Bak kata pepatah, malang tidak berbau. Di zaman moden ini, malang bukan sahaja tidak berbau,  malang itu tidak berbau, tidak boleh dilihat dengan mata kasar, tidak boleh disentuh, tetapi auranya, sungguh memudaratkan!

Artikel ini mengupas ancaman kesihatan akibat kesan pencemaran logam berat di udara.

Pengenalan

Logam berat tergolong dalam kumpulan bahan pencemar tak organik yang tidak boleh didegrasi secara biologi dengan jisim atomik melebihi 20 dan ketumpatan melebihi 5 g/cm³.

Logam berat terbahagi kepada dua jenis iaitu logam berat perlu (Cu, Fe, Mg, Mn, Mo, Ni dan Zn) yang berperanan sebagai sumber mikronutrien kepada persekitaran dan juga logam berat tidak perlu (As, Ag, Cd, Co, Cr, Hg, Pb, Se dan Sb) yang tidak mempunyai fungsi biologi dan fisiologi.

Kajian lepas melaporkan kepentingan logam berat perlu dalam struktur enzim dan protein.

Namun, logam berat ini diperlukan dalam kuantiti yang sedikit sahaja bagi tujuan pertumbuhan, metabolisme, dan aktiviti sel. Peningkatan kepekatan kedua-dua logam berat perlu dan logam berat tidak perlu dalam sistem selular secara berlebihan akan mengganggu dan merencat pertumbuhan organisma.

Kajian Zengin & Munzuroglu (2005) mengaitkan peningkatan kandungan logam berat dengan peningkatan spesis reaktif oksigen (ROS) seperti radikal superoksida bebas (O.), radikal hidroksil bebas (OH.) atau spesis bukan radikal bebas dalam bentuk molekul seperti O₂ dan H₂O₂.

Keadaan ini akan menyebabkan gangguan fisiologi seperti pengoksidaan protein dan lipid, serangan oksidatif DNA, ketidakseimbangan redoks dalam sel, kemusnahan strukur sel, seterusnya mengakibatkan kematian sel dan organisma.

Sumber Logam Berat

Logam berat di persekitaran datang daripada sumber alam semulajadi dan aktiviti manusia (antropogenik).

Aktiviti gunung berapi, hakisan tanah, dan hujan meteor merupakan antara punca logam berat dari alam semulajadi.

Bagi sumber antropogenik, logam berat berkemungkinan berpunca daripada aktiviti perlombongan, penggunaan baja, racun serangga, asap kenderaan dan asap kilang.

Sumber antropogenik bagi beberapa contoh logam berat adalah seperti berikut:

• Arsenik: Racun serangga, bahan pengawet
• Kadmium: Cat, pigmen, penstabil plastik, baja
• Kromium: Industri keluli, asap kenderaan
• Kuprum: Racun serangga, baja
• Merkuri: Perlombongan emas, pembakaran arang, barangan kosmetik
• Nikel: Peralatan dapur, instrumen pembedahan, aloi, bateri kereta
• Plumbum: Racun serangga, pembakaran petrol, penghasilan bateri

Ketoksikan Logam Berat

Imej via Bidadari

Jozefczak et al. (2012) mengelaskan ketoksikan logam berat kepada dua jenis iaitu logam aktif-redoks (Cr, Cu, Fe dan Mn) dan logam tidak aktif-redoks (Cd, Hg, Ni dan Zn).

Logam aktif-redoks menyebabkan degradasi oksidatif secara langsung pada peringkat selular manakala logam tidak aktif-redoks mengakibatkan tekanan oksidatif secara tidak langsung melalui mekanisme rencatan enzim dan protein. Kesan ketoksikan beberapa logam berat pada peringkat selular tumbuhan dibincangkan seperti berikut:

Kromium (Cr)

Cr merupakan logam tidak perlu yang akan menjadi agen ketoksikan bagi perkembagan sesuatu organisma. Dalam tumbuhan, Cr banyak dijumpai dalam bentuk trivalen, Cr³⁺ dan heksavalen Cr^6+.

Kehadiran unsur Cr dalam tanah akan mengganggu nilai pH tanah yang menyukarkan resapan nutrien dari tanah pada keadaan pH yang tidak stabil. Sousa et al. (2018) melaporkan kesan perkembangan biji benih, daun, dan batang pokok yang terbantut pada kepekatan Cr yang tinggi.

Ketoksikan Cr juga menghalang pembahagian sel pada akar dan memendekkan pemanjangan akar. Kesannya, serapan air dan nutrien yang diperlukan akan berkurangan sebagaimana yang dilaporkan oleh Fozia et al. (2008) dalam kajian kesan kepekatan Cr terhadap pemanjangan akar pokok bunga matahari (Helianthus annuus L.).

Kuprum (Cu)

Cu adalah mikronutrien yang diperlukan dalam aktiviti fisiologi sel sebagai mangkin tindak balas redoks dalam mitokondria, kloroplas, dan sitoplasma serta pembawa elektron untuk respirasi sel.

Cu diserap oleh tumbuhan dalam keadaan pengoksidaan Cu²⁺ melalui sistem akar.

Pada kepekatan yang tidak optimal bagi sesuatu spesis, ketoksikan Cu boleh menyebabkan kerosakan sel dan mengganggu aktiviti pembaikpulihan sel.

Mediouni et al. (2006) mendapati kandungan Cu yang tinggi telah mengurangkan penghasilan biojisim pokok tomato disebabkan aktiviti fotosintesis yang terganggu.

