Клиническая фармакология часть 5 антибиотики

1.3.Резистентность к антибиотикам

В1940 г. Abraham и Chain обнаружили у E.coli фермент, расще-

пляющий пенициллин. С тех пор описано довольно большое число энзимов, в том или ином месте разрушающих бета-лактамное кольцо пенициллина и цефалоспоринов. Бета-лактамазы характеризуются различным молекулярным весом, электрическими свойствами, последовательностью расположения аминокислот, молекулярной структурой и посредничеством (mediation) хромосом и плазмид [2, 3].

Продукция бета-лактамаз находится под контролем хромосомальных или плазмидныхгенов и их выработкаможетбытьиндуцирована антибиотиками или опосредована конституциональными факторами

вросте и распределении бактериальной резистентности, с которыми плазмиды переносят генетический материал. То есть плазмид-ассо- циированные энзимы относятся к основным факторам, определяющимбактериальнуюрезистентность. Имеетсяцелыйрядсоединений, часть из которых нашли свое применение в клинической практике, которые подавляют продукцию бета-лактамаз [11, 12].

Ингибиторы бета-лактамаз

Клавулановая кислота

Пенициллановые кислоты

сульбактам (сульфон пенициллановой кислоты)

6 - хлорпенициллановая кислота

6- йодпенициллановая кислота

6 - бромпенициллановая кислота

6- ацетилпенициллановая кислота

При описании резистентности к антибиотикам принято выделять несколько видов резистентности бактерий, не обязательно связанных с гидролизомбета-лактамногокольца. Впоследниегодыпоявилсяцелый рядбета-лактамазостабильныхцефалоспоринов, атакжеантибиотиков снеклассическимстроениемядра(карбапенемы, моноциклическиебе- та-лактамы) илипрепаратыдругихгрупп(аминогликозиды). Основными механизмами бактериальной резистентности являются: ригидность стенки бактерий, выработка бета-лактамаз и изменение (altered target) цели (мишени) для действия антибиотиков. Различным бактериям свойствен свой механизм развития резистентности [13, 14].

11

Впоследнеевремядо90% резистентныхштаммовбактерий, выделенных в клинике, способны к выработке бета-лактамаз, что и определяет их резистентность. Бета-лактамазы могут иметь различную локализацию, в том числе внеклеточную, или в силу электростатических сил ассоциироваться с мембраной бактерий (например, у стафилококков). Энзимы энтеробактерии в очень высокой концентрации находятся в периплазматическом пространстве, воздействуя на антибиотики, пенетрирующие мембрану клетки [5].

Большое значение придается уязвимости бета-лактамного кольца для бета-лактамаз, как это имеется у пенициллина и отдельных цефалоспоринов.

Общепринятая классификация Richmond и Sykes делит бета-лак- тамазы на 5 типов в зависимости от воздействия на антибиотики. К I классу относят ферменты, расщепляющие цефаллоспорины, ко II - пенициллины, к III и IV - различные антибиотики широкого спектра действия. К V типу относят энзимы, которые деградируют изоксазолилпенициллины. Бета-лактамазы, ассоциированные с хромосомами (I, II, V типы) расщепляют пенициллины, цефалоспорины, а плазмидассоциированные (III и IV) - пенициллины широкого спектра [7-9].

При респираторной инфекции встречается большее число штаммов, резистентность которых к антибиотикам обусловлена продукцией бета-лактамаз и другими механизмами; особенно часто антибиотикорезистентные штаммы выделяются при внутригоспитальных пневмониях и у пациентов с иммунодефицитными состояниями [10].

Различают два типа ингибиторов бета-лактамаз. К первой группе относят антибиотики, стабильные к действию ферментов. Такие антибиотики помимо антибактериальной активности обладают ингибиторными свойствами на бета-лактамазы, которые проявляются при высокой концентрации антибиотиков. К ним относят метициллин и изоксазолилпенициллины, моноциклические бета-лактамы типа карбапенема (тиенамицин). Вторую группу составляют ингибиторы бе- та-лактамаз, проявляющие в низких концентрациях ингибиторную активность, а в высоких обладающие антибактериальными свойствами. Примером может служить клавулановая кислота, галогенизированные пенициллановые кислоты, сульфон пенициллановой кислоты (сулбактам). Клавулановая кислота и сулбактам блокируют гидролиз пенициллина стафилококками [13].

12

Как указывалось, выше, около 90 % стафилококков резистентны

кпенициллину вследствие продукции пенициллиназы и 30-40% резистентны к метициллину, с меньшей частотой к клоксациллину, что объясняют изменением свойств пенициллинсвязывающего протеина (ПСП) ипоявлениемновогодеривата- ПСП-2, которыйимеетнизкую аффинность к метициллину [16].

