Toksikologi Lingkungan (Bagian 1)

Sejarah Toksikologi

Sejarah Kuno-Prasejarah (1500 SM)

Ekstrak dari tanaman dan hewan beracun digunakan untuk berburu dan berperang. 

Contoh racun: Hemlock, opium, racun panah, dan logam beracun digunakan untuk meracuni musuh atau untuk eksekusi negara.

Sejarah Pasca-Klasik (1198 SM)

Orang mulai mengkaitkan antara paparan zat tertentu dengan penyakit atau kematian. Pada 1198, Moises Maimonides menulis tentang toksikologi “The Treatise on Poison and Antidote”  yang merupakan kumpulan tulisan yang pertama.

Zaman Renaissance  Mulai terbentuk konsep dasar toksikologi.

       Phillippus Theophrastus Aureolus Bombastus von Hohenheim  dengan nama panggilan Paracelsus dokter asal Swiss (Abad ke-16) yang menetapkan bahwa penyebab toksisitas adalah  bahan kimia dari tanaman atau hewan beracun. Ditetapkannya bahwa respon tubuh terhadap bahan kimia tergantung dari dosis yang diterima. Hasil riset menyatakan, bahwa dosis kecil suatu zat mungkin tidak berbahaya atau malah bermanfaat sebagai obat, sedangkan dosis yang lebih besar bisa menjadi racun. Sekarang ini dikenal sebagai hubungan dosis-respons, sebagai konsep utama dalam toksikologi. “Semua zat adalah racun; tidak ada zat yang bukan racun. Dosis yang tepat membedakan suatu zat  adalah obat atau racun.”–Paracelsus dianggap sebagai bapak toksikologi (https://id.m.wikipedia.org.wikipedia: diakses tanggal 30 Juli 2019)

Sejarah Modern (Abad ke-19) dokter Orfila berkebangsaan Spanyol  disebut sebagai pendiri toksikologi. Pada masa itu Orfila merupakan orang yang pertama yang menggambarkan korelasi sistematis antara sifat kimia dan biologis racun. Orfila menunjukkan efek racun pada organ tertentu dengan menganalisis bahan otopsi untuk racun dan kerusakan jaringan yang terkait dengannya.

Abad 20  dan 21 Ditandai dengan kemajuan besar dalam tingkat pemahaman toksikologi. Telah ditemukannya DNA dan biokimia yang mempertahankan fungsi tubuh. Tingkat pengetahuan tentang efek beracun pada organ dan sel telah meluas ketingkat molekuler. Diakui, bahwa hampir semua efek beracun disebabkan oleh perubahan  dalam molekul seluler biokimia spesifik.

Pengertian Toksikologi

       Toksikologi berasal dari bahasa Yunani Kuno (1500 SM) yang  terdiri dari kata “tox” artinya panah/tombak; toxicum; 1. Ratjun anak panah 2. Ratjun; bisa  dan ”logos” artinya ilmu.  Tombak merupakan simbol perang. Orang berperang menggunakan tombak/panah  dimana pada  ujungnya  telah diberikan racun dengan harapan bahwa target atau sasaran pasti mati ketika terkena ujung panah/tombak. 

       Toksikologi  adalah ilmu racun. Toksikologi digambarkan  sebagai “studi tentang efek merugikan termasuk mencegah dan memperbaiki ekosistem dari efek yang merugikan ini atau dari  agen penyebab penyakit berupa zat  fisik, kimia dan mikroorganisme.”  Efek merugikan ini bisa berbentuk: akut (kematian mendadak) dan kronis (perubahan dalam waktu lama). Efek merugikan dalam tubuh ini dapat terjadi pada berbagai tingkat, seperti:  pada organ, sel tubuh atau biokimia dalam tubuh. Kita ketahui bahwa berbagai perubahan yang dapat diamati dalam fungsi anatomis tubuh sebenarnya hasil dari perubahan yang terjadi secara biokimia. Simbol racun dilambangkan dengan tengkorak dan tulang.

