Biomarker dalam epidemiologi lingkungan

1. BIOMARKER DALAM EPIDEMIOLOGI LINGKUNGAN
CHARLES H. NAUMAN, JACK GRIFFITH, JERRY N. BLANCATO, DAN TIM E.
ALDRICH
KELOMPOK 3
P1801213412 ABDILLAH
P1801213413 ULFAH MAHFUDAH
P1801213414 DEDDY ALIF UTAMA
P1801213415 INGGIT ICHRANA
P1801213417 LILISKARLINA
P1801213418 WAHYU FAJRIANA HIPTA
P1801213421 MUHAMMAD SUBHAN
P1801213422 ANDI TILKA MUFTIAH RIDJAL
P1801213423 SYAMSIR

2. PENDAHULUAN
 Seperti disebutkan dalam Bab 6, penilaian eksposur
yang akurat adalah standar penting untuk epidemiologi
lingkungan.
 Teknik sensitif pemantauan dan analisis laboratorium
sekarang sedang digunakan pada bidang biokimia atau
epidemiologi molekuler untuk mendeteksi perubahan
dalam struktur kimia atau fisiologi yang mungkin secara
kualitatif maupun kuantitatif melengkapi pengukuran
paparan.
 Biomarker (atau biomonitoring) data ukuran paparan
internal individu atau dosis memiliki beberapa
keunggulan dibandingkan ukuran paparan eksternal
untuk tubuh.

3. DEFINISI, PENGELOMPOKAN PENANDA, DAN KONSEP
Biomonitoring
 Biomonitoring, atau pemantauan biologis, telah
digambarkan sebagai analisis rutin jaringan
tubuh manusia atau merupakan bukti langsung
serta tidak langsung dari paparan zat kimia
(Miller 1984), atau agen fisik.
 Dari awal, monitoring biologi telah menjadi
istilah luas yang mencakup pemantauan untuk
setiap indikasi bahwa paparan telah terjadi.

4. PROSES BIOTRANSFORMASI SENYAWA
XENOBIOTIK

5.  Biomarker telah diklasifikasikan sebagai
paparan, kerentanan, dan efek serta telah
didefinisikan oleh Komite NRC pada
Biologic Markers (NRC 1989a: NRC
1989b). Biomarker efek adalah indikator
kapasitas/perubahan fungsional dari
sistem.

6. HUBUNGAN ANTARA BIOMARKER PAPARAN,
EFEK, DAN KERENTANAN
Pengukuran
Biomarker Eksposur
Biomarker
Efek
Ambient/
Perorangan

7. KATEGORISASI BIOMARKER
TABEL 8-1. KATEGORISASI BIOMARKER
Tipe 1. Indikator beban tubuh.
A. Residu-Senyawa induk atau metabolit dalam jaringan atau cairan serta napas.
B. Interaksi Produk-penambahan (asam nukleat dan protein), reseptor xenobiotik kompleks, konjugat kompleks.
Tipe 2. Respon untuk dosis serapan.
A. Respon Fisiologis
— I n d u k s i i s o z i m .
— I n h i b i s i e n z i m .
B. Respon genotoksik.
— Pe r t u k a ra n k ro m a t i d b e r p a s a n ga n .
— Ke l a i n a n k ro m o s o m .
— M i k ro n u k l e u s .
— Pe m i s a h a n u n t a i a n D NA .
— M u t a s i .
C. Respon tingkat organ.
— D i s f u n g s i O r ga n .
— H i p e r p l a s i a .
— Po l i p .
D. Respon onkogenik.
— A k t iva s i O n ko g e n .
— P ro d u k O n ko g e n .
— Tu m o r.
Tipe 3. Kecenderungan/perolehan kondisi.
A. Aril Hidrokarbon Hidroksilase.
B. Tipe asetilator.
C. Glutasi S trartsferase.

8. BIOMARKER TIPE 1
 Biomarker tipe 1 mencakup baik penanda paparan dan penanda
efek.
 Interaksi antar produk untuk membentuk penanda pada tipe ini
disebut efek biologis. Namun, perlu diketahui tidak semua efek
biologis merugikan, dan jika tidak terdapat hubungan dengan
dampak kesehatan yang merugikan, penanda efek biologis
paling berguna sebagai penanda paparan.
 Aduksi/Kerusakan DNA mungkin paling dekat sebagai indikator
dampak yang merugikan kesehatan karena beberapa dapat
dikaitkan dengan mutasi tertentu yang dianggap menyebabkan
kanker
 Secara umum, biomarker tipe 1 cenderung adalah senyawa
spesifik, berbeda dengan banyak biomarker tipe 2.

