POLUSI LOGAM BERAT DAN EFEK BIOTOKSIK TERHADAP MANUSIA

I.         PENDAHULUAN

Istilah "logam berat" mengacu pada setiap elemen logam yang memiliki kepadatan yang relatif tinggi dan beracun atau beracun bahkan pada konsentrasi rendah (Lenntech, 2004). " logam Berat "adalah istilah kolektif umum, yang berlaku untuk kelompok logam dan metaloid dengan kerapatan atom yang lebih besar dari 4 g/cm3, Atau 5 kali atau lebih, lebih besar dari air (Huton dan Symon, 1986; Battarbee et al, 1988;. Nriagu dan Pacyna 1988; Nriagu, 1989; Garbarino et al, 1995,. Hawkes, 1997). Logam berat termasuk timbal (Pb), kadmium (Cd), seng (Zn),merkuri (Hg), arsen (As), perak (Ag) kromium (Cr), tembaga (Cu) zat besi (Fe), dan unsur grup platinum.

Lingkungan didefinisikan sebagai totalitas keadaan sekitar organisme atau kelompok organisme, kombinasi dari kondisi fisik eksternal yang mempengaruhi pertumbuhan, perkembangan dan kelangsungan hidup organisme (Farlex, 2005). Lingkungandari flora, fauna dan abiotik, dan termasuk air, darat dan habitat atmosfer. Lingkungan dilihat dari segi aspek yang paling nyata seperti udara, air dan makanan, serta tidak kalah penting dalam hidup masyarakat kita (Gore, 1997). Polutan adalah setiap substansi dalam lingkungan yang menyebabkan efek racun, merusak kelestarian lingkungan, mengurangi kualitas hidup dan akhirnya dapat menyebabkan kematian. Polutan merupakan zat di lingkungan yang melampaui batas toleransi. Oleh karena itu, lingkungan yang tercemar teridentifikasi dengan adanya polutan di lingkungan; udara, air dan tanah, yang mungkin beracun dan akan membahayakan makhluk hidup di lingkungan tercemar tersebut.

II.  ISI

2.1 Logam Berat

Logam berat terbentuk sebagai konstituen alami dari kerak bumi, dan kontaminan lingkungan persisten karena logam berat tidak bisa rusak atau hancur. Dalam lingkup kecil, mereka memasuki sistem tubuh melalui makanan, udara, dan air serta bio-terakumulasi dalam waktu tertentu. (Lenntech, 2004, UNEP/IPK, 2004). Logam berat dalam batu berbentuk bijih dengan struktur kimia yang berbeda sesuai dengan asalnya, seperti mineral. Bijih logam berat sulfida seperti besi, arsenik, timbal, timah-seng, kobalt, gold, silvemas-perak dan nikel sulfida. Oksida seperti aluminium, mangan, emas, selenium dan antimon. Logam berat tersebut dapat dipulihkan baik sebagai sulfida dan bijih oksida seperti besi, tembaga dan kobalt. Mineral bijih cenderung terjadi dalam keluarga dimana unsur logam yang terbentuk secara alami sebagai sulfida atau oksida. Oleh karena itu, sulfida timbal, kadmium, arsenik dan merkuri secara alami akan ditemukan terjadi bersama-sama dengan sulfida besi (pirit, FeS2) dan tembaga (kalkopirit, CuFeS2).

2.2  Emisi Berat Logam

Logam berat dapat dipancarkan ke lingkungan dengan baik alam dan penyebab antropogenik. Emisi logam berat dapat dalam bentuk unsur atau senyawa (organik dan anorganik). Penyebab utama emisi adalah sumber antropogenik khususnya kegiatan pertambangan (Hutton dan Symon, 1986; Battarbee et al, 1988;. Nriagu, 1989). Selain kegiatan pertambangan, merkuri masuk ke lingkungan melalui produk kosmetik sebagai serta proses kegiatan pabrik kimia seperti pembuatan natrium hidroksida. Pencemaran lingkungan oleh logam berat sangat menonjol di daerah lokasi tambang pertambangan (Peplow, 1999). Sisa penambangan dibuang pada permukaan bumi dan melalui sungai logam diangkut baik sebagai spesies terlarut atau sebagai bagian integral dari sedimen tersuspensi, (spesies terlarut dalam air memiliki potensi terbesar sebagai efek paling merusak). Logam berat yang tersimpan dalam sedimen sungai atau merembes ke dalam air bawah tanah sehingga mengkontaminasi air dari sumber bawah tanah, khususnya sumur, dan tingkat kontaminasi akan tergantung pada kedekatan sumur ke lokasi pertambangan. (Garbarino et al, 1995;. Peplow, 1999).

