Fungsi fisiologis dari gyrase dan topoisomerase IV adalah menginisiasi proses pembelahan kromosom untuk replikasi DNA yang penting untuk kelangsungan hidup pertumbuhan bakteri, namun disaat yang sama enzim ini juga mempunyai kemampuan untuk memfragmentasi genom. Kuinolon bekerja dengan meningkatkan konsentrasi enzim pemecah kompleks DNA ini sehingga menginhibisi proses replikasi DNA bakteri dan bahkan menyebabkan kematian sel.

Mekanisme Kerja Kuinolon

Kuinolon berikatan dengan bagian non konvalen dari enzim gyrase dan topoisomerase IV di tempat terjadinya ligasi aktif DNA, berinteraksi dengan protein dan memposisikan diri diantara pita DNA yang sudah terbelah. Dua molekul kuinolon menempel pada masing-masing sisi pita DNA yang sudah terbelah, sehingga mencegah terjadinya ligasi dan replikasi DNA. Kuinolon di saat bersamaan juga meningkatkan konsentrasi enzim gyrase dan topoisomerase IV (racun topoisomerase) dan menjadi hambatan fisik terjadinya ligasi DNA (inhibisi katalitik). Hal ini menyebabkan terjadinya pembelahan DNA yang terus menerus tanpa adanya replikasi dan transkripsi DNA yang akhirnya berujung pada kerusakan kromosom permanen. Kerusakan kromosom ini akan menginisiasi respon darurat dan jalur perbaikan DNA. Apabila mekanisme perbaikan DNA ini tidak berhasil maka terjadi kematian sel.

Target Utama Kuinolon

Saat pertama kali diidentifikasikan pada E. Coli ditemukan bahwa enzim gyrase adalah racun utama yang dapat membunuh E.coli, dan topoisomerasi adalah racun sekunder. Namun pada bakteri Streptococcus pneumoniae ditemukan bahwa kandungan topoisomerase IV pada ciprofloxacin merupakan komposisi utama yang dapat membunuh bakteri. Dari sini timbul konsep bahwa target utama pada bakteri Gram-Negatif adalah enzim gyrase sedangkan pada bakteri Gram-Positif adalah enzim topoisomerase IV.

Interaksi Kuinolon-Enzim

Telah disebutkan diatas bahwa mekanisme kerja kuinolon dimulai dari ikatan kuinolon pada enzim gyrase dan topoisomerase IV. Asam amino yang berperan dalam interaksi ini adalah Ser83 dan residu asam amino, kedua jenis asam amino ini diduga mengalami mutasi, sehingga menurunkan efektifitas kerja kuinolon. Penelitian terakhir menyebutkan bahwa apabila tangan ion kuinolon mengandung Mg2+ non katalitik, kuinolon bisa berikatan dengan asam amino bakteri yang bermutasi itu. Ion metal di kuinolon ini berfungsi sebagai jembatan agar kuinolon bisa masuk ke sel bakteri. Apabila mutasi terjadi hanya di salah satu asam amino maka keefektifan kuinolon akan berkurang, sedangkan apabila kedua asam amino ini bermutasi maka keefektifan kuinolon akan hilang sama sekali karena tidak akan terjadi inhibisi ligasi dari DNA bakteri oleh kuinolon. [1,10]

Farmakokinetik

Farmakokinetik levofloxacin diserap cepat setelah administrasi melalui rute oral dan didistribusikan secara luas.

Absorbsi

Levofloxacin diserap secara cepat setelah administrasi oral. Peak plasma concentration biasanya 1 sampai 2 jam setelah dosis per oral. Bioavailabilitas tablet 500 mg dan 750 mg mencapai hingga 99%, menggambarkan penyerapan dosis per oral secara total.

Apabila diberikan melalui intravena, mean ± SD peak plasma concentration pada dosis 500 mg pemberian selama 60 menit mencapai 6.2 ± 1.0 mg/mL, dan pada dosis 750 mg  pemberian selama 90 menit mencapai 11.5 ± 4.0 mg/mL.

