OBAT KOLINERGIK dan KOlinergiK blocking agent

1. OBAT KOLINERGIK dan KOlinergiK blocking agent By Warsi, S. Si., Apt JUNI 2012

2. Pendahuluan, Arti Kolinergik dan Struktur Pokok Kolinergik Sistem saraf A. 1. Pendahuluan Sistem saraf pusat (CNS) Sistem saraf perifer (PNS) : serat & ganglia Somatik (sadar) Otonom (di luar sadar) 1. Otak 2. Sumsum tulang belakang Simpatis Parasimpatis Neuron rasa (afferent) Neuron gerak (Motor nerve = efferent) Adrenergik Kolinergik Kolinergik Otot rangka (Skeletal muscle)

3. Sistem saraf otonom asetilkolin : mekanisme regulasi • fisiologi manusia. • Asetilkolin : senyawa normal tubuh yg disintesis pd jaringan • saraf (sinapsis kolinergik & dinding usus) • Penghantar alam pd sistem kolinergik : • Neuron gerak sampai otot rangka (mis: sambungan otot • saraf = Neuromuscular junction) • Saraf simpatis & parasimpatis ujung saraf preganglionic • Saraf simpatik postganglionic kelenjar keringat & ludah • Saraf parasimpatik postganglionic serat saraf

4. Sintesis, Pelepasan & Uptake asetilkolin

5. Keterangan gambar : • Penghantaran rangsangan pada sistem saraf bersifat listrik : • pertukaran antara ion2 Na & K (lingkungan luar & dalam sel) • Penghantaran rangsangan pd sistem saraf kolinergik dilakukan • oleh neurotransmitter (asetilkolin). • Dilepaskan dari tempat penyimpanannya (ujung saraf) saat • rangsangan listrik/ potensial-kerja ada. • (Adanya perubahan konsentrasi Ca2+ dan Mg2) • Asetilkolin menyeberangi celah sinaptik dan berikatan dgn • reseptornya perubahan konformasi kanal ion terbuka • kation Na+ melintasi celah menuju sel & K+ keluar sel. • Terjadi depolarisasi pada membran post sinaptik menginisiasi • terjadinya potensial aksi sekitar membran& signal ditransmisikan • Kontraksi otot • * Otot jantung : hiperpolarisasi (permeabilitas K+ berubah)

6. Lanjutan keterangan gambar : • Setelah berinteraksi dengan reseptor asetilkolin akan • dihidrolisis oleh asetilkolinesterase kolin + asetat • Hidrolisis oleh enzim tersebut : cara inaktivasi asetilkolin • Kolin diambil kembali (re-uptake) melalui membran neuron untuk • sintesis asetilkolin lebih banyak lagi. • Pengetahuan ini berguna untuk mendesain obat yang dapat • berubah2 kerjanya. • Target : - pelepasan asetilkolin pada ujung akson • - Antaraksi dengan reseptor • - Hidrolisis oleh asetilkolinesterase • - Re-uptake asetilkolin • - Sintesis asetilkolin • - Penyimpanan asetilkolin

7. A. 2. Arti Kolinergik • Senyawa kolinergik : senyawa yg secara langsung/ tidak • langsung dapat menimbulkan efek seperti yang ditimbulkan • asetilkolin. • Fungsi asetilkolin pd manusia: memori & aktivitas • Penyakit : alzheimer, myasthenia gravis & overactive bladder • Obat2 yg menimbulkan efek thd saraf parasimpatis • parasimpatomimetik • Obat2 yg mengeblok saraf parasimpatis parasimpatolitik

8. A. 3. Struktur Pokok Kolinergik • Aksi kolinergik : • Agonis • Kolinergik indirect (antikolinesterase)

9. B. 1. Reseptor Kolinergik (a) Reseptor nikotinik Setiap rantai α : muatan (–) binding site : tempat ikatan dgn gugus amonium kuarterner dari asetilkolin (bermuatan +)

