PENDEKATAN TEKNIK NUKLIR UNTUK STUDI …digilib.batan.go.id/e-prosiding/File Prosiding/HSL PENEL P2PLR TH... · Makalah ini merupakan hasH studi ... adalah asam fulvik, asam amino

PENDEKATAN TEKNIK NUKLIR UNTUK STUDI BIOKINETIK AKUMULASIDAN DEPURASI KADMIUM PADA GASTROPODA LAUT TELUK JAKARTA

Heny SusenoPusat Pengembangan PengeJolaan Limbah Radioaktif-BATAN, Serpong

ABSTRAKPENDEKATAN TEKNIK NUKLIR UNTUK STUDI BIOKINETIKA AKUMULASI DAN DEPURASI KADMIUM

PADA GASTROPODA LAUT TELUK JAKARTA. Studi biokinetik kadmium pada gronggong hitam (strombus urseus)melalui jalur air dalam kondisi laboratorlum telah dilakukan. Penelitian ini bertujuan untuk memperoleh beberapaparameter biokinetik yang me lip uti proses akumulasi dan depurasi. Percobaan akumuJasi dilakukan dengan caramengkontaminasi gastropoda tersebut menggunakan IOBCdselama periode tertentu sampai diperoleh kondisi tunak.

Percobaan depurasi dilakukan dengan memindahkan oiastropoda tersebut ke dalam air laut bersih yang mengalir.Selama percobaan dilakukan pencacahan aktivias I Cd sehingga parameter biokinetik dapat ditentukan. Hasilpercobaan diperoleh faktor konsentrasi IOBCdsebesar 24,3 sampai dengan 30,25. Tidak terdapat pengaruh nyataukuran tubuh gastropoda terhadap faktor konsentrasi. Biokinetika depurasi dijelaskan dengan modellinier. Waktu parobiologis diperoleh sebesar 7,9 sampai 10,35 hari.

ABSTRACTNUCLEAR TECHNIQUES APPROACH FOR STUDYING THE S/OK/NEnCS OF ACCUMULA nON AND

DEPURA nON OF CADMIUM IN JAKARTA SA Y MARINE GASTROPOD. The biokinetics of cadmium in little ooarconch (strombus urseus) contaminated through water pathway has been studied under laboratory conditions. The aimof /his research was to find some biokinetic parameters both for accumulation and depuration process. The experimentof accumulations was carried out by contaminating this gastropod with 109Cd for some periode of time until it aChieved/he steady slate conditions. The depuration experiment was carried out by placing the contaminaled gastropod in theflow of clean sea water. The result of experiment show that the concentration factors for I09Cds in gastropod were 24.3to 30.25, while the concentration factor of f(19Cd in soft parts of the gastropod was not significanUy influenced by thegastropod size. The depuration kinetics of the IO!ICd could be described by one component linear model. The biologicalhalf-lives were found to be 7.9 to 10.35 days.

PENDAHULUAN

Hal penting dalam penggunaanorganisme sebagai bioindikator polutanlogam berat dalam sistem perairan adalahstrategi akumulasi bersih (net accumulationstrategy) yang melibatkan penelitianpengambilan dan eleminasi/retensi logamdalam organisme(11• Sebelum organismedigunakan sebagai bioindikator harusdilakukan studi biokinetika yang meliputiakumulasi dan depurasi. Investigasipengambilan dan pelepasan dalamorganisme yang berhubungan denganpajanan ekstemal merupakan langkahpertama dalam mengakses logam secaraslgnlflkan dalsm slstem aquatlk. Keuntunganyang diperoleh dari percobaan laboratoriumsebagai basis untuk mengestimasi parameterbiokinetik dan hitotesis awal tentangbioakumulasi.

Pada kebanyakan kasus programpemantauan ling kung an pesisir yangmenggunakan bioindikator tidak dirancangsecara primer guna melihat perbedaan porakontaminan dalam lingkungan. Untuk itudibutuhkan percobaan dan observasimendalam untuk memahami prosesbioakumulasi secara komprehensif.Pengendalian eksperimen merupakan faktor

203

dan pendekatan utama untuk mempelajarihubungan sebab akibat dan selalumenyerdahanakan kondisi lingkungan!21•

Berpijak dari keempat kriteria tersebutmaka aplikasi teknik nuklir merupakanjawaban untuk memperoleh kondisieksperimen yang dapat disesuaikan denganlingkungan yang seb~narnya. Radioisotoptelah digunakan secara laas untukmempelajari akumulasi polutan dalamorganisme laut. Studi bioakumulasimenggunakan radiotracer mempunyai.keuntungan antara lain: mudah dalam hal·pengukuran dan menghasilkan data yangpresisi dan akurasi, dapat digunakan untukkonsentrasl yang sangat rendah dimanakonsentrasinya dapat diatur mendekatikondisi realistik terhadap lingkungan(3).

