Transcript BU SAPTO Principles of Toxicology - materi-kuliah

Acute LD50 values for a variety of
chemical agents
Agent
Species
LD50 mg/kg b.w.
Ethanol
Sodium chloride
Ferrous sulphate
Morphine sulphate
Phenobarbital Sod
DDT
Picrotoxin
Strychnine sulphate
Nicotin
D-Tubocurarine
Hemicholinium-3
Tetrodoxin
Dioxin (TCDD)
Botulinum toxin
Mouse
Mouse
Rat
Rat
Rat
Rat
Rat
Rat
Rat
Rat
Rat
Rat
Guinea-pig
Rat
10,000
4,000
1,500
900
150
100
5
2
1
0.5
0.2
0.1
0.001
0.00001
Dasar-dasar Uji Laboratorium dalam
Toksikologi
Prinsip umum
 Bahan kimia dapat menimbulkan efek toksik
hanya jika bahan kimia tersebut
berhubungan langsung dengan sel atau
organ sasaran
 Jumlah bahan kimia yg memejani sel
sasaran dapat menentukan apakah bahan
tersebut dapat atau tidak dpt menimbulkan
efek toksik
 Sel dr berbagai spesies yg mempunyai
kesamaaan fungsi dan lintasan
metabolisme mempunyai akibat yang sama
jika terkena bahan kimia yang sama
 Perubahan bahan struktur (kimia) suatu
senyawa dapat berakibat perubahan besar
pada aksi biologiknya
Nilai ambang Toksisitas
 Merupakan dosis atau tingkat pemejanan minimal
yang dapat menyebabkan perubahan biologik
melebihi batas kemampuan adaptasi homeostasis.
 Dibawah nilai tersebut dianggap aman, sedang di
atasnya dapat menimbulkan efek toksik.
 Sulit tentukan nilai ambang efek karsinogenik dan
mutagenik
Uji Toksisitas
 Karena pertimbangan moral etik dan hukum
penelitian toksikologik eksperimental tidak
dilakukan pd manusia
 Pada hewan uji in vivo / in vitro
 Rancangan yang baik dan penelitian yang
seksama (properly qualified ) dpt
memberikan gambaran efek toksik pd
manusia
 Faktor – faktor yang berpengaruh pd hasil
uji toksisitas
1. Faktor bahan uji
 Sifat fisikokimia
 Kemurnian
 Bentuk sediaan
 dosis
 2. Faktor Hewan Uji
 Jenis dan galur
 Umur
 Jenis kelamin
 Berat badan
 Status kesehatan
 Faktor cara pelaksanaan uji
 Pemeliharaan hewan uji
 Petugas yang berpengalaman
 Pemilihan metode statistik
 Jumlah hewan uji
 Kecermatan pengamatan dan pengukuran
 Ketelitian alat ukur
 Ketepatan prosedur
 Keadaan peneliti
Keterbatasan Uji Toksisitas pada hewan uji
 Bbrp manifestasi toksik tidak nampak pd
hewan uji
 Perbedaan respon antar spesies
 LD 50 yg sama belum tentu profil toksisitasnya
sama
UJI TOKSISITAS
 Uji Toksisitas Akut
Mendapatkan informasi tentang dosis yg dpt
mematikan 50% hewan uji (LD50) suatu bahan
serta gejala keracunan, penyebab kematian dan
urutan proses kematian
 Uji Toksisitas Jangka Panjang
Meliputi toksisitas subkronik dan kronik
Uji toksistas khusus : uji toksisitas jangka
panjang utk mendptkan data efek toksik
yg bersifat khusus spt efek teratogenik,
karsinogenik dan ketergantungan
Lama Uji toksisitas
Lama masuknya
dalam kadaan
sehari-hari
Lama Pemberian dlm uji toksisitas
akut
subakut
kronik
Satu kali atau
beberapa dosis
Satu kali
Paling tidak 2 Tidak perlu
minggu
Kurang dari 1
minggu
Satu kali
13-26 minggu Paling tidak 6
bulan
Lebih dari 4
minggu
Satu kali
Paling tidak
26 minggu
Paling tidak 1
tahun
Uji Toksistas Akut
 Ketoksikan akut:
Derajad efek toksik suatu senyawa (bahan) yang
terjadi dalam waktu singkat setelah pemberian
dalam dosis tunggal.
Uji toksisitas akut
Untuk menetapkan potensi ketoksikan akut (LD50).