Dosis levofloxacin berbentuk linear dan bisa diprediksi setelah pemberian regimen per oral atau intravena. Kondisi stabil levofloxacin dalam tubuh dicapai dalam waktu 2 jam pada regimen 500 mg maupun 750 mg pemberian tunggal. Rata-rata peak plasma concentration pada pemakaian 1 kali sehari secara multipel adalah 5.7 ± 1.4 mg/mL dan 0.5 ± 0.2 mg/mL pada sediaan 500 mg, serta 8.6 ± 1.9 mg/mL dan 1.1 ± 0.4 mg/mL pada sediaan 750 mg. Sedangkan rata-rata peak plasma concentration pada pemberian intravena 500 mg adalah 6.4 ± 0.8 mg/mL dan 0.6 ± 0.2 mg/mL, dan pada pemberian 750 mg intravena adalah 12.1 ± 4.1 mg/mL dan 1.3 ± 0.71 mg/mL.

Konsentrasi plasma setelah pemberian oral maupun intravena jika dibandingkan absorpsinya adalah sama. Maka rute per oral dan per intravena dapat disesuaikan dengan keadaan pasien. Namun administrasi per oral levofloxacin yang dibarengi dengan makanan memiliki peak plasma concentration lebih lama 1 jam ,serta konsentrasinya berkurang sebanyak 14%. Maka tablet levofloxacin lebih baik dikonsumsi 1 jam sebelum makan atau 2 jam setelah makan.

Distribusi

Rata-rata volume distribusi levofloxacin berkisar dari 74 sampai 112 L setelah administrasi tunggal dan multipel, sediaan 500 mg atau 750 mg. Hal ini menggambarkan bahwa distribusi levofloxacin ke jaringan tubuh bersifat luas.

Levofloxacin bisa mencapai jaringan kulit dan lepuh kulit dalam waktu 3 jam setelah administrasi. Penetrasi levofloxacin ke jaringan paru-paru dapat dikatakan sangat bagus yaitu 2-5 kali lebih tinggi dibandingkan dengan jaringan lainnya, dengan rata-rata 2.4 ± 11.3 mg/mL dalam 24 jam. Levofloxacin menempel pada serum protein 24%-38% terutama serum albumin pada manusia.

Metabolisme

Levofloxacin secara konsisten dan stabil dimetabolisme sebagai D-ofloxacin. Levofloxacin dimetabolisme dan diekskresikan di urin dalam keadaan yang sama. Pada administrasi oral, 87% ditemukan di urin dalam waktu 48 jam, dan ditemukan di feses <4% dalam waktu 72 jam.

Ekskresi

Levofloxacin diekresikan di urine dalam keadaan yang tidak diubah. Rata-rata waktu paruh 6-8 jam setelah pemberian levofloxacin 500 mg atau 750 mg secara oral atau intravena. Rata-rata kecepatan waktu pembersihan levofloxacin dalam tubuh manusia adalah 144-226 mL/min, sedangkan pembersihan pada renal berkisar antara 96-142 mL/min. Tidak ada kristal levofloxacin yang ditemukan di dalam sampe urin.

Populasi Khusus

• Geriatri: tidak ada perubahan signifikan farmakokinetik yang terjadi pada geriatri dan orang muda, namun perubahan yang signifikan terjadi pada proses ekskresi levofloxacin pada geriatri. Dosis per oral 500 mg levofloxacin diberikan pada geriatri usia 66-80 tahun keadaan sehat, rata-rata eliminasi plasma terminal berkisar 7.6 jam, sedangkan di orang muda biasa hanya 6 jam. Perbedaan ini dapat terjadi karena adanya perbedaan fungsi ginjal pada geritari dan orang dewasa, namun perbedaan waktu ini tidak berpengaruh secara signifikan pada klinis. Modifikasi dosis levofloxacin disesuaikan usia pada pasien geriatri tidak dianggap perlu.
• Gender: perbedaan yang signifikan terdapat pada pembersihan kreatinin. Rata-rata waktu yang dibutuhkan untuk eliminasi plasma pada laki-laki adalah 7,5 jam dibandingkan perempuan 6,1 jam pada pemberian 500 mg levofloxacin. Perbedaan ini tidak berpengaruh secara klinis dan modifikasi dosis obat tidak diperlukan jika hanya karena perbedaan gender.

