LAPORAN AKHIR PRAKTIKUMBIOFARMASETIKA DAN FARMAKOKINETIKAMODELING DAN ANALISIS DATA BIOFARMASETIKA DENGAN PROGRAM WINSAAM

Nama: NPM: Hari/Jam: Rabu/10.00-13.00

LABORATORIUM BIOFARMASETIKA DAN FARMAKOKINETIKAFAKULTAS FARMASIUNIVERSITAS PADJADJARAN2013

MODELING DAN ANALISIS DATA BIOFARMASETIKADENGAN PROGRAM WINSAAM

I. TujuanMempelajari modeling dan analisis data penelitian biofarmasetika dengan pengkhususan data in vivo menggunakan software WinSAAM

II. Prinsipa. KomputasiKomputasi adalah cabang ilmu komputer dan matematika yang membahas apakah dan bagaimanakah suatu masalah dapat dipecahkan pada model komputasi, menggunakan algoritma.b. WinSAAMWinSAAM merupakan suatu program yang berfungsi sebagai modeling dan menganalisis data yang terdiri dari kompartemen satu dengan lainnya yang bertujuan untuk mengetahui bagaimana proses pemindahan materi berdasarkan angka serta notasi yang digunakan. Keungulan program ini adalah tidak diperlukan penulisan persamaan diferensial secara utuh karena software akan mengenali model yang ditulis berdasarkan konvensi tersebut.

