By. Rhezha Hussein, S.Pd. M.Si.
Toksikologi adalah ilmu
pengetahuan yang mempelajari efek merugikan dari bahan kimia terhadap organisme
hidup. Potensi efek merugikan yang ditimbulkan oleh bahan kimia di lingkungan
sangat beragam dan bervariasi sehingga ahli toksikologi mempunyai spesialis
kerja bidang tertentu.
Toksikologi lingkungan adalah
suatu studi yang mempelajari efek dari bahan polutan terhadap kehidupan dan
pengaruhnya terhadap ekosistem yang digunakan untuk mengevaluasi kaitan antara
manusia dengan polutan yang ada di lingkungan.
Pencegahan keracunan memerlukan perhitungan dari :
- Toxicity : deskripsi dan kuantifikasi sifat-sifat toksis zat kimia
- Hazard : kemungkinan zat kimia untuk menimbulkan cidera
- Risk : besarnya kemungkinan zat kimia menimbulkan karacunan
- Safety : keamanan
B. Klasifikasi Bahan Toksikan
Bahan toksik dapat diklasifikasikan berdasarkan :
- Organ tujuan : ginjal, hati, system hematopoitik, dll
- Penggunaan : peptisida, pelarut, food additive, dll
- Sumber : tumbuhan dan hewan
- Efek yang ditimbulkan : kanker, mutasi, dll
- Bentuk fisik : gas, cair, debu, dll
- Label kegunaan : bahan peledak, oksidator, dll
- Susunan kimia : amino aromatis, halogen, hidrokarbon, dll
- Potensi racun : organofosfat, lebih toksik daripada karbamat
Untuk dapat diterima dalam spektrum agen toksik, suatu
bahan tidak hanya ditinjau dari satu macam klasifiksi saja, tetapi dapat pula
ditinjau dari beberapa kombinasi dan beberapa faktor lain. Klasifikasi bahan
toksik dapat dibagi secara kimiawi, biologi dan karakteristik paparan yang
bermanfaat untuk pengobatan.
C. Karakteristik Paparan
Efek merugikan/ toksik pada sistem biologis dapat
disebabkan oleh bahan kimia yang mengalami biotransformasi dan dosis serta
susunannya cocok untuk menimbulkan keadaan toksik
Respon terhadap bahan toksik tersebut antara lain
tergantung kepada sifat fisik dan kimia, situasi paparan, kerentanan sistem
biologis, sehingga bila ingin mengklasifiksikan toksisitas suatu bahan harus
mengetahui macam efek yang timbul dan dosis yang dibutuhkan serta keterangan
mengenai paparan dan sasarannya.
Perbandingan dosis lethal suatu bahan polutan dan
perbedaan jalan masuk dari paparan sangat bermanfaat berkaitan dengan
absorbsinya. Suatu bahan polutan dapat diberikan dalam dosis yang sama tetapi
cara masuknya berbeda. Misalnya bahan polutan pertama melalui intravena, sedangkan
bahan lainnya melalui oral, maka dapat diperkirakan bahwa bahan polutan yang
masuk melalui intravena memberi reaksi cepat dan segera. Sebaliknya bila dosis
yang diberikan berbeda maka dapat diperkirakan absorbsinya berbeda pula,
misalnya suatu bahan masuk kulit dengan dosis lebih tinggi
sedangkan lainnya melalui mulut dengan dosis yang lebih rendah maka, dapat
diperkirakan kulit lebih tahan terhadap racun sehingga suatu bahan polutan
untuk dapat diserap melalui kulit diperlukan dosis tinggi.
Efek toksik didalam tubuh tergantung pada :
- Reaksi alergi
Alergi adalah reaksi yang merugikan yang disebabkan
oleh bahan kimia atau toksikan karena peka terhadap bahan tersebut. Kondisi
alergi sering disebut sebagai “ hipersensitif “, sedangkan reaksi alergi atau
reaksi kepekaannya dapat dipakai untuk menjelaskan paparan bahan polutan yang
menghasilkan efek toksik. Reaksi alergi timbul pada dosis yang rendah sehingga
kurve dosis responnya jarang ditemukan.