9. BIOMARKER TIPE 2 & RESPON FISIOLOGIS
MARKER/PENANDA
 Biomarker tipe 2 mewakili seluruh efek, tetapi, seperti telah
disebutkan, banyak juga yang berfungsi sebagai penanda
paparan. Pada dasarnya semua biomarker tipe 2 secara
kimiawi tidak spesifik, namun dapat ditunjukkan sebagai
akibat dari paparan berbagai zat kimia. Demikian, penanda ini
mungkin yang paling penting untuk memastikan paparan
senyawa campuran
 Banyak respon fisiologis dapat digunakan sebagai indeks
paparan. Sebuah contoh yang umum digunakan adalah
bahwa enzim diinduksi dari sistem sitokrom P4,50 mixed-
function oxidase (MFO) yang menengahi/mengindikasikan
Tahap I reaksi metabolisme dari xenobiotik.

10. RESPON GENOTOKSIK MARKER/PENANDA
 Ada banyak tes genetox, beberapa diantaranya
adalah:
 Pertukaran kromatid berpasangan: Pertukaran kromatid
berpasangan telah sering digunakan sebagai biomarker
untuk menilai potensi mutagenik bahan kimia. Pertukaran
kromatid berpasangan terjadi selama replikasi sel.
Meskipun SCES tidak mengetahui hasil akhir penyakit,
namun merupakan tanda bahwa perubahan kromosom
telah terjadi.
 Penyimpangan Kromosom: Kelainan kromosom dapat
diklasifikasikan secara struktural maupun numerik.
Kerusakan struktural dapat diidentifikasi pada pembelahan
sel selama metafase (tipe-kromosom dan tipe-kromatid).
Sedangkan secara numerik, dilakukan dengan sebuah
software untuk analisis konsisten dari data kelainan
kromosom (US EPA 1990a)

11.  Mikronuklei
 Uji mikronukleus mendeteksi kehadiran fragmen
kromosom dalam sel interfase yang telah
dikeluarkan dari inti.
 Fragmen ini adalah hasil dari kerusakan
kromosom yang terjadi dalam siklus mitosis
sebelumnya
 Kerusakan rantai DNA
 Teknik Single Cell Gel (SCG), telah
dikembangkan dalam beberapa tahun terakhir
sebagai ukuran sensitif dari kerusakan rantai
tunggal
LANJ…..

12.  Mutasi
 Mutasi adalah perubahan urutan nukleotida DNA
 Mutasi diwariskan dalam arti direplikasi melalui
pembelahan sel somatik, atau dapat diteruskan
kepada keturunannya jika mutasi hadir dalam
benih sel.
 Aduksi Protein/DNA
 Zarbl dkk. (1985) dan Bishop (1987) telah
menunjukkan mekanisme untuk menghubungkan
adisi, mutasi, dan karsinogenesis
 Penyelidikan epidemiologi dari hubungan ini telah
dibatasi karena kurangnya uji sensitif dan spesifik
yang dapat diterapkan pada populasi
masyarakat.
LANJ….

13. PENILAIAN TINGKAT RESPON ORGAN
 Tingkat respon organ atau disfungsi organ, merupakan biomarker dari
paparan dan efek.
 Respon ini sering disamakan dengan efek Nonkarsinogenik dari polusi
lingkungan, yang terkait dengan efek kesehatan, dan mengindikasikan
adanya eksposur kimia spesifik.
 Dalam konteks epidemiologi lingkungan, biomarker kerusakan atau
disfungsi organ adalah perubahan terukur dalam sel atau produk sel
yang disebabkan oleh efek abnormal pada sistem organ tertentu (CDC
/ ATSDR 1990).
 Dermatitis adalah suatu respon umum yang biasanya didapati indikasi
paparan lingkungan. Gejala-gejala (yang berfungsi sebagai biomarker)
dari dermatitis adalah eritema, vesikel, dan pengerasan kulit. Bagian
dermatitis menjadi kronis, dan terjadi penebalan kulit. Perkembangan
dari penyakit tersebut berupa, terbentuknya vesikel mikroskopis dan
makroskopis (lepuh kecil) dan bula (vesikel besar)

14. PENILAIAN RESPON ONKOGENIK
 Merupakan salah satu kelas khusus penanda respon
yaitu aktivasi onkogen dan hasil protein onkogen .
 Onkogen aktif terjadi pada tumor dari semua jenis
mamalia dan pada lesi prakanker, menunjukkan
bahwa onkogen menjadi sebuah langkah menuju
kanker, serta merupakan langkah awal untuk
kemungkinan intervensi klinis
 Proto-onkogen dapat diaktifkan oleh sejumlah proses
termasuk amplifikasi, mutasi, dan translokasi
kromosom

