Praktikum Farmakologi: Metabolisme Obat

I.            TUJUAN

Mempelajari pengaruh beberapa senyawa kimia terhadap enzimpemetabolisme obat dengan mengukur efek farmakologinya

II.         DASAR TEORI

Metabolisme atau biotransformasi adalah reaksi perubahan zat kimia dalam jaringan biologi yang dikatalis oleh enzim menjadi metabolitnya. Jumlah obat dalam tubuh dapat berkurang karena proses metabolisme dan ekskresi. Hati merupakan organ utama tempat metabolisme obat. Ginjal tidak akan efektif mengeksresi obat yang bersifat lipofil karena mereka akan mengalami reabsorpsi di tubulus setelah melalui filtrasi glomelurus. Oleh karena itu, obat yang lipofil harus dimetabolisme terlebih dahulu menjadi senyawa yang lebih polar supaya reabsorpsinya berkurang sehingga mudah diekskresi.

            Proses metabolisme terbagi menjadi beberapa fase, fase I merubah senyawa lipofil menjadi senyawa yang mempunyai gugus fungsional seperti OH, NH₂, dan COOH. Ini bertujuan agar senyawa lebih mudah mengalami proses perubahan selanjutnya. Hasil metabolisme fase I mungkin mempengaruhi efek farmakologinya. Metabolisme fase I kebanyakan menggunakan enzim sitokrom P₄₅₀ yang banyak terdapat di sel hepar dan GI. Enzim ini juga berperan penting dalam memetabolisme zat endogen seperti steroid, lemak dan detoksifikasi zat eksogen. Namun demikian, ada juga metabolisme fase I yang tidak menggunakan enzim sitokrom P₄₅₀, seperti pada oksidasi katekolamin, histamine dan etanol.

            Reaksi fase II atau reaksi konjugasi terjadi jika zat belumcukup polar setelah mengalami metabolisme fase I, ini terutama terjadi pada zat yang sangat lipofil. Konjugasi ialah reaksi penggabungan antara obat dengan zat endogen seperti asam glukoronat, asam sulfat, asam asetat dan asam amino. Hasil reaksi konjugasi berupa zat yang sangat polar dan tidak aktif secara farmakologi. Glukoronidasi adalah reaksi konjugasi yang paling umum dan paling penting dalam ekskresi dan inaktifasi obat.

            Untuk obat yang sudah mempunyai gugus seperti OH, NH_2, SH dan COOH mungkin tidak perlu mengalami reaksi fase I untuk dimetabolisme fase II. Dengan demikian tidak semua zat mengalami reaksi fase I terlebih dahulu sebelum reaksi fase II. Bahkan zat dapat mengalami metabolisme fase II terlebih dahulu sebelum mengalami metabolisme fase I.  (Mycek,2001)

Metabolisme obat terutama terjadi di hati,yakni di membran endoplasmic reticulum(mikrosom)dan di cytosol.Tempat metabolisme yang lain (ekstra hepatik) adalah: dinding usus, Ginjal, Paru, Darah, Otak dan Kulit,juga di lumen kolon(oleh flora usus).

Tujuan metabolisme obat adalah mengubah obat yang non polar (larut lemak) menjadi polar (larut air)agar dapat diekskresikan melalui ginjal atau empedu.dengan perubahan ini obat aktif umumnya diubah menjadi inaktif.Tapi sebagian berubah menjadi lebih aktif(jika asalnya prodrug),kurang aktif,atau menjadi toksik.

Reaksi metabolisme yang terpenting adalah oksidasi oleh enzim cytocrome P450 (cyp)yang disebut juga enzim monooksigenase atau MFO (Mixed Fungtion Oxidase) dalam endoplasmic reticulum (mikrosom)hati.Interaksi dalam metabolisme obat berupa induksi atau inhibisi enzim metabolisme,terutama enzim cyp.

Induksi berarti peningkatan sistem enzim metabolisme pada tingkat transkripsi sehingga terjadi peningkatan kecepatan metabolisme obat yang menjadi substrat enzim yang bersangkutan.