- Reaksi ideosinkrasi
Merupakan reaksi abnormal secara genetis akibat adanya
bahan kimia atau bahan polutan.
- Toksisitas cepat dan lambat
Toksisitas cepat merupakan manifestasi yang segera
timbul setelah pemberian bahan kimia atau polutan. Sedangkan toksisitas lambat
merupakan manifestasi yang timbul akibat bahan kimia atau toksikan selang
beberapa waktu dari waktu timbul pemberian.
- Toksisitas setempat dan sistemik
Perbedaan efek toksik dapat didasarkan pada lokasi
manifestasinya. Efek setempat didasarkan pada tempat terjadinya yaitu pada
lokasi kontak yang pertama kali antara sistem biologi dan bahan toksikan. Efek
sistemik terjadi pada jalan masuk toksikan kemudian bahan toksikan diserap, dan
didistribusi hingga tiba pada beberapa tempat. Target utama efek toksisitas
sistemik adalah sistem syaraf pusat kemudian sistem sirkulasi dan sistem
hematopoitik, organ viseral dan kulit, sedangkan otot dan tulang merupakan
target yang paling belakangan.
Respon toksik tergantung pada :
- Sifat kimia dan fisik dari bahan tersebut
- Situasi pemaparan
- Kerentanan sistem biologis dari subyek
Faktor utama yang mempengaruhi toksisitas adalah :
- Jalur masuk ke dalam tubuh
Jalur masuk ke dalam tubuh suatu polutan yang toksik,
umumnya melalui saluran pencernaan makanan, saluran pernafasan, kulit, dan
jalur lainnya. Jalur lain tersebut diantaranya daalah intra muskuler, intra
dermal, dan sub kutan. Jalan masuk yang berbeda ini akan mempengaruhi
toksisitas bahan polutan. Bahan paparan yang berasal dari industri biasanya
masuk ke dalam tubuh melalui kulit dan terhirup, sedangkan kejadian “keracunan”
biasanya melalui proses tertelan.
- Jangka waktu dan frekuensi paparan
- Akut : pemaparan bahan kimia selama kurang dari 24 jam
- Sub akut : pemaparan berulang terhadap suatu bahan kimia untuk jangka waktu 1 bulan atau kurang
- Subkronik : pemaparan berulang terhadap suatu bahan kimia untuk jangka waktu 3 bulan
- Kronik : pemaparan berulang terhadap bahan kimia untuk jangka waktu lebih dari 3 bulan
Pada beberapa bahan polutan, efek toksik yang timbul
dari paparan pertama sangat berbeda bila dibandingkan dengan efek toksik yang
dihasilkan oleh paparan ulangannya. Bahan polutan benzena pada peran pertama
akan merusak sistem syaraf pusat sedangkan paparan ulangannya akan dapat
menyebabkan leukemia.
Penurunan dosis akan mengurangi efek yang timbul.
Suatu bahan polutan apabila diberikan beberapa jam atau beberapa hari dengan
dosis penuh akan menghasilkan beberapa efek. Apabila dosis yang diberikan hanya
separohnya maka efek yang terjadi juga akan menurun setengahnya, terlebih lagi
apabila dosis yang diberikan hanya sepersepuluhnya maka tidak akan menimbulkan
efek. Efek toksik yang timbul tidak hanya tergantung pada frekuensi pemberian
dengan dosis berbeda saja tetapi mungkun juga tergantung pada durasi
paparannya. Efek kronis dapat terjadi apabila bahan kimia terakumulasi dalam
sistem biologi. Efek toksik pada kondisi kronis bersifat irreversibel. Hal
tersebut terjadi karena sistem biologi tidak mempunyai cukup waktu untuk pulih
akibat paparan terus-menerus dari bahan toks
D. Interaksi Bahan Kimia
Interaksi bahan kimia terjadi melalui mekanisme :
1). Perubahan dalam absorbsi
- Absorbsi toksikan dalam tubuh manusia
Tempat penyerapan utama bagi toksikan adalah saluran
pencernaan, paru dan kulit. Dalam studi toksikologi sering juga diberikan
melalui jalur khusus yaitu melalui injeksi intraperitoneal, intramuskuler dan
sub kutan.