(tolok ukur kuantitatif)
Selain itu diamati gejala keracunan, sistem
biologik yg paling peka, mekanisme keracunan yg
berakibat kematian, serta ada tidaknya perbedaan
toksisitas antar spesies (tolok ukur kualitatif)
Uji Toksisitas Akut
 Sebaiknya menggunakan mamalia dr
2 mcm spesies (rodensia dan non-rodensia)
 Hewan uji sehat berasal dr satu galur yg
jelas
 Menggunakan paling tidak 4 peringkat dosis
yg terdiri dr 8-10 ekor
(pendapat lain min 4 ekor)
 Dosis dibuat berdasar kelipatan logaritmik
tetap
 Dosis terendah :
Dosis tertinggi yang tidak menyebabkan
kematian hewan uji
 Dosis tertinggi :
– Dosis terendah yang menyebabkan seluruh
atau hampir seluruh hewan uji mati
– Dpt dicari dengan dosis yang secara tehnis
dapat diberikan pada hewan uji
 Kisaran dosis diperkirakan menyebabkan 10-90%
kematian hewan uji pd masa akhir uji
 Cara pemberian sesuai dgn cara masuknya
pd manusia mempermudah ekstrapolasi
 LD 50 dihitung setelah pengamatan 24 jam
Namun gejala keracunan (kematian) dpt
berjalan lambat (delayed toxicity) sehingga
gejala keracunan dapat diamati selama 7-14
hari.
 Cara menghitung LD 50
1. Perhitungan dengan grafik Miller dan
Tainter (1944)
 Menggunakan kertas grafik logaritmik-probit
(skala logaritmik pd absis, skala probit pd
ordinat)
 Probit : transformasi dr hasil pengukuran yg
digambarkan dlm kurva sigmoid (hubungan
antara respon kuantal dgn logaritme dosis)
menjadi kurva yg lurus
 2. Cara aritmatik Reed dan Muench (1938)
 3. cara Aritmatik dr Karber (1931)
 4. Cara CS. Weill (1952)
 Lihat copy-an
Kategori potensi ketoksikan :






Sangat toksis (extremely toxic), LD50<1 mg/kgBB
Toksis sekali (highly toxic) 1-50 mg/kgBB
Toksis (moderately toxic) 50-5000 mg/kgBB
Tidak begitu toksis (low toxic) 500-5000 mg/kg BB
Tidak toksis (practically non toxic) 5-15 g/kgBB
Tidak membahayakan sama sekali>15 g/kgBB
LD 50 beberapa bahan kimia yang diberikan
melalui cara yang berbeda pada mencit
Cara
pemberian
LD50 (mg/kg BB) pada mencit dari
Prokain
DFP
fenobarbital
IV
45
0,34
80
IP
230
1,00
130
IM
630
0,85
124
SC
800
1,00
130
Oral
500
0,90
280
DFP= diisoprophyfluorophosphat
Uji toksisitas subkronis
 Merupakan longterm toxicity
 Untuk mendapatkan data tentang keracunan
bahan kimia yg digunakan secara sengaja
atau tidak sengaja masuk ke dalam tubuh
berulangkali atau dlm wkt lama.
 Perlu dilakukan didasarkan asumsi jika tidak
ada efek yg timbul pd dosis tunggal tetapi
dpt timbul jika dosis berulang dan jangka
waktu lama
 Efek toksik dpt timbul krn perkembangan
tubuh krn umur (aging process) spt
sensitifitas jaringan, perubahan kapasitas
kemampuan fisiologik, abnormalitas /
penyakit yg muncul spontan
 Diamati lesi pd organ tubuh, organ apa yg
rentan, bgmn sifat lesi
(reversible/ireversible), mulai dosis berapa
efek toksik mulai timbul
UJi Toksisitas Subkronis
 Hewan uji
 Satu spesies rodent dan satu spesies
nonrodent
 Peringkat dosis
 dosis terendah: yang tidak menimbulkan
gejala toksik akut
 Dosis tertinggi : yang menimbulkan gejala
keracunan akut tapi tidak menyebabkan
kematian
Lama pemberian
Lama masuknya bahan uji
dalam keadaan sehari-hari
Lama pemberian pada
uji toksisitas akut
-satu kali atau beberapa dosis -paling tidak 2 minggu
-kurang dari satu minggu
-13-26 minggu
-lebih dari 4 minggu
-paling tidak 26 minggu
 Umumnya dilakukan 90 hari berturut-turut
 Cara pemberian obat/bahan uji
 Disesuaikan dgn cara masuknya ke dlm
tubuh dlm keadaan sehari-hari (termasuk
cara inhalasi)
 Dosis sesuai berat badan/luas permukaan
tubuh- dpt berubah scr periodik
 Pemberian bersama pakan/air minum
diperhatikan : dosis dan kemungkinan
adanya interaksi
 Pengamatan gejala klinik
 Berat badan diukur tiap minggu
 Asupan pakan dan minum tiap hari
 Pemeriksaan fisik spt :
Aktifitas lokomotor, reaksi aneh,suara,
konvulsi, responsi somatik, agresivitas, ,
mata, defekasi, ekor, tremor, kesadaran,
sensitifitas thd suara, salivasi, piloereksi,
jantung dll
 Uji fungsi biokhemis organ tertentu
 Analisis darah spt kadar gula, protein,
kolesterol, asam lemak, bilirubin, enzim
sesuai arah uji toksisitas
 Dilakukan pd hari ke 0 dan tiap 30 hari
selama penelitian berlangsung (paling sedikit
3x)
 Pemeriksaan hasil metabolisme
 Analisis darah, urin atau homogenat utk
memberikan inform. Kinetika bahan uji atau
efeknya pd metabolisme
 Pemeriksaan hematologik
 Kuantitatif (jumlah sel) dan
kualitatif (morfologik)
 Pemeriksaan postmortal
 Pengamatan makros-mikros pd organ
 Pengamatan abnormalitas bentuk, ukuran,
berat organ dan homogenitas jaringan
 Perlu diperhatikan bahwa hasil pemeriksaan
mikros dpt dipengaruhi oleh cara
pemrosesan pembuatan preparatnya.
