Degradation Kinetics of Atorvastatin under Stress Conditions and Chemical Analysis by HPLC

Marcelo Antonio Oliveira1,*, Maria Irene Yoshida2, Valdenir José Belinelo1 and Romanélia Spessemille Valotto1

1 University Center of the North of Espirito Santo, UFES, BR 101 North, km 60, 29932-540 São Mateus, ES, Brazil

2 Department of Chemistry, Federal University of Minas Gerais, Av. Pres. Antônio Carlos, 6627-31270-901 Belo Horizonte, MG, Brazil

* Author to whom correspondence should be addressed; E-Mail: oliveirama.ufes@gmail.com; Tel.: +55-27-3763-5841; Fax: +55-27-3312-1501.

Received: 9 January 2013; in revised form: 9 January 2013 / Accepted: 14 January 2013 / Published: 24 January 2013

Atorvastatin adalah obat antilipemic milik kelas statin, yang merupakan obat referensi Pfizer Lipitor®. Lipitor®, nama merek komersial atorvastatin, adalah obat paling laris di dunia 2002-2009, menghasilkan pendapatan kotor sekitar 9,3 miliar dolar (Campo et al., 2007). ATV digunakan untuk mengurangi kadar lipoprotein yang kaya dalam kolesterol dan mengurangi risiko penyakit arteri koroner. Hal ini dikenal bahwa kalsium atorvastatin (ATV), C66H68CaF2N4O10 • 3H2O, berbentuk polimorfisme. Obat tersebut biasanya dicari oleh industri farmasi yang memproduksi obat generik , karena fakta bahwa obat memiliki nilai harga tinggi, itu dikonsumsi secara global , dan paten berakhir pada akhir 2010. Banyak pertanyaan mengenai lingkup farmasi obat ini menunjukkan pentingnya tentang studi stabilitas dan identifikasi produk degradasi obat dan formulasi farmasi. ATV telah ditemukan terdegradasi pada kondisi asam dan basa, termasuk kinetika degradasi orde satu dalam kondisi asam, dibandingkan dengan kinetika degradasi orde nol pada kondisi basa, yang cenderung kurang stabil saat dilakukan pengujian dalam media asam.

Kalsium atorvastatin (ATV) digunakan untuk mengurangi kadar lipoprotein kaya kolesterol dan mengurangi risiko penyakit arteri koroner. Hal ini disebabkan tindakan penghambatan obat ini pada hydroxymethylglutaryl - CoA reduktase ( HMG-CoA ) enzim , yang penting dalam biosintesis kolesterol (Gomes, 1995).

Adapun tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui stabilitas ATV terhadap pengaruh degradasi kinetik ATV yang diberi perlakuan suhu, kelembaban, oksidasi, paparan sinar UV, dan hidrolisis dengan pH yang berbeda.

Jurnal yang telah direview berjudul Degradation Kinetics of Atorvastatin Under Stress Conditions and Chemical Analysis by HPLC. Jurnal ini meneliti mengenai studi stabilitas dan kinetika degradasi pada obat Atorvastatin. Parameter stabilitas intrinsik yang dievaluasi meliputi suhu, kelembaban, oksidasi, paparan sinar UV, dan hidrolisis pada pH yang berbeda. Degradasi kinetika juga digunakan untuk mengevaluasi stabilitas dalam kondisi tertentu serta untuk membandingkan kondisi stres (adanya tekanan). Oleh karena itu, stabilitas intrinsik dan studi kinetik merupakan elemen mendasar dalam mencari hasil degradasi obat yang mungkin terjadi, namun hasil ini tidak sering muncul di bawah kondisi penyimpanan obat secara normal sehingga dikondisikan dalam kondisi stres agar produksi degradasi dapat terdeteksi.