- Absorbsi toksikan pada saluran pencernaan
Saluran pencernaan merupakan jalur penting dalam
absorbsi toksikan. Beberapa toksikan di lingkungan masuk melalui rantai
makanan, kecuali zat yang kaustik atau nsangat iritan pada saluran pencernaan.
Sebagian besar dari toksikan tidak menimbulkan efek toksik kecuali kalau mereka
diserap. Absorbsi dapat terjadi di seluruh saluran pencernaan, mulut dan rectum
umumnya tidak begitu penting bagi absorbsi toksikan di lingkungan.
Lambung merupakan tempat penyerapan yang baik untuk
asam lemah dengan bentuk non ion yang larut dalam lemak, sebaliknya basa lemah
yang sangat mengion dan tidak larut dalam lemak tidak akan mudah diserap di
lambung, umumnya akan diserap di usus. Akibatnya basa organik akan lebih banyak
diserap di usus daripada di lambung.
- Absorbsi toksikan pada paru
Toksikan yang di absorbsi oleh paru biasanya berupa
gas seperti : carbon monoksida, nitrogen dioksida, dan sulfur dioksida serta
aerosol. Tempat penimbunan aerosol ditentukan ukuran partikelnya.
Partikel ukuran 5 mm atau lebih besar biasanya
ditimbun pada daerah nasopharyngeal. Partikel di daerah ini dapat dihilangkan
saat pembersihan hidung atau saat bersin. Partikel yang larut akan dilarutkan
dalam mucus dan dibawa ke pharynx taau diserap epitel masuk ke darah.
Partikel dengan ukuran 2 s/d 5 mm ditimbun pada darah
tracheabroncheoli paru, tempat ia akan dibersihkan oleh pergerakan cilia
saluran pernafasan. Laju pergerakan cilia pada mucus bervariasi menurut bagian
saluran pernafasan dan merupakan mekanisme penghilangan yang cepat dan efisien.
- Absorbsi toksikan pada kulit
Umumnya kulit relatif impermeabel, karenanya merupakan
pelindung yang baik untuk mempertahankan fungsi kulit manusia dari lingkungannya.
Meskipun demikian beberapa zat kimia dapat diserap lewat kulit dalam jumlah
yang cukup banyak sehingga menimbulkan efek sistemik. Contoh : insektisida
dapat menyebabkan kematian pada petani setelah diabsorbsi melalui kulit.
2). Pengikatan protein
- Protein plasma
Protein plasma dapat mengikat senyawa asing dan
beberapa komponen fisiologik normal dalam tubuh. Peningkatan bahan kimia pada
protein plasma mempunyai arti penting dalam toksikologi karena beberapa reaksi
racun dapat dihasilkan jika agen dipindahkan dari protein plasma.
3). Biotransformasi atau
ekskresi dari zat toksik
Fase Biotransformasi
Reaksi enzym dalam biotransformasi ada 2 type yaitu
reaksi phase I dan phase II
Phase I : Yang termasuk reaksi ini adalah oksidasi,
reduksi dan hidrolisis.
Umumnya reaksi phase I mengubah bahan yang masuk ke
dalam sel
Menjadi lebih bersifat hidrophilik (mudah larut dalam
air daripada
Bahan asalnya)
Phase II : Terdiri dari reaksi sintesi dan konjugasi.
