Arsenik dapat dikelompokkan menjadi tiga, yaitu arsenik organik, anorganik, dan dalam bentuk gas (arsine). Arsenik anorganik lebih beracun dibanding bentuk organik. Berdasarkan valensi atau muatan senyawa, arsenik anorganik dibagi menjadi arsenik trivalen dan pentavalen.[2]

Efek toksik dari arsenik anorganik terutama disebabkan oleh inaktivasi hingga 200 enzim yang terlibat dalam jalur energi seluler, dan sintesis serta perbaikan deoxyribonucleic acid (DNA).  Arsenik trivalen mengakibatkan penurunan produksi asetil koenzim A (asetil-KoA) dan suksinil koenzim A (suksinil-KoA), gangguan glukoneogenesis, dan fosforilasi oksidatif.[5]

Arsenik pentavalen meniru ion fosfat anorganik, dan menggantikan fosfat dalam jalur glikolisis dan respirasi seluler. Hal tersebut mengakibatkan hilangnya ikatan fosfat berenergi tinggi, gangguan konversi adenosin difosfat (ADP) menjadi adenosin trifosfat (ATP), dan penurunan respirasi mitokondria.[2,5,11]

Pada keracunan arsenik, terjadi stres oksidatif yang menyebabkan peningkatan ROS secara berlebihan sehingga mengganggu pertumbuhan, perbaikan, proliferasi, dan diferensiasi sel. Mekanisme tersebut berujung pada kerusakan struktural lipid, karbohidrat, DNA, dan protein. Pada akhirnya, terjadi disfungsi mitokondria, disfungsi sistem pertahanan antioksidan, dan perubahan sekresi hormon.[7–9]

Sebagian besar arsenik anorganik diekskresikan dalam urin dan sisanya diekskresikan melalui tinja. Senyawa arsenik organik yang tertelan mengalami metabolisme terbatas, tidak masuk ke dalam sel, dan biasanya diekskresikan tanpa perubahan melalui urine.[12]

Patofisiologi Keracunan Arsenik akibat Inhalasi Arsine

Arsine atau gas arsenik dihasilkan melalui berbagai cara, antara lain ketika senyawa arsenik trioksida dipanaskan atau bersentuhan dengan asam atau asap asam, ketika hidrogen bereaksi dengan arsenik anorganik, atau ketika air bereaksi dengan arsenida logam.[2]

Arsenik dalam batubara dapat diubah menjadi arsine pada proses konversi batubara menjadi gas. Kebanyakan kasus inhalasi arsine terkait dengan penggunaan asam dan logam mentah yang mengandung arsenik.[2,5]

Arsine sangat mudah diserap melalui paru-paru dan permukaan mukosa saluran pernapasan serta mudah larut dalam cairan tubuh. Setelah diabsorpsi di paru-paru, arsine masuk ke sel darah merah dan menyebabkan hemolisis, serta mengganggu transpor besi. Aktivitas hemolisis dari arsine diduga karena kerusakan oksidatif pada sel darah merah.[2,5]

Gangguan transportasi oksigen dan trombosis kapiler dengan sisa-sisa seluler menyebabkan kerusakan multiorgan, termasuk gagal ginjal (arsine sendiri juga merupakan nefrotoksin), gagal jantung, gagal napas, gagal hati, dan komplikasi neurologis.[2,5]

Patofisiologi Keracunan Arsenik pada Organ

Efek toksik arsenik terutama memengaruhi saluran pencernaan, jantung, ginjal, dan otak. Arsenik memiliki efek toksik langsung pada sel endotel dengan meningkatkan permeabilitas pembuluh darah kecil. Sebagian besar tanda klinis, seperti gangguan gastrointestinal dan henti jantung/pernapasan, dilaporkan sebagai cedera kapiler akibat vasodilatasi, transudasi plasma, dan syok ketika senyawa arsenik yang langsung mencapai banyak organ.[8,9]

Sifat korosif arsenik menyebabkan gastroenteritis berat dengan gejala sakit perut yang hebat, muntah, dan diare “air beras”. Arsenik menyebabkan perdarahan dan transudasi kapiler ke mukosa gastrointestinal melalui pembentukan vesikel. Ketika vesikel pecah ke dalam saluran pencernaan, terjadi produksi “air beras”, diare berdarah, dan muntah. Perdarahan berlebihan dapat membahayakan sirkulasi dan menyebabkan penurunan tekanan darah progresif.[3,5,6]

Eliminasi arsenik melalui ginjal memungkinkan akumulasi arsenik dalam ginjal, yang dapat menyebabkan hemolisis, proteinuria, nekrosis tubular akut, dan malfungsi tubulus yang berkelanjutan.[8,9]

Arsenik dapat menembus sawar darah otak dan menyebabkan ensefalopati, sakit kepala, lesu, delirium, halusinasi, kejang, atau koma. Cedera hepatoseluler setelah paparan akut arsenik anorganik jarang terjadi, tetapi infiltrasi lemak hati, nekrosis sentral, dan sirosis hepatik dapat terjadi.[2,7]

Pada sistem pernapasan, dapat terjadi acute respiratory distress syndrome (ARDS) dan gagal napas akibat kelemahan otot pernapasan setelah menelan arsenik. Sedangkan inhalasi arsenik dapat menyebabkan iritasi saluran pernapasan.[2]

Efek tertunda dari menelan arsenik antara lain penekanan sumsum tulang (anemia, leukopenia, dan pansitopenia), neuropati perifer, ensefalopati, disritmia, dan timbul garis horizontal berwarna putih pada kuku yang disebut Mee’s lines.[2,4]