ATORVASTATIN, merupakan molekul garam kalsium trihidrat, sebuah molekul kalsium atorvastatin yang mengikat tiga molekul air. Atorvastatin merupakan salah satu zat aktif penurun kolesterol darah golongan statin atau penghambat/inhibitor HMG-CoA reduktase, yaitu senyawa yang dapat menghambat konversi enzim HMG-CoA reduktase menjadi mevalonat sehingga menghambat pembentukan kolesterol endogen.

Garam kalsium atorvastatin memiliki nama (3R,5R)-7-[2-(4-fluorophenyl)-3-phenyl-4-(phenylcarbamoyl)-5-propan-2-ylpyrrol-1-yl]-3,5-dihydroxyheptanoic acid, dengan rumus molekul (C33H35FN2O5)2Ca.3H2O dengan bobot molekul sebesar 1209,42, dengan rumus struktur berikut:

Kalsium atorvastatin adalah serbuk putih atau kristal putih pucat yang tidak larut dalam air dengan pH 4 atau kurang, sangat sedikit larut dalam air suling, sedikit larut pada dapar phosphat pH 7,4 atau asetonitril, sedikit larut pada etanol, mudah larut pada metanol. Tablet atorvastatin harus disimpan pada wadah yang tertutup baik dan disimpan pada suhu 20-25 derajat celcius, sediaan tersebut akan stabil selama 24 bulan sejak tanggal pembuatannya (AHFS, 2008).

Stabilitas obat adalah kemampuan suatu produk untuk mempertahankan sifat dan kaakteristiknya agar sama dengan yang dimilikinya saat dibuat (identitas, kekuatan, kualitas, dan kemurnian) dalam batasan yang ditetapkan sepanjang periode penyimpanan dan penggunaan (Joshita, 2008).

Pemeriksaan stabilitas obat mutlak diperlukan agar obat dapat sampai pada titik tangkapnya sehingga dapat memberikan efek terapi yang dikehendaki, penetapan kadar obat dilakukan untuk menjaga mutu obat sesuai dengan ketetapan dalam Farmakope Indonesia. Stabilitas obat dapat dipengaruhi oleh faktor luar, antara lain suhu, kelembaban, paparan sinar UV, dan hidrolisis dengan pH yang berbeda.

Mengikuti aturan monografi USP (2008), suatu metode analisis dikembangkan, dioptimalkan, dan divalidasi dalam upaya untuk mencari produk degradasi dengan cara KCKT, bersama-sama dengan detektor UV/DAD. Kromatografi merupakan salah satu metode pemisahan komponen-komponen campuran dalam keadaan kesetimbangan antara dua fase yaitu fase diam yang dapat menahan cuplikan dan fase gerak yang dapat membawa cuplikan. Kromatografi berdasarkan fase geraknya dapat dibedakan menjadi dua, yaitu kromatografi gas dan cair (Day & Underwood, 2002).

KCKT merupakan salah satu contoh kromatografi cair yang menggunakan zat cair sebagai fase gerak. Selain untuk pemisahan, metode ini juga dapat digunakan untuk analisis kuaitatif dan kuantitatif. Keutungan menggunakan KCKT antara lain jumlah sampel yang diperlukan sangat sedikit, waktu yang diperlukan oleh suatu komponen untuk mencapai detektor atau waktu retensinya hanya dalam beberaa menit, dan batas deteksinya samai nanogram perliter. Instrumen dasar KCKT terdiri dari pompa, sistem pemasukan sampel, kolom, detektor, dan rekorder (Hendayana et al., 1994).

