak   dikehendaki  

•  Membuat  kriteria  dasar  untuk  standardisasi   lingkungan  

•  Memperbaiki  cara  pengobatan  

à  _{Menilai  risiko    dan  memberikan  saran  atau}   rekomendasi  untuk  minimalisasi  efek  

Xenobiotik

=  Bahan  asing  bagi  tubuh  organisme                                                    

       

Xenobiotik          Lingkungan                          Organisme      Efek Biologis  

Alami:  racun  dari  benda  hidup  (Clostridium  botulinum,   aflatoksin,  tanaman  beracun,  hewan  beracun)  

Buatan/abioMs:  racun  logam,  organik  

Sumber   EMISI EKOKINETIKA FARMAKOKINETIKA PEMAPARAN IMISI

Jenis-jenis

xenobiotik

Emisi: - Point -  Area -  Mobile Sumber: Cunningham, 2008

Ekokinetika

à Proses biotik abiotik (fisik, kimia, dan enzim)

à Transportasi: jarak pendek dan jarak jauh

à Efek regional atau lokal

Tergantung: sumber, distribusi/

transportasi, dan transformasi

à Mudah ditransportasi (gas, partikulat, aerosol dan cairan), kelarutan

à  Persistensi di lingkungan

à  Reaktivitas (interaksi dengan komponen lain) à toksisitas, degradabilitas, distribusi

à biokonsentrasi, bioakumulasi dan biomagnifikasi

Ekokinetika

Solubilitas  dan  mobilitas:              Merupaka  hal  penMng    

–  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  selama  bertahun2.  

Bioakumulasi - Biomagnifikasi

•  Bioakumulasi:  

       Sel  mempunyai  kemampuan  utk  mengakumulasi   nutrien  dan  mineral  esensial,  sel  juga  dapat  

mengabsorpsi  dan  menyimpan  senyawa  toksik    

•  Biomagnifikasi:  

Persitensi  

•  Senyawa  yang  mudah  terurai:  konsentrasi  

segera  menurun  pada  saat  masuk  ke   lingkungan  

 

•  Senyawa  persisten:  Metal  (Pb),  plasMk  PVC,  

Persisten  Organic  Pollutans  (POPs)  

Terakumulasi  dalam  rantai  makanan  dan  mencapai  nilai  toksik    

•  PBDE  (Polybrominated  diphenyl  ethers):    penahan  teksMl  terbakar,  plasMk   komputer  à  150  jt  ton  pertahun.  Gangguan  syaraf  pada  bayi  lahir  

•  Perfluorooctane  sulfonate  (PFOS)  &  Perfluorooctane  Acid  (PFOA)  à  C8:   Produk  anM  lengket,  tahan  air  dan  noda  seperM  Teflon,  Gortex.  Pada  Mkus:   kerusakan  liver,  kanker  dan  sistem  reproduksi  

•   Phthalates:  digunakan  pada  kosmeMka,  deodorant  dan  plasMk  (PVC)  mainan   anak.  Hewan  uji:  kerusakan  liver  dan  ginjal  bahkan  kanker.  

•  Antrazine:  Herbisida.  Mengganggu  sistem  hormon  endocrine  à  aborsi   spontan,  berat  lahir  kurang,  gangguan  neurologis    

Faktor2  yang  menentukan  

Ekokinetika

•  Media  transpor:  udara,  air,  tanah,  organisme   rantai  makanan    à  jika  ada  perubahan  

struktur  disebut  transformasi  à  ABIOTIK  dan   BIOTIK  

 

•  Sifat  Fisik  Kimia:  Berat  Molekul,  Kelarutan,  

VolaMlitas,  Koefisien  parMsi,  Adsorpsi    

Sifat  Fisika  –  Kimia  Zat  

Zat  Kimia   BM  (mg/

mol)   Didih  Ti1k   (o_C)  

Tek    Uap  

25o_{C  (Atm)}   Kelarutan  _{dlm  air}  

(mg/L)  

Log  

KoW   Koc  Log  

MeMlkloroform   133,4   74,1   0,163   1334   2,48   2,11   Klorobenzen   112,6   131,7   1,55  x  10-­‐2   _{503   2,84   2,46}  

Chlorpyrifos   350,6    -­‐   2,46  x  10-­‐8   _{0,87   4,9   4,24}  

DDT   354,5   -­‐   2,6  x  10-­‐10   _3,29X10-­‐3   _{6,36   5,39}  

Kow = Koefisien partisi n-octanol/air

DDT  

POPs  

Hidrofobikà  terabsorb  kuat  pada  tanah     Half  life:  22  hari  –  30  tahun  

Dapat  hilang  melalui  proses:  penguapan,  fotolisis,   biodegradasi  aerobik  dan  anaerobik  

Dalam  air:  terabsorb  cepat  pada  organisma  dan   sedimen,  menguap    

DDT  

TRANSFORMASI

•  ABIOTIK:  

– Fotokimia    -­‐  Oksidasi  

– Oksidasi                                          -­‐  Reduksi  

– Hidrolisis    -­‐  lainnya:  alkilasi,  klorinasi     •  BIOTRANFORMASI:  

– Mikroorganisma  

Pemaparan  

Imisi

•  Lingkungan:  air,  udara,   tanah,  makanan,  tempat   kerja  

•  Portal  of  entry:    -­‐  inhalasi  

 -­‐  oral    -­‐  kulit  

à  Berapa  yang  masuk   (intake  dose)  ?  