Inhibisi enzim metabolisme berarti hambatan yang terjadi secara langsung dengan akibat peningkatan kadar substrat dari enzim yang dihambat juga terjadi secara langsung. (Mardjono,2007,hal 8)

Proses metabolisme dapat mempengaruhi aktivitas biologis,masa kerja,dan toksisitas obat.Oleh karena itu pengetahuan tentang metabolisme obat penting dalam studi.suatu obat dapat menimbulkan suatu respon biologis dengan melalui dua jalur,yaitu:

a.       Obat aktif setelah masuk melalui peredaran darah,langsuns berinteraksi dengan reseptor dan menimbulkan respon biologis.

b.      Pra-obat setelah masuk ke peredaran darah  mengalami proses metabolisme menjadi obat aktif,berinteraksi dengan reseptor dan menimbulkan respon biologis(bioaktivasi)

Secara umum tujuan metabolisme obat adalah mengubah obat menjadi metabolit tidak aktif dan tidak toksik(bioinaktivasi atau detoksifikasi),mudah larut dalam air dan kemudian diekskresikan dari tubuh.Hasil metabolit obat bersifat lebih toksik dibanding dengan senyawa induk(biootoksifikasi)dan ada pula hasilmetabolit obat yang mempunyai efek farmakologis berbeda dengan senyawa induk.contoh:Iproniazid,suatu obat perangsang system syaraf pusat,dalam tubuh di metabolis menjadi isoniazid yang berkhasiat sebagai antituberkolosis.

Faktor-faktor yang mempengarui metabolisme obat:

Metabolisme obat secara normal melibatkan lebih dari satu proses kimiawi dan enzimatik sehingga menghasilkan lebih dari satu metabolit.Jumlah metabolit ditentukan oleh kadar dan aktivitas enzim yang berperan dalam proses metabolisme.Kecepatan metabolisme dapat menentukan intensitas dan masa kerja obat.Kecepatan metabolisme ini kemungkinan berbeda-beda pada masing-masing individu.Penurunan kecepatan metabolisme akan meningkatkan intensitas dan memperpanjang masa kerja obat dan kemungkinan meningkatkan toksisitas obat.Kenaikan kecepatan metabolisme akan menurunkan intensitas dan memperpendek masa kerja obat sehingga obat menjadi tidak efektif pada dosis normal.

Faktor-faktor yang mempengaruhi metabolisme obat antara lain:

1.      Faktor Genetik atau keturunan

Perbedaan individu pada proses metabolisme sejumlah obat kadang-kadang terjadi dalam system kehidupan.Hal ini menunjukkan bahwa factor genetic atau keturunan ikut berperan terhadap adanya perbedaan kecepatan metabolisme obat.

2.      Perbedaan spesies dan galur

Pada proses metabolisme obat,perubahan kimia yang terjadi pada spesies dan galur kemungkinan sama atau sedikit berbeda,tetapi kadang-kadang ada perbedan uang cukup besar pada reaksi metabolismenya.

3.      Perbedaan jenis kelamin

Pada spesies binatang menunjukkan ada pengaruh jenis kelamin terhadap kecepatan metabolisme obat

4.      Perbedaan umur

Bayi dalam kandungan atau bayi yang baru lahir jumlah enzim-enzim mikrosom hati yang diperlukan untuk memetabolisme obat relatif masih sedikit sehingga sangat peka terhadap obat.

5.      Penghambatan enzim metabolisme

Kadang-kadang pemberian terlebih dahulu atau secara bersama-sama suatu senyawa yang menghambat kerja enzim-enzim metabolisme dapat meningkatkan intensitas efek obat,memperpanjang masa kerja obat dan kemungkinan juga meningkatkan efek samping dan toksisitas.

6.      Induksi enzim metabolisme

Pemberian bersama-sama suatu senyawa dapat meningkatkan kecepatan metabolisme obat dan memperpendek masa kerja obat.Hal ini disebabkan senyawa tersebut dapat meningkatkan jumlah atau aktivitas enzim metabolisme dan bukan Karena permeablelitas mikrosom atau adanya reaksi penghambatan.Peningkatan aktivitas enzim metabolisme obat-obat tertentuatau proses induksi enzim mempercepat proses metabolisme dan menurunkan kadar obat bebas dalam plasma sehingga efek farmakologis obat menurun dan masa kerjanya menjadi lebih singkat.

Induksi enzim juga mempengaruhi toksisitas beberapa obat karena dapat meningkatkan metabolisme dan metabolit reaktif.