Uji Toksisitas Kronis
 Utk mengetahui efek toksik dari suatu bahan
uji dengan dosis yang setara dgn
pemakaian sehari-hari yg diberikan dlm
waktu lama dan utk menunjukkan ada
tidaknya efek toksik yg bersifat khusus
 Hewan uji
 Satu jenis hewan rodensia dan satu jenis
hewan non rodensia, umur dewasa, 2 jenis
kelamin
 Tiap kelompok rodensia min. 20 ekor,
nonrodensia min 4 ekor
 Cara pemberian bahan uji
 Sesuai dgn cara sehari-hari
Peringkat dosis
 Paling tidak 3 peringkat dosis
 Dosis terkecil : dosis yg pd uji toksisitas akut
tidak menimbulkan gejala keracunan
 Dosis terbesar : dosis yg pada uji toksisitas
akut menimbulkan beberapa kematian hwn
uji.
 Dosis antara termasuk dosis yg digunakan
dalam keadaan sehari-hari
Lama pemberian bahan uji dan
pengamatan
Lama masuknya bahan
Lama pemberian pada uji
uji dalam keadaan sehari- toksisitas kronik
hari
-satu kali atau beberapa dosis -tidak diperlukan
-Kurang dari satu minggu
-paling tidak 6 bulan
-Lebih dari 4 minggu
-paling tidak satu tahun
 Pemeriksaan fisik dan klinik
 (spt uji toks. Subkronis)
 Berat badan diperiksa paling tidak seminggu
sekali
 Tiga bulan pertama asupan pakan minum
dan urin yg dikeluarkan 24 jam, diamati tiap
tiap minggu. Selanjutnya tiap bulan
 Pemeriksaan biokhemis min. 3x
 Analisis darah dan urin tiap 6-12 minggu
Reproductive Toxicology
 Utk mengetahui efek toksik dr suatu bahan
(agen eksogen) pada sistem reproduksi
 Efek terhadap libido, sterilitas, mutagenesis,
kematian fetus, kematian perinatal dll
Pada hewan uji dapat diamati efek
terhadap:
Jantan









Spermatogenesis
Testiculer pathogenesis
Epididymal sperm
Celuller biochemistry
Fertility
In vitro fertilization
Hormon profile
Motility
etc
Betina
 Embriogenesis
 Ovarian pathogenesis
 Estrus cycle
 Fertility
 Hormon profile
 In vitro fertilization
 etc
Abnormalitas
morfologi sperma
Reproductive toxicology
on female rodent (mice, rat)
treatment
gestation
lactation
15 days
mating
parturition
euthanasia
22
0
weaning
euthanasia
42
19-20
days
Uji Toksisitas Khusus
Uji teratogenesis
 Perkembangan dan pertumbuhan embrio
(mudigah) terutama fase organogenesis
rentan terhadap gangguan proliferasi dan
deferensiasi
 Berakibat malformasi (struktural, fungsional,
biokimia) dan kematian embrio atau fetus
maturasi
histogenesis
organogenesis
0
10
20
30
40
Masa embrio
50
60
70
80
90
Masa fetus
280
(hari)
Tahap –tahap embriogenesis pd manusia
Masa organogenesis pd bbrp
spesies
Hewan
uji
Rat
Mencit
kelinci
Masa organogenesis
Lahir hari keHari ke6-15
22
6-15
19
6-18
33
Marmot
10-18
Hamster 8-12
manusia 21-56
66
15
267
 Zat yg bersifat embriotoksik atau fetotoksik
sebabkan kematian janinkeguguran
 Zat teratogenik dapat tidak toksik pada
induknya tapi pengaruhi perkembangan dan
pertumbuhan janin
 Kematian janin tanpa malformasi dapat
diakibatkan krn pemejanan zat teratogen
sebelum masa deferensiasi
 Malformasi terjadi jika pajanan zat pada
masa organogenesis
 Jika pajanan terjadi pd masa pertumbuhan
berakibat kelambatan masa pertumbuhan
Periode kritis embriogenesis pd rat
palate
limbs
kidney
face
implan
heart
eye
Nervous sistem
External genitalia
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21
day
Contoh zat yg bersifat teratogen pd hewan
dan manusia
No.