  

Pengertian Lingkungan      

       Lingkungan adalah tempat dengan segala sesuatunya, dimana organisme hidup beserta segala keadaan dan kondisinya yang secara langsung maupun tidak langsung dapat diduga ikut mempengaruhi tingkat kesehatan dari oisme tersebut

(A.L. Slamet Ryadi, 1976).

       Lingkungan adalah segala sesuatu yang ada di sekitarnya, baik berupa benda hidup, benda mati, benda nyata ataupun abstrak, termasuk manusia lainnya, serta suasana yang terbentuk karena terjadinya interaksi diantara elemen-elemen di alam tersebut (Slamet, J.S., 2000:35).

       Lingkungan Hidup menurut  Undang Undang Republik Indonesia Nomor 23 Tahun 1997, adalah kesatuan ruang dengan semua benda, daya, keadaan, dan makhluk hidup termasuk didalamnya manusia dan perilakunya yang mempengaruhi kelangsungan perikehidupan dan kesejahteraan manusia serta makhluk hidup lain.

Klasifikasi Lingkungan

       Lingkungan terdiri dari:

1.  Lingkungan fisik: air, udara, tanah, makanan, panas, dingin, ketinggian tempat, bangunan, kendaraan, dan lain-lain.

2.  Lingkungan kimiawi: bahan pengawet makanan, zat kimia, alkali, logam, obat-obatan, pestisida, detergen, sabun, dan lain-lain.

3.  Lingkungan biologis: tanaman, hewan, mikroorganisme, dan lain-lain.

4.  Lingkungan sosial: pergaulan masyarakat, kelompok profesi, ras, organisasi sosial, dan lain-lain (Djaffar, M.H. 2000).

       Hubungan atau interaksi manusia dalam dinamika kehidupannya terhadap lingkungan sangat mempengaruhi kesehatan manusia. Kita tidak bisa  memprediksi perubahan kesehatan yang terjadi pada manusia karena efeknya yang bersifat kompleks atau multi causation  effects.

Pengertian Toksikologi Lingkungan

       Toksikologi Lingkungan adalah ilmu pengetahuan yang mempelajari tentang  bahan kimia/racun   yang mempunyai efek merugikan atau merusakkan lingkungan yang berdampak pada kesehatan manusia serta  bertujuan untuk pengendalian dan memperbaiki lingkungan dari pengaruh buruk bahan kimia/racun tersebut.             

       Toksikologi lingkungan mempelajari efek dari bahan polutan terhadap kehidupan dan pengaruhnya terhadap ekosistem yang digunakan untuk mengevaluasi kaitan antara manusia dengan polutan yang ada di lingkungan. Munculnya studi Toksikologi  hanya fokus pada keracunan atau bencana, padahal beberapa bahan kimia beracun justru dapat bermanfaat.

Kesehatan Lingkungan

       Peraturan Pemerintah Republik Indonesia Nomor 66 Tahun 2014, Kesehatan Lingkungan adalah: upaya pencegahan penyakit dan/atau gangguan kesehatan dari faktor risiko lingkungan untuk mewujudkan kualitas lingkungan yang sehat baik dari aspek fisik, kimia, biologi, maupun sosial.

Pencemaran Lingkungan

       Undang-Undang Republik Indonesia No.23 tahun 1997, pasal 1 butir 12, Pencemaran Lingkungan adalah: masuknya atau dimasukkannya makhluk hidup, zat, energi dan atau  komponen lain ke dalam lingkungan dan atau berubahnya tatanan lingkungan oleh kegiatan manusia atau oleh proses alam, sehingga kualitas lingkungan turun sampai ke tingkat tertentu yang menyebabkan lingkungan menjadi kurang atau tidak dapat berfungsi lagi sesuai dengan peruntukkannya.”