Gronggong hitam (strom bus urseus)adalah gastropod a laut dan merupakan

macrozoobentos dan ~ang terdapat diperairan Teluk Jakarta! I dan mempunyaipotensi dapat digunakan sebagai bioindikatorkadmium di perairan terse but. Makalah inimerupakan hasH studi awal bioakumulasikadmium dalam strombus urseuspenggunaan perunut 109Cd yang meliputiakumulasi, depurasi dan estimasi dalambentuk pemodelan sederhana.

(8)

(7)

AlatDetektor NaI(TI) diameter 20cm tinggi 14cmbuatan Packard yang dihubungkan denganMCA terintegrasi dalam system Inspectorbuatan Canberra. pH meter

Bahan

Bahan yan~ digunakan terdiri dari: Peru nutradioaktif Cd buatan Isotope ProductInc, Jerman, aquarium masing-masingberkapasitas 75 liter dan 20 liter, air laut danGronggong hitam (strombu$ urseus) yangdiambil dari Kepulauan Seribu. Bahan gelasseperti: Erlenmeyer, gelas piala dansebagainya.

~:

dimana ku adalah konstanta pengambilan danmerupakan nilai slope dari Faktor konsentrasi(FK) terhadap waktu (t), Ct adalahkonsentrasi pad a t pengamatan (Bq/g), Cssadalah konsentrasi pada kondisi setimbang(Bq/g) dan t112b adalah waktu paro biologiskontaminan dalam organisme laut.Berikutnya At adalah persentase kontaminanyang terikat dalam organisme pada prosesdepurasi (%) dan Ao adalah total kontaminanyang terakumulasi. Persamaan (3) dan (5)merupakan persamaan linier prosesakumulasi dan depurasi. Disisi lainpersamaan (4) dan (8) merupakanpersamaan model saturasi kedua prosestersebut.

BAHAN DAN METODA

Tata Kerja1. AklimatisasiGronggong hitam (atrombua UniOUS) diambilsecara langsung dari perairan Kepuluaf)Seribu dengan teknik penyelaman tradisionalpada bulan Mei 2004. Hewan tersebutselanjutnya dibersihkan dan ditempatkanmasing -masing sebanyak 20 buah dalamaquarium terpisah yang berkapasitas 75 liter.Proses aklimatisasi dilakukan denganmemelihara hewan tersebut selama 1minggu tanpa pemberian perunut I09Cd.Aklimatisasi bertujuan untuk menghilangkanstres hewan percobaan dalam kondisiaquarium sehingga dapat digunakan dalampercobaan bioakumulasi.

FK ~ cn (2)•• bobot biota

FKt .~ku·t

(3)

At= Aoe-k •.t

(4)

At = Aoke

(5)

t _ 0,693

(6)112 --- ke

FK ~ Konsentrasi tracer(Bq) Igram organisme (1)Konsentrasi tracer(Bq) I gram air

TEORI

Eksperimen menggunakan radiotraceruntuk mempelajari proses bioakumulasidilakukan dalam sistem tertutup dan dikenaldengan istilah aquaria experiment.Rangkaian eksperimen dimulai denganmengumpulkan biota laut, aklimatisasi, danpemberian perunut radioaktif Pengamatanpengambilan kontaminan (uptake) dilakukandengan cara menganali~is kandunganradionuklida yang digunakan sebagai perunutradioaktif dalam periode tertentu dandikonversikan dalam parameter biokinetikseperti terlihat dalam persamaan (1).

dimana FK adalah faktor konsentrasi.Selanjutnya ditentukan nila; FK padakeadaan steady state (tunak) pada waktutertentu yang merepresentasikan lajupengambilan kontaminan sama dengan lajuekresi kontaminan dalam organisme lauttersebur5]. Setelah diperoleh keadaan tunak,maka dilakukan penghentian pajananperunut dalam organisme laut yangdigunakan sebagai hewan percobaan.Percobaan selanjutnya dilakukan denganmemlndahkan hewan percobaan dalam airbebas kontaminan dalam kondisi mengalir.Hal ini dilakukan untuk memperoleh lajupelepasan kontaminan (depuration) dalamorganisme laut.