1.
2..
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
Nama zat
Talidomid
Tiourasil
Klorpropamid
Kortison
Etinil testoteron
Klorambusil
Nitrogen mustard
Uretan
kolsikin
No.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
Nama Zat
Hipervitaminosis A
Kelebihan a. nikotinat
Biru tripan
Biru evan
Aktinomisin D
Tetrasiklin
Fenilmerkuri asetat
Timah hitam
talium
UJI TERATOGENESIS
 Hewan uji yg sering digunakan adalah mice,
rat dan kelinci (didasarkan kedekatan ciri
dan sifat tertentu pd manusia)
 Penelitian dgn mudigah ayam ternyata
terlalu sensitif, hasil berbeda pada manusia
 Hewan uji babi digunakan krn sifat biologik
banyak anak dan peka terhadap teratogen
 Penggunaan hewan uji kera kedekatan
filogenetik dgn manusia
Uji teratogenesis
 Hewan uji
 Jumlah Harus memenuhi sarat statistik
 Jika angka kejadian malformasi 0,5%, berarti 1 malformasi
hanya ditemukan pada 200 ekor hewan uji
 Hewan uji yg digunakan yang positif dibuahi (pada
mice/rat adanya vaginal plug)Bahan uji
diberikan mulai hari tersebut
 Hewan uji dikorbankan sebelum perkiraan lahir
(anak yg cacat biasanya dimakan induknya)
Pengamatan :
 Jumlah implantasi (ada nodul yg kaya
vaskularisasi)
 Jika ada selisih antara implantasi total
dengan jumlah korpora luteaterjadi
preimplantation loss (resorpsi awal)
 Jumlah resorpsi : selisih jumlah
persarangan dengan jumlah janin yg tetap
hidup sampai cukup umur
 Semua janin (hidup/mati) ditimbang,
dihitung, diperiksa ada tidaknya malformasi
(kelainan struktur, fungsi dan biokemis)
 Cairan amnion dicatat volume, warna dan
kelainan lainnya
 Pemeriksaan histopatologik plasenta
Uji karsinogenesis
Uji Efek Toksik Lokal pada Kulit
(ketoksikan akut)
 Efek toksik yang timbul dimana bahan
tersebut kontak langsung dengan tubuh
 Efek iritatif,korosi, alergi
Efek Iritatif
 Hewan uji yg sering digunakan kelinci,
marmut, tikus putih
 Jika bahan uji merupakan bahan yg
sengaja/tidak sengaja terjadi kontak pada
kulit berkali-kaliperlu uji toksisitas utk
melihat efek sistemik
 Hewan uji dicukur punggungnya,
 Bahan uji dioleskan , ditutup dengan selotip
 Setelah 24, selotip dibuka diperiksa efek
iritasinya
Evaluasi berupa skor terhadap kemerahan
dan edema yg terjadi





0 = tidak ada kemerahan
1 = merah muda
2 = eritema
3 = merah sekali
4 = merah menyala
dengan perluasan
daerah
 0 = tidak ada edem
 1 = edema sangat
ringan
 2 = edema ringan
 3 = edema sedang (1
mm)
 4 = edema berat (>1
mm)
Uji Fototoksik dan fotoalergik
 Reaksi fototoksik disebabkan karena energi
sinar ultraviolet dapat mengaktifkan bahan
dan mampu menimbulkan perubahan
biologik pada sel/jaringan tubuh
 Reaksi fotoalergik disebabkan karena energi
sinar ultraviolet memacu pembentukan
hapten sehingga timbul sensitisasi alergi
pada kulit.
 Seperti uji efek iritatif, tetapi kemudian daerah yg
diolesi bahan uji disinari sinar ultraviolet
 Referensi :
– Donald J.Ecobichon The Basis of Toxicity Testing
– Ngatijan, Metodologi Penelitian dalam Toksikologi