Toksikologi Industri dan Risk Assessment

Toksikologi Industri dan Risk Assessment Oleh : Abdul Rohim Tualeka

Penyimpanan POKOK2 BAHASAN TIGambar 1.2 PERJALANAN TOKSIN SAMPAI EFEKFASE I FASE II FASE IIIZAT AKTIFPENGGU- ABSORPSISiapmemBeri EfekNAANBiologi FASE EKSPOSISI FASE TOKSOKINETIK FASE TOKSODINAMIK ( PAPARAN ) ZAT AK TIF/ TOKSIN ABSORPSI, DISTRIBUSI, EKSRESI INTERAKSI TOKSIN DG RESEPTOR (SEL,ENZIM, TRNSPOR O2, DNA/RNA,DLL.) EFEK Pada Sel, enzim., Transpor O2, DNA/RNA,DLL Biotrans formasi Efek lokal

Di apotik, tokoobatataupunrumahmakanseringdiperkenalkanobatdetox, herbal untukdetox, makanandetox. Kerjanyaberdasarkanprinsifbiotransformasi.

Bab 6 BIOTRANSFORMASI TOKSINBiotransformasiataumetabolismedidefinisikansebagaiperubahanxenobiotik/toksin yang dikatalisaolehsuatuenzimtertentudalammakhlukhidup. Tujuannyayaitudenganmerubahtoksinbersifatnon polar menjadibersifatpolardankemudiandirubahmenjadibersifathidrofilsehinggadapatdieksresikankeluardaritubuh.

Reaksi Fasa II Reaksi Fasa I Oksidasi,Reduksi,Hidrolisis Konjugasi Etena A.BIOTRANSFORMASI TOKSIN SENYAWA ORGANIK Non PolarPolarHidrofil ( Lihatgambar diagram alirbotransformasitoksikan ) Non Polar : meliputibahankimialipofildanlipofilsangatstabil ( memilikigugusfungsional –CH ). Misal CH4 (metana) Lipofil : mudahlarutdalamlemak : CH4 (metana), C2H4 ( etena ), C6H6 ( benzena ) Lipofilsangatstabil : lipofil yang sulitdiuraikan/didegradasi : terjadipenimbunandijaringanlemak ( benzopirin, DDT, PCB ataupoliclorbipenil )

Polar : senyawa yang mudahlarutdalampelarut polar ,memiliki gugusfungsional –COH, -NH2, -SH, -SO2NH2 contohnya metanol, etandiol, fenol Hidrofil : mudahlarutdalam air Contoh : ester fenosulfat, asamhipurat

Oksidasi Konjugasi dg H2SO4 ContohReaksibiotransformasidarifasa I sampaifasa II menghasilkan larutan yang mudahdieksresikanlewaturin

Oksidasi Konjugasi dg H2SO4 Organ penting dalam proses biotransformasi Hati ( tinggi) Paru, ginjal, usus (sedang) Jaringan lain (rendah) ContohReaksibiotransformasidarifasa I sampaifasa II menghasilkan larutan yang mudahdieksresikanlewaturin

Faktor-2 yang mempengaruhibiotransformasitoksindalamtubuhlaki-laki ( L), perempuan ( P ) danwanitahamil Parameter PerbedaanfisiologiDampaktoksikokinetik Metabolikhati BMR L>P>W.hamilMetabolismemeningkat dg fluktuatif) meningkatnya BMR Protein plasma L,P>W.hamilMetabolismetoksin hidrofilmeningkat denganmeningkatnya protein plasma Ket : BMR = basal metabolic rate (energiygdiperlukanuntukmemelihara kegiatantubuh minimal ( dalamkeadaanistirahatsempurna) ( Sumber : DHAE,camberra,2002)