Mangan (Mn)

Mn adalah mikronutrien yang diperlukan bagi tujuan fotosintesis, respirasi, dan biosintesis enzim dalam keadaan pengoksidaan Mn²⁺.

Simptom ketoksikan Mn dalam tumbuhan dapat dilihat dengan lebih jelas pada bahagian aerial pokok disebabkan kecenderungan mobiliti oleh Mn daripada akar ke bahagian lain pokok pada keadaan persekitaran yang tercemar

Namun, ketoksikan Mn adalah bergantung kepada spesis tumbuhan, usia pokok, suhu dan pendedahan cahaya matahari. Kesan ketoksikan Mn boleh dikaitkan dengan perubahan struktur daun yang lebih layu, bertompok hitam, dan kerekot (crinkled) disebabkan kandungan CO₂ yang terlampau sedikit akibat pengoksidaan dengan Mn.

Nikel (Ni)

Ni diperlukan dalam kuantiti yang sedikit dalam tumbuhan kecil dan pokok tinggi sebagai agen percambahan biji benih dengan pengaktifan enzim urease dan metabolisme nitrogen.

Ni²⁺ merupakan keadaan divalen bagi Ni yang paling stabil di persekitaran dan sistem biologi.

Perkembangan tumbuhan akan terganggu pada kepekatan Ni yang tinggi apabila aktiviti pengaktifan enzim berlaku dengan kerap dan mengganggu proses hidrolizasi penyimpanan makanan dalam biji benih.

Al Qurainy (2009) melaporkan pengurangan luas kawasan daun dan penurunan ketinggian pokok kacang hijau pada kepekatan Ni yang tinggi.

Zink (Zn)

Zn adalah logam berat perlu yang bertanggungjawab dalam kestabilan dan regulasi DNA dan RNA dalam sel. Zn juga diperlukan sebagai konstituen enzim seperti oksidoreduktase, transferase, dan ribosom.

Ion Zn²⁺ diserap oleh pokok melalui tanah dan serapannya dipengaruhi oleh jenis tanah, kandungan jirim organik dalam tanah, nilai pH tanah dan jumlah garam dalam substrat tanah.

Kepekatan Zn yang tinggi akan menyebabkannya dominan tanpa fungsi selular berbanding logam lain yang diperlukan.

Fenomena klorosis dalam daun disebabkan kekurangan Mn dan Fe adalah kerana kepekatan Zn yang lebih tinggi.

Selain itu, ketoksikan Zn menyebabkan pigmen fotosintesis berkurangan dan kesan genotoksik terhadap tumbuhan yang menjejaskan kualiti pertumbuhan pokok.

Kesan Kesihatan

Imej via Bidadari

Logam berat yang berbeza juga memberikan kesan kesihatan yang berbeza kepada manusia khususnya.

Dixit et al. (2015) telah mengulas beberapa kesan negatif logam berat terhadap kesihatan manusia sebagaimana dilampirkan seperti berikut:

• Agentum (perak): Masalah pernafasan, kesakitan abdomen, kerengsaan tekak
• Arsenik: Mengganggu sintesis ATP dan proses selular
• Barium: Masalah pernafasan, tekanan darah tinggi, gangguan ritma jantung
• Kadmium: Mutagenik, karsinogenik, tulang rapuh
• Kromium: Keguguran rambut
• Kuprum: Kerosakan otak dan buah pinggang, anemia, kerengsaan usus dan perut
• Merkuri: Penyakit autoimun, kemurungan, insomnia, pitam, tremor, kegagalan paru-paru dan buah pinggang
• Nikel: Alahan kulit, kanser paru-paru, sinus, masalah kesuburan
• Plumbum: Merencat perkembangan kanak-kanak, masalah pembelajaran, risiko penyakit kardiovaskular
• Selenium: Mengganggu fungsi endokrin, ketoksikan hepa
• Zink: Pening, pitam

Rujukan

1. Al-Qurainy, F. 2009. Toxicity of heavy metals and their molecular detection on Phaseolus vulgaris (L.). Australian Journal of Basic and Applied Sciences 3(3): 3025-3035.
2. Dixit, R., Malaviya, D., Pandiyan, K., Singh, U., Sahu, A., Shukla, R., & Paul, D. 2015. Bioremediation of heavy metals from soil and aquatic environment: an overview of principles and criteria of fundamental processes. Sustainability 7(2): 2189-2212.
3. Fozia, A., Muhammad, A. Z., Muhammad, A., & Zafar, M. K. 2008. Effect of chromium on growth attributes in sunflower (Helianthus annuus L.). Journal of Environmental Sciences 20(12): 1475-1480.
4. Jozefczak, M., Remans, T., Vangronsveld, J., & Cuypers, A. 2012. Glutathione is a key player in metal-induced oxidative stress defenses. International Journal of Molecular Sciences, 13(3): 3145-3175.
5. Mediouni, C., Benzarti, O., Tray, B., Ghorbel, M. H., & Jemal, F. 2006. Cadmium and copper toxicity for tomato seedlings. Agronomy for Sustainable Development 26(4): 227-232.
6. Sousa, R. S. D., Nunes, L. A. P. L., Lima, A. B. D., Melo, W. J. D., Antunes, J. E. L., & Araujo, A. S. F. D. 2018. Chromium accumulation in maize and cowpea after successive applications of composted tannery sludge. Acta Scientiarum Agronomy 40.
7. Zengin, F. K., & Munzuroglu, O. 2005. Effects of some heavy metals on content of chlorophyll, proline and some antioxidant chemicals in bean (Phaseolus vulgaris L.) seedlings. Acta Biologica Cracoviensia Series Botanica 47(2): 157-164.