Tempat metabolisme obat

Perubahan kimia obat dalam tubuh terutama terjadi pada jaringan-jaringan dan organ-organ seperti hati,ginjal,paru dan saluran cerna.Hati merupakan  organ tubuh tempat utama metabolisme obat oleh karena mengandung enzim-enzim metabolisme dibanding organ lain.Metabolisme obat di hati terjadi pada membrane reticulum endoplasma sel.Retikulum endoplasma terdiri dari dua tipe yang berbeda,baik bentuk maupun fungsinya.Tipe 1 mempunyai permukaan membran yang kasar,terdiri dari ribosom-ribosom yang tersusun secara khas dan berfungsi mengatur susunan genetik asam aminoyang diperlukan untuk sintesis protein.Tipe 2 mempunyai permukaan membran yang halus tidak mengandung ribosom.Kedua tipe ini merupakan tempat enzim-enzim yang diperlukan untuk metabolisme obat. Jalur umum metabolisme obat dan senyawa organik asing Reaksi metabolisme obat dan dan senyawa organic asing ada dua tahap yaitu:

1.      Reaksi fase I atau reaksi fungsionalisasi

2.      Reaksi fase II atau reaksi konjugasi.

Yang termasuk reaksi fase I adalah reaksi-reaksi oksidasi,reduksi,dan hi drolisis.tujuan reaksi ini adalah memasukkan gugus  fungsional tertentu yang besifat polar.

Yang termasuk reaksi fase II adalah reaksi konjugasi,metilasi dan asetilasi.Tujuan reaksi ini adalah mengikat gugus fungsional hasil metabolit reaksi fase I dengan senyawa endogen yamg mudah terionisasi dan bersifat polar,seperti asam glukoronat,sulfat,glisin dan glutamine,menghasilkan konjugat yang mudah larut dalam air.Hasil konjugasi yang terbentuk (konjugat) kehilangan aktivias dan toksisitasnya,dan kemudian di ekskresikan melalui urin.

Pada metabolisme obat,gambaran secara tepat system enzin yang bertanggungjawab terhadap proses oksidasi,reduksi,masih belum diketahui secara jelas.Secara umum diketahui bahwa sebagian besar reaksi metabolik akan melibatkan prpses oksidasi.Proses ini memerlukan enzim sebagai kofaktor,yaitu bentuk tereduksi dari nikotinamid-adenin-dinukleotida fosfat (NADPH) dan nikotinamid-adenin-dinukleotida

III.      ALAT DAN BAHAN

1.      Alat dan bahan

·         Jarum suntik oral (ujung tumpul)

·         Stopwatch

·         Induktor enzim : Phenobarbital

·         Inhibitor enzim : Simetidin

2.      Hewan uji : Mencit

IV.      CARA KERJA

V. PEMBAHASAN

Percobaan kali ini bertujuan untuk mempelajari pengaruh beberapa senyawa kimia terhadap enzim pemetabolisme obat dengan mengukur efek farmakologinya. Hewan uji yang digunakan adalah mencit, digunakan mencit yang mempunyai sistem metabolisme menyerupai manusia, lebih ekonomis, dan mudah didapatkan. Organ pemetabolisme terbesar adalah hati.

Obat yang digunakan pada pecobaan ini yaitu Phenobarbital yang mempunyai dosis 80mg/kgBB. Phenobarbital memiliki efek hipnotik/sedatife sehingga lebih mudah dilakukan pengamatan. Pemberian Phenobarbital dilakukan secara intraperitonial agar efek yang ditimbulkan lebih cepat karena di dalam rongga perut memiliki atau terdapat banyak pembuluh darah.

Senyawa kimia yang mempengaruhi enzim metabolisme antara lain, induktor dan inhibitor. Induktor adalah senyawa kimia yang dapat mempercepat kerja dari enzim metebolisme. Inhibitor adalah sentawa kimia yang dapat menghambat kerja dari enzim metabolisme.