Proses biotransformasi sangat berpengaruh terhadap laju pengeluaran toksin dari dalam tubuh Toksin Tanpa biotranformasi dengan biotransformasi Ethanol 4 minggu 10 ml/hr Phenobarbital 5 bulan 8 jam DDT tidak terbatas hari sampai minggu Organ penting dalam proses biotransformasi Hati ( tinggi) Paru, ginjal, usus (sedang) Jaringan lain (rendah) Kepekaan individu Variasi individu sampai berbeda 10-30 kali: Genetik, gender, umur, status nutrisi, kondisi kesehatan, pengalaman terpapar

Hati Manusia Gambar 6.1 : hati manusia dan retikulum endoplasma serta lisosom dalam sel hati tempat biotransformasi toksin Sumber : Wikipedia, 2008

Dalam berbagai referensi disebutkan bahwa toksin yang mengalami biotransformasi adalah toksin yang melewati saluran pencernaan, karena setelah melewati lambung, ke usus halus kemudian ke hati untuk didetoktifikasi ( dibiotransformasi ). Sedangkan toksin yang melewati saluran nafas ( alveoli ) dan kulit langsung diedarkan lewat darah ke organ-organ lain di seluruh tubuh, tidak melewati proses biotransformasi di hati terlebih dauhulu.

Dengan demikian, toksin yang diserap lewat saluran nafas dan kulit lebih berbahaya dibandingkan dengan toksin yang melewati saluran pencernaan ( yakni melalui lambung, usus halus dan kemudian ke hati). Dalam proses biotransformasi terjadi 2 kemungkinan :1. DETOKTIFIKASI/BIOINAKTIVASI : HILANG SIFAT RACUN TOKSIKAN( Dari non polar/lipofilikke polar kehidrofil )2. BIOAKTIVASI : LEBIH RACUN DARI SENYAWANYA( Dari non polar/lipofilikkeprodukantarapengalkilasiygelektrofilikdanterjadipengikatankovalen pd jaringanantara lain menyebabkan tumor dankanker )

MEKANISME BIOTRANSFORMASIMELIPUTI 2 REAKSI : REAKSI FASA I DAN REAKSI FASA II1. REAKSI FASA I ATAU REAKSI FUNGSIONALISASI/ MEMASUKKAN GUGUS FUNGSIONAL YG SESUAI ( a.l : OH, COOH, NH2 DAN SH ) KE DLM TOKSIN SHG MENGUBAH TOKSIN NON POLAR MENJADI BENTUK YG LEBIH POLAR HAL INI DPT DICAPAI DG : a. SECARA LANGSUNG MEMASUKKAN GUGUS FUNGSIONAL, MISAL : HIDROKSILASI SENYAWA AROMATIK DAN ALIFATIK.2. REAKSI FASA II ATAU REAKSI KONYUGASI

Gambar 6.2 Biotransformasi toksikan Sumber : Arien,J.E, Toksikologi Umum,1986

Contoh : 1) Oksidasi benzena ( gol.aromatik) menjadi fenol Benzena Fenol 2) Oksidasi etena (gol.alifatik) menjadi etandiol Etene Etandiol

b. Memodifikasi Gugus-2 Fungsional yang ada dalam struktur molekul :1) Reduksi senyawa azo dan nitro menjadi gugus fungsional amina 2) Dealkilasi oksidatif dari atom N,O,S menghasilkan gugus-gugus NH2, OH dan SH R-S-CH3 + O2 R-SH (alkil metil sulfur) (Sulfihidril R-O-CH3 + O2 ROH (eter) (alkohol)

MACAM-MACAM REAKSI FASA 1: 1. REAKSI OKSIDASITOKSIN YG DIOKSIDASI : MISAL METANA, BENZENA, ETENAREAKSI BERJALAN LEBIH CEPAT.BILA TDK CEPAT DIOKSIDASI AKAN DI KONYUGASI.ENZIM KATALIS : SITOKROM P-450TEMPAT : RETIKULUM ENDOPLASMA