Farmakokinetika

•  Oral:  mulut  à  lambung  à  usus  halus  à  usus   besar    

 Proses:    enzimaMk,  netralisasi,  absorpsi,  reaksi   dengan  senyawa  lain  

•  Inhalasi:  nasofaring  à  trakeo-­‐bronkial  à  alveoli    Proses:  transfer  gas  dan  masuk  ke  peredaran  

darah  

•  Dermal:  permukaan  kulit  

 Proses:  barrier,  reaksi  dengan  kulit,  menembus   kulit  

Portal  of  entry  

Absorpsi  

Distribusi  

Metabolisme  

Ekskresi  

DefiniMon  

•  Exposure  

       Any  condiMon  which  provides  an  opportunity  for  an         external  environmental  agent  to  enter  the  body    

•  Dose    

The  amount  of  agent  actually  deposited  within  the   body    

Typically,  the  disMncMon  between  exposure  and  dose       is  blurred,  although  in  reality,  significantly  different   doses  can  result  from  the  same  exposure    

•  Response  

9/21/14   Dwina  Roosmini   24  

Efek

•  Akut:    

Dalam  waktu  singkat  

 Akibat  pajanan(exposure)  konsentrasi  Mnggi  

 

•  Kronis:    

Dalam  waktu  lama  

       Pajanan  konsentrasi  rendah  dalam  waktu    panjang  

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

Mekanisme  dalam  menurunkan  

efek  toksik  

•  Konsep  dasar  toksikologi:  seMap  bahan  akan  

bersifat  toksik  pada  kondisi  tertentu.  

•  Senyawa  kimia  mempunyai  batas  aman  à  efek   yang  diMmbulkan  sangat  kecil  atau  tdk  

terdeteksi  secara  signifikan  

– Contoh:        Kopi  

           Aspirin  

Senyawa karsinogenik dalam kopi

•  Acetaldehyde   •  Benzaldehyde   •  Benzene   •  Benzofuran   •  Benzo[a]pyrene   •  Caffeic  acid   •  Catechol   •  1,2,5,6  Dibenzanthracene   •  Ethanol     •   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)  à  menurunkan  efek  toksik   Mamalia:  terletak  di  haM  

 

—  Ekskresi:

Eliminasi  dari  tubuh  melalui  proses  ekskresi  

 Molekul  volaMl:  CO2,  HCN  dan  keton  à  ekskresi  melalui  sistem  pernafasan    Garam  dan  senyawa  lain  berlebih  à  keringat  

 Senyawa/bahan  terlarutà  fungsi  ginjal  à  urin      

—  Akumulasi senyawa toksik:

Kerusakan  sistem  vital:  ginjal,  lambung,  usus      

Sel Tumbuhan, Hewan

dan Mikroorganisma

Metabolisme Xenobiotic

à _{Jalur  metabolisma  yang  mengubah  struktur}   kimia  senyawa  xenobiotic

 

à   Reaksi  kimia  (biotransformasi):  

à     terjadi  pada  hampir  seluruh  mahluk  hidup   à   proses  detoksifikasi  

Metabolisme Xenobiotic

•  Fase  I  :  modifikasi   •  Fase  II:  konyugasi  

•  Fase  III:  modifikasi  lanjutan  dan  ekskresi  

•  Membran  sel:  pembatas  permeabel  hidrofobik   à  mengendalikan  lingkungan  internal  

       Senyawa  polar  à  Mdak  dapat  menembus   kecuali  senyawa2  yang  diperlukan  à  

Metabolisme Xenobiotic

Fase I (Modifikasi)

•  Melibatkan  berbagai  ensim  

Cytochrome P-450 (CYP,  P450,  CYP450)  –  

dependent  mixed  funcMon  oxidase  system  à  

terjadi  di  mitokondria  atau  reMkulum  endoplasma  

 

•  Reaksi:                                                                                  

– Oksidasi,     – Reduksi  

–   Hidrolisis   Reaksi yang dikatalisa:

monooksigenase

RH + O₂ + 2H+ _{+ 2e}– → _{ROH + H} 2O

Reaksi monooksigenase

•  Oksidasi  alifaMk/aromaMk    à  alkohol  

•  N-­‐dealkilasi  bila  ada  gugus  R-­‐N-­‐CH3  à  R-­‐NH  +   HCHO  

•  O-­‐dealkilasi  bila  ada  gugus  R-­‐O-­‐CH3  à  R-­‐OH  +   HCHO  

•  S-­‐dealkilasi:  paraMon  à  parokson  

•  OksidaMf  deaminasi  bila  ada  gugus  R-­‐N-­‐CH3  à  

Reaksi Oksidasi lain

•  Penyisipan  gugus  OH-­‐fenolik  ke  dalam  

senyawa  aromaMk  Benzene  à  Fenol  

•  Oksidasi  menghasilkan  Hidrogen  Peroksida   (H2O2)  à  menyerang  substrat  à  luka  kimia  

Hidrolisis  

•  Memecah  molekul:    ester  à  alkohol  dan  asam   •  Ensim:    

–_{esterase  dan  amidase}  à  terdapat  di  luar  sel    (dalam  plasma   atau  cairan  ekstraseluler  à  amidase  dlm  plasma  <  esterase)    

– Pseudokolinesterase   – Glukosidase  

– Glukuronidase  à  berperan  thd  karsinoma  kandung  kemih  

Metabolisme lipofilik Fase I dan II

Hasil konyugasi:

• Polaritas tinggi

• Lebih terlarut dalam air

Ekskresi  

•  Mengeluarkan  metabolit  

•  Organ  ekskresi:  

– Ginjal  

– Paru-­‐paru  

– Kelenjar  keringat,  air  susu,  ludah,  empedu  

– Usus  (logam)  

– Urogenital  

– Rambut,  kuku    à  logam  (Hg  ata  As)    

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 à mekanisme perbaikan.

•  Kulit, lapisan epitel saluran pencernaan, pembuluh

darah, paru2: laju reproduksi selular tinggi utk

mengganti sel rusak à pertumbuhan tdk terkendali