III. Teori DasarFarmakokinetik adalah evaluasi kuantitatif setiap komponen kecenderungan senyawa (absorbsi, distribusi, metabolisme, ekskresi). Kemampuan mengestimasi parameter farmakokinetik seuatu obat tergantung pada kemampuan untuk secara akurat dan reprodusibel menentukan kadar obat tersebut dalam cairan tubuh tertentu (darah, cairan serebrospinal, urin, cairan sendi) (Behrman et. al,.). Penelitian farmakokinetik suatu zat aktif merupakan penelitian identifikasi dan penetapan konsentrasi obat dalam tubuh sebagai fungsi waktu sehingga dapat menggambarkan model parametrik yang khas. (Habib, 2009). Model kompartemen mempunyai sejarah yang panjang sebagai aplikasi studi metabolisme dan farmakokinetik pada manusia. Komputasi farmakokinetik yang efektif dan efisien diaplikasikan ke dalam model komputer untuk pengetahuan, desain dosis optimum dan identifikasi sistem farmakokinetik (Linares, 2010). Modeling merupakan sistem simultan yang tersusun atas persamaan differensial dan atau persamaan aljabar yang mendefinisikan peranan variabel-variabel serta koefisien transport pada suatu sistem fisika, kimia, dan biologis. Modeling yang didesign dengan baik dan benar akan menjadi suatu perangkat metode yang handal dan dapat dipercaya dalam analisis data dan mendukung pengambilan kesimpulan. Metode ini sangat membantu dalam melakukan summary data, mengeksplorasi mekanisme proses, serta memprediksikan suatu parameter variabel tertentu berdasarkan suatu model (Stefanovski et al., 2003).Profil dan model farmakokinetik yang didapat dari penelitian umumnya dilakukan dengan pemberian obat secara intravena. Tubuh manusia dapat diwakili sebagai suatu jaringan yang tersusun secara system seri dari kompartemen-kompartemen yang berhubungan secara reversible antar organ yang satu dengan yang lainnya (Habib, 2009). WinSAAM adalah software turunan dari SAAM (Simulation, Analysis and Modelling) dengan peningkatan kapasitas kinerja. WinSAAM adalah model software untuk model kompartemen sebagai aplikasi dalam farmakokinetik. WinSAAM memiliki unit operassional yang memungkinkan pengguna untuk membuat sketsa model kompartemen farmakokinetik secara langsung ke dalam software (Linares, 2010).Permodelan farmakokinetik berguna untuk :1. Memprediksikan konsentrasi obat di dalam plasma, jaringan, dan urin;2. Mengkalkulasikan dosis optimum obat bagi setiap pasien;3. Mengestimasikan kemungkinan terakumulasinya obat dan atau produk-produk metabolismenya;4. Mengkorelasikan konsentrasi obat dengan efek toksisitas dan efek farmakologinya;5. Mengevaluasi perbedaan konsentrasi yang terkandung dalam plasma antara formula yang satu dengan yang lainnya;6. Menjelaskan bagaimana pengaruh perubahan fisiologi dan efek dari penyakit terhadap absorpsi, distribus, dan eliminasi dari statu obat;7. Menjelaskan interaksi obat yang mungkin terjadi(Habib, 2009).Model kompartemen didasarkan atas anggapan linear, yang menggunakan persamaan diferensial linear. Kompartemen model merupakan gambaran kinetik yang mengkarakterisasi laju absorpsi, disposisi dan eliminasi dari suatu obat di dalam tubuh. Sebagai bapak kompartemen adalah Teorell. Model kompartemen terbagi atas :a. Model MammillaryModel terdiri atas satu atau lebih kompartemen perifer yang dihubungkan ke suatu kompartemen sentral. Kompartemen sentral mewakili plasma dan jaringan-jaringan yang perfusinya tinggi dan secara cepat berkesetimbangan dengan obat. Model mamillary dapat dianggap sebagai suatu sistem yang berhubungan secara erat, karena jumlah obat dalam setiap kompartemen dalam setiap sistem tersebut dapat diperkirakan setelah obat dimasukkan ke dalam suatu kompartemen tertentu. Menurut Mammillary model kompartemen dibagi menjadi :1. Kompartemen satu terbuka ivPerfusi terjadi sangat cepat seperti tanpa proses distribusi sebab distribusi tidak diamati karena terlalu cepatnya. (Hanya ada satu fase yaitu eliminasi).2. Kompartemen satu terbuka evSebelum memasuki kompartemen sentral, obat harus mengalami absorbsi. (Terdiri dari 2 fase yaitu absorbsi dan eliminasi).3. Kompartemen 2 terbuka intravaskulerKompartemen dianggap hanya satu dan ada proses distribusi dari sentral ke perifer atau sebaliknya. Tidak ada proses absorbsi tetapi ada proses eliminasi.4. Kompartemen 2 terbuka ekstravaskulerObat mengalami proses absorpsi, distribusi dan eliminasi.b. Model CaternaryDalam farmakokinetika model mammilary harus dibedakan dengan macam model kompartemen yang lain yang disebut model caternary. Model caternary terdiri atas kompartemen-kompartemen yang bergabung satu dengan yang lain menjadi satu deretan kompartemen. Sebaliknya, model mammilary terdiri atas satu atau lebih kompartemen yang mengelilingi suatu kompartemen sentral.c. Model Fisiologik (Model Aliran)Model fisiologik juga dikenal sebagai model aliran darah atau model perfusi, merupakan model farmakokinetik yang didasarkan atas data anatomik dan fisiologik yang diketahui. Makna yang nyata dari model fisiologik adalah dapat digunakannya model ini dalam memprakirakan farmakokinetika pada manusia dari data hewan. Jadi, parameter-parameter fisiologik dan anatomik dapat digunakan untuk memprakirakan efek obat pada manusia berdasar efek obat pada hewan. Perbedaan utama model ini dan model kompartemen lainnya yaitu : 1. Tidak dibutuhkan data yang tepat dalam model perfusi. 