10.1. Общая характеристика механизмов устойчивости микроорганизмов к антибактериальным препаратам

Основным недостатком АБП является формирование микроорганизмами устойчивости к их действию. В самом общем виде причины формирования резистентности следует искать в способности всего живого адаптироваться к неблагоприятным факторам внешней среды. Известны следующие биохимические механизмы устойчивости бактерий к АБП:

1. Модификация мишени действия АБП. Структура мишеней действия антибиотиков подвержена изменчивости. В результате спонтанных мутаций в генах, кодирующих мишени действия АБП, возможно снижение (или утрата) способности мишени связываться с антибиотиком.

2. Инактивация АБП. Механизмы инактивации (ферментативного разрушения или модификации) АБП являются наиболее специфичными. Ферменты, инактивирующие АБП, взаимодействуют со строго определенными препаратами в пределах отдельных групп.

3. Активное выведение АБП из микробной клетки (эффлюкс). Известны как минимум четыре больших семейства транспортных систем белковой природы, переносящих АБП из внутренней среды бактерий. Некоторые из них осуществляют выведение строго определенных препаратов, другие активны в отношении групп АБП.

4. Нарушение проницаемости внешних структур микробной клетки. Транспорт гидрофильных АБП внутрь микробной клетки осуществляется через пориновые каналы. Эффективность транспорта определяет уровень природной чувствительности бактерий к антибиотикам. При нарушении структуры пориновых каналов или их утрате эффективность транспорта антибиотиков резко снижается, что проявляется в формировании устойчивости к нескольким классам препаратов. Этот механизм распространен в основном среди грамотрицательных бактерий, обладающих внешней мембраной, и является наименее специфичным в отношении АБП разных групп.

5. Формирование метаболического "шунта". В тех случаях, когда мишенью действия антибиотика является ключевой фермент какого-либо метаболического пути, устойчивость может сформироваться в результате продукции микроорганизмом нового фермента, не связывающегося с антибиотиком и сохраняющего активность в его присутствии. Таким образом, формируется обходной путь ("шунт") вокруг блокированного этапа метаболизма.

Резистентность (устойчивость) микроорганизмов к АБП может быть природной и приобретенной.

Природная резистентность. Истинная природная резистентность характеризуется отсутствием у данного вида микроорганизма мишени действия АБП и встречается крайне редко. На практике под природной резистентностью понимают сохранение бактериями данного вида жизнеспособности в присутствии АБП в концентрациях, реально достижимых в организме человека. К биохимическим механизмам природной резистентности микроорганизмов относят ферментативную инактивацию, активное выведение и низкую проницаемость внешних структур. Механизмы инактивации существовали у бактерий, продуцирующих антибиотики, задолго до начала использования этих веществ в качестве медицинских препаратов. Скорее всего, они выполняли функции защиты микроорганизма-продуцента от собственного антибиотика. Формирование систем активного выведения и сложных внешних структур относятся к эволюционно обусловленным механизмам защиты микроорганизмов от широкого круга экзогенных веществ. Природная резистентность является постоянным видовым признаком микроорганизмов и легко прогнозируема. Данные о спектре природной резистентности микроорганизмов составляют основу для выбора эмпирической терапии инфекционных болезней.

Приобретенная резистентность. Под приобретенной резистентностью понимают свойство отдельных штаммов данного вида бактерий сохранять жизнеспособность при тех концентрациях антибиотиков, которые подавляют основную часть микробной популяции. Формирование приобретенной резистентности во всех случаях обусловлено приобретением новой генетической информации или изменением уровня экспрессии собственных генов. Так, микроорганизмы, не продуцирующие антибиотики могут получить гены инактивирующих ферментов от бактерий-продуцентов. В результате мутаций в генах, регулирующих системы выведения, активность последних может существенно повыситься. Мутации в генах, кодирующих белки пориновых каналов, могут привести к утрате последних или снижению экспрессии.

• Прогнозировать наличие приобретенной резистентности к тем или иным АБП у конкретного штамма бактерий невозможно.

• Выявление неприобретенной резистентности является непосредственной целью исследования антибиотикочувствительности бактерий.

10.2. Краткая характеристика и классификация антибактериальных препаратов

Современная классификация АБП основана на их химической структуре и механизмах действия. В пределах отдельных групп АБП характеризуются общими механизмами и принципиальной общностью химической структуры. Особенности отдельных представителей каждой группы АБП определяются деталями их структуры.

Бета-лактамные антибиотики.

Антибиотики этой группы характеризуются наличием бета-лактамного кольца в химической структуре и общим механизмом действия. Однако между отдельными представителями этой группы существуют значительные различия в уровне и спектре антибиотической активности. Антибактериальный эффект бета-лактамных антибиотиков связан с подавлением синтеза одного из основных компонентов транс- и карбоксипептидаз. Благодаря способности связываться с пенициллином эти ферменты получили название пенициллинсвязывающих белков (ПСБ).

Основные механизмы устойчивости к бета-лактамам:

- продукция микроорганизмом гидролитических ферментов (бета-лактамаз);

- изменение структуры чувствительности мишени действия препаратов (ПСБ);

- нарушение проницаемости внешней мембраны бактериальной клетки;

- активное выведение антибиотиков.

Наличие или отсутствие перекрестной резистентности между бета-лактамными антибиотиками в основном зависит от их чувствительности к действию различных бета-лактамаз (пенииллиназ, гидролизующих преимущественно пенициллины, и

цефалоспориназ, гидролизующих преимущественно цефалоспорины).

Пенициллины.

