Interaksi Radiasi Dengan Bahan Biologi

 Interaksi Radiasi dengan Bahan Biologi

Tubuh Manusia : Organ --> Jaringan --> Sel

Struktur Sel :

• Membran sel

Merupakan suatu lapisan sel yan gmelindungi sel, berfungsi mengatur transportasi bahan-bahan keluar masuk sel dan komunikasi antar sel.

• Sitoplasma

Mengandung organel sel yang mengatur fungsi metabolisme penting sel. terdapat bangunan yang memproduksi enzim-enzim yang berfungsi sebagai katalisator dalam reaksi biokimia dalam sel.

• Inti sel (nukleus)

Mengandung struktur biologi yang sangat komplek yang disebut kromosom.

Proses Interaksi Radiasi dengan Bahan Biologi

Interaksi Radiasi dengan Bahan Biologi

Tahap Fisik

Absorpsi energi radiasi pengion yang mengakibatkan eksitasi elektron atau ionisasi pada molekul atau atom yang menyusun bahan biologi. (berlangsung 10-¹⁶detik)

Tahap Fisikokimia

• Reaksi-reaksi yang dialami oleh atom atau molekul yang tereksitasi atau terionisasi sampai terbentuk radikal bebas yang tidak stabil.
• Penyerapan energi radiasi oleh air akan menghasilkan radikal bebas yang sangat reaktif dan toksik melalui radiolisis air (ingat bahwa lebih dari 60% tubuh kita terdiri atas air).

Tahap Kimia dan Biologi

• Pada tahap ini radikal bebas dan molekul reaktif lain yang terbentuk akan saling bereaksi dengan media sekitarnya untuk menimbulkan keseimbangan efek kimia akhir.
• Tanggapan biologik akan dimulai dengan terkenanya molekul-molekul organik penyusun sel atau protein dalam sel (enzim, DNA, dsb).

Tahap Biologik

• Tanggapan biologik dapat bervariasi tergantung molekul penting mana yang terkena :
• perubahan permebilitas membrane sel bisa mengganggu struktur dan fungsi sel.
• rusaknya molekul enzim akan menimbulkan blokade pada berbagai proses metabolisme sehingga akan mengacaukan fungsi sel.
• Kerusakan molekul DNA dapat menimbulkan cacat genetik.
• Kerusakan yang terjadi dapat meluas dari skala seluler ke jaringan, ke organ bahkan dapat menimbulkan kematian.

Efek Biologi Radiasi

Tanggapan sistem biologi terhadap radiasi. Radiasi pengion menyebabkan sel tubuh :

• mutasi
• rusak
• mati

Efek Radiasi dengan DNA 

Berbagai type kerusakan dapat terjadi apabila DNA dikenai radiasi, diantaranya adalah :

1. Perubahan atau kehilangan base
2. Patahnya ikatan hydrogen antara dua rantai molekul DNA
3. Fraktur atau patahnya backbone dari satu rantai molekul DNA
4. Fraktur backbone pada kedua rantai molekul DNA
5. Fraktur yang disertai hubungan silang di dalam molekul DNA atau dari satu molekul DNA ke molekul DNA yang lain.

Diagram DNA

• Konfigurasi disebut double helix
• "Rel" di kedua sisi disebut backbone yang tersusun dari molekul gula yang bergabung dengan molekul asam phospor (oleh suatu ikatan phospat)
• Anak tangga tersusun dari nitrogen base (purin: adenin dan guanin dan pirimidin : thymine dan cystosin)
• Nitrogen base kemudian menggabung dengan base di rel di depannya melalui sebuah ikatan hidrogen.

1. Perubahan atau kehilangan base

• Terjadi akibat adanya perubahan pada urutan "nitrogen" base.
• Karena urutan ini berpengaruh pada sampainya informasi genetik, maka hilang atau perubahan ini akan berakibat pada terjadinya MUTASI.