2. Aliran darah, ukuran jaringan dan perbandingan obat dalam jaringan darah dapat berbeda sehubungan dengan kondisi patofisiologi tertentu. 3. Model farmakokinetika dengan dasar fisiologik dapat diterapkan pada beberapa spesies dan dengan beberapa data obat pada manusia dapat diekstrapolasikan (Shargel, 2005).Adapun parameter-parameter farmakokinetika : a. T maksimum (tmaks) yaitu waktu konsentrasi plasma mencapai puncak dapat disamakan dengan waktu yang diperlukan untuk mencapai konsentrasi obat maksimum setelah pemberian obat. Pada tmaks absorpsi obat adalah terbesar, dan laju absorpsi obat sama dengan laju eliminasi obat. Absorpsi masih berjalan setelah tmaks tercapai, tetapi pada laju yang lebih lambat. Harga tmaks menjadi lebih kecil (berarti sedikit waktu yang diperlukan untuk mencapai konsentrasi plasma puncak) bila laju absorpsi obat menjadi lebih cepat (Shargel, 2005). b. Konsentrasi plasma puncak (Cmaks) menunjukkan konsentrasi obat maksimum dalam plasma setelah pemberian secara oral. Untuk beberapa obat diperoleh suatu hubungan antara efek farmakologi suatu obat dan konsentrasi obat dalam plasma (Shargel, 2005). c. Volume Distribusi (Vd) adalah volume yang didapatkan pada saat obat didistribusikan. Menghubungkan jumlah obat dalam tubuh dengan konsentrasi obat ( C ) dalam darah atau plasma. d. AUC (Area Under Curve) adalah permukaan di bawah kurva (grafik) yang menggambarkan naik turunnya kadar plasma sebagai fungsi dari waktu. AUC dapat dihitung secara matematis dan merupakan ukuran untuk bioavailabilitas suatu obat. AUC dapat digunakan untuk membandingkan kadar masing-masing plasma obat bila penentuan kecepatan eliminasinya tidak mengalami perubahan. Selain itu antara kadar plasma puncak dan bioavailabilitas terdapat hubungan langsung e. Tetapan Laju Eliminasi dan Waktu Paruh dalam Plasma Waktu paruh dalam plasma adalah waktu dimana konsentrasi obat dalam darah (plasma) menurun hingga separuh dari nilai seharusnya.f. Klirens obat adalah suatu ukuran eliminasi obat dari tubuh tanpa mempermasalahkan mekanisme prosesnya. Umumnya, jaringan tubuh atau organ dianggap sebagai suatu kompartemen cairan dengan volume terbatas (volume distribusi) dimana obat terlarut didalamnya (Shargel, 2005).IV. Alat dan Bahana. Komputer (sistem operasi windows)b. CD instalasi software WinSAAM atau koneksi internet untuk dapat mendownload secara langsung WinSAAM dari situs http://www.winsaam.comV. ProsedurA. Instalasi SoftwareFile installer WinSAAM (format.exe) dibuka. Proses instalasi dimulai dengan di klik dua kali pada nama file, lalu petunjuk yang ada diikuti sampai keluar pesan bahwa instalasi berhasil. B. Pengoperasian program WinSAAM1. Penerjemahan blok model kompartemen menjadi blok WinSAAMWinSAAM mengenali kompartemen satu dengan lainnya serta bagaimana proses pemindahan materi berdasarkan angka serta notasi yang digunakan.2. Pembuatan listing programa. Kode pengenal bahwa listing menggunakan program WinSAAM. Setelah program WinSAAM dibuka, buka WinSAAM working file.b. Parameter-parameter model yang disusun secara sistematis sesuai dengan konvensi yang ada. Parameter-parameter farmakokinetik dimasukkan (perhatikan penggunaan titik dan koma).c. Data yang dianalisis dimasukkan secara berpasangan antara waktu dengan Cp dengan pemisah satu TAB. WinSAAM working file disimpan kemudian ditutup.C. Analisis Data dengan Eksperimental yang Diberikan1. Terjemahkan listing dalam bahasa binary (decking) dengan mengetikkan deck pada jendela utama.2. Pemecahan program (solving) dengan mengetikkan solve pada jendela utama.3. Iterasi untuk mendapatkan parameter model fitting yang paling baik merefleksikan data observasi dengan mengetikkan iter pada jendela utama.4. Selanjutkan mengetikkan plot q(1), enter. Dilihat bentuk kurva jika belum saling berhimpitan itu berarti data kita belum sesuai dengan prediksi winsaam. Jika kurva sudah berhimpitan, gambar kurva disimpan, klik file, safe plot as, simpan dalam JPG. Untuk melihat grafik tidak dalam bentuk grafik semi log dapat dilakukan dengan cara klik kanan di gambar grafik kemudian pilih tab axe dan klik axis Y kemudian uncheck pilihan is logaritmic. Setelah selesai data disimpan pada halaman utama klik file, save, beri nama.