Природные пенициллины (бензилпенициллин, феноксиметилпенициллин) и их пролонгированные производные (бензатинпенициллин):

-активны в отношении грамположительных и некоторых грамотрицательных бактерий со сложными питательными потребностями (Neisseria spp.);

- чувствительны к действию бета-лактамаз грамположительных и грамотрицательных бактерий.

Метициллин и изоксазолилпенициллины (оксациллин, клоксациллин, диклоксациллин):

- активны в отношении грамположительных микроорганизмов;

- устойчивы к действию пенициллиназ грамположительных бактерий.

Аминопенициллины (ампициллин, амоксициллин):

-активны в отношении грамположительных микроорганизмов, а также Haemophilus spp., Neisseria spp. и некоторых представителей Enterobacteriaceae (E.coli, Proteus spp.);

- чувствительны к действию большинства бета-лактамаз.

Карбоксипенициллины (карбенициллин, тикарциллин):

- активны в отношении грамположительных и грамотрицательных бактерий, включая большинство представителей

Enterobacteriaceae и Pseudomonas aeruginosa;

- чувствительны к действию большинства бета-лактамаз.

Уреидопенициллины (азлоциллин, мезлоциллин, пиперацилин):

- активны в отношении грамположительных микроорганизмов, по уровню активности в отношении грамотрицательных бактерий превосходят амино- и карбоксипенициллины.

-активны в отношении большинства анаэробных бактерий;

-чувствительны к действию большинства бета-лактамаз.

Ингибитор-защищенные пенициллины (амоксициллин/клавулановая кислота, ампициллин/сульбактам, тикарциллин/клавулановая кислота, пиперациллин/тазобактам) представляют собой комбинацию пенициллинов с одним из ингибиторов бета-лактамаз (клавулановой кислотой, сульбактамом или тазобактамом):

- активны в отношении грамположительных и грамотрицательных аэробных и анаэробных бактерий;

-устойчивы к действию стафилококковых пенициллиназ, бета-лактамаз широкого и расширенного спектра грамотрицательных бактерий, а также бета-лактамаз анаэробных бактерий;

- чувствительны к действию хромосомных бета-лактамаз грамотрицательных бактерий.

Цефалоспорины.

Цефалоспориновые антибиотики в зависимости от их свойств традиционно делятся на I, И, III и 4 поколения. В целом для них характерно наличие активности в отношении широкого круга как грамположительных (за исключением Enterococcus spp.), так и грамотрицательных бактерий.

Первое поколение (цефазолин, цефалексин, цефадроксил):

— высокоактивны в отношении грамположительных микроорганизмов, активность в отношении грамотрицательных ограничивается родами Escherichia, Salmonella, Shigella, а также Proteus mirabilis;

— умеренно устойчивы к действию стафилококковых бета-лактамаз, что обусловливает чувствительность к антибиотику большинства штаммов стафилококков. Однако в случае интенсивной продукции фермента ряд штаммов может проявлять устойчивость;

— разрушаются плазмидными и хромосомными бета-лактамазами грамотрицательных микроорганизмов.

Второе поколение (цефамандол, цефаклор, цефуроксим) включает подгруппу цефамицинов (цефокситин, цефотетан, цефметазол):

— высокоактивны в отношении грамположительных микроорганизмов, по спектру действия и уровню активности в отношении грамотрицательных бактерий превосходят первое поколение, цефамицины обладают выраженной антианаэробной активностью;

— устойчивы к действию стафилококковых бета-лактамаз;

— устойчивы к действию плазмидных бета-лактамаз широкого спектра грамотрицательных бактерий;

— разрушаются хромосомными и плазмидными бета-лактамазами расширенного спектра грамотрицательных бактерий;

— цефамицины отличаются повышенной устойчивостью к действию бета-лактамаз.

Третье поколение (цефотаксим, цефтриаксон, цефтазидим, цефоперазон, цефпирамид, цефиксим, цефподоксим, цефтибутен)

включает оксацефемовый антибиотик моксалактам:

— активны в отношении грамположительных микроорганизмов в несколько меньшей степени, чем представители первого - второго поколений. Превосходят первое – второе поколения по активности в отношении Enterobacteriaceae.

Цефтазидим, цефоперазон и цефпирамид обладают активностью в отношении Pseudomonas spp. и Acinetobacter spp.;

— устойчивы к действию стафилококковых бета-лактамаз;

— устойчивы к действию плазмидных бета-лактамаз широкого спектра грамотрицательных бактерий;

— разрушаются хромосомными бета-лактамазами грамотрицательных бактерий;

— чувствительность к действию плазмидных бета-лактамаз широкого спектра грамотрицательных бактерий у отдельных препаратов варьирует.

Четвертое поколение (цефепим, цефниром):

— по большинству показателей сходны с представителями третьего поколения;

— обладают высокой активностью в отношении P. aeruginosa;

— частично разрушаются плазмидными бета-лактамазами расширенного спектра, но устойчивы к действию хромосомных бета-лактамаз грамотрицательных бактерий.

Монобактамы (азтреонам):

— активен только в отношении грамотрицательных бактерий;

— по уровню активности в отношении грамотрицательных бактерий в основном соответствует цефалоспоринам III поколения.

Карбапенемы (имипенем, меропенем):

— обладают наиболее широким спектром антибактериальной активности из всех известных АБП в отношении грамположительных и грамотрицательных аэробных и анаэробных бактерий;

— высокоустойчивы к действию подавляющего большинства бета-лактамаз грамположительных и грамотрицательных бактерий.