Suhu merupakan salah satu faktor penting dalam penentuan stabilitas senyawa obat. Hal ini memungkinkan peramalan stabilitas produk pada suhu penyimpanan biasa dari data yang diperoleh pada kondisi yang melebihi keadaan normal (Lachman L dkk., 1994). Proses pembuatan, pendistribusian, serta penyimpanan suatu sediaan obat farmasi dipengaruhi oleh suhu, tempat produk itu berada, perlu diperhatikan atau dikendalikan suhu dimana tempat produk itu berada. Suhu yang terlalu tinggi menyebabkan rusaknya suatu sediaan, ada beberapa zat yang tidak tahan pemanasan, apabila ada panas yang berlebihan akan menyebabkan rusaknya suatu sediaan. Kecepatan berbagai reaksi, termasuk reaksi degradasi obat, akan bertambah kira-kira 2-3 kalinya setiap kenaikan suhu 10oC. pengaruh temperature terhadap laju reaksi ini dikemukakan dalam rumus Arrhenius, yaitu:

k=A×e−Ea/RT

Keterangan:k = konstanta lajuA = faktor frekuensi e = kuantitas matematisEa = energi aktivasi (energi minimum yang diperlukan bagi reaksi untuk berlangsung)R = konstanta gas (dari persamaaan PV=nRT)T = suhu (K)

Higroskopisitas adalah potensial lembab yang dapat diabsorbsi oleh suatu sediaan obat dengan laju tertentu pada satu kondisi tertentu. Jika produk obat diformulasikan sangat sensirtif terhadap lembab maka selama proses produksi dan penyimpanan, uap air yang terserap oleh produk obat tersebut tidak boleh menyebabkan produk menjadi rusak dan tidak lagi memenuhi persyaratan. Perubahan fisik bahan higroskopis dapat terlihat seperti pelunakan dan pengerasan. Oleh karena itu sangat penting mengetahui besarnya lembab yang dapat diserap oleh suatu sediaan obat pada kondisi tertentu agar dapat memperkecil efek yang ditimbulkan oleh adanya lembab tersebut dengan cara penggunaan bahan kemas yang tepat maupun selama proses produksi dengan mengontrol kelembaban ruangan agar kualitas obat tetap dapat dipertahankan.

Paparan sinar UV (cahaya) mendegradasi obat dengan adanya sinar energi tinggi, reaksi ini disebut dengan reaksi fotolisis. Ada dua mekanisme reaksi fotolisis yaitu fotolisis primer dan sekunder. Fotolisis primer terjadi bila molekul obat itu sendiri menyerap energi dari sumber radiasi. Menyerap

sinar atau tidaknya suatu molekul obat dapat dilihat dengan membandingkan spektrum UV atau sinar tampak. Energi yang diserap dapat menyebabkan penguraian melalui beberapa cara yaitu sebagai energi termal yang menyebabkan peningkatan suhu di dalam medium sekeliling dan sebagai fluoresensi atau fosforesensi. Sedangkan reaksi fotolisis sekunder terjadi bila energi dari sumber radiasi diserap oleh molekul-molekul zat tambahan dalam fomulasi yang kemudian membagi energi yang meningkat ini kepada molekul obat sehingga terjadi penguraian obat.

Oksidasi merupakan reaksi penguraian obat yang meliputi terjadinya hilangnya suatu atom elektronegatif, radikal atau elektron; Penambahan suatu atom elektronegatif, atau radikal; Obat-obat yang teroksidasi. Oksidasi sering melibatkan radikal bebas dan yang diikuti reaksi-reaksi berantai, dan dalam fase gas dapat mengakibatkan ledakan. Reaksi berantai tersebut adalah reaksi autooksidasi yang terdiri atas tiga tahap:a. Tahap Permulaan

RH → R• + H•Tahap Permulaan merupakan pembentukan radikal-radikal bebas karena adanya pengaruh cahaya, panas atau logam-logam berat dan lamanya tahap permulaan ini disebut masa induksi.

b. Tahap PropagasiR• + O2 → ROO• (radikal peroksida)Tahap Propagasi adalah terjadinya reaksi antara radikal bebas dengan organik molekul oksigen membentuk radikal peroksi. Radikal ini bereaksi dengan organik molekul membentuk hydrogen peroksida dan suatu radikal baru yang akan memulai reaksi selanjutnya. Hydrogen peroksida akan terpecah menghasilkan aldehid, keton, asam-asam lemak rantai pendek, yang menyebabkan bau tengik pada lemak-lemak dan minyak-minyak.