Pada kontrol, hewan uji hanya diberikan Phenobarbital 80mg/kgBB. Pada inductor, hewan uji diberi Phenobarbital selama 3 hari berturut-turut tiap 24 jam dan saat praktikum diberi lagi Phenobarbital 80mg/kgBB. Phenobarbital diberikan 3 hari karena Phenobarbital dapat mengalami auto induksi akibat pemakaian selama 3 hari sampai 7 hari dimana menginduksi dirinya sendiri, disini melibatkan enzim sitokrom P₄₅₀ dan glukoranil transferase untuk metabolisme Phenobarbital, kemudian setelah 3 hari sampai 7 hari akan terjadi toleransi yang yang nenberikan efek hewan uji tersebut tidur. Pada inhibitor, 1 jam sebelumnya diberikan Simetidin setelah itu diberikan Phenobarbital 80mg/kgBB karena kadar puncak Simetidin pada plasma dicapai setelah 1 jam. Simetidin mempunyai daya kerja menghambat enzim sitokrom P₄₅₀, maka menghambat metabolisme Phenobarbital sehingga kerja Phenobarbital dalam hewan uji lebih lama.

Parameter yang saling berpengaruh disini adalah durasi karena yang dilihat adalah kadar obat di dalam plasma sehingga yang dilihat obat tersebut berefek sampai obat tersebut tidak berefek. Jadi bukan onsetnya atau waktu mula kerja obat sampai obat tersebut memberikan efek. Rata-rata durasi terbesar adalah kontrol, durasi terkecil adalahn inhibitor. Menurut teori durasi yang tercepat adalah induktor,kontrol, inhibitor.

Reaksi-reaksi selama proses metabolisme dibagi menjadi 2 yaitu reaksi fase I (reaksi oksidasi, reduksi, hidrolisis) : reaksi-reaksi enzimatik yang berperan dalam proses ini sebagian besar terjadi di hati. Mengalami hidroksilasi pada posisi para dengan  bantuan enzim sitokrom_450. Reaksi fase II (konjugasi glukoronida, asilasi, metilasi, pembentukan asam merkapturat, konjugasi sulfat).

Pemberian Phenobarbital pada hewan uji dapat menyebabkan hewan uji tersebut tidur, bangun dan tidur kembali. Hal ini Phenobarbital memiliki efek redistribusi.

Dilakukan uji anava untuk durasi. Menghasilkan data F hitung lebih besar dari F tabel yang berarti ada perbedaan durasi antar kelompok sehingga dilanjutkan dengan pasca anava. Dari pasca anava didapatkan kontrol vs induksi berbeda signifikan, kontrol vs inhibisi berbeda signifikan dan induksi vs inhibisi tidak berbeda signifikan. Berarti pemberian induktor atau inhibitor akan mempengaruhi metabolisme obat (durasi obat) sehingga perlu diperhatikan pemberian obat secara bersama. Pemberian obat secara bersamaan dengan inhibitor menyebabkan masa kerja obat diperpanjang dan dapat menyebabkan efek toksis karena aktivitas enzim metabolisme dihambat. Obat diberikan bersamaan induktor dapat mempercepat metabolisme obat tersebut dengan meningkatkan aktivitas enzim metabolisme, ini menyebabkan kadar obat bebas dalam plasma turun dan masa kerjanya lebih singkat.

VI. KESIMPULAN

Disimpulkan bahwa pemberian obat bersamaan pemberian induktor atau inhibitor dapat mempengaruhi kecepatan metabolisme obat dengan mempengaruhi aktivitas enzim metabolisme. Induktor mempercepat kerja dari enzim metabolisme sehingga memberikan durasi lebih cepat. Inhibitor menghambat kerja dari enzim pemetabolisme sehingga durasinya lebih lama.

DAFTAR PUSTAKA

Mardjono, Mahar, 2007, Farmakologi dan Terapi, Jakarta; Universitas Indonesia Press.

Mycek, Mary J, 2001, Farmakologi Ulasan Bergambar Edisi 2, Widya Medika, Jakarta.

Siswandono, Soekardjo, 1995, Kimia Medisinal, Surabaya; Airlangga University Press.

Pertanyaan Diskusi

1. Sebutkan senyawa penghambat dan penginduksi enzim yg berperan dalam metabolisme obat?

a.       Penghambat enzim:

·         Dikumarol, kloramfenikol, sulfonamida & fenilbutazon dapat menghambat enzim yg memetabolisme tolbutamid & klorpopamid, sehingga meningkatkan respons glikemi.

·         Dikumarol, kloramfenikol & isoniazid dapat menghambat enzim metabolisme dari fenitoin, sulfonamida, sikloserin & para amino salisilat, sehingga kadar Obat dalam serum darah meningkat dan toksisitasnya meningkat pula.

