MAKALAH RESPIRATORY

9.2 RESPIRATORY SYSTEM

In discussing toxic responses of the respiratory system, it is important to make a distinction between the respiratory system as an entryway for toxic substances, referred to as inhalationtoxicology , and the respiratory system adversely affected by toxicants, referred to as respiratorytract toxicology . The term pulmonary refers to lungs. Generally, toxicants that adversely affect the respiratory system are those that have been inhaled, including such well-known substances as asbestos, chromate, and silica. However, it is possible for systemic poisons transported from elsewhere in the body to act as respiratory system toxicants. One interesting possibility that has been suggested is lung cancer caused by the diol epoxide of benzo(a)pyrene (see Figure 7.3), which is formed by inhalation of benzo(a)pyrene, converted to the ultimate carcinogen in the liver, and transported back to the lung, where cancer develops.

A highly simplified outline of the respiratory system is shown in Figure 6.4. The function of the respiratory system is to exchange gases with ambient air, taking oxygen from inhaled air into blood and releasing carbon dioxide from respiration back to air that is exhaled. As shown in Figure 6.4, air enters through the nose and travels through the pharynx, trachea, and bronchi, reaching the small sacs in the lung called alveoli, where gas exchange with blood occurs. The alveoli have walls that are as thin as a single cell and highly susceptible to damage; they constitute the alveolar–capillary barrier across which gases are exchanged. A large variety of potentially toxic substances enter with incoming air, including air pollutant particles and gases, disease-causing bacteria and viruses, and airborne allergens, such as pollen. Volatile substances are expelled with exhaled air, and the respiratory tract has mechanisms to eliminate solid and liquid particles and residues from respiratory tract infections.

The respiratory tract may suffer from a variety of ailments that can result from exposure to toxicants. A common one of these is acute or chronic bronchitis , manifested by inflammation of the membrane lining of the bronchial tubes, which can be caused by toxicants or by infections. Emphysema , the bane of aging heavy smokers, is the result of abnormal enlargement and loss of elasticity of pulmonary air spaces, resulting in difficulty in breathing. Interstitial disorders, predominantly pulmonary fibrosis , in which excess fibrous connective tissues develop in the lungs can result from exposure to toxicants. Often indicative of acute lung injury, pulmonary edema is the accumulation of fluid in the lungs; in severe cases, the subject literally drowns from those fluids. And, of course, lung cancer is a major concern with exposure to some kinds of toxicants.

A common toxic effect to the lung is the result of oxidative burden .3Oxidative burden occurs as the result of active oxidants, especially free radicals that are generated by a variety of toxic agents and the action of lung defense cells. Ozone, O3, the air pollutant most commonly associated with photochemical smog, is a particularly active oxidant in polluted air, and smog contains other oxidants as well. NO2, also associated with photochemical smog and polluted air, contributes to the oxidative burden. Much of the oxidative damage to lungs is probably done by free radicals, such as hydroxyl radical, HO·, and superoxide ion, O·– , which initiate and mediate oxidative chain reactions. Lungs of animals exposed to oxidants have shown elevated levels of enzymes that scavenge free radicals, providing evidence for their role in oxidative damage. There is evidence to suggest that lung cells damaged by toxicants release species that convert lung O2 to reactive superoxide anion, O2·– .

Lungs are subject to both acute and chronic injury from toxicants. A common manifestation of acute injury is pulmonary edema, in which liquid exudes into lung alveoli and other lung cavities, increasing the alveolar–capillary barrier and making breathing more difficult. Among the toxicants that cause pulmonary edema are ozone, phosgene (COCl2), and perchloroethylene (C2Cl4).

There are several major types of chronic lung disorders that can be caused by exposure to toxicants. A common symptom of chronic lung damage is chronic bronchitis. Among the toxicants that cause this condition are ammonia, arsenic, cotton dust (brown lung disease), and iron oxide from exposure to welding fumes.

 Lung fibrosis occurs with a buildup of fibrous material inside lung cavities. The fibers are rich in collagen, the tough, fibrous protein that gives strength to bone and connective tissue. Chronic fibrosis can result from pulmonary exposure to aluminum dust, aluminum abrasives, chromium(VI), coal dust, kaolin clay dust, ozone, phosgene, silica, and finely divided mineral talc.