• Insufisiensi ginjal: eliminasi levofloxacin terbukti semakin lama pada pasien dengan gangguan fungsi ginjal (laju pembersihan kreatinin <50mL/min). Pada pasien seperti ini dibutuhkan modifikasi dosis agar tidak terjadi akumulasi kadar levofloxacin dalam tubuh. Pada pasien yang secara rutin melakukan hemodialisis atau menggunakan continuous ambulatory peritoneal dialysis (CAPD) dinyatakan bahwa eksresi kreatinin juga tidak berpengaruh dengan kedua cara tersebut, maka dosis supplemental levofloxacin tidak perlu diberikan pada pasien hemodialisis atau CAPD. [7,11]

Resistensi 

Terdapat tiga mekanisme terjadinya resistensi pada antibiotik golongan kuinolon seperti levofloxacin:

Mediasi Target Resisten Kuinolon

Seperti yang telah disinggung di atas pada bagian interaksi enzim, resistensi kuinolon paling sering terjadi karena mutasi pada gyrase dan atau topoisomerase II. Apabila mutasi ditemukan pada salah satu enzim saja, tingkat resistensi berkurang hanya 10 kali lipat dari tingkat keefektifannya, namun apabila terjadi mutasi pada kedua enzim maka tingkat keefektifan akan berkurang 10-100 kali. Mutasi terjadi pada asam amino Ser83 dan residu asam amino tempat kuinolon berikatan. Mutasi Ser83 pada gyrase dan topoisomerase IV terbukti tidak memberikan efek yang berpengaruh besar pada aktivitas inhibisi katalitik, namun jika mutasi terjadi residu asam amino maka aktivitas inhibisi katalitik menurun sebesar ~5-10 kali. Hal ini menjelaskan kebanyakan resistensi kuinolon ditemukan mutasi pada serine.

Mediasi Plasmid Resisten Kuinolon

Plasmid adalah DNA ekstra kromosomal yang bereplikasi secara autonom. Tiga gen yang mempengaruhi mediasi plasmid resistensi pada kuinolon adalah:

• Gen Qnr menurunkan efektifitas kuinolon melalui dua mekanisme: mengurangi jumlah gyrase dan topoisomerase IV pada DNA bakteri, dengan begitu semakin sedikit molekul kuinolon yang dapat berikatan; kedua adalah berikatan langsung dengan topoisomerase IV dan gyrase sehingga kuinolon tidak bisa berikatan, maka kuinolon tidak akan bisa menempel pada pita DNA.

• Aac(6’)-lb-cr menurunkan efektifitas kuinolon dengan mengasetilasi nitrogen pada cincin C7 piperazine.
• Efflux pumps terjadi mutasi pada titik QepA1, dan QepA2.

Mediasi Kromosom Resistensi Kuinolon

Untuk dapat menjalankan fungsinya kuinolon harus mampu menembus dinding sel bakteri. Pada bakteri Gram-negatif dinding sel difasilitasi oleh saluran protein yang disebut porin, kuinolon bisa masuk melalui porin. Pada keadaan mutasi, jumlah porin yang ada pada dinding sel berkurang, maka jumlah molekul kuinolon yang bisa masuk kedalam bakteri juga akan berkurang. Dan sebaliknya jumlah saluran protein yang dimediasi oleh kecocokan kromosom bertambah, sehingga kuinolon tidak bisa masuk lewat saluran protein ini. [10]