Aplikasi Gravitational Search Algorithm pada Model Modified Compartmental Absorption and Transit untuk Penyerapan Obat Oral

Abstract

Laju penyerapan obat oral di dalam tubuh dapat diprediksi dengan menggunakan model Compartmental Absorption and Transit (CAT). Namun, pengembangan model yang sudah ada ini perlu dilakukan sehingga mampu menghasilkan model yang lebih baik dalam memprediksi laju penyerapan obat oral di dalam tubuh. Dalam penelitian ini, model CAT dimodifikasi dengan menambahkan konstanta disolusi pada tujuh kompartemen di usus halus. Penambahan konstanta disolusi dibuat dengan memvariasikan nilai konstanta difusi dan waktu difusi pada konstanta laju transit, sehingga konsentrasi obat dalam plasma dapat diprediksi. Model Modified Compartmental Absorption and Transit (MCAT) selanjutnya dioptimasi dengan metode Gravitational Search Algorithm (GSA) untuk hasil yang lebih optimal. Jenis obat oral yang digunakan yaitu atenolol dengan dosis 25, 50, dan 100 mg. Simulasi dilakukan dengan menggunakan program Matlab dengan metode Ordinary Differential Equation (ode45). Berdasarkan hasil simulasi prediksi konsentrasi plasma atenolol pada dosis 25, 50, dan 100 mg, membuktikan bahwa hasil simulasi model MCAT dengan optimasi GSA memiliki prediksi yang lebih baik dibandingkan dengan model MCAT tanpa optimasi GSA. Prediksi yang lebih baik pada model MCAT dengan optimasi GSA ini dipengaruhi oleh konstanta laju mikroskopik (k12, k21, k13, k31, k10) yang dihasilkan lebih akurat. Selain itu, keakuratan yang dihasilkan juga dikonfirmasi oleh nilai koefisien determinasi (R2) yang meningkat dari kisaran 80% menjadi lebih dari 90% dan juga menunjukkan bahwa hasil simulasi sesuai dengan data eksperimen. Peningkatan koefisien determinasi atenolol pada dosis 25, 50, dan 100 mg adalah 96%, 95%, dan 97% untuk model MCAT dengan variasi konstanta difusi dan 96%, 93%, dan 97% untuk model MCAT dengan variasi waktu difusi. Selain itu, optimasi oleh GSA terlihat cukup membantu mengoptimalkan model MCAT dalam memprediksi konsentrasi plasma obat dalam fase penyerapan, distribusi, dan metabolisme atau yang terjadi pada 8 jam pertama setelah pemberian obat.

The rate of oral drug absorption can be predicted using the Compartmental Absorption and Transit (CAT) model. Although, the development of this model is necessary so it can provide a better model for predicting the rate of absorption of oral drugs in the body. In this study, the CAT model modified by adding the dissolution constant in seven compartments in the small intestine. The addition of dissolution constants made by varying the value of the diffusion constant and the diffusion time on the transit rate constant so that the concentration of the drug in the plasma can be predicted. Afterward, for more optimal results, the Modified Compartmental Absorption and Transit (MCAT) model were optimized with the Gravitational Search Algorithm (GSA) technique. The type of oral medication used is atenolol at doses of 25, 50, and 100 mg. The simulation was performed using the Matlab program with an Ordinary Differential Equation (ode45) method. Based on the results of the simulation the prediction of plasma concentration of Atenolol at doses of 25, 50, and 100 mg, the MCAT model with GSA optimization has a better prediction as compared to the MCAT model simulation without using GSA. Further good prediction on the MCAT model with GSA optimization is affected by microscopic rate constants (k12, k21, k13, k31, k10), which are more accurate. Also, the coefficient of determination (R2) values are increased from the range of 80% to more than 90% and shows that the simulation results results fit very well to the experimental data. The increase in the coefficient of determination of atenolol at doses of 25, 50, and 100 mg was 96%, 95%, and 97% respectively, for the variation of the diffusion constant and 95%, 93%, and 96% respectively, for the diffusion time variation. The inclusion of GSA helps optimizing the MCAT model in predicting the plasma concentration of drug in the absorption, distribution, and metabolism phase that happened at the first 8 hours after drug administration.