c. Tahap TerminasiROO• + X → produk-produk non reaktifR• + R• → R-R

Penurunan derajat oksidasi merupakan suatu penyebab utama ketidakstabilan suatu obat. Obat yang dapat terurai karena kontak dengan udara meliputi campuran fenolik seperti morfin dan phenylephrine, katekolamins seperti dopamine dan adrenalin, zat pembunuh kuman, vitamin, minyak dan lemak. Oksidasi melibatkan perpindahan dari suatu atom elektropositif, radikal atau elektron, atau penambahan dari suatu atom yang elektronegatif. Banyak reaksi oksidasi yang berkaitan dengan farmasi adalah reaksi yang berantai atau berproses secara perlahan-lahan dibawah pengaruh oksigen molekuler. Proses reaksi seperti ini dikenal sebagai auto oksidasi. Oksigen yang terdapat dalam suatu alat harus digantikan dengan zat lemas atau gas asam-arang. Kontak obat dengan ion logam berat yang dapat mengkatalisis oksidasi harus dihindarkan dantemperatur juga harus dikurangi.

Degradasi obat selalu disertai dengan kinetika kimia yang meliputi laju reaksi. Laju reaksi menggambarkan seberapa cepat reaktan terpakai dan produk terbentuk. Laju reaksi suatu sediaan obat ditentukan oleh orde reaksi. Orde reaksi adalah jumlah atom atau molekul yang terlibat dalam reaksi yang konsentrasinya menentukan laju reaksi.

1. Validasi Metode Analisis dan Studi Produk DegradasiValidasi merupakan suatu kegiatan untuk membuktikan bahwa metode analisis telah dilakukan

dengan benar sesuai dengan tujuan yang diinginkan (Green, 1996). Untuk meyakinkan bahwa metode analisis dapat digunakan dan menjamin mutu produk yang dihasilkan sesuai persyaratan, maka metode tersebut harus divalidasi. Pada umumnya, metode analisis tersebut harus memenuhi syarat penerimaan parameter validasi, yaitu ketelitian, ketepatan, linearitas, dan spesifitas.

Adapun metode yang divalidasi adalah metode HPLC/UV-DAD yang meliputi faktor kapasitas, simetri puncak, kolom/pelat teoritis, presisi, akurasi, linieritas, batas deteksi, batas kuantifikasi, selektivitas, dan kekuatan. Hasil yang didapat sesuai dengan standar validasi.

Kemudian, sampel diberi perlakuan dan dianalisis dengan HPLC. Berdasarkan kromatogram yang dihasilkan dari analisis HPLC yang diberi perlakuan paparan suhu (panas kering), paparan sinar UV, oksidasi, hidrolisis netral pada pH 7 dan dibandingkan dengan Atorvastatin kontrol atau tanpa diberi pengaruh, diperoleh bahwa puncak analat yang dihasilkan memiliki waktu retensi yang cukup stabil pada kisaran 3,5 menit, menunjukkan bahwa metode ini cukup selektif untuk analisis Atorvastatin.

Apabila puncak yang muncul lebih dari satu pada perlakuan yang sama, menunjukkan bahwa terdapat pengotor atau produk baru hasil degradasi. Perlakuan dilakukan pada media asam dan basa, tujuannya obat atorvastatin dapat mengalami hidrolisis terkatalisis pada asam dan basa menyebabkan reaksi berjalan dengan cepat. Sampel pada media asam menunjukkan degradasi parsial dengan pembentukan dua produk degradasi dengan tR = 4,440 menit dan tR=4,283 menit. Sedangkan sampel pada media basa tidak terbentuk produk degradasi. Perbedaan tinggi puncak kromatogram menunjukkan perbedaan konsentrasi. Puncak rendah menunjukkan konsentrasi obat yang rendah juga.