Gambar :Sitokrom P 450 untuk oksidator

Contoh-2 Reaksi Oksidasi a. Alifatik/aromatik membentuk alkohol (-OH) Contoh : 1) Oksidasi Alifatik a) Oksidasi metana menjadi metanol CH4 + O2 CH3OH Metana Metanol b) Oksidasi etena menjadi etanadiol Etena etanadiol

2) Oksidasi Aromatik a) Oksidasi benzena menjadi fenol Benzena Fenol

b) Oksidasi benzoapirin Karena terdapat epoksid menyebabkan bersifat bioaktivasi

3). Oksidasi amina) Oksidasi Amin primer menjadi keton b) Oksidasi amina sekunder menjadi hidroksilamin

c) Oksidasi Amin tersier menjadi nitroso

2. REAKSI REDUKSIJARANG TERJADI. TERJADI PD SENYAWA AMINA, AZO, KETON, ALDEHID YG TAHAN OKSIDASI ENZIM KATALIS : ENZIM REDUKTASE TEMPAT : RETIKULUM ENDOPLASMA CONTOH a. Redukisinitrobenzenamenjadianilin

b. Reduksi Aldehid menjadi alkohol primer Etanal Etanol c. Reduksi Keton menjadi aldehid Dimetil Keton propanal

3. REAKSI HIDROLISISMOLEKUL YG DIHIDROLISIS ANTARA LAIN GOLONGAN ESTER. MOLEKUL INI AKAN PECAH MENJADI 2 MOLEKUL KARENA PENGAMBILAN 1 MOLEKUL AIR ENZIM KATALIS : ENZIM ESTERASE,AMIDASE TEMPAT : SITOPLASMA CONTOH EtilmetanoatAs.EtanoatMetanol + H2O

2. REAKSI FASA II ( REAKSI KONYUGASI )REAKSI INI MELIBATKAN BEBERAPA JENIS METABOLIT ENDOGIN (BERUPA ENZIM YG ADA DLM TUBUH ) DI RETIKULUM ENDOPLASMA.ReaksiEnzimGugusFungsionalGlucuronida UDP glucuronyltransferase -OH, -COOH, - NH2, -SHSulfasiSulfotransefrase -NH2, -SO2NH2, -OH MetilasiMetiltransferasi -OH, -NH2AsetilasiAsetiltransferase -NH2,-SO2NH2,-OH Konjugasiasam amino - COOH( glisin )KonjugasglutationGlutationtransferaseEpoksidKonjugasiasamlemak -OH

1) GLUKURONAT, GLISIN DAN ASAM SULFATHASIL REAKSI KONYUGASI BERUPA TOKSIN BERSIFAT HIDROFIL,TIDAK TOKSIK DAN BISA DIEKRESIKAN LEWAT GINJAL/EMPEDU. ( Prinsif : H dan OH menjadiH2O )a. 4 senyawamembentukkonyugasi dg glukuronatYaitualkoholalifatik/aromatik, asam-asamkarboksilat, senyawasulfihidril, senyawaamin

b. 3 senyawa yang membentuk konyugasi dg asam sulfat yaitu fenol, alkohol alifatik, amin aromatik Contoh : c. 3 senyawa yg membentuk konyugasi dg glisin Yaitu asam karboksilat aromatik, asam aril asetat, asam akrilat

d.GLUTATION/ ASAM MERKAPTURAT(GSH) BERPERAN PENTING PADA PROSES DETOKTIFIKASI SENYAWA ELEKTROFILIK REAKTIF YG DAPAT MENYEBABKAN KERUSAKAN JARINGAN, KARSINOGENIK, MUTAGENIK DAN TERATOGENIK. KARENA MEMBENTUK IKATAN KOVALEN DG GUGUS- GUGUS NEOFILIK YG TDP PD PROTEIN DAN ASAM NUKLEAT SEL. GSH TERDAPAT PADA USUS, GINJAL, JARINGAN LAIN, TERUTAMA HATI, MENGANDUNG GUGUS NUKLEOFIL SULFIHIDRIL (SH) YG DPT BEREAKSI DG SENYAWA ELEKTROFILIK REAKTIF SHG DPT MELINDUNGI JARINGAN SEL YG PENTING.