11. Ketika asetilkolin berikatan dengan reseptor nikotinik : • perubahan permeabilitas membran Na+, K+ depolarisasi • Adanya depolarisasi : kontraksi muskular (neuromuscular • junction/ ganglia otonom) impuls saraf • Timbul efek nikotinik : serupa denga efek yg dihasilkan oleh • nikotin suatu alkaloid daun tembakau (Nicotiana tabacum) • Efek tsb menyebabkan : peningkatan tonus otot rangka • Efek terjadi pd ganglia & motor end plate. • Subtipe : • (1) Reseptor nikotinik N1: lokasi di neuromuscular junction, • berbeda dg letak sarafnya (misal : CNS & ganglia otonom). • (2) Reseptor nikotinik N2 : lokasi di ganglia otonom.

12. (b) Reseptor muskarinik 5 Subtype : (tergandeng dg protein G)

13. Aktivasi stimulasi reseptor M1 & M3 dimediasi oleh protein G melalui aktivasi fosfolipase C membentuk second messenger (IP3) & DAG. IP3 : inositol trifosfat; DAG : diasil gliserol; PIP2 : fosfatidil inositol bifosfat

14. Reseptor muskarinik : pertama kali dikenal karena mampu • mengikat muskarin (senyawa yg berasal dari jamur Amanita • muscaria). • Aktivasi reseptor ini pd saraf perifer timbul efek muskarinik • Efek terjadi : pd reseptor postganglionic parasimpatis : • - Berkurangnya frekuensi denyut jantung • - Relaksasi pembuluh darah • - Konstriksi saluran pernafasan • - Peningkatan sekresi dari kelenjar keringat • - Kontraksi pupil • Di otak cerebral cortex, striatum, • hippocampus, thalamus • Berpartisipasi dalam : belajar, ingatan • & kontrol postur tubuh Amanita muscaria

15. Reseptor M1 berlokasi di kelenjar eksokrin & ganglia otonom. Tidur REM (rapid eye movement), emosi, depresi, stress. • Juga di Kelenjar submukosal : GI & ganglia otonom periferal (dinding perut). Efek stimulasi : sekresi asam lambung. • Reseptor M2 berlokasi di atria (jantung); aktivasi pengurangan kekuatan & kontraksi otot. • Aktivasi karena adanya level K+ & Ca+ di sel jantung (hiperpolarisasi) bradycardia. • Selain itu, juga melalui inhibitor protein G untuk mengurangi aktivitas adenilat siklase menghambat pelepasan asetilkolin • Reseptor M3 berlokasi di kelenjar eksokrin & otot polos • Aktivasi di sel endotelium vasodilatasi • Reseptor M4 = M2 (melalui protein G & menghambat adenilat siklase); Berlokasi di otot polos trakea • Reseptor M5 : regulasi pelepasan dopamin

16. B. 2. SAR Kolinergik B. 2.1. Sisi Aktif Asetilkolin Sisi2 aktif asetilkolin : Gugus onium (amonium kuaterner) Target Jembatan etil (atom Cα & Cβ) pengembangan Gugus ester • Asetilkolin : agonis paling kuat terhadap sistem saraf kolinergik. • Daya tx lemah (garam amonium kuaterner = mudah larut dlm air & terhidrolisis. • Per oral : terhidrolisis asam asetat + kolin ≠ efek farmakologi • Dikembangkan dgn modifikasi struktur : melalui sintesis

17. B. 2.2. Pengubahan Struktur pada N Kuarterner • Gugus onium : penting untuk aktivitas instrinsik & afinitasnya • dengan reseptor. • N+ : berikatan dengan binding site dari reseptor muskarinik • pada residu asam aspartat (bermuatan –).