Mekanisme total akumulasi kontaminandalam organisme laut melalui fase air dapatdiekspresikan dalam persamaan (2) sampaidengan (6) yang merupakan model linierdan saturasi. Kedua model tersebut

menjelaskan hubungan antara lama pajanankontaminan dengan konsentrasi tracer yangdigunakan dalam eksperimen[6J•

204

2. Proses akumulasiSetelah menjalani proses aklimatisasi,

3 jenis ukuran hewan tersebut ditempatkandalam aquarium yang berbeda-beda. Setiapaquarium berisi 8 hewan (rasio hewanaterhadap volume adalah: 1 moluskaberbanding 1,5 liter media). Masing­masing aquarium berisi air laut pada pH 7mengandung perunut 109Cd 1,46 Bq/ml.Media air laut tersebut djganti setiap hariuntuk mempertahankan konsentrasinya.Secara periodik hewan terse but dicacahmenggunakan spectrometer gamma untukperoleh data pengambilan kontaminan C09Cddari fase terlarut). Pemberian kontaminanterhadap hewan dihentikan ketikakonsentrasi 109Cddalam tubuh moluska tidakmengalami kenaikan atau berada dalamkeadaan tunak (steady state). Seluruh hewandipindahkan ke media air laut yang tidakmengandung kontaminan untuk menjalaniproses depurasi.

3. Proses DepurasiSetelah menjalani proses bioakumulasi,

ketiga jenis ukuran hewan ditempatkandalam aquarium yang berisi media air lautbebas kontaminan dan dalam kondisimengalir. Selama proses depurasi, secaraperiodik moluska tersebut dicacahmenggunakan spectrometer gamma untukperoleh data pelepasan kontaminan.

4035

.~ 30~ 25<II

a 20~,§ 161ii 10u-

5o

HASIL DAN PEMBAHSAN

Biokinetik Akumulasi KadmiumAkumulasi polutan kadimium terlarut

dalam air laut yang direpresentasikan oleh109Cd oleh gastropoda ditunjukkan pad aGambar 1.

Mengacu pada Gambar 1, keadaantunak pada proses pengambilan 109Cdtercapai setelah terkontaminasi selama 9hari untuk semua ukuran. Rekapitulasi datapad a 9 hari terse but (kondisi tunak) diperolehparameter biokinetik seperti FaktorKonsentrasi dalam kondisi tunak (FKss) dankonstanta pengambilan (ku) Cd. Harga faktorkonsentrasi berkisar antara 24,46 sampaidengan 30,25. Harga Faktor konsentarsitersebut menunjukkan bahwa gastropodamampu mengakulasi kadmium dari air lautsebesar 24 sampai dengan 30 kali. Oisisi lainku diperoleh dari slope persamaan linierantara durasi (2 sampai dengan 9 hari)dengan faktor konsentrasi 109Cd. Hargakonstanta proses akumulasi kadmiumberkisar antara 2,48 sampai dengan 3,08h·-Ian .

Penjelasan kemampuan akumlualsi 109Cdoleh gastropod a laut mengacu pad aargumen bahwa proses akumulasi yangmelibatkan transportasi kontaminan ke dalamsel organisme. Ion logam diambil olehorganisme laut dari dalam air melalui lebihdari satu jalur transportasi antara lain[71:

.t ....it .....·i•••

2 3 4 5 7 9 11 16 21 26

Durasi (hari)

Gambar 1. Akumulasi kadmium oleh gastropoda yangdirepresentasikan sebagai 109Cd

205

1. Transportasi carrier mediated dimana ionlogam berikatan dengan protein

2. Transportasi melalui protein pembawadimana saluran membran sel (membranchannel) yang mengandung proteindengan inti hidrophobik yang dapatdilalui oleh logam.

3. Difusi pasif lemak dengan logam tertarut(non polar) dimana IQgam larut dalamlapisan ganda lemak termasuk alkHmetal, logam netral lipofilik dan spesimetal kompleks anorganik.

Transportasi kadmium ke dalam tubuhmoluska terse but mefibatkan tiga jenisbioavailabi/ity kadmium, dua diantaranyaterdapat dalam sistem aquatik, yaitu:1. kadmium dalam bentuk senyawa

kompleks hidrofilik dengan bahanorganik yang terdapat dalam air laut.Proses akumulasi kadmium dalambentuk senyawaan kompleks tersebutlebih besar dibandingkan dengan ionkadmium. Senyawaan organik yangterdapat dalam air laut dan berfungsisebagai ligan dalam membentuksenyawaan kompleks dengan kadmiumadalah asam fulvik, asam amino histidindan asam karboksilat.