Sumber Pencemaran

       Pencemaran lingkungan diklasifikasikan berdasarkan sumbernya,  berasal dari:

1.    Sumber Alamiah (Natural Sources)

      Alam dengan segala bentuk tatanannya, secara otomatis membentuk proses-proses yang berlaku sesuai dengan hukum-hukum alam. Proses alam yang terjadi seperti:

-     Gempa bumi, banjir, angin  topan,  senyawa/zat  kimia beracun  dari gunung berapi yang meletus (vulkanik) mengeluarkan gas yang terdiri dari Fumarol: Sulfur dioksida (SO₂), Hidrogen Sulfida (HS) dan Karbon dioksida (CO₂), Movet: Carbon Monoksida (CO), dan Solfatara: Belerang Oksida (SO). Kebakaran hutan, gelombang pasang, pergeseran tanah, dan lain sebagainya, dapat menghasilkan zat/bahan buangan yang juga mencemari keberadaan alam itu sendiri. Zat/bahan buangan dalam bentuk limbah cair, padat dan gas/partikel. Logam-logam dalam tanah, seperti: Tembaga (Cu), Merkuri (Hg), Kromium (Cr), Timah  (Sn), Nikel (Ni), Arsene (As), Cobalt (Co).

-     Tumbuh-tumbuhan, seperti: singkong karet, biji jarak, kecubung, dll).

-     Hewan (ular, serangga/laba-laba, kerang, ikan).

2.    Sumber Aktivitas Manusia (Anthropogenic Sources/Man Made Sources)

       Sumber pencemaran dari aktivitas manusia antara lain adalah:

-     Industri

Industri menerapkan berbagai proses produksi yang melibatkan perangkat kerja, bahan-bahan dan teknologi  sebagai upaya manusia untuk memenuhi kebutuhan barang yang diperlukan bagi kehidupannya. Bahan Kimia Berbahaya dan Beracun (B3) yang diproduksi di industri/pabrik  (bahan kimia sintetis) dalam bentuk padat, cair dan gas sebagai bahan baku (cat, pestisida, logam, obat). Hasil samping dari proses produksi dalam bentuk bahan/zat buangan limbah cair, limbah padat dan gas. Bahan/zat buangan dalam bentuk limbah cair disebut “effluent”, yang berbentuk gas dan partikel disebut “gaseous/particulate matters”, sedangkan yang berbentuk buangan padat disebut “solid wastes.”   

-     Pusat Perekonomian/Perdagangan

Tempat-Tempat Umum termasuk dalam kategori ini seperti: pasar, pusat perbelanjaan (mall/super market),  terminal angkutan darat/laut/udara, stasiun kereta api, restoran/rumah makan, kafe, hotel. Gas buangan kendaraan bermotor juga dapat terjadi di pusat perekonomian/perdagangan.

-     Pemukiman Penduduk

Perumahan/pemukiman penduduk merupakan sumber pencemar yang perlu mendapat perhatian, karena  banyak aktivitas yang dilakukan di tempat ini.  Bahan/zat pencemar yang dihasilkan adalah limbah cair, sampah padat, kotoran manusia (excreta) dan gas/asap buangan dari aktivitas penduduk.

-     Pertanian

Kebutuhan pangan manusia dapat dipenuhi melalui penanaman berbagai jenis tanaman pangan. Intensifikasi, extensifikasi, diversifikasi dan mekanisme pertanian menghasilkan produk yang bermanfaat dan bahan buangan. Bentuk bahan/zat buangan pertanian yang dihasilkan dari sektor pertanian terdiri dari limbah cair, sampah padat dan gas buangan/asap pembakaran.

-        Reaktor nuklir (radioaktif).

       Toksikologi tidak hanya fokus pada keracunan saja, karena beberapa bahan kimia beracun dapat memiliki efek bermanfaat (obat). Ratusan bahan kimia yang sedang dipelajari sebagai obat, terdiri dari venom hewan, baik dari lebah, tawon, ular atau raksasa gila. Misalnya, exantide, obat yang berasal dari raksasa gila, telah diakui sebagai obat diabetes Tipe 2. Captopril, dikembangkan dari studi faktor bradikinin potensiasi kimia (BPF) dalam racun ular Bothrops jararaca Amerika Selatan, telah digunakan untuk mengobati hipertensi dan gagal jantung. Melitten, yang berasal dari madu lebah, sedang diselidiki karena sifat anti kanker dan anti jamurnya.

RACUN ATAU OBAT ?