18. Adanya peningkatan jumlah atom yang terikat pada gugus • onium {–N+(CH3)3} sampai R = 5 aktivitas meningkat • R > 5 aktivitas turun • Gugus onium (N–kationik) sangat penting untuk aktivitas • kolinergik • Penggantian atom N dengan gugus elektronegatif lain (P, S, As) • & penggantian gugus metil dengan gugus alkil yg lebih tinggi • (etil) aktivitas turun • Urutannya : N+(Me)3 > N+(Me)2Et > P+(Me)3 > N+(Me)2H > • As+(Me)3 > N+(Me)(Et)2 > N+(Et)3

19. B. 2. 3. Pengubahan struktur pada alifatik Aktivitas nikotinik kuat & aktivitas muskarinik lemah Isomer (+) & (-) : efek sama

20. Aktivitas nikotinik lemah & aktivitas muskarinik kuat Isomer L (+) sukar dihidrolisis oleh enzim kolinesterase 300x lebih aktif d.p isomer D (-) • Pemasukan gugus alkil yang > (etil, propil) pd posisi α atau β • menurunkan aktivitas

21. B. 2.4. Pengubahan struktur pada gugus ester * Gugus ester kurang penting untuk aktivitas kolinergik * Dapat diganti dengan : gugus keton, eter, hidroksil / gugus lain tanpa kehilangan aktivitas kolinergik. • Kontribusi : ikatan dengan reseptor formasi ikatan hidrogen • dengan residu treonin dan aspartat pd sisi reseptor. 7–10 x lebih aktif dibanding asetilkolin (reseptor muskarinik) 10 x kurang aktif dibanding asetilkolin (reseptor nikotinik)

22. B. 2.5. Penggantian gugus ester dengan amida • Aktivitas muskarinik & nikotinik • Senyawa lebih tahan terhadap hidrolisis • sehingga dapat diberikan per oral Keduanya sama

23. C. Obat Kolinergik Berdasarkan Aktivitasnya C. 1. Aktivitas Langsung • Senyawa kolinergik dgn aktivitas langsung Kolinomimetik/ • parasimpatolitik • Efek muskarinik atau nikotinik saja atau keduanya • Mekanisme kerja kolinomimetik : • Obat2 golongan ini mpy struktur mirip asetilkolin shg dpt • membentuk kompleks dgn reseptor asetilkolin. • Mempengaruhi & meningkatkan keselektifan permeabilitas • membran terhadap kation

24. Sediaan : larutan 1 % Penggunaan : konjungtiva mata (topikal) Dosis : 2–3 dd Per oral : 10–30 mg 3 dd Sub kutan : 2,5 mg 3 dd Sub kutan : 10 mg, setelah 20 dapat diberikan 25 mg

25. C.1.1. Obat Kolinergik Golongan muskarin Muskarin : mempunyai 4 macam isomer geometri reseptor muskarinik : stereoselektif

26. C.1.2. Obat Kolinergik dari alkaloid (1) Arecoline Arecoline : alkaloid dari buah palm areca (Areca catechu). Di beberapa negara asia : digunakan bersama daunnya utk mendapatkan efek stimulat ~ nikotin. Arecolin : agonis parsial reseptor muskarinik (M1–M4). Efek parasimpatetik (konstriksi pupil, konstriksi bronkial). Penggunaan : tx penyakit alzheimer & anthelmintik. (karsinogen : bukan mrpk obat pilihan).

27. (2) Arecoline analog • Senyawa c, b, a afinitasnya thd reseptor M1 paling poten. • Aktif thd reseptor muskarinik tx alzheimer. • Semua senyawa tsb tdk toksik thd saraf kolinergik pd dosis tx. Kumar et al., 2008, Bioorganic & Medicinal Chemistry, 16, 5157–5163

28. C.1.3. Obat kolinergik sintetik • Senyawa2 tsb mpy konfigurasi S pd atom C koresponden • dengan atom Cβ pd asetilkolin. • Aktif terhadap reseptor muskarinik