2. Kadmium dalam bentuk senyawaankompleks hidrofobik , dimana ligan yangbenkatan dengan kadmium adalahxanthates dan dithiocarbamates, Kedua

ligan ini berasal dan buangan industri.

Mengacu pada air laut yang digunakansebagai media percobaan telah dilakukan

pengolahan berupa penyaringan dansebagainya yang memungkinkan kandunganbahan organik tetah berkurang makakemungkinan yang paling dominan adalahakumulasi kadmium dalam bentuk ion logambebas. Pada percobaan ini data yangdiperoleh merupakan proses akumulasikadmium oleh gastropod a dari fase air lautmerujuk pada sub jalur transportasi carrier

• mediated dimana ion logam langsungberikatan dengan protein jaringan tubuh.

Biokinetik Depurasi KadmlumDepurasi kadmium secara prinsip te~adi

melalui ginjal atau organ yang terkait dalamsistem ekresi gastropoda tersebut. Depurasikadmium setelah terakumulasi dalam tubuhgastropoda ditunjukkan pada Gambar 4.

Mengacu pada Gambar 3 makaukuranlbobot gastropdoda tidakmenunjukkan perbedaan yang cukupsignifikan. Proses depurasi mengarah padakecenderungan model linier dibandingkandengan model saturasi. Diperoleh korelasiyang signifikan antara kuantitas kadmiumyang terlepas dengan waktu depurasi yangditunjukkan oleh koefisien regresi tinier diatas0,9. Mengacu pada hasil percobaan, makanilai slope dari Gambar 2 merupakan nilaidari konstanta eliminasi (ke) , Nilai ke

terse but berkisar antara 6,7 sampai dengan8,74% hari-1• Kuantisasi dari nilai konstantatersebut adalah kemampuan gastropdamelepas kadmium dari dalam jaringan tubuhsetelah terkontaminasi adalah berkisaranatara 6,7% sampai dengan 8,7% perhari.

120

'00E 80

'Vi

c: 60$ ...'(ii..a: 40

20lE,591019,19

o I

~.0

23y1 = ~.7003x + 107.7

R' = 0.9436

y2 = ~.H37. + 114.0R' • 0.9761

,

y3 = ~.4438x + 1i2:'5~ ..

R' = 0.9827 •It4 •"

4 6 9 14 '6 20 22

Durasi (hari)

~..

,Ji"

L

Gambar 2. Depurasi kadmium oleh gastroda yangdirepresentasikan sebagai 109Cd

206

-modeI9,5!1model 9,1gmodel 7,3 9

C 9,5gX 9,19• 7,3g

90

80708050

~ U. -40

30201000

•

10 15 20

Durasi (hari)

25 30

Gambar 3. Estimasi FK berdasarkan model liner dibandingkandengan hasil percobaan

40

--------------·-----l35 ~ J: i30

•J: 0 I

25

•;( 0 •• %

I•;( 0 - , -

~ 20

,I..;(

0, I15,-model10

9,59- - •• -"+ model5

9,1g. model

07.3

0

51015202530Durasi (hari)

Gambar 4. Estimasi FK berdasarkan model liner dibandingkandengan hasil percobaan

Waktu paro biologis (t1l2b) ditentukanmenggunakan nilai ke dan persamaan (5)dan diperoleh sebesar 7,9 sampai dengan10,35 har!. Artl flsis darl nilsl ini adalahkadmium yang terkandung dalam jaringanstrombus urseus berkurang setengahnyasetelah 7,9 sampai 8 hari ketika kontaminasidihentikan.