Чувствительность стафилококков к бета-лактамам. Резистентные

кпенициллину штаммы (МПК 4 мкг/мл) сохраняют чувствительность к метициллину и цефуроксиму. Пенициллин - и метициллинрезистентные штаммы (MRSA) нечувствительны к цефуроксиму, а также к большинству других цефалоспоринов [7].

Включение в среду ингибитора бета-лактамаз клавулановой кислоты повышает чувствительность пенициллинрезистентных стафилококков с 4 мкг/мл до 0,12 мкг/мл. Однако клавулановая кислота не влияетначувствительностьстафилококков, резистентныхкпенициллину и метициллину, что связано, по-видимому, с аномалией ПСП.

Наряду с грамположительными бактериями антибиотикорезистентность, обусловленная выработкой бета-лактамаз, часто имеет место у грамотрицательных бактерий [8].

При изучении изолятов в Лондонском госпитале до 50% штаммов кишечной палочки и 100% клебсиеллы вырабатывали бета-лактамазы, что обусловило развитие резистентности к ампициллину. Добавление к среде, содержащейкишечнуюпалочку, клавулановойкислотыприводило к торможению и гибели большинства бактерий. Сулбактам подавлял активность к разновидности бета-лактамаз SHV-1, вырабатываемой клебсиеллой. Кроме того, для клебсиеллы наряду с продукцией беталактамаз I и IV типа характерно нарушение проницаемости для антибиотиковистимулированноеимиизменениебелкавмембране[12].

Серьезной проблемой является выработка бета-лактамаз H.influenzae, являющейся частой причиной бронхо-легочной инфекции, менингита и септицемий. От 15 до 20% штаммов гемофильной палочки, выделенных у больных менингитом и сепсисом, вырабаты- ваютбета-лактамазы, аот5 до8% - некапсулированнымивидами. Увеличение резистентности H.influenzae к ампициллину, наблюдаемое в последниегоды, обусловленопоявлениеманомальныхПСП. Возможно, резистентностькцефалоспоринамчастичносвязанатакжесизме-

13

нением свойств “мишени” для действия антибиотиков. Сульбактам, добавленный к ампициллинрезистентным штаммам H.influenzae, значительно повышает эффективность ампициллина против гемофильной палочки [16].

Очевидно, что антибактериальная эффективность может быть резко повышена при использовании ингибиторов бета-лактамаз.

Наиболее широко используют в качестве ингибиторов бета-лак- тамаз сулбактам и клавулановую кислоту, обладающие гидролитической активностью. Сулбактам блокирует II, III, IV, и V тип бета-лак- тамаз, атакжехромосомальноопосредованныйI типцефалоспориназ. Аналогичными свойствами обладает клавулановая кислота. Различие между препаратами состоит в том, что в гораздо меньших концентрациях сулбактам блокирует образование хромосомальноопосредованных бета-лактамаз, а клавулановая кислота - плазмидассоциированных ферментов. Причем на ряд лактамаз сулбактам оказывает необратимое ингибиторное воздействие [5].

Значение для клиники продукции плазмидассоциированных бе- та-лактамаз, вырабатываемых бронхиальными патогенами. Большое число бактерий, в том числе и бронхиальных патогенов, вырабатывают бета-лактамазы, разрушающие бета-лактамное кольцо пенициллинов, и что практически в трети случаев необходимо добавление к пенициллинам либо ингибиторов бета-лактамаз, либо использование других антибиотиков. В этой связи применение цефалоспоринов может быть ограничено вследствие нередко встречающейся продукции различноговидахромосомальныхцефалоспориназ. Хромосомальные бета-лактамазы, разрушающие пенициллины широкого спектра, вырабатываются клебсиеллой, протеем, серрацией, цитробактер, ацинетобактер, псевдомонас, продуцирующих цефалоспориназы, что определяет их устойчивость к этой группе бета-лактамов, в том числе к новейшим препаратам (серрация, протей индолпозитивный, цитробактер) [4].

Такимобразом, значениебета-лактамазвразвитиирезистентности бактерий к бета-лактамным антибиотикам достаточно велико.

Инактивация бета-лактамных антибиотиков бета-лактамазой на молекулярном уровне представляется следующим образом. В бе- та-лактамазах есть устойчивые сочетания аминокислот. Эти группы

14

аминокислот образуют полость, в которую бета-лактам входит таким образом, что серин в центре перерезает бета-лактамную связь.

Частое использование цефалоспоринов третьей генерации привело к увеличению количества бета-лактамаз, особенно часто их обнаруживают у клебсиеллы [3].