2. Pecahnya ikatan hidrogen diantara dua molekul DNA

3. Fraktur pada backbone pada satu rantai molekul DNA

• Dapat membaik berkat adanya enzim
• Kemungkinan yang lain bagian yang patah tersebut dimasuki oleh radikal bebas, sehingga mengakibatkan kerusakan sel.

4. Fraktur backbone kedua rantai molekul DNA

• Tergantung dari LET radiasi
• Kemungkinan terjadinya perbaikan lebih kecil daripada fraktur pada satu rantai
• Apabila perbaikan tidak terjadi kedua rantai dapat terpisah dengan resiko yang tentunya lebih besar.

Rangkuman

• Setiap perubahan pad amolekul DNA yang tidak mengalami perbaikan merupakan mutasi yang menimbulkan konsekuensi.  Minor : sel tetap hidup dengan beberapa kerusakan fungsional. Mayor : kematian sel.
• Perubahan DNA pada germ sel dapat berpengaruh terhadap generasi berikutnya, tidak seperti pada sel somatik yang hanya berpengaruh pada sel yang bersangkutan.

Efek Radiasi pada kromosom :

• Perubahan dalam DNA terefleksi pada kromosom, tetapi karena perubahan DNA bersifat diskrit, maka tidak selalu menimbulkan perubahan struktural pada kromosom.
• Putusnya kromosom tampak selama mitosis, terutama pada metaphase dan anphase, dapat terjadi pada sel somatik maupun germ sel (meiosis)
• Perubahan struktural kromosom dapat terjadi sebagai aksi langsung maupun tidak langsung.
• Mitosis adalah proses reprosuksi selular pada sel somatik dimana satu parent sel membelah menjadi dua sle anak dengan jumlah kromosom yang sama dan DNS yang terkandung juga sama dengan parent selnya. terdiri dari 4 fase : profase, metafase, anafase dan telofase.
• Meiosis adalah proses pembelahan sel pada germ sel, terdiri dari dua pembelahan sel tetapi hanya terjadi satu kali replikasi DNA. Hasilnya adalah 4 gametocyt yang masing-masing mengandung setengah dari jumlah kromosom yang ada pada sel somatik.

Radiasi dapat menimbulkam perubahan :

1. Single break pada satu kromosom atau kromatid
2. Single break pada sebagian kromosom atau kromatid
3. Dua atau lebih patah pada kromosom atau kromatid yang sama
4. Kromosom mengalami penggumpalan.

Single Breaks

• Bagian atas adalah radiasi mengenai sebuah kromosom normal.
• Bagian tengah, radiasi dapat menyebabkan patahan pada sebuah arm kromosom
• Dapat membaik seperti keadaan semula. dan proses ini disebut dengan RESTITUSI.

• Bentuk asentrik dan disentrik dan disentrik kromosom yang terjadi dari single break pada satu arm kromosom, yang tidak mengalami restitusi sebelum replikasi DNA

• Fragmen disentrik dan asentrik tergambar sbb: fragmen disentrik ikut dalam mitosis tetapi berada pada posisi yang berlawanan sehingga patah lagi, sedangkan fragmen asentrik tidak masuk dalam kumparan mitosis, sehingga mengakibatkan hilagnya informasi genetik.

Double Breaks

• Dua patahan terjadi pada arm yang sama pada sebuah kromosom.
• Akibatnya : A. DELESI pada fragmen antara dua patahan. B. INVERSI fragmen yang diilustrasikan dengan perubahan posisi pada garis patahan.

• Radiasi terjadi pada kedua arm kromoso, kemungkinan yang terjadi adalah patahnya masing-masing arm tersebut.. Fragmen yang ada centromernya akan berubah menjadi : A. INVERSI, B. Kedua arm bergabung membentuk sebuah cincin. fragmen yang lain bergabung menjadi fragmen asentrik.