VI. Data Pengamatan dan Perhitungana. Data PengamatanObat C dosis 200 mg (peroral)

Time (hr)Cp (mg/L)

00.0

0.2511.858

0.517.63

0.7520.814

121.298

1.521.071

314.872

66.88

121.501

180.321

240.068

b. Kurva Plot Q

Keterangan : bentuk kurva adalah prediksi WinSAAM, sedangkan yang berupa garis adalah data yang dimasukkan.

c. Kurva WinSAAM (non logaritmik)Kurva farmakologi obat T dosis 100 mg (per oral)

Keterangan : bentuk kurva adalah prediksi WinSAAM, sedangkan yang berupa garis adalah data yang dimasukkan.

d. WinSAAM Commands Output

Konstanta Eliminasi (Kel)= 2.565305E-01 = 2.5653/Jam Konstanta Absorpsi (Ka) = 2.230174E+00 = 2.230174/Jam Volume Distribusi (Vd) = 6.995482 L

e. Grafik QO

VII. PembahasanPraktikum kali ini mempelajari modeling dan analisis data biofarmasetika. Modeling yang digunakan ialah berbasis kompartemen dengan pengkhususan data in vivo menggunakan software WinSAAM. WinSAAM memiliki unit operasional yang memungkinkan pengguna untuk membuat sketsa model kompartemen farmakokinetik secara langsung ke dalam software. Prinsip dari percobaan kali ini adalah komputasi dan WinSAAM. Penggunaan software WinSAAM adalah sebagai pendekatan modelling berbasis kompartemen untuk analisis biofarmasetika dan farmakokinetika sehingga proses yang dialami obat di dalam tubuh dapat dijelaskan berikut dengan mekanismenya. Dalam hal ini percobaan dilakukan dengan pemberian obat secara per oral yang akan mengalami rangkaian proses transport yang dapat digambarkan dengan model skema proses antar kompartemen.Tubuh manusia dapat diwakili sebagai suatu jaringan yang tersusun secara sistem seri dari kompartemen-kompartemen yang berhubungan secara reversible antara organ yang satu dengan yang lainnya. Kompartemen untuk obat per oral yang diujikan dalam percobaan ini adalah model dua kompartemen yang terdiri dari kompartemen sentral dan kompartemen perifer. Kompartemen disini merupakan suatu materi biologis yang memiliki ruangan atau volume tertentu yaitu saluran gastrointestinal dan plasma.Parameter-parameter farmakokinetik dalam model kompartemen ini adalah Ka, menunjukkan kecepatan transfer massa dari kompartemen gastrointestinal menuju plasma. Kel menunjukkan kecepatan transfer massa dalam proses eliminasi dari kompartemen plasma menuju urine. Dalam metode konvensional terdapat persamaan yang terkait dengan model kompartemen obat per oral, tetapi perhitungan-perhitungan tersebut masih banyak dilakukan secara manual sehingga memungkinkan terjadinya human error. Oleh karena itu, penggunaan program ini lebih menguntungkan karena tidak diperlukan penulisan persamaan diferensial secara utuh karena software akan mengenali model yang ditulis berdasarkan konvensi tersebut.Langkah pertama yang dilakukan adalah instalasi software kemudian buka program WinSAAM, klik edit dan masuk ke dalam WinSAAM working file. Pada WinSAAM working file, perlu diisikan beberapa data dan angka yang kemudian akan diolah ke dalam grafik/plot. Pada WinSAAM working file ini dimasukkan beberapa data parameter seperti ditunjukkan dalam gambar berikut ini :