2. Kinetika Degradasi dalam Suasana Asam dan BasaDalam suasana asam dan basa, medium tempat terjadinya degradasi obat, kinetika degradasi

mengikuti model matematika orde nol, kesatu, dan kedua. Dengan bertambahnya waktu, konsentrasi obat yang bereaksi semakin berkurang, sedangkan konsentrasi produk degradasi yang dihasilkan bertambah. Berdasarkan hubungan antara waktu retensi, luas puncak, dan konsentrasi ATV tiap waktu dapat ditentukan kinetika degradasi pada orde ke 0, 1 dan 2. Atorvastatin mengalami degradasi hidrolisis pada medium asam dan basa. Hidrolisis adalah reaksi kimia yang memecah molekul air (H2O) menjadi kation hidrogen (H+) dan anion hidroksida (OH-) melalui suatu proses kimia. Proses ini biasanya digunakan untuk memecah polimer tertentu, terutama yang dibuat melalui polimerisasi tumbuh bertahap (step-growth polimerization). Reaksi hidrolisis berjalan cukup lambat, tetapi dengan adanya asam atau basa, laju reaksi meningkat dan dapat terjadi dekomposisi yang signifikan. Harus diingat bahwa setiap obat merupakan amin, yang bisa dibuat menjadi terlarutkan air melalui pembentukan garam kloridanya. Garam-garam basa lemah dan asam mineral kuat bersifat asam melalui hidrolisis parsial dan H+ yang terbentuk melalui hidrolisis garam dapat mengkatalisis reaksi hidrolisis di dalam obat itu sendiri. Sama halnya dengan obat-obatan yang merupakan garam asam lemah dengan basa kuat bersifat basa di dalam larutan dan OH - yang dihasilkan melalui hidrolisis parsial garam tersebut dapat bertindak sebagai katalis dan menyebabkan terjadinya dekomposisi. Mekanisme hidrolisis dapat dikatalis oleh asam dan basa (Cairns, 2004).

Hidrolisis merupakan suatu proses solvolisis dimana molekul obat bereaksi dengan molekul air menghasilkan produk pecahan dari konstitusi kimia yang berbeda. Obat-obatan dengan gugus ester dan amida merupakan yang paling rentan mengalami reaksi hidrolisis. Kecepatan reaksi hidrolisis dipengaruhi oleh faktor intrinsic seperti struktur molekuler, dan faktor lingkungan meliputi suhu (apabila suhu naik 10oC maka hidrolisis naik dua kali lipat), pH larutan (H+ dan OH- bersifat

mengkatalis atau mempercepat putus rantai. pH kestabilan suatu obat adalah pada titik minimum saat log K minimum), jenis buffer, kekuatan ionic, cahaya, oksige, kelembaban, dan bahan tambahan (Yoshioka, 2002).

Reaksi hidrolisis terjadi ketika suatu asam bertemu dengan basa yang akan menghasilkan garam dan air yang merubah pH dari campuran tersebut. Dalam reaksi hidrolisis, terjadi penarikan H+ dan OH- dari senyawa asam dan basa. H+ dan OH- berikatan menjadi air. Sedangkan pembentuk senyawa asam dan basa yang lain bersatu membentuk dari garam campuran asam basa tersebut. Garam tersebut dapat bersifat asam atau basa atau netral tergantung dai sifat-sifat para campurannya apakah asam kuat, asam lemah, basa kuat, basa lemah (Prayoga, 2009).

Atorvastatin memiliki gugus fungsional berupa gugus amina sehingga atorvastatin mudah terhidrolisis. Pada medium asam, konsentrasi obat ATV mulai mengalami reduksi pada tR = 3,843 menit sehingga terbentuk produk degradasi 1 pada tR = 5,335 menit dan produk degadasi 2 pada tR = 6,009 menit.