Reaksi phase II ini merupakan proses biosintesis yang
mengubah
Bahan asing atau metabolit dari phase I membuat ikatan
kovalen
Dengan molekul endogen menjadi konjugat.
v Reaksi enzymatik phase I
a). Karakteristik enzym mikrosomal
phase I
Phase I merupakan jalur biotransformasi yang
predominan
b). Cytokrom P-450
Sistem enzym yang paling penting pada phase I adalah
cytokrom P-450 yang mengandung monooksigenase
v Reaksi enzymatik phase II
Reaksi biotransformasi pada phase II ini merupakan
reaksi biosintesis sehingga membutuhkan energi, hal ini dilakukan dengan
aktivasi kofaktor.
a). Glukoronosyltransferase
Glukorodinasi merupakan salah satu dari proses
konjugasi pada phase II, yang mengubah bahan eksogen dan endogen menjadi bahan
yang lebih larut dalam air dan metabolitnya diekskresi lewat urine atau empedu
b). Sulfotransferase
Reaksi konjugasi yang penting untuk kelompok hydroksil
adalah sulfasion dikatalisis oleh sulfotransferase, enzym ini ditemukan di
liver, ginjal, usus, paru dan fungsi primernya mentransfer sulfat anorganik
pada grup hydroksil pada phenol dan aliphatic alkhohol.
c). Methylasi
Reaksi konjugasinya menurunkan kelarutan bahan kimia
terhadap air dan atau memperbaiki kemampuan untuk berperan dalam reaksi
konjugasi yang lain.
d). Konjugasi asam amino
Reaksi yang penting untuk xenobiotik yang mengandung
asam karboxyl adalah konjugasi dengan asam amino membentuk ikatan amide
(peptide) antara kelompok asam karboxylik dari xenobiotik dan kelompok asam
amino.
q Faktor – faktor yang mempengaruhi
biotransformasi dari bahan asing
- Faktor intrinsic
Faktor penting yang mengontrol jalannya reaksi
enzymatic dari bahan asing adalah konsentrasinya dalam pusat aktivitas dari
enzym. Konsentrasi ini tergantung pada “Lipophilicity, Protein binding, Doses,
and Rouse administration”. Lopophilicity penting karena dapat mengatur
banyaknya absorbsi bahan xenobiotik dari jalan masuknya (kulit, usus, paru).
Bahan kimia yang bersifat lipophilik lebih mudah di absorbsi dalam darah,
sedangkan bahan yang larut dalam air kurang cepat diserap.
- Variable dari host yang mempengaruhi biotransformasi xenobiotik
Beberapa kondisi fisiologi, pharmakologik dan
faktor-faktor lingkungan yang mempengaruhi proses biotransformasi
xenobiotik yaitu : species, strain, umur, sex “time of day”, enzym
induksi, enzym penghambat, status gazi dan status penyakit.
- Induksi dari enzym-enzym biotransformasi
Proses induksi enzym adalah proses di mana terjadi
peningkatan aktifitas yang diakibatkan peningkatan kecepatan sintesis dari
enzym biotransformasi paparan bahan kimia tertentu dapat juga menginduksi
enzym-enzym tersebut.
- Inhibisi (penghambatan) enzym biotransformasi
Penghambat metabolisme xenobiotik adalah beberapa
faktor yang didapat baik endogen dan eksogen yang menurunkan kemampuan enzym
untuk metabolisme bahan asing.
- Variasi species, strain, genetic
Variasi biotransformasi diantara species digolongkan
menjadi perbedaan qualitatif dan quantitatif. Perbedaan kualitatif menyangkut
rute metabolik yang diakibatkan oleh kelainan dari species atau adanya reaksi
ginjal dari species.
Yang termasuk pada perbedaan kualitatif adalah :
- a. Kelainan enzym pada species tertentu
b. Reaksi species yang unik
- c. Evolutionary
- Beberapa aspek genetic
Perbedaan kualitatif ini predominan pada reaksi phase
II.