Snider et al. have defined emphysema as “a condition of the lung characterized by abnormal enlargement of the air spaces distal to the terminal bronchiole, accompanied by destruction of the walls without obvious fibrosis.”4 Emphysema is characterized by enlarged lungs that do not expel air adequately and do not exchange gases well. Cigarette smoke is the overwhelming cause of emphysema. Inhalation of aluminum abrasives and cadmium oxide fumes can also cause emphysema.

 Lung cancer is the best-known example of cancer caused by exposure to a toxicant, in this case cigarette smoke. As much as 90% of lung cancers are the result of exposure to tobacco smoke. The latency period for the development of lung cancer from this source is usually at least 20 years and may range up to 40 years or longer. Inhalation of other agents can cause lung cancer, although they are usually associated with synergistic effects from cigarette smoke. The most well establishedof these are asbestos and radon gas, a radioactive alpha particle emitter.

9.2 SISTEM PERNAPASAN

Dalam membahas tanggapan beracun dari sistem pernapasan , adalah penting untuk membuat perbedaan antara sistem pernapasan sebagai pintu masuk untuk zat beracun , disebut sebagai inhalasi toksikologi, Dan sistem pernapasan dipengaruhi oleh toxicants , disebut sebagai pernafasan saluran toksikologi. Istilah paru mengacu pada paru-paru . Umumnya , toxicants yang mempengaruhi sistem pernapasan adalah mereka yang telah dihirup , termasuk seperti zat dikenal sebagai asbes ,kromat , dan silika . Namun, adalah mungkin untuk racun sistemik diangkut dari tempat lain dalam tubuh untuk bertindak sebagai toxicants sistem pernapasan . Salah satu kemungkinan menarik yang memiliki disarankan adalah kanker paru-paru yang disebabkan oleh epoksida diol dari benzo ( a) pyrene ( lihat Gambar 7.3 ) , yang dibentuk oleh inhalasi benzo ( a) pyrene , dikonversi ke karsinogen utama dalam hati , dandiangkut kembali ke paru-paru , di mana kanker berkembang .Sebuah garis yang sangat sederhana dari sistem pernapasan ditunjukkan pada Gambar 6.4 . Fungsi sistem pernapasan adalah untuk bertukar gas dengan udara ambien , mengambil oksigen dari udara yang dihirup ke dalam darah dan melepaskan karbon dioksida dari respirasi kembali ke udara yang dihembuskan . Seperti ditunjukkan dalamGambar 6.4 , udara masuk melalui hidung dan perjalanan melalui faring , trakea , dan bronkus ,mencapai kantung kecil di paru-paru yang disebut alveoli , di mana pertukaran gas dengan darah terjadi . itu alveoli memiliki dinding yang setipis sel tunggal dan sangat rentan terhadap kerusakan ; mereka merupakan penghalang alveolar -  kapiler di mana gas dipertukarkan . Berbagai besar berpotensi beracunzat masuk dengan udara yang masuk , termasuk partikel polutan udara dan gas , penyebab penyakitbakteri dan virus , dan udara alergen , seperti serbuk sari . Zat volatil dikeluarkan dengandihembuskan udara , dan saluran pernapasan memiliki mekanisme untuk menghilangkan partikel padat dan cair danresidu dari infeksi saluran pernapasan .

Saluran pernapasan mungkin menderita berbagai penyakit yang dapat hasil dari paparantoxicants . Sebuah umum salah satunya adalah akut atau kronisbronkitis, Diwujudkan dengan peradangan  lapisan membran saluran bronkial , yang dapat disebabkan oleh racun atau infeksi .empisema, Kutukan dari penuaan perokok berat , adalah hasil dari pembesaran abnormal dan hilangnya elastisitas ruang udara paru , mengakibatkan kesulitan bernapas . Gangguan interstisial , terutama fibrosis paru, Di mana kelebihan jaringan ikat fibrosa berkembang di paru-parudapat hasil dari paparan toxicants .Seringkali indikasi cedera paru-paru akut ,edema paru adalah akumulasi cairan di paru-paru ; dalam kasus yang parah , subjek benar-benar tenggelam dari cairan tersebut .Dan, tentu saja ,kanker paru-paru merupakan perhatian utama dengan paparan beberapa jenis toxicants .