Gambar 1. WinSAAM Working File

Parameter farmakokinetik IC (Initial Condition) adalah kondisi awal. Parameter ini mengacu pada initial condition untuk kompartemen 1. Parameter IC mengacu pada jumlah obat yang tersedia di awal proses transport akan terjadi. Pada pemberian obat C dengan dosis 200 mg secara per oral maka IC(1) diasumsikan sebagai dosis obat yang diberikan yaitu 200. Parameter berikutnya adalah L(2,1). Parameter ini menggambarkan perpindahan obat dari kompartemen 1 menuju kompartemen 2. Cara penulisan notasinya adalah L (diisi nomer kompartemen yang dituju, kemudian ordinat beasal darimana). Angka yang dimasukkan ditulis 1, dengan 0 sebagai angka terkecil dan 10 adalah angka terbesar. Parameter ketiga adalah L(0,2), menggambarkan perpindahan obat dari kompartemen 2 ke 0. Parameter ini menunjukkan kecepatan eliminasi obat. Parameter lain yang perlu dicantumkan adalah parameter P(2) yang menunjukkan volume distribusi. Dalam setiap parameter tersebut dituliskan dengan 3 angka yang dipisahkan dengan TAB, angka pertama adalah prediksi awal, angka kedua adalah nilai minimal dan angka terakhir adalah batasan nilai maksimal.XG(2) diartikan sebagai fungsi data yang akan dianalisis yaitu data konsentrasi pada kompartemen dua, karena data konsentrasi pada kompartemen dua dikenali sebagai bobot bukan konsentrasi. Oleh karena itu, ditambahkan dengan F(2) dibagi dengan volume distribusi yaitu P(2). F ini merupakan bobot di kompartemen dua. Kemudian data waktu dan Cp (konsentrasi plasma) dari obat T dosis 200 mg per oral dimasukkan ke dalam Ms. Excell yang dicopy dan paste special dalam WinSAAM working file yang kemudian disimpan dan ditutup. Selajutnya ketik deck. Deck berfungsi untuk menerjemahkan listing data yang ditulis dalam bahasa binary decking. Kemudian enter dan ketik solve. Solve adalah proses untuk menerjemahkan persamaan termasuk persamaan yang dianalisis dimana persamaan diferensial menjadi persamaan planar termasuk profil kurva prediksi sesuai dengan angka yang kita masukkan. Kemudian ketik iter lalu enter. Proses iterasi adalah perhitungan berulang untuk mendapatkan parameter yang paling baik untuk merefleksikan data. Selanjutnya ketik plot q(1) dan enter. Plot q(1) berfungsi untuk menampilkan kurva/grafik perbandingan antara data yang kita masukkan dengan prediksi WinSAAM. Jika data di dalam grafik belum berhimpit maka kembali ke WinSAAM working file untuk merubah angka parameter sehingga menghasilkan kurva yang berhimpit antara prediksi WinSAAM (segitiga) dan data yang dimasukkan (garis) seperti berikut :

Gambar 2. Kurva WinSAAMDari kurva tersebut, bentuk segitiga menunjukkan prediksi WinSAAM dan garis menujukkan data yang dimasukkan. Berdasarkan kurva yang terbentuk, data yang dimasukkan dan prediksi WinSAAM membentuk kurva yang saling berhimpitan antara data dengan prediksi sehingga dapat disimpulkan bahwa model farmakokinetika yang digunakan telah sesuai. Setelah didapatkan kurva yang seperti gambar, klik kanan dan pilih tab axe dan klik axis Y kemudian uncheck pilihan is logaritmic sehingga didapatkan kurva antara waktu terhadap Cp (konsentrasi plasma seperti gambar di bawah ini :

Gambar 3. Kurva WinSAAM (Non Logaritmik)Dari kurva tersebut dibuat kembali kurva hubungan waktu dengan QO seperti gambar di bawah ini :

Gambar 4. Kurva Waktu Terhadap QO

QO merupakan jumlah konsentrasi obat sebenarnya yang ditransport. Dari kurva waktu terhadap QO tersebut terlihat bahwa data prediksi dengan QO menunjukkan hasil data yang berhimpitan sehingga artinya kesesuaian pemodelan farmakokinetik dengan menggunakan software WinSAAM baik dan sesuai dengan nilai yang sebenarnya. Pada waktu 0 hingga waktu saat QO (konsentrasi obat yang ditransport) maksimum, terjadi proses absorpsi dimana kecepatannya dinyatakan sebagai Ka. Pada rentang waktu tersebut QO menunjukkan nilai yang meningkat dan setelah tercapai QO maksimum, nilai QO semakin menurun dan fase inilah yang menunjukkan fase eliminasi dimana kecepatan eliminasi dinyatakan dalam Ke/Kel.Nilai konstanta absorpsi (Ka) yang didapatkan adalah 2.519577E+00 ; 2,5196/Jam. Nilai kecepatan eliminasi (Kel) yaitu laju obat dalam sistem peredaran darah dieliminasi per satuan waktu adalah 2.978273E-01 ; 2,978/jam. Volume distribusi, volume yang didapatkan pada saat obat didistribusikan yaitu 4,923 L.