Sedangkan yang termasuk perbedaan kuantitatif adalah :
a)Perbedaan konsentrasi enzyme
b) Perbedaan isonzym
cytokrom P-450
c)Perbedaan reaksi region spesifik
d) Genetika
Predominan pada reaksi phase I
- Perbedaan seks pada biotransformasi
Perbedaan respon toksikologi dan farmakologi antara
tikus betina dan jantan pernah diteliti. Pada pemberian Phenobarbital dengan
dosis yang sama, tikus betina tidur lebih lama daripada yang jantan.
- Efek umur pada biotransformasi
Fetus atau bayi yang baru lahir menunjukkan kemampuan
yang terbatas untuk biotransformasixenobiotik sehingga kemungkinan terjadinya
keracunan lebih meningkat pada binatang percobaan yang lebih muda.
- Efek dari diet terhadap biotransformasi
Status nutrisi penting dalam mempengaruhi
biotransformasi. Defisiensi mineral misalnya Ca, Cu, Fe, Mg, dan Zn menurunkan
reaksi oksidasi maupun reaksi dari cytokrom P-450.
- Efek kelainan hepar (hepatic injury) terhadap biotransformasi
Karena hepar merupakan tempat utama dari
biotransformasi xenobiotik maka penyakit-penyakit yang mempengaruhi fungsi
normal dari hepar dapat pula mempengaruhi proses biotransformasi, begitu pul
dengan bahan kimia yang menginduksi gangguan liver (hepar) akanmenurunkan
biotransformasi.
- Interaksi farmakologi dan toksikologi :
- Efek aditif : suatu situasi dimana
efek gabungan dan 2 bahan kimia sama dengan jumlah dari efek masing-masing
bahan bila diberikan sendiri-sendiri (2+3=5).
- ek sinergistik : situasi dimana
efek gabungan dari 2 bahan kimia jauh melampaui penjumlahan dari tiap 2 bahan
kimia bila diberikan sendiri-sendiri (2+3=20)
- Potensiasi : keadaan dimana suatu
senyawa kimia tidak mempunyai efek toksik terhadap sitem atau organ tertentu,
namun bila ditambahkan ke bahan kimia lain akan membuat yang terakhir menjadi
lebih toksik (0+2=10)
- Antagonisme : situasi dimana 2
bahan kimia diberikan bersamaan efeknya saling mempengaruhi atau satu bahan
kimia mempengaruhi bahan kimia yang lainnya (4+6=8)
E. Distribusi dan Ekskresi
Toksikan
- Distribusi toksikan
Setelah toksikan memasuki darah didistribusi dengan
cepat keseluruh tubuh maka laju distribusi diteruskan menuju ke setiap organ
tubuh. Mudah tidaknya zat kimia melewati dinding kapiler dan membrane sel dari
suatu jaringan ditentukan oleh aliran darah ke organ tersebut.
Bagian tubuh yang berhubungan dengan distribusi
toksikan :
- Hati dan ginjal
Kedua organ ini memiliki kapasitas yang lebih tinggi
dalam mengikat bahan kimia, sehingga bahan kimia lebih banyak terkonsentrasi
pada organ ini jika dibandingkan dengan organ lainnya. Hal ini berhubungan
dengan fungsi kedua organ ini dalam mengeliminasi toksikan dalam tubuh. Ginjal
dan hati mempunyai kemampuan untuk mengeluarkan toksikan. Organ hati cukup
tinggi kapasitasnya dalam proses biotransformasi toksikan.
- Lemak
Jaringan lemak merupakan tempat penyimpanan yang baik
bagi zat yang larut dalam lemak seperti chlordane, DDT, polychlorinated
biphenyl dan polybrominated biphenyl. Zat ini disimpan dalam jaringan lemak
dengan pelarut yang sederhana dalam lemak netral. Lemak netral ini kira-kira 50
% danberat badan pada orang yang gemuk dan 20 % dari orang yang kurus. Toksikan
yang daya larutnya tinggi dalam lemak memungkinkan konsentrasinya rendah dalam
target organ, sehingga dapat dianggap sebagai mekanisme perlindungan.