15. BIOMARKER TIPE 3
 Biomarker tipe 3 mencakup semua tanda yang mungkin
menunjukkan kerentanan host dalam peningkatan dampak
setelah paparan kimia tertentu.
 Kerentanan dari suatu biomarker terpisah dari paparan yang
sedang dievaluasi, dan terdiri dari dua jenis: diperoleh dan
ditentukan secara genetik (Vine dan McFarland 1990).
Indikator kerentanan yang diperoleh meliputi usia, diet
(misalnya, asupan vitamin, konsumsi alkohol), gaya hidup,
paparan sebelumnya untuk senyawa beracun, dan infeksi serta
penyakit sebelumnya.
 Biomarker secara genetik, kepentingannya bagi epidemiologi
lingkungan sangat banyak; tiga contoh:
1. Induksi Enzim Aril hidrokarbon Hidroksilase (AHH).
2. N-asetiltransferase, enzim non-induksi yang berfungsi
dalam mendetoksifikasi amina aromatik seperti benzidin dan
4 - aminobiphenyl melalui asetilasi
3. Enzim glutathione-s-transferase (gst)

16. POTENSI TINGKAT RELATIF BERBAGAI BIOMARKER
KAITANNYA DENGAN WAKTU SETELAH TERPAPAR

17. APLIKASI UNTUK KESEHATAN MASYARAKAT
Tujuan penelitian di bidang biomarker adalah untuk
mengembangkan penanda tahap awal dalam
kontinum/rangkaian yang dapat berhubungan (sebaiknya
secara kuantitatif) untuk hasil/pengukuran secara klinis. Selain
itu, penggunaan biomarker bertujuan untuk menghindari
dampak yang tidak perlu, (kecacatan dan kematian dini)
Penanda paparan (aduksi asam nukleat, atau protein,
reseptor-xenobiotik kompleks, dan konjugat yang muncul
dalam urin) dikembangkan melalui studi hewan dan kemudian
diterapkan pada populasi manusia yang terpapar. Penanda
efek awal mungkin termasuk salah satu dari beberapa
kerusakan gen dalam organisme hidup dengan pengujiian
kadar logam, atau tanda produk gen yang mungkin mewakili
aktivasi onkogen pada hewan dan manusia.

18. GAMBAR 8-5. Alur Waktu dari Efektivitas Berbagai Indikator Hazard,
Pajanan, dan Pengaruh Intervensi Penyakit.
Sumber: Diadaptasi dari Alhertini 1990.
Efek kesehatan Biomarker
yang muncul kemudian
memerlukan intervensi
dalam bentuk percobaan
obat. Contoh meliputi
hyperplasia jaringan, polip,
dan tumor.
Kurva ini mewakili peluang
penyakit dapat diturunkan
pada periode waktu tertentu
jika indikator bahaya awal
serta biomarker pajanan
dan efek berhasil
dikembangkan dan
digunakan.

19. PERTIMBANGAN
METODOLOGI
Biomarker
(mis. pajanan fosfin
pada Tingkat SCE)
variabel
dependen
variabel
independen
Dalam sebuah
studi cross-
sectional
(untuk mengamati
efek pajanan
fosfin pada tingkat
SCE pada pekerja
yang bekerja di
mesin gandum)Dalam studi
desain kohort
prospektif
(menyelidiki
hubungan
pajanan fosfin
dengan
terjadinya
kanker)

20.  Hal ini jelas bahwa hubungan temporal kejadian dan
biomarker menentukan desain penelitian yang akan
digunakan. Struktur temporal yang mendasari adalah
paparan-biomarker-efek.
 Biomarker tidak dapat mendahului paparan; Namun,
biomarker dapat bertahan tanpa batas waktu setelah
paparan berhenti, atau mungkin bersamaan dengan
paparan (menghilang setelah paparan berhenti).
 Jika biomarker terus berlanjut, maka pendekatan kohort
prospektif atau historis dapat digunakan.
Lanjut…

21. KESIMPULAN
 Faktor yang digunakan dalam merancang
studi epidemiologi dengan menggunakan
biomarker:
1. Efek biologis dari paparan/eksposur
2. Paparan pada individu
3. Farmakokinetik
4. Faktor etika dan hukum

22. KESIMPULAN
 Faktor etika dan hukum menjadi faktor penting dalam penggunaan
biomarker dalam studi epidemiologi
 Sebagai contoh, pengambilan sampel pada organ tubuh manusia
(misalnya, darah, otopsi, keguguran) harus menerapkan prosedur
informed consent
 Salah satu aspek harus diperhatikan dalam penggunaan Biomarker
yaitu peneliti harus menjelaskan kepada objek (manusia) tentang
tujuan penelitiannya dan penyakit yang akan ditimbulkan dari
paparan sehingga memuaskan objek penelitian
 Studi biomarker memerlukan sampel biologis dari individu, berbeda
dengan pendekatan epidemiologi tradisional yang menggunakan
komunitas
 Penggunaan biomarker pada individu bertujuan untuk melihat efek
pada populasi dan merupakan studi yang harus dikembangkan pada
epidemiologi