Model kompartemen adalah representasi matematis tubuh yang menyederhanakan fisiologi kompleks menjadi satu atau lebih kompartemen yang saling berhubungan untuk tujuan menggambarkan konsentrasi obat dari waktu ke waktu. Model ini memungkinkan ahli farmakokinetik memperkirakan parameter penting seperti pembersihan, volume distribusi, dan waktu paruh dari data waktu konsentrasi. Meskipun asumsinya disederhanakan, model kompartemen memberikan prediksi yang berguna secara klinis dan menjadi dasar analisis farmakokinetik.

Model Satu Kompartemen

Model satu kompartemen mengasumsikan bahwa tubuh berperilaku sebagai kompartemen tunggal yang tercampur dengan baik. Setelah pemberian obat, obat didistribusikan secara instan ke seluruh kompartemen, dan eliminasi terjadi pada kecepatan yang sebanding dengan konsentrasi obat. Model ini paling sesuai untuk obat yang berdistribusi cepat dibandingkan dengan laju eliminasinya, sehingga fase distribusi terlalu singkat untuk dibedakan dengan fase eliminasi.

Untuk dosis bolus intravena dalam model satu kompartemen, konsentrasi plasma menurun secara monoeksponensial berdasarkan persamaan: C sama dengan C0 dikalikan e pangkat negatif k kali t, dengan C0 adalah konsentrasi awal, k adalah konstanta laju eliminasi, dan t adalah waktu. Konstanta laju eliminasi berkaitan dengan waktu paruh karena k sama dengan 0,693 dibagi t½. Volume distribusi dihitung sebagai dosis dibagi C0, dan klirens sama dengan k dikalikan Vd.

Untuk infus intravena, model satu kompartemen memperkirakan bahwa konsentrasi meningkat selama infus dan mencapai keadaan stabil ketika laju infus sama dengan laju eliminasi. Setelah infus dihentikan, konsentrasi menurun secara monoeksponensial. Untuk pemberian oral, model menggabungkan fase penyerapan dengan konstanta laju penyerapan orde pertama, dan profil konsentrasi-waktu menunjukkan fase naik, puncak, dan fase menurun.

Model Dua Kompartemen

Model dua kompartemen membagi tubuh menjadi kompartemen sentral, yang mewakili plasma dan organ dengan perfusi tinggi, dan kompartemen perifer, yang mewakili jaringan dengan perfusi lebih sedikit seperti otot, lemak, dan kulit. Obat didistribusikan antara kompartemen sentral dan perifer dengan kecepatan yang diatur oleh konstanta laju antarkompartemen. Model ini diperlukan untuk obat yang menunjukkan fase distribusi yang berbeda sebelum fase eliminasi terminal.

Setelah bolus intravena, model dua kompartemen menghasilkan kurva konsentrasi-waktu bieksponensial. Penurunan awal yang cepat menunjukkan distribusi obat dari kompartemen pusat ke perifer, sedangkan penurunan yang lambat kemudian menunjukkan eliminasi dari kompartemen sentral dengan redistribusi simultan dari kompartemen perifer. Persamaan kurva konsentrasi-waktu mempunyai dua suku eksponensial: C sama dengan A dikalikan e pangkat alpha negatif dikali t ditambah B dikalikan e pangkat beta negatif dikali t, dengan alpha adalah konstanta laju distribusi dan beta adalah konstanta laju eliminasi terminal.

Model dua kompartemen memberikan parameter tambahan di luar model satu kompartemen, termasuk volume kompartemen pusat dan periferal, jarak antar kompartemen, dan konstanta mikro yang menggambarkan laju transfer antar kompartemen. Parameter ini memberikan gambaran yang lebih lengkap mengenai disposisi obat, khususnya untuk obat-obatan seperti digoksin, aminoglikosida, dan banyak agen anestesi.

Konstanta Laju: Konstanta Mikro dan Makrokonstanta

Dalam model kompartemen, konstanta mikro menggambarkan proses laju dasar untuk transfer obat antar kompartemen dan eliminasi. Dalam model dua kompartemen, k12 mewakili laju transfer dari kompartemen pusat ke perifer, k21 mewakili laju pengembalian, dan k10 mewakili laju eliminasi dari kompartemen pusat. Konstanta mikro ini tidak dapat diamati secara langsung tetapi diperkirakan dengan menyesuaikan model dengan data waktu konsentrasi.

Konstanta makro adalah konstanta laju hibrid yang menggambarkan eksponen kurva konsentrasi-waktu yang dapat diamati. Dalam model dua kompartemen, alfa dan beta merupakan konstanta makro yang merupakan fungsi dari konstanta mikro. Hubungan antara konstanta mikro dan konstanta makro didefinisikan secara matematis, sehingga memungkinkan estimasi proses laju yang mendasarinya dari data yang diamati.

Ketentuan Volume dalam Model Kompartemen

Berbagai istilah volume muncul dari analisis kompartemen. Volume kompartemen pusat (Vc) adalah volume kompartemen tempat sampel diambil, biasanya plasma ditambah jaringan dengan perfusi tinggi. Volume distribusi pada kondisi tunak (Vss) adalah total volume distribusi ketika keseimbangan distribusi telah tercapai antara kompartemen pusat dan periferal. Volume distribusi selama fase terminal (area Vbeta atau Vd) dihitung sebagai izin dibagi beta.

Istilah volume yang berbeda ini mempunyai arti klinis yang berbeda. Vss adalah ukuran ruang distribusi yang paling relevan secara fisiologis, karena mencerminkan partisi keseimbangan antara semua jaringan dan plasma. Vbeta umumnya dilaporkan dalam literatur dan digunakan untuk menghitung waktu paruh, namun dapat melebihi Vss untuk obat dengan eliminasi terminal yang sangat lambat.

Aplikasi untuk Berbagai Rute Administrasi

Model kompartemen dapat disesuaikan untuk rute pemberian apa pun. Untuk dosis bolus intravena, konsentrasi awal ditentukan oleh dosis dan volume kompartemen sentral. Untuk infus intravena, model ini menggabungkan kecepatan dan durasi infus. Untuk jalur ekstravaskuler, ditambahkan kompartemen absorpsi dengan konstanta laju absorpsi orde pertama atau orde nol.

Model harus dapat diidentifikasi dari data yang tersedia. Dengan pengambilan sampel yang jarang atau data yang tidak cukup mengkarakterisasi fase distribusi, model dua kompartemen mungkin tidak dapat dibedakan dari model satu kompartemen. Perangkat lunak farmakokinetik modern menggunakan regresi nonlinier untuk menyesuaikan model kompartemen dengan data waktu konsentrasi, memperkirakan parameter yang paling menggambarkan profil pengamatan dan memungkinkan prediksi untuk rejimen dosis alternatif.