Toksisitas zat tersebut pada orang yang gemuk menjadi lebih rendah jika
disbanding dengan orang yang kurus.
- Tulang
Tulang dapat berfungsi sebagai tempat penyimpanan
untuk senyawa seperti Flouride, Pb dan strontium. Untuk beberapa toksikan
tulang merupakan tempat penyimpanan utama, contohnya 90 % dari Pb tubuh
ditemukan pada skeleton. Penyimpanan toksikan pada tulang dapat atau tidak
,mengakibatkan kerusakan. Contoh : Pb tidak toksik pada tulang, tetapi
penyimpanan Fluoride dalam tulang dapat menunjukkan efek kronik (skeletal
fluorosis).
- Ekskresi toksikan
Toksikan dapat dieliminasi dari tubuh melalui beberapa
rute. Ginjal merupakan organ penting untuk mengeluarkan racun. Beberap
xenobiotik diubah terlebih dahulu menjadi bahan yang larut dalam air sebelum
dikeluarkan dalam tubuh.
Rute lain yang menjadi lintasan utama untuk beberapa
senyawa tertentu diantaranya : hati dan sistem empedu, penting dalam ekskresi
seperti DDT dan Pb ; paru dalam ekskresi gas seperti CO. Toksikan yang
dikeluarkan dari tubuh dapat ditemukan pada keringat, air mata dan air susu ibu
(ASI).
- Ekskresi urine
Ginjal merupakan organ yang sangat efisien dalam
mengeliminasi toksikan dari tubuh. Senyawa toksik dikeluarkan melalui urine
oleh mekanisme yang sama seperti pada saat ginjal membuang hasil metabolit dari
tubuh.
- Ekskresi empedu
Hati berperan penting dalam menghilangkan bahan toksik
dari darah setelah diabsorbsi pada saluran pencernaan, sehingga akan dapat
dicegah distribusi bahan toksik tersebut ke bagian lain dari tubuh.
- Rute ekskresi yang lain
Toksikan dapat juga dikeluarakan dari tubuh melalui
paru, saluran pencernaan, cairan cerebrospinal, air susu, keringat dan air
liur. Zat yang berbentuk gas pada kondisi suhu badan dan “volatile liquids”
dapat diekskresi melalui paru. Jumlah cairan yang dapat dikeluarkan melalui
paru berhubungan dengan tekanan uap air. Ekskresi toksikan melalui paru ini
terjadi secara difusi sederhana. Gas yang kelarutannya rendah dalam darah
dengan cepat diekskresi sebaliknya yang tinggi kelarutannya seperti chloroform
akan sangat lambat diekskresi melalui paru.
F. Dose Response Relationship
(Hubungan Dosis Respon)
Pengertian dose respons dalam toksikologi adalah
proporsi dari sebuah
populasi yang terpapar dengan suatu bahan dan akan
mengalami respon
spesifik pada dosis,interval,waktu dan pemaparan
tertentu.
- Lethal dose 50 (LD 50)
LD 50 merupakan dosis tunggal derivat suatu bahan
tertentu pada uji
toksisitas yang pada kondisi tertentu pula dapat
menyebabkan
kematian 50 % dari populasi uji (hewan percobaan).
- Aplikasi dosis respon
Nilai ld 50 tidak ekuivalen dengan toksisitas tapi
nilai ini dapat di
Interpretasikan dalam nilai TD(toxic dose)Dan ED
(effectife dose).
- oxic dose (TD)
Adalah dosis dari suatu bahan yang dipaparkan
pada suatu
suatu populasi dan pada tingkat dosis tersebut sudah
dapat
mengakibatkan kerusakan pada jaringan tubuh hewan
percoba
Tidak ada komentar:
Posting Komentar