Pemodelan Bioakumulasi KadmiumBerdasarkan hasH percobaan akumulasi

maka terdapat dua skenario modelbiokumulasi kadmium tersebut. Model

tersebut dapat berupa liner mengikutipersamaan (2) maupun saturasi mengikutipersamaan (7). Menggunakan hargakonstanta pengambHan (kuJ yang diperolehdari percobaan, maka dibuat suatu model

207

linier yang dibandingkan dengan nilai faktor'konsentrasi dari hasil percobaan sepertiyang ditunjukkan pad a Gambar 3,

Mengacu pads Gambar 2, setelah 9 hariproses akumulasi maka etimasi nilai Fkcenderung lebih rendah dibandingkandengan hasH percobaan. Hal ini bahwa untukmengestimasi kecenderungan peningkatanfaktor konsentrasi menggunakan model linieruntuk model bioakumulasi kadmium tidaklahrelalistik. Pada model linier hanyamengasumsikan kontaminan masuk kedalamorganisme dan terakumulasi tanpa disertaioleh proses eliminasi. Disisi lain prosesbioakumulasi merupakan selisih antara totalakumulasi dengan total depurasi. Mengacupad a mekanisme akumulasi melalui prosespassive uptake terjadi ketika ion logam

kadmium mengikat dinding sel dengan duacara yang berbeda, pertama pertukaran iondi mana ion monovalent dan divalent sepertiNa, Mg, dan Ca pada dinding sel digantikanoleh ion-ion logam berat; dan kedua adalahformasi kompleks antara ion-ion logam beratdengan functional groups seperti carbonyl,amino, thiol, hydroxy, phosphate, danhydroxy-carboxyl yang berapa pada dindingse!. Proses passive uptake ini bersifat bolakbaik dan cepat. Berdasarkan teori tersebut,maka proses bioakumulasi tidak hanyamerupakan proses pengambilan saja, tetapijuga diikuti oleh proses pelepasan baikmelalui reaksi kesetimbangan maupunproduk metabolisme berupa ekskresi.

Prediksi akumulasi menggunakan modelsaturasi sebagaimana denganmengakomodir hasil perhitungan keditunjukkan pada Gambar 4.

Gambar 4 menunjukkan polakecenderungan yang peningkatan nilai faktorkonsentrasi yang sama antara estimasi(model) dengan hasil perhitungan. Hal yangberbeda hanya keadaan tunak pada modeldicapai dalam waktu 16 hari. Oisisi lain hasilpercobaan menunjukkan bahawa keadaantunak dicapai setelah 11 hari kontaminasi.

KESIMPULAN1. Harga faktor konsentrasi kadmium

dalam strombus urseus berkisar antara24,46 sampai dengan 30,25. HargaFaktor konsentarsi terse but

menunjukkan bahwa gastropodamampu mengakumulasikan kadmiumdari air laut sebesar 24 sampai dengan30 kali.

2. Nilai ke strom bus urseus berkisarantara 6,7 sampai dengan 8,74% harr1.Kuantisasi dari nilai konstanta tersebut

adaJah kemampuan gastropod amelepas kadmium dari dalam jaringantubuh setelah terkontaminasi adalahberkisar antara 6,7% sampai dengan8,7% per hari.

3. Waktu paro biologis (tU2b) 109Cd dalamgastropod a adalah 7,9 sampai dengan10,35 hari. Arti fisis dari nilai inl adalahkadmium yang terkandung di dalamjaringan strombus urseus berkurangsetengahnya setelah 7,9 sampai 8 harisetelah kontaminasi dihentikan.

DAFT AR PUST AKA1. KAHLE, J and ZAUKE, G.P (2000),

Bioaccumulation of trace metals in thecalanoid copepod Metridia gerfachei fromthe Weddell Sea (Antarctica) Carl vonOssietzky Universitat Oldenburg, FBBiologie (ICBM), Germany

2. FISHER, N (2002) •. Executive Summary·Ciesm Workshop Monographs 19, Metaland Radionuclide Bioaccumulation inMarine Organism, halaman 7-25Monaco,

3. FISHER, N (2003)· Advantage andProblems in The Apllication ofRadiotracer for Determining TheBioaccumulation of Contaminant in

Aquatic Organism, RCM onBiomonitoring, IAEA, Monaco

4. ANNOM (2000), ·Buku NeracaKesetimbang Lingkungan Oaerah OKIJakarta, Bapeda Pemda OK!.

5. FISHER, N (2002) .. Executive Summary·Ciesm Workshop Monographs 19, Metaland Radionuclide Bioaccumulation inMarine Organism, halaman 7-25Monaco,

6. SMALL LF (1997), • Basic Concept inMarine Biology and Ecology", IAEATraining Course Series No. 7 onStrategies and Methodologies for AppliedMarine Radioactivity Studies, Viena .

7. PETER GC CAMPBELL (2002)Predicting Metal Bioavailability­Applicability of Biotic Ligan Model, CiesmWorkshop Monographs 19, Metal andRadionuclide Bioaccumulation in MarineOrgan is, Monaco