VIII. KesimpulanModeling dan analisis data penelitian biofarmasetika dengan pengkhususan data in vivo dapat dilakukan dengan menggunakan software WinSAAM. Berdasarkan modeling dan analisis data dengan software WinSAAM ini diketahui bahwa obat tersebut termasuk pada model 2 kompartemen dengan Kab, Kel, dan Vd yang sesuai secara berurutan, yaitu 2.519577E+00 ; 2,5196/Jam, 2.978273E-01 ; 2,978/jam, 4,923 L.

DAFTAR PUSTAKABehrman, et.al,. 2000 . Ilmu kesehatan Anak Nelson. EGC. JakartaHabib. 2009. Pengembangan Aplikasi Komputer Dalam Studi Pemodelan Parameter Farmakokinetik. Available online at http://habib.ugm.ac.id/files/2009/03/pengembangan-aplikasi-komputer-dalam-studi-pemodelan-parameter-farmakokinetik.pdf [diakses pada 6 Oktober 2013]Linares, O. A. 2010. WinSAAM: Software for Pharmacokinetic Modelling. Electronic Pain Journal, (2010) Vol. 1, No. 1 pp. 112 Simulation, Analysis, And Modeling For Quantitative Pain Management Url: Http://Www.Electronicpainjournal.Com Issn: 1072-6691Shargel, L dkk. 2005. Biofarmasetika Dan Farmakokinetika Terapan. Airlangga University Press. SurabayaStefanovski D, PJ Moate and RC Boston. 2003. WinSAAM: a windows-based compartmental modeling system. School of Veterinary Medicine, University of Pennsylvania, PA 19348. USA. 52(9):1153-66.

LAMPIRAN

TUGAS

1. Bandingkan parameter yang diperoleh dengan menggunakan metode konvensional yang sudah sering digunakan!2. Jelaskan keuntungan dan kerugian penggunaan WinSAAM dan metode konvensional tersebut!3. Jelaskan mengapa terdapat perbedaan estimasi parameter yang diperoleh dengan metode WinSAAM dan metode konvensional dengan regresi linear. Metode kalkulasi manakah yang menurut Anda lebih dapat diandalkan? Jelaskan!

Jawaban1. Parameter yang diperoleh dengan menggunakan metode WinSAAM adalah parameter farmakokinetik seperti tetapan kecepatan absorpsi (Kab), tetapan kecepatan eliminasi (Kel), dan volume distribusi (Vd). Sedangkan parameter yang dihasilkan dari metode konvensional, yaitu parameter regresi seperti gradient kemiringan garis, faktor korelasi, dan persamaan regresi, dan juga parameter farmakokinetik (Kab, Kel, Vd)

2. Keuntungan dan kerugianKeuntungan WinSAAM, yaitu: Memprediksikan konsentrasi obat di dalam plasma, jaringan, dan urin; Mengkalkulasikan dosis optimum obat bagi setiap pasien; Dukungan yang lebih baik dan fleksibel pada sistem, grafik plotting serta sistem export ke format file gambar atau langsung ke Word prosesor Export data hasil analisis (fitting) ke sistem spreadsheet semacam Excel sehingga memungkinkan eksplorasi lanjut dengan software statistic atau software untuk data prossesing Data hasilnya lebih akuratKerugian WinSAAM, yaitu: Prosedur atau tahapan yang dilakukan harus sesuai dengan petunjuk WinSAAM, jika input tidak sesuai maka program tidak akan bekerjaKerugian metode konvensional, yaitu: Analisis data kurang cepat dan akurat sehingga metode regresi linear (konvensional) kurang praktis diterapkan Pada saat mentransformasikan data juga dimungkinkan dapat mendistorsi error setiap data sehingga secara teoritis tidak dianjurkan

3. Terdapat perbedaan estimasi parameter yang diperoleh dengan metode WinSAAM dan metode konvensional dengan regresi linear dikarenakan pada WinSAAM, prinsipnya tidak menggunakan persamaan diferensial, tetapi WinSAAM mengenal suatu proses perpindahan masa yang mengasumsikan perpindahan dari satu ke tempat lain yang logis berdasarkan nomer. Jika dilihat dari cara mengkalkulasikan data, yang lebih akurat dan dapat diandalkan adalah metode WinSAAM karena jika metode konvensional itu tingkat kesalahan (human error) lebih tinggi dan kurang efisien.