Sebuah efek toksik umum untuk paru-paru merupakan hasil dari beban oksidatif.³Beban oksidatif terjadi sebagai hasil dari oksidan aktif, terutama radikal bebas yang dihasilkan oleh berbagai beracunagen dan tindakan sel pertahanan paru-paru . Ozon, O3, Polutan udara yang paling sering dikaitkan dengan asap fotokimia , adalah oksidan sangat aktif di udara tercemar , dan asap mengandung lainnya oksi dan juga.NO2, Juga terkait dengan kabut asap fotokimia dan polusi udara , memberikan kontribusi untukbeban oksidatif . Sebagian besar kerusakan oksidatif pada paru-paru mungkin dilakukan oleh radikal bebas ,seperti radikal hidroksil , HO · , dan ion superoksida , O^_. , Yang memulai dan memediasi rantai oksidatifreaksi . Paru-paru hewan terpapar oksidan telah menunjukkan peningkatan kadar enzim yang mengikat radikal bebas , memberikan bukti untuk peran mereka dalam kerusakan oksidatif . Ada bukti untukmenunjukkan bahwa sel-sel paru-paru yang rusak akibat racun melepaskan spesies yang mengkonversi paru-paru  O₂ untuk reaktifanion superoksida , O₂^_ . 

Paru-paru tunduk pada kedua cedera akut dan kronis dari toxicants . Manifestasi umum daricedera akut adalah edema paru , di mana cairan memancarkan ke alveoli paru-paru dan rongga paruparu lainnya ,meningkatkan penghalang  alveolar - kapiler dan membuat bernapas lebih sulit . Di antara toxicantsyang menyebabkan edema paru adalah ozon , fosgen ( COCl₂) , Dan perkloroetilena ( C2Cl₄) .

Ada beberapa jenis utama dari gangguan paru-paru kronis yang dapat disebabkan oleh paparantoxicants . Gejala umum dari kerusakan paru-paru kronis adalah bronkitis kronis . Di antara toxicants Penyebab kondisi ini adalah amonia , arsenik , debu kapas ( penyakit paru-paru coklat ) , dan oksida besidari paparan asap las .

Fibrosis paru-paru terjadi dengan penumpukan bahan berserat dalam rongga paru-paru . Serat kayakolagen , tangguh , protein berserat yang memberikan kekuatan untuk tulang dan jaringan ikat . kronisfibrosis dapat terjadi karena terpapar paru debu aluminium , abrasive aluminium , kromium ( VI ) ,debu batubara , debu tanah liat kaolin , ozon , fosgen , silika , dan halus dibagi bedak mineral .

Snider et al . telah menetapkan emfisema sebagai " suatu kondisi paru-paru ditandai dengan normalpembesaran ruang udara distal ke bronchiole terminal , disertai kerusakandinding tanpa fibrosis yang jelas . "⁴Emfisema ditandai dengan paru-paru membesar yang tidak mengusirudara memadai dan tidak bertukar gas dengan baik . Asap rokok adalah penyebab besar dariemfisema . Menghirup abrasivealuminium dan kadmium oksida asap juga dapat menyebabkan emfisema .

Kanker paru-paru adalah contoh paling terkenal dari kanker yang disebabkan oleh paparan terhadap racun , dalam hal iniasap rokok . Sebanyak 90 % dari kanker paru-paru adalah hasil dari paparan asap tembakau . itumasa laten bagi perkembangan kanker paru-paru dari sumber ini biasanya setidaknya 20 tahun danbisa berkisar hingga 40 tahun atau lebih . Menghirup agen lainnya dapat menyebabkan kanker paru-paru , meskipun mereka biasanya berhubungan dengan efek sinergis dari asap rokok . Yang paling mapanini adalah asbes dan gas radon , radioaktif emitor partikel alpha .