29. C. 2. Aktivitas tak Langsung • Senyawa kolinergik dengan aktivitas tak langsung • antikolinesterase • Mekanisme kerja : • Menghambat enzim kolinesterase dgn cara berinteraksi • membentuk kompleks dgn enzim tsb shg tdk menghidrolisis • asetilkolin melalui ikatan elektrostatik, ikatan hidrogen & ikatan • kovalen. • Asetilkolin terkumpul pd tempat transmisi kolinergik & bekerja • pd perifer, sinaps ganglionik & penghubung saraf otot rangka. • Turunan karbamat : Fisostigmin, Neostigmin, Piridostigmin, • Edrofonium, Demekarium

30. Mekanisme hidrolisis ACh oleh AChE Kompleks reversibel ACh–AChE Asetilasi pada sisi ester Katalis basa menghidrolisis enzim terasetilasi Enzim bebas Keterangan : Mengikat gugus aril substrat Berikatan dgn trimetilammonium Menghidrolisis bagian ester Ach

31. Topikal pd konjungtivita (glaukoma) Larutan 0,25-0,5 % Dosis : 1 tetes 2-3 dd Oral :15-45 mg 3-6 dd

32. I.V atau I.M :10 mg Oral :60-80 mg 3-6 dd Topikal pd konjungtivita (glaukoma) Larutan 0,125-0,25 % Dosis : 1 tetes 1-2 dd

33. D. KOLINERGIK BLOCKING AGENT (BA) D. 1. Kolinergik BA Langsung • Mekanisme kerja • Kompettitif : menduduki reseptor asetilkolin shg menghalangi • interaksi asetilkolin dgn reseptornya. • Akibatnya endplate potensial turun & tidak terjadi kontraksi • otot • Tubokurarin & dimetiltubokurarin (reseptor nikotinik N1) Pankuronium, gallamin • Kegunaan : - relaksan/ pelumpuh otot (adjuvans dlm anestesi) • utk memperoleh relaksasi otot otot rangka, • terutama pd dinding abdomen • - Reposisi tulang yang patah

34. Aksinya : paralisis otot • Indikasi : relaksan otot skeletal • Dosis besar : depresi pernafasan • Aksinya dihambat oleh inhibitor AChE • (Neostigmin, Edrophonium klorida) • Ekskresi : oleh ginjal dlm bentuk tidak • berubah • T1/2 : 89 menit • Penggunaan : adjuvans pd • anestesi (relaksan otot skeletal) • Juga digunakan pd tx ventilasi • mekanik • Efek samping : dpt dikontrol dg • neostigmin

35. Gallamin triethiiodida : relaksan otot skeletal • Aksinya kumulatif dg curare. • Reseptornya : antagonis nikotinik & antagonis muskarinik • (afinitas M2 > M1). • KI : myasthenia gravis • Antidotumnya : neostigmin

36. D. 2. Kolinergik BA tak Langsung • Mekanisme kerja • Mengeblok reseptor asetilkolin dgn cara menimbulkan • depolarisasi persisten pd endplate • Obat2 ini bekerja sbg agonis asetilkolin tatapi tidak segera • dipecah seperti halnya asetilkolin • Pengeblokan menyerupai efek asetilkolin dosis sangat besar/ • seperti pemberian antikolinesterase. • Efek nikotinik

37. Reseptor : nikotinik N1 • Indikasi : relaksan otot skeletal • Reseptor : nikotinik N1 • Indikasi : relaksan otot skeletal • Dosis besar : depresi pernafasan • Aksinya kontras dgn tubokurarin

38. D. 3.1.Inhibitor enzim kolinesterase • Kolinesterase (manusia) : asetilkolinesterase (AChE) & • butirilkolinesterase (BuChE). • AChE : dihubungkan dgn sel permukaan luar sinaps & • menghidrolisis asetilkolin (ACh) kolin + asam asetat. • Adanya inhibisi : memperpanjang neurotransmitter di junction • efek farmakologi = ACh (sbg agonis kolinergik tdk langsung) • Terapi myasthenia gravis, glaukoma, alzheimer • BuChE (pseudokolinesterase) : berlokasi di plasma manusia • katalisis seperti AChE