Keunikan dari GSH adalah terdapat atom S yang memiliki sifat keelektonegatifan tinggi ( kelebihan elektron, δ- ) yang mampu berikatan dengan atom elektropositif ( kekurangan elektron, δ+) dari senyawa karsinogenesis kimia.Banyak senyawa alifatik, arilalkil halida, sulfat, sulfonat, nitrat dan organoposfat mempunyai atom C yang kekurangan elektron shg dapat bereaksi dg glutation melalui pemindahan nukleofil membentuk konjugat glutation.Contoh : δ-δ+ δ+ δ- G S H + R-CH2-X ----- RCH2-SG + HXContoh lengkap fase reaksi senyawa karsinogen :Antrasena + O2(bioaktivasi) ---- Epoksid antrasena ( Fasa I )Epoksid antrasena + GSH ---- Asam I-naftilmekapturat (Fasa II) ( mudah dieksresi lewat urin )

PROSES BIOTRANSFORMASIPROSES BIOTRANSFORMASI SUATU TOKSIN TERGANTUNG SIFAT KIMIA TOKSINNYA1. TOKSIN HIDROFIL CONTOH : ESTER FENOSULFAT DAN ASAM HIPURAT LANGSUNG DIEKSRESIKAN LEWAT EMPEDU DAN DIKELUARKAN LEWAT TINJA, URIN2. TOKSIN POLARContoh : C6H5OH (FENOL), C6H5COOH (ASAM BENZOAT) LANGSUNG MENGALAMI FASE II (KONJUGASI) DAN BERSIFAT HIDROFILIK DAN DIEKSRESIKAN LEWAT EMPEDU DAN NGINJAL SERTA DIKELUARKAN LEWAT URIN ATAU TINJA.

PROSES BIOTRAMSFORMASI 3. TOKSIN LIPOFILIK CONTOH : C6H6 ( BENZENA ), METANA (CH4),ETENA (C2H2) AKAN MENGALAMI REAKSI FASE I YAITU OKISIDASI, REDUKSI ATAU HIDROLISIS. TERDAPAT 2 KEMUNGKINAN : a. MENGHASILKAN SENYAWA YG LEBIH TOKSIK ( TERJADI BIOAKTIVASI ) DAN MENJADI PRODUK PERANTARA PENGALKILASI YG ELEKTROFILIK DAN TERJADI PENGIKATAN KOVALEN PD JARINGAN.Contoh : OksidasibenzenamenjadifenolPd.ReaksiFasa I Etena Epoksid etena (Karsinogen)

b. MENGHASILKAN SENYAWA YG SEMAKIN KURANG TOKSIK DAN AKAN MENGALAMI FASE II YAITU KONYUGASI CONTOH : BENZENA Benzena

4. TOKSIN LIPOFILIK STABIL CONTOH : BENZOAPIRIN, TEL, DDT, DIOXIN, JELAGA, TER BATUBARA AKAN TERJADI PENIMBUNAN DI JARINGAN LEMAK. AKAN MENGALAMI REAKSI FASE I YAITU OKISIDASI, REDUKSI ATAU HIDROLISIS. TERDAPAT 2 KEMUNGKINAN : 1. MENGHASILKAN SENYAWA YG LEBIH TOKSIK ( TERJADI BIOAKTIVASI ) DAN MENJADI PRODUK PERANTARA PENGALKILASI YG ELEKTROFILIK DAN TERJADI PENGIKATAN KOVALEN PD JARINGAN. CONTOH : OKSIDASI BENZOAPIRIN OLEH ENZIM ASETIL HIDROKARBON HIDROKSALASE