2.3 Pencemaran Logam Berat Secara Kimia

Kegiatan pertambangan dan proses geokimia lainnya sering menghasilkan generasi drainase asam tamban, yaitu sebuah fenomena yang umumnya terkait dengan kegiatan pertambangan. Survei literatur menunjukkan bahwa logam berat di pertambangan dibawa oleh aliran air asam. Logam berat tersebut dapat ditangani oleh bakteri dan methyllated untuk menghasilkan bentuk-bentuk organik, seperti monomethylmercury dan dimethylcadmium. Konversi ini dilakukan dengan bakteri dalam air, dengan adanya bahan organik, menurut persamaan berikut disederhanakan.

Dalam non-biologis konversi, berikut reaksi
telah diidentifikasi untuk merkuri:

 

2.4 Kontaminasi Logam Berat Pada Manusia Dari Air, Udara, Dan Makanan

Pencemaran logam berat pada air permukaan dan sumber air bawah tanah menghasilkan polusi tanah dan polusi yang cukup meningkat ketika bijih yang ditambang dibuang di tanah permukaan (Garbarino et al, 1995.; INECAR, 2000). Ketika tanah pertanian yang tercemar, logam ini diambil oleh tanaman dan akibatnya menumpuk di jaringan mereka (Trueby, 2003). Akhirnya hidup semua organisme dalam ekosistem akan terkontaminasi di sepanjang siklus rantai makanan mereka yang akhirnya kepada manusia.

2.5  Kontaminasi Logam Berat Pada Manusia Melalui Produk Industri

Produk industri yang digunakan di rumah yang mengandung logam berat merupakan sumber paparan logam berat bagi manusia. Pencemaran merkuri melalui desinfektan (seperti Merkurokrom), agen antijamur, perlengkapan mandi, krim dan organo-Metallics (McCluggage, 1991). Pencemaran kadmium melalui baterai nikel/kadmium dan cat; pencemaran timbal melalui pembungkus botol anggur, pelapis cermin, baterai, lama cat dan ubin dan linolein antara lain. Bayi lebih rentan terhadap efek membahayakan dari paparan untuk logam berat.

2.6 Logam Berat Bio-Importance

Beberapa logam berat (seperti Fe, Zn, Ca dan Mg) telah dilaporkan menjadi bio-importance bagi manusia. Namun, ada beberapa (seperti As, Cd, Pb, dan alkohol bentuk Hg) telah dilaporkan tidak memiliki bio-importance dalam biokimia manusia dan fisiologi, bahkan pada konsumsi dengan konsentrasi sangat rendah dapat menjadi racun (Holum, 1983; Fosmire, 1990, McCluggage, 1991; Ferner, 2001, Uni Eropa, 2002, Nolan, 2003; Young, 2005).

Zinc adalah unsur yang menyeimbangkan tembaga di tubuh, dan sangat penting untuk kegiatan reproduksi laki-laki (Nolan, 2003). Zinc berfungsi sebagai kofaktor untuk dehidrogenasi enzim dan anhidrase karbonat (Holum, 1983). Kekurangan zinc menyebabkan anemia dan gangguan pertumbuhan dan perkembangan (McCluggage, 1991). Kalsium adalah unsur yang sangat penting dalam metabolisme tubuh manusia. Kalsium merupakan unsur utama dalam produksi tulang yang sangat kuat dan gigi pada mamalia. Batas toleransi yang relatif tinggi yaitu pada 50 mg/L air minum.