       Xenobiotik adalah istilah yang digunakan untuk zat asing yang masuk ke dalam tubuh. Istilah “xeno” (berasal dari bahasa Yunani) artinya ”orang asing.” Xenobiotik dapat berupa efek menguntungkan (seperti obat-obatan) atau efek beracun (seperti timbal).

 

Xenobiotik berupa efek bermanfaat sebagai obat (kiri) atau bahan 

                  beracun seperti timbal (kanan). 

Beberapa abad yang lalu Paracelsus menyatakan bahwa Dosis yang membedakan suatu zat sebagai obat atau racun. Xenobiotik dalam jumlah kecil mungkin saja tidak beracun dan bahkan menguntungkan, tapi ketika dosis dinaikkan, bisa terjadi efek toksik dan mematikan.

 

Contoh berbagai dosis zat yang tidak beracun/bermanfaat, beracun,dan yang mematikan

 

TOKSIKOLOGI DITETAPKAN

 

Toksikologi adalah ilmu kedokteran yang berkembang dan terminologi toksikologi berkembang bersama ilmu kedokteran. Beberapa istilah yang digunakan secara umum disajikan dibagian ini.

 

Toksikologi adalah studi tentang efek buruk pada organisme hidup yang disebabkan bahan kimia atau agen fisik.

 

Ahli toksikologi adalah ilmuwan yang menentukan efek berbahaya dari agen dan yang menyebabkan efek mekanisme seluler, biokimia, dan molekuler.

 

Toksinologi, bidang studi khusus yang melihat mikroba, tumbuhan, hewan, dan racun. Terminologi dan definisi untuk benda yang menyebabkan efek beracun tidak selalu konsisten digunakan dalam literatur.

 

SUMBER RACUN terdiri dari:

1.    Kimia, dan

2.    Toksin.  

       Toksin dapat dihasilkan oleh:

- racun jaringan tumbuhan;

- racun jaringan hewan,

- dan racun mikrobiologi. Racun Mikrobiologi terdiri dari racun algae, racun  jamur, dan racun bakteri. Racun bakteri terdiri dari enterotoksin, neurotoksin dan yang berhubungan dengan metabolime karbohidrat.

 

Istilah  Umum Racun, Toksik, Agen Beracun, Zat Beracun Dan Zat Kimia Beracun

Toksik dan racun sering digunakan secara bergantian dalam literatur tetapi  ada sedikit perbedaan. seperti yang ditunjukkan di bawah ini: 

 

Bahan kimia pestisida adalah racun

Amanita muscaria mushroom mengandung neurotoxin

Laba-laba Black Widow menghasilkan racun

                         

TOKSIK:

·     Zat yang menyebabkan efek biologis yang jelek (rusak, cacat, lumpuh, mati).

·     Bersifat kimia atau fisik.

·     Efek bisa akut atau kronis.

 

RACUN:

·     Peptida atau protein yang dihasilkan oleh organisme hidup.

·     Venom adalah racun yang disuntikkan oleh gigitan atau sengatan.

·     Racun yang dihasilkan oleh organisme.

 

AGEN BERACUN

Agen beracun adalah segala sesuatu yang dapat menimbulkan efek biologis yang jelek. Dapat berbentuk kimia, fisik, atau biologi.

Agen beracun, misalnya: Kimia (seperti sianida); Fisik (seperti radiasi); Biologis (seperti bisa ular)

 

TOKSISITAS DARI AGEN TERGANTUNG DARI DOSIS

 

Perbedaannya pada penyakit yang disebabkan oleh organisme hidup. Organisme yang menyerang dan berkembang biak dalam organisme lain dan menimbulkan efek pada organisme dengan aktivitas biologis tidak diklasifikasikan sebagai agen beracun tetapi sebagai agen biologis. Contohnya: virus yang merusak selaput sel dan menyebabkan sel mati.

    

 

ORGANISME BERACUN  adalah organisme yang menyerang dan mengeluarkan bahan kimia yang merupakan dasar untuk toksisitasnya, dan zat yang diekskresi dikenal sebagai racun biologis. Contoh spesifik adalah tetanus. Tetanus disebabkan oleh bakteri, Clostridium tetani. Bakteri C. Tetani sendiri tidak menyebabkan penyakit dengan menginvasi dan menghancurkan sel. Sebaliknya, bakteri ini mengeluarkan racun menuju ke sistem saraf (neurotoxin) dan menjadi penyakit.