·         Fenilbutazon, secara stereoselektif dpt menghambat metabolism (s)-warfarin, sehingga meningkatkan aktivitas antikoagulannya (hipoprotombonemi). Bila luka terjadi pendarahan yg hebat

b.      Penginduksi enzim:

·         Fenobarbital, dpr m’induksi enzim mikrosom sehingga meningkatkan metabolisme warfarin & menurunkan efek antikoagulannya.

·         Rokok contain polisiklik aromatik hidrokarbon, warfarin harus disesuaikan (diperbesar) seperti benzo(a)piren, yg dpt menginduksi enzim mikrosom, yaitu sitokrom P-450, sehingga meninkatkan oksidasi dari beberapa Obat seperti teofilin, fenasetin, pentazosin & propoksifen.

·         Fenobarbital, dpt meningkatkan kecepatan metabolisme griseofulvin, kumarin, fenitoin, hidrokortison, testosteron, bilirubin, asetaminofen & Obat kontrasepsi oral

·         Fenitoin, dpt meningkatkan kecepatan metabolisme kortisol, nortriptilin, & Obat kontrasepsi oral

·         Fenilbutazon, dpt meningkatkan kecepatan metabolisme aminopirin & kortisol

  2. Jelaskan mekanisme induksi dan inhibisi enzim?

a.       Mekanisme induksi, berdasarkan enzim yang diinduksi:

·  Induktor jenis fenobarbital akan menaikkan proliferasi RE dan dengan demikian bekerja menaikkan dengan jelas bobot hati. Induksi terutama pada sitokrom P₄₅₀, dan juga pada glukuronil transferase, glutation transferase, dan epoksida hidrolase. Induksi yang terjadi relatif cepat dalam waktu beberapa hari.

·  Induktor metilkolantren yang termasuk disini khususnya, karbohidrat aromatik (misalnya benzpiren, metilkolatren, triklordibenodioksin, fenantren) dan beberapa herbisida, terutama meningkatkan kerja sitokrom P₄₅₀ dan sintetis glukuronil transferase. Proliferasi RE dan dengan demikian kenaikan bobot hati hanya sedkit.

Sebagai akibat dari induksi enzim, maka kapasitas penguraian meningkat, sehingga laju metabolisme meningkat. Apabila induktor dihentikan, kapasitas penguraian dalam waktu beberapa minggu menurun hingga pada tingkat asalnya

b.      Mekanisme inhibisi:

Pada penambahan inhibitor enzim terjadi pula mekanisme inhibisi enzim dengan cara sebagai berikut. Bahan obat yang menyebabkan penurunan sintesis atau menaikkan penguraian enzim RE atau antara 2 obat atau beberapa obat terdapat persaingan tempat ikatan pada enzim. Akibatnya, terjadi penghambatan penguraian secara kompetitif sehingga laju metabolisme menurun.

3. Jelaskan hubungan antara induksi dan inhibisi enzim dengan efek farmakologi dan toksisitasnya?

a.    Hubungan induksi dengan efek farmakologi:

Induksi berarti peningkatan sintesis enzim metabolisme pada tingkat transkripsi sehingga terjadi peningkatan kecepatan metabolisme obat yang menjadi substrat enzim yang bersangkutan, akibatnya diperlukan peningkatan dosis obat tersebut, berarti terjadi toleransi farmakokinetik karena melibatkan sintesis enzim maka diperlukan waktu beberapa hari (3 hari sampai1 minggu) sebelum dicapai efek yang maksimal.

b.  Hubungan inhibisi dengan efek farmakologi:

Inhibisi berarti hambatan terjadi langsung, dengan akibat peningkatan kadar obat yang menjadi substrat dari enzim yang dihambat juga terjadi secara langsung untuk mencegah terjadi terjadinya toksisitas, diperlukan penurunan dosis obat yang bersangkutan atau bahkan tidak boleh diberikan bersama penghambatnya (kontra indikasi) jika akibatnya membahayakan. Hambatan pada umumnya bersifat kompetitif (karena merupakan substrat dari enzim yang sama), tetapi juga dapat bersifat non kompetitif (bukan substrat dari enzim yang bersangkutan atau ikatannya irreversibel)

 4.  Jelaskan pengaruh kekurangan asam amino terhadap kapasitas enzim yang bberperan dalam metabolisme obat?

• tidak adanya pengikat logam penting yang diperlukan dalam reaksi enzimatik.

• mempengaruhi biotransformasi obat.