Magnesium merupakan konstituen penting dalam elektrolit darah. Magnesium hadir dalam plasma darah dan cairan tubuh, yaitu cairan interstitial dan sel(Holum, 1983). Arsenik telah dilaporkan menjadi unsur jejak nutrisi penting untuk manusia tetapi fungsinya dalam sistem biologis tidak jelas (Holum, 1983). Timah, kadmium, dan merkurim telah dilaporkan tidak memiliki fungsi yang diketahui dalam manusia biokimia atau fisiologi, dan tidak terjadi alami dalam organisme hidup (Lenntech, 2004). Karenanya diet asupan logam ini, bahkan pada konsentrasi sangat rendah bisa sangat berbahaya karena logam berat akan terbioakumulasi.

2.7 Keracunan Logam Berat Dan Biotoksisitas

Efek biotoksisitas logam berat berbahaya mengacu pada efek dari logam berat bagi tubuh ketika dikonsumsi di atas batas yang disarankan. Efeknya yaitu dapat menjadi racun (akut, kronis atau sub-kronis), neurotoksik, karsinogenik, mutagenik atau teratogenik. Kadmium adalah racun pada tingkat yang sangat rendah. Pada manusia, hasil paparan jangka panjang akan terjadi disfungsi ginjal, ditandai oleh proteinuria tubular. Paparan kadmium dari debu dan asap yang dihirup dengan konsentrasi tinggi dapat menyebabkan penyakit paru obstruktif, pneumonitis kadmium. Hal ini ditandai dengan dada nyeri, batuk dengan dahak berbusa dan berdarah, dan kematian lapisan dari jaringan paru-paru karena akumulasi yang berlebihan. Kadmium juga terkait dengan cacat tulang, yaitu, osteomalasia, osteoporosis dan spontan patah tulang, dan hipertensi.

Timbal adalah racun yang paling signifikan dari logam berat dalam bentuk anorganik yang diserap melalui konsumsi makanan dan air, serta inhalasi (Ferner, 2001). Dampak utama yang serius atas toksisitas timbal adalah efek teratogenik nya. Keracunan timbal juga menyebabkan penghambatan sintesis hemoglobin, disfungsi pada ginjal, sendi dan sistem reproduksi, sistem kardiovaskular dan
akut dan kronis kerusakan pada sistem saraf pusat dan sistem saraf perifer (Ogwuebgu dan Muhanga, 2005).

Zinc dapat menyebabkan penyakit dengan tanda-tanda yang sama seperti halnya keracunan timbal (McCluggage, 1991). Zinc dianggap relatif tidak beracun, terutama jika dikonsumsi secara oral. Namun, jumlah yang berlebih dapat menyebabkan disfungsi sistem yang menghasilkan penurunan pertumbuhan dan reproduksi (INECAR, 2000; Nolan, 2003) dengan gejala seperti muntah, diare, berdarah urin, ikterus (selaput lendir kuning), gagal hati, gagal ginjal dan anemia (Fosmire, 1990).

Merkuri adalah merupakan unsur beracun dan tidak memiliki fungsi dalam hal biokimia dan fisiologi manusia. Merkuri bentuk anorganik menyebabkan aborsi spontan dan gangguan lain (seperti esofagitis korosif dan hematochezia). Keracunan oleh bentuk-bentuk organik, yang meliputi monomethyl dan dimenthylmecury dengan eretisme (iritasi abnormal atau sensitivitas organ atau badan bagian untuk stimulasi), acrodynia (penyakit pink, yang ditandai dengan ruam dan deskuamasi tangan dan kaki), gingivitis, stomatitis, gangguan neurologis, kerusakan total pada otak dan sistem saraf pusat dan juga terkait dengan kelainan bawaan (Ferner, 2001; Lennetech, 2004).

Arsenik dapat membekukan protein, bentuk kompleks dengan koenzim dan menghambat produksi adenosin trifosfat (ATP) selama respirasi (INECAR, 2000). Arsen merupakan senyawa karsinogenik pada keadaan teroksidasi dengan tingkat paparan tinggi dapat menyebabkanm kematian (Ogwuegbu dan Ijioma, 2003; USDOL, 2004).