Efek Genetik, Somatik, Stokastik dan Non Stokastik :

1. Efek genetik (Efek Pewarisan) : dirasakan oleh keturunan.
2. Efek Somatik : dirasakan langsung oleh bersangkutan.
3. Efek Stokastik : kebolehjadian timbulnya merupakan fungsi dosis radiasi dan tidak ada dosis ambang.
4. Efek Non Stokastik (Deterministik) : kualitas keparahan menurut dosis dan timbulnya bila dosis ambang dilampaui.

Efek Stokastik

• Tidak mengenal dosis ambang.
• Peluang terjadi sebanding dengan dosis.
• Timbul setelah melalui masa tenang yang lama.
• Keparahannya tidak tergantung pada dosis radiasi.
• Tidak ada penyembuhan spontan.
• Contoh : Kanker, Leukimia (efek somatik) dan penyakit keturunan (efek genetik).

Efek Non Stokastik (Deterministik)

• Somatik
• Memiliki dosis ambang.
• Timbul beberapa saat setelah terkena radiasi.
• Keparahan nya tergantung pada dosis radiasi.
• Contoh : luka bakar, sterilitas (kemandulan), katarak, kelainan kengenital (setelah iradiasi dalam rahim).

Efek Biologi Pada Sistem, Organ, Jaringan :

1. Darah dan sumsum tulang merah, efek nya :

• Penurunan jumlah sel darah putih.
• Kerusakan permanen sel darah merah (kematian)
• Kecenderungan pendarahan dan infeksi.
• Anemia dan kurang hemoglobin.
• Leukimia sumsum tulang (stokastik).

2. Saluran pencernaan makanan

• Kerusakan saluran pencernaan makanan (gejala, mual,muntah, gangguan pencernaan, diare)
• Kematian (dehidrasi parah)
• Stokastik : kanker pada epitel slauran pencernaan.

3. Organ Reproduksi

• Somatik non stokastik : sterilitas
• Genetik stokastik

4. Sistem Syaraf

• Tahap radiasi
• Kematian karena kerusakan sistem syaraf (dosis puluhan Sv)

5. Mata 

• Lensa mata peka terhadap radiasi 
• Somatik non stokastik : katarak (dosis diatas 1,5 Sv)

6. Kulit 

• Somatik nonstokastik : kemerahan, luka bakar, kematian jaringan.
• Stokastik : kanker kulit.

7. Tulang

• Sumsum tulang dan selaput dalam/luar tulang peka terhadap radiasi
• Somatik stokastik : kanker sel epitel selaput tulang.

8. Kel. gondok : Mudah rusak akibat kontaminasi internal I radioaktif.

9. Paru-paru : Rusak akibat gas uap, partikel, aerosol radioaktif.

10. Hati dan ginjal : relatif tahan terhadap radiasi.

Penyakit Akibat Radiasi

1. Radiodermatitis

• Peradangan kulit akibat penyinaran lokal dosis tinggi (diatas 3 Sv)
• Kemerahan pada kulit, masa tenang 3 minggu

2. Katarak

• Kerusakan mata, diatas 1,5 Sv
• Masa tenang 5-10 th

3. Sterilitas

• Penyinaran pada kel. kelamin (0,15 Sv)
• Pengurangan kesuburan : kemandulan

4. Sindroma radiasi akut

• Penyinaran seluruh tubuh (lebih 1 Gy) sekaligus, laju dosis cukup tinggi, daya tembus besar.
• Mual, muntah, demam, rasa lelah, sakit kepala, diare, diikuti masa tenang 2-3 mgg.
• Nyeri perut, diare, pendarahan, anemi, infeksi : kematian.
• Sindroma hemapoetik (>2 Sv)
• berpengaruh pada semua organ
• kepekaan organ berbeda, respon berbesa
• Sindroma gastro Intestinal (>10 Sv)
• gejala sama ditambah diare (>30 Sv)
• Sindroma sistem syaraf pusat (>30 Sv)
• tidak sadar
• dapat terjadi kematian

Efek Teratogenik (Cacat karena janin teriradiasi)

Usia janin

<15 hari : kematian janin

15-50 hari : kelainan bawaan/cacat

>50 hari : gangguan pertumbuhan