Oksidasi Benzoapirin Karena terdapat epoksid bersifat bioaktivasi

2. MENGHASILKAN SENYAWA YG SEMAKIN KURANG TOKSIK DAN AKAN MENGALAMI FASE II YAITU KONYUGASI Contoh :

2) EPOKSID BENZOPIRIN (Disebut DNA adduct)

Tambahan :Ikatan di atas merupakan ikatan kovalen. Kekuatan ikatannya terbesar diantara ikatan-2 lain, 4-14 kali kekuatan ikatan ion. Daftar kekuatan ikatan-ikatan sbb:Tipe ikatan Kekuatan ikatan (Kkal/mol)Kovalen 40 – 140Ion 10Hidrogen 1-7

5. SENYAWA PENGALKILASI CONTOH : EPOKSID ETILENA, EPOKSID BENZOPIRINMERUPAKAN SENYAWA PENGALKILASI YG LEKTROFOILIK (KEKURANGAN ELEKTRON). AKAN TERJADI PENGIKATAN KOVALEN PD JARINGAN. SEHINGGA MENYEBABKANREAKSIANTARA ARN/ADN DENGAN SENYAWA PENGALKILASI MENYEBABKAN TUMBUHNYA SEL ABNORMAL. CONTOH : 1) EPOKSID ETILENA ( MERUPAKAN ALKILATING AGEN YANG AKAN BERIKATAN DENGAN ATOM N DARI DNA DAN DAN DISEBUT DNA ADDUCT) (Oksidasi) Etilena Epoksid etilena (Senyawa pengalkilasi) (Disebut DNA adduct)

Waktu-waktu detoktifikasi tubuh Malam hari jam 21.00 – 23,00: adalah pembuangan zat- zat tidak berguna/beracun (de-toxin) dibagian sistem antibodi (kelenjar getah bening). Selama durasi waktu ini seharusnya dilalui dengan suasanatenang atau mendengarkan musik. Bila saat itu seorang masih dalam kondisi yangtidak santai seperti misalnya mencuci piring atau mengawasi anak belajar, hal ini dapat berdampaknegatif bagi kesehatan. Malam hari pk 23.00 – 01.00 : saat proses de-toxin di bagian hati, harus berlangsungdalam kondisi tidur pulas.Pukul 01.00-03.00: proses de-toxin di bagian empedu, juga berlangsung dalam kondisi tidur.Pukul 03.00-05.00 : de-toxin di bagian paru-paru. Sebab itu akan terjadi batuk yang hebatbagi penderita batuk selama durasi waktu ini. Karena proses pembersihan (de-toxin) telah mencapai saluranpernafasan, maka tak perlu minum obat batuk agar supaya tidak merintangi proses pembuangan kotoran.Pukul 05.00-07.00 : de-toxin di bagian usus besar, harus buang air di kamar kecil.Pukul 07.00-09.00 : waktu penyerapan gizi makanan bagi usus kecil, harus makan pagi. Bagiorang yang sakit sebaiknya makan lebih pagi yaitu sebelum pk 6:30. Makan pagi sebelum pk 7:30 sangatbaik bagi mereka yang ingin menjaga kesehatannya. Bagi mereka yang tidak makan pagi harap merubahkebiasaannya ini, bahkan masih lebih baik terlambat makan pagi hingga pk 9-10 daripada tidak makan samasekali. Tidur terlalu malam dan bangun terlalu siang akan mengacaukan proses pembuangan zat-zat tidakberguna. Selain itu,dari tengah malam hingga pukul 4 dini hari adalah waktu bagi sumsum tulang belakanguntuk memproduksi darah. Sebab itu, tidurlah yang nyenyak dan jangan terlalu sering begadang.(Sumber :www.parkirotak.com)