40. Cholinesterase Inhibitors

41. D.3.1.1. Inhibitor AChE reversibel Sediaan : Physostigmine Physostigmine salicylate Physostigmine sulfate • Physostigmine : • Topikal : tx glaukoma (larut lemak; dapat diserap dari basis salep • Sistemik : • - Antidotum pd keracunan atropin • - Obat kolinergik peningkatan durasi aksi asetilkolin • (inhibisi AChE) • - Pemberian bersama kolinomimetik lain (donepezil • galantamine, metrifonate, rivastigmine & tacrine) Alzheimer

42. Neostigmin metilsulfat : • Penggunaan : • - antidotum nondepolarisasi neuromuskular • - Myasthenia gravis (autoimmune mecanism) : Ach di • neuromuskular junction untuk menormalkan aktivitas muskular • * T ½ : 50 menit per oral & iv • Mekanisme aksi : inhibisi AChE > Physostigmine • Neostigmin bromida • Penggunaan : stimulasi pengeluaran urin & myasthenia gravis

43. D.3.1.2. Inhibitor AChE irreversibel • Inhibitor AChE irreversibel : toksik terhadap saraf insektisida • Kelompok senyawa ini disebut : ester organofosfat • Struktur umum : A : O, S atau Selenium R1 : Alkoksi R2 : Alkoksi, alkil, amina tersier X : leaving group {F, CN, thiomalat, p-nitrofenil

44. Aktivitasnya : paling tidak 1 hari / bahkan 1 minggu • Kombinasi dengan atropin sulfat & magnesium sulfat sifat • toksiknya hilang. • Atropin sulfat : menetralkan efek muskarinik • Magnesium sulfat : menetralkan efek nikotinik • Isofluorphate telah digunakan untuk tx glaukoma

45. Fosforilasi serin oleh Isofluorphate Serin terfosforilasi pd esteratic site Nukleofil (2-PAM) menyerang residu terfosforilasi Enzim bebas 2-PAM : pyridine-2-aldoxim methiodide Kasus keracunan

46. Aktivitasnya panjang seperti • Isofluorphate • Penggunaan : antikolinesterase • long-acting pd tx glaukoma

47. D.4.1. SAR dari kolinergik blocking agent • Substituen A & B : mgd 1 aromatik/lebih kemampuan untuk • berikatan van der Waals dg permukaan reseptor & 1 sikloalifatik/ • hidrokarbon lain utk berikatan dg bagian hidrofobik reseptor. • Substituen C : hidrogen/ hidroksil/ karboksamid ikatan • hidrogen dg reseptor.

48. Bagian kepala kationik • Molekul antikolinergik dapat berinteraksi dgn cholinergic site • melalui bagian kepala kationik (atom N yg bermuatan +). • Muatan (+) tsb dpt dicapai dgn protonasi gugus amina pd pH • fisiologis. • Substitusi pd bagian kepala : titik kritis aksinya sbg • parasimpatomimetik

49. Substitusi siklik • Obat2 antikolinergik : paling tidak mgd 1 sustitusi siklik. • Substitusi aromatik : digunakan untuk berinteraksi dengan • bagian asam dari gugus ester. • Adanya substitusi aromatik asam : aktivitas antikolinergik • namun poten sbg anestesi lokal. • Pada kenyataan gugus siklik : diperlukan utk interaksi dg • daerah polar dari reseptor (untuk efektivitas ikatan tanpa • aktivitas intrinsik).

50. Faktor sterik : menyebabkan difusi dari muatan onium (bagian kepala) interaksi obat–reseptor aktivitas parasimpatomimetik Namun demikian, ikatan hidrofobik penting dlm interaksi obat–reseptor