2.8 Biokimia Toksisitas

Efek keracunan logam berat adalah karena logam berat  mengganggu biokimia tubuh normal dalam proses metabolisme yang normal. Bila tertelan dan mengenai asam  lambung, logam berat akan dikonversi dalam keadaan teroksidasi (Zn²⁺, Pb²⁺, Cd²⁺, As²⁺, As³⁺, Hg²⁺ dan  Ag⁺) dan menggabungkan dengan biomolekul tubuh seperti protein dan enzim untuk membentuk bahan kimia yang kuat dan stabil. Persamaan di bawah ini menunjukkan reaksi mereka selama  pembentukan ikatan dengan kelompok sulphydryl (-SH) dari  sistein dan atom belerang dari metionin (-SCH3) (Ogwuegbu dan Ijioma, 2003). 

Keterangan: (A) ikatan intermolekul; (B) ikatan intermolekul; P= Protein; E= Enzim; M= Logam

Atom-atom hidrogen atau kelompok logam digantikan oleh logam berat (racun) yang bertindak sebagai substrat dan bereaksi  dengan enzim metabolisme. Dalam skema yang ditunjukkan di bawah  (persamaan C), enzim (E) bereaksi dengan substrat (S) dalam  pola kunci-gembok atau pola induksi.  Dalam kedua kasus, substrat cocok dengan enzim dalam keadaan tertentu, karena kiralitas enzim untuk membentuk  enzim-substrat kompleks (ES *) sebagai berikut (Holum,1983).

  

Sementara di ES, E-S* dan EP menyatakan, enzim  tidak bisa mengakomodasi setiap substrat lain sampai ia dibebaskan. Produk dari satu enzim bereaksi  dengan enzim kedua dalam proses rantai, dengan yang terakhir  enzim yang menghasilkan produk akhir sebagai berikut:

Produk akhir (F) kembali bereaksi dengan enzim pertama pada reaksi selanjutnya sehingga menghambat karena ketiadaan bahan awal untuk proses. Oleh karena itu, enzim E1 menjadi tidak mampu menampung setiap substrat lainnya  sampai F sisa dan F hanya bisa pergi jika tubuh memanfaatkannya. Jika tubuh tidak dapat memanfaatkan produk yang terbentuk dari  logam berat - substrat protein, akan ada permanen penyumbatan enzim E1, yang kemudian tidak bisa memulai bio-reaksi. Oleh karena itu, logam tetap tertanam dalam jaringan, dan akan menghasilkan bio-disfungsi dari berbagai berat jenis (Holum, 1983).  Dengan demikian Cd²⁺ dapat menggantikan Zn^2​​+ dalam beberapa dehidrogenasi enzim, menyebabkan terjadinya toksisitas kadmium. Dalam  proses penghambatan, struktur molekul protein bisa dimutilasi dengan bentuk bio-aktif, dan dalam kasus enzim yang dapat benar-benar hancur. Misalnya,  racun As³⁺  terjadi pada herbisida, fungisida dan insektisida, dan dapat menyerang kelompok enzim -SH untuk menghambat bioaktivitas (Ogwuegbu dan Ijioma, 2003).

Bentuk logam ini paling beracun dalam keadaan ionik
adalah oksidasi paling stabil. Logam berat akan membentuk senyawa biotoksik sangat stabil dengan bio-molekul tubuh, yang menjadi sulit  untuk dipisahkan, karena mereka bio-kestabilan, selama  ekstraksi dari tubuh dengan terapi detoksifikasi medis.

III.   KESIMPULAN

Logam berat penting dalam kehidupan manusia,  terutama dalam pembuatan produk tertentu yang berguna bagi manusia, seperti akumulator (Pb), lampu merkuri dan termometer (Hg), peralatan rumah tangga (Al) dan  berbagai macam produk lainnya (Yaw, 1990; McCluggage,  1991). Namun logam berat memiliki efek biotoksik, ketika akumulasi logam berat pada tubuh manusia melampaui ambang batas maksimum berpotensi mengancam kehidupan manusia tersebut. Oleh karena itu diperlukan tindakan pencegahan dan pembersihan lingjkungan dari logam berat. Meskipun  Keracunan logam berat dapat didiagnosa secara klinis  dan diobati secara medis, pilihan terbaik adalah untuk mencegah polusi logam berat  dan keracunan pada manusia.

Referensi:

Duruibe, J. O.1*, Ogwuegbu, M. O. C.2 and Egwurugwu, J. N. 2007. Heavy metal pollution and human biotoxic effects. International Journal of Physical Sciences Vol. 2 (5), pp. 112-118.