BAB 8TOKSODINAMIKSEBELUM TERJADI EFEK TOKSIN PD TUBUH, AKAN TERJADI TERLEBIH DAHULU FASE TOKSODINAMIK YAKNI INTERAKSI ANTARA TOKSIN DENGAN RESEPTOR PADATUBUH. INTERAKSI INI MELIPUTI :A. INTERAKSI DG FUNGSI UMUM SELB. INTERAKSI DG SISTEM ENZIMC. INHIBISI PADA TRANSPOR OKSIGEND. GANGGUAN PD SINTESA DNA DAN RNA

A. INTERAKSI DG FUNGSI UMUM SELTOKSIN NON POLAR AKAN BERINTERAKSI DG MEMBRAN SEL SEPERTI BENZENA ATAU KOMPONEN MINYAK BUMI LAIN TERUTAMA TURUNAN ZAT YG TERHALOGENASI.TOKSIN LAIN YG MEMPUNYAI EFEK NARKOSE YG JUGA BERSIFAT LIPOFILIK JUGA AKAN BERINTERAKSI DG SEL SEPERTI ETER, SIKLOPROPANA DAN HALOTAN.TOKSIN POLAR DAN BERSIFAT HIDROFIL. SEPERTI SO2, H2S, NH3 BERINTERAKSI DG SEL TERMASUK GOLONGAN IRITAN. TOKSIN-2 INI LARUT DLM AIR, DI NASOFARING LARUT DLM LENDIR SHG BERINTERAKSI DG MEMBRAN SEL NASOFARING MENYEBABKAN IRITASI PADA SEL DI NASOFARING.

TOKSIN BERUPA DEBU SEPERTI DEBU SILIKA, ASBES, COBALT, BARIUM AKAN BERINTERAKSI DENGAN MEMBRAN SEL PARU YG DIAWALI DENGAN PAGOSITOSIS SECARA PINOSITOSIS/MEMAKAN/MENGGERUS (PARTIKEL PADATAN) DAN ENDOSITOSIS/ MEMINUM (PARTIKEL CAIR) PAGOSITOSIS MERUPAKAN PROSES KERJA DARI SEL MAKROFAG. Gambar Fagositosis dan pinositosis

B. INTERAKSI DG SISTEM ENZIM ENZIM SANGAT BERPERAN DLM PROSES BIOKIMIA DALAM TUBUH. KEBANYAKAN TOKSIN BERINTERAKSI DENGAN ENZIM DENGAN CARA : 1. INHIBISI (PENGHAMBATAN) ENZIM TAK BOLAK- BALIK ( IRREVERSIBLE/ TAK TERPULIHKAN) (Non Polar) - INHIBISI ENZIM ASETILKOLINAESTERASE OLEH ORGANOPOSFAT KARENA ADA IKATAN KOVALEN (IKATANNYA KUAT ) ANTARA KEDUANYA SEHINGGA ORGANOPOSFAT SULIT LEPAS DARI IKATANNYA DENGAN ENZIM TERSEBUT.

PengikatansecaraIrreverseibel Bila toksin masuk ke dalam suatu jaringan maka toksin tersebut akan terikat kuat dan sulit lepas sehingga memberikan dampak besar pada jaringan.Contoh inhibisi insektisida malathion, jenis organofisfat terhadap enzim asetilkolinesterase yang berikatan kovalen dengan organoposfat. Oleh karena itu asetikolin tidak dapat dihidrolisis sehingga impuls saraf dari satu sel ke sel yang lain atau ke efektor terganggu.

2. INHIBISI SECARA BOLAK-BALIK(REVERSIBLE /TERPULIHKAN)PolarTERJADI IKATAN NON KOVALEN (IKATAN YG LEMAH ) ANTARA LOGAM DENGAN ENZIM SEHINGGALOGAM BISA KELUAR DARI ENZIM.- LOGAM BERAT SEPERTI Hg, As, PbMERUPAKAN INHIBITOR ENZIM.

Toksikologi Industri dan Risk Assessment