Hasilnya didapati bahwa kinetika degradasi obat pada medium asam mengikuti orde ke-1 karena nilai koefisien korelasinya mendekati 1 yaitu 0,96. Hal ini menunjukkan bahwa ATV kurang stabil dalam medium asam karena dengan adanya asam, ATV mudah terkatalisasi membentuk produk degradasi. Adapun hasil produk degradasi oleh medium asam dapat berupa:1. Impurities A

Pada produk ini, gugus yang lepas adalah gugus flor dan adanya perubahan bentuk hidrat menjadi anhidrat. Gugus flor merupakan gugus pergi yang baik. Bentuk anhidrat ini lebih tinggi sifat kelarutannya dan lebih tinggi kecapatan disolusinya dibanding bentuk hidrat.

2. Impurities H

Pada produk impurities H, produk tidak berbentuk garam lagi. Gugus karboksilat membentuk siklik. Tidak adanya bentuk hidrat. Karena tidak terbentuk garam dan hidrat maka produk ini akan sukar melarut.

3. Impurities J

Pada produk impurities J, produk tidak berbentuk garam lagi. Tidak adanya bentuk hidrat. Karena tidak terbentuk garam dan hidrat maka produk ini akan sukar melarut.

Pada medium basa, atorvastatin mengalami degradasi hidrolisis. Hasilnya tidak terbentuk produk degradasi, walaupun terjadi degradasi. Hal ini dikarenakan Melihat data kromatogram, dapat diamati obat terdegradasi sebagaimana tinggi puncak yang berkurang dengan bertambahnya waktu. Hal ini terbukti dengan kinetika orde reaksi pada medium basa adalah nol sehingga tidak terpengaruh dengan perubahan konsentrasi.

Atorvastatin memiliki waktu retensi 3,517 menit saat diberi perlakuan dalam suasana asam dan basa. Dalam suasana asam, ATV mengalami degradasi parsial dengan adanya pembentukan dua produk degradasi, sedangkan pada suasana basa degradasi dapat diamati dengan berkurangnya luas puncak obat.

DAFTAR PUSTAKA

AHFS Drug Information. 2008. American society of Health System Pharmacist, Bethesda, md.

Campo, V.L.; Carvalho, I. 2007. Hypolipemic Statins and New Therapeutcal Trends. Quim. Nova

Day RA, Underwood AL. 2002. Analisis Kimia Kuantitatif. Ed ke-5. Pudjaatmaka AH, penerjemah; Jakarta: Erlangga. Terjemahan dari : Quantitative Analysis.

Gomes, F.P. Validation of Methods for Analysis of Statins Drugs. M.Sc. Dissertation, Graduate Program in Pharmaceuticals and Drugs, University of São Paulo: São Paulo, Brazil, 1995. Available online: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/9/9139/tde-03022009-180929/pt-br.php/ (diakses tanggal 13 Oktober 2013)

Green, JM. 1996. A Practical Guide to Analytical Methode Validation. Anal Chem 68 : 305A-309A

Hendayana S, Kadarohman A, Sumarna AA, Supriatna A. Kimia Analitik Instrumen. Semarang : IKIP Semarang Press

Joshita, 2008. Kestabilan Obat. http://staff.ui.ac.id/internal/130674809/material/Kestabilan obatkuliahS2.pd (diakses tanggal 13 Oktober 2013).

Lachman,Leon. 1994 .Teori dan Praktek Farmasi Industri edisi III, Jakarta: UI Press

Prayoga, K.J. 2009. Stabilitas Obat. Bali: Universitas Udayana.

United States Pharmacopeial Convention. 2008. In United States Pharmacopoeia, 31st ed.; USP Convention: Rockville, MD, USA.

Yoshioka, S. and V.J. Stella. 2002. Stability of Drugs and Dosage Form. New York, Boston, Dordecht, London, Moscow : Kluwer Academic Publisher.