 

ZAT BERACUN

 

       Zat Beracun hanyalah suatu bahan yang memiliki sifat beracun. Ini bisa berupa bahan kimia beracun atau campuran bahan kimia beracun. Misalnya, timbal kromat, asbes, dan bensin semuanya adalah zat beracun. Lebih spesifik:

-     Timbal kromat adalah bahan kimia beracun.

-     Asbes adalah bahan beracun yang tidak memiliki komposisi kimia yang tepat tetapi terdiri dari berbagai serat dan mineral.

-     Bensin lebih berbahaya dari  pada zat kimia beracun karena mengandung banyak bahan kimia.

Zat beracun mungkin tidak selalu memiliki komposisi konstan. Komposisi bensin bervariasi dengan tingkat oktan, waktu produksi, musim, dan faktor lainnya.

        

 

RACUN SISTEMIK DAN RACUN ORGAN

       Zat beracun terdiri dari racun sistemik atau racun organ.

Racun sistemik mempengaruhi bagian organ  tertentu atau seluruh tubuh. Sebagai contoh, potasium sianida adalah racun sistemik karena mempengaruhi hampir setiap sel dan organ dalam tubuh dengan mengganggu kemampuan sel dalam menggunakan oksigen.

Toksikan juga dapat mempengaruhi jaringan atau organ tertentu saja yang tidak menyebabkan kerusakan pada tubuh secara keseluruhan. Bagian khusus ini dikenal sebagai organ target atau jaringan target.

-     Bensin adalah racun organ  spesifik karena sangat beracun bagi jaringan pembentuk darah.

-     Timbal juga merupakan racun organ spesifik yang memiliki tiga organ sasaran: sistem saraf pusat, ginjal dan sistem hematopoietik.

Racun dapat mempengaruhi jenis jaringan tertentu (seperti jaringan ikat) yang berada dalam beberapa organ. Bagian yang beracun kemudian dianggap sebagai jaringan target.

JENIS SEL

       Tubuh terdiri dari banyak jenis sel yang dapat diklasifikasikan dalam beberapa cara. Tabel 1 menunjukkan contoh klasifikasi jenis sel.

Jenis Sel	Contoh
Struktur dasar	sel berbentuk kubus
Jenis jaringan	hepatosit hati
Sel kuman	sel telur dan sperma
Sel somatik	Sel-sel non-reproduksi tubuh

          Tabel 1. Jenis sel

Sel-sel  kuman terlibat dalam reproduksi dan dapat menimbulkan organisme baru. Mereka hanya memiliki satu set kromosom khusus untuk jenis kelamin tertentu. Sel kuman jantan menghasilkan sel sperma dan sel kuman wanita berkembang menjadi sel telur. Toksisitas terhadap sel germinal dapat menyebabkan efek pada janin yang sedang berkembang yang dapat menyebabkan lahir cacat atau keguguran. Sel somatik adalah semua sel tubuh kecuali sel sel benih reproduksi. (Sel somatik termasuk “struktur dasar” dan “tipe jaringan” sel yang tercantum pada tabel 1). Sel memiliki dua set  (atau pasangan) kromosom. Pada individu yang terpapar  keracunan pada sel-sel aromatik menyebabkan berbagai efek toksik, seperti dermatitis, kanker dan kematian. Gambar 15 mengilustrasikan perbedaan antara sel germinal dan sel somatik.

 

 

BAHAN KIMIA ALAMI DAN SINTETIS

       Seringkali, orang-orang keliru menganggap bahwa bahan kimia sintetis  berbahaya dan bahan kimia alami bermanfaat. Kenyataannya, bahwa bahan kimia alami dan bahan kimia sintetis bisa sama berbahaya bagi kesehatan manusia. Dalam banyak kasus bahan kimia sintetis (buatan manusia)  lebih berbahaya. Gambar 15 membandingkan toksisitas beberapa bahan  kimia alami dan buatan manusia.