Хромосомальные бета-лактамазы, продуцирующиеся грамотрицательными бактериями, делят на 4 группы. К 1-й группе относят хромосомальные цефалоспориназы (1 класс ферментов по Richmond-Sykes), 2-я группа энзимов расщепляет цефалоспорины, в частности цефуроксим (цефуроксимазы), к 3-й относят бета-лактамазы широкого спектра активности, к 4-й группе - ферменты, вырабатываемые анаэробами.

Хромосомальныецефалоспориназыделятсянадваподтипа. Кпервому относят бета-лактамазы, продуцируемые E. coli, Shigella, P.mirabilis; в присутствии бета-лактамных антибиотиков они не увеличивают выработку бета-лактамаз. В то же время P. aeruginosae, P.rettgeri, Morganella morganii, E.cloaceae, E.aerogenes, Citrobacter, Serratia spp.

могут продуцировать большое количество ферментов в присутствии бета-лактамных антибиотиков (второй подтип).

Хромосомальные цефуроксимазы – низкомолекулярные соединения, активныin vitro противцефуроксимаичастичноинактивируются клавулановой кислотой. Цефуроксимазы вырабатываются P. vulgaris, P. cepali, P.pseudomallei. Лабильные цефалоспорины первого поколе- ниястимулируютпродукциюэтоговидабета-лактамаз. Возможнаиндукция цефуроксимаз и стабильными цефалоспоринами.

Клебсиеллы синтезируют хромосомально детерминированные бе- та-лактамазы IV класса (бета-лактамазы широкого спектра), которые разрушают пенициллин, ампициллин, цефалоспорины первого поколения, а также другие цефалоспорины.

Хромосомальные бета-лактамазы грамотрицательных бактерий

(Morganella, Enterobacter, Pseudomonas) более интенсивно вырабаты-

ваются в присутствии ампициллина и цефокситина.

Однако их выработка и активность подавляются клавулановой кислотой и особенно сулбактамом.

Плазмидассоциированные бета-лактамазы, вырабатываемые грамотрицательными бактериями, в первую очередь кишечной палочкой иP. aeruginosae, определяютподавляющеечисловнутригоспитальных штаммов, резистентных к современным антибиотикам. Многочис-

15

ленные ферменты бета-лактамаз инактивируют не только пенициллины, но и оральные цефалоспорины и препараты первого поколения, а также цефомандол, цефазолин и цефоперазон. Такие ферменты, как PSE-2, OXA-3, гидролизуют и определяют низкую активность цефтриаксонаицефтазидима. Описанастабильностьцефокситина, цефотетана и лактамоцефа к ферментам типа SHV-2 и CTX-1[6-9].

Фторхинолоны - антибактериальные препараты широкого спектра, применяемые в оральной терапии инфекционных заболеваний, в том числе бронхо-легочных. Эти препараты эффективны не только против грамотрицательных бактерий (кишечная палочка, гемофильная палочка, псевдомонада), но и против грамположительных бактерий (золотистый стафилококк). Антибактериальное действие хинолонов связано с ингибированием репликации бактериальной ДНК посредством воздействия на ДНК-гиразу. Устойчивость у бактерий к хинолонам связана с двумя причинами: изменениями в генах, приводящими к изменению структуры ДНК-гиразы - фермента, вызывающего репликацию бактериальной ДНК, или снижающими проникновение хинолонов через клеточную стенку грамотрицательных бактерий. В обоих случаях это происходит вследствие мутации хромосомных генов. Хинолонрезистентные мутанты наиболее хорошо описаны у кишечной палочки. Мутации, связанные со структурными изменениями в ДНК-гиразе, обусловлены дезорганизацией в гир-А и гир-В-генах, кодирующих функцию субъединиц гиразы А и В. Такой механизм описан для резистентных форм кишечной палочки к ципрофлоксацину (ципро А), налидиксовой кислоте (nal A, nal C, nal D) и офлоксацину (nor A и ofl A). Конкретный механизм нарушения взаимодействия хинолонов с ДНК-гиразой у резистентных штаммов неизвестен. Возможно, это связано с нарушением функции гиразы, катализирующей АТФ-зависимое введение в спираль бактериальной ДНК. Известныштаммы, укоторыходновременнонарушенаструктура гиразы и перенос хинолонов через клеточную стенку [4].

Механизмы устойчивости к хинолонам у золотистого стафилококка также неизвестны.

Большинство антибактериальных препаратов оказывает специфическое действие на структуры, расположенные внутри бактерий (рибосомы, ДНК и т.д.). В этой связи большое значение приобретают различные системы транспорта через мембрану и их нарушения.

16

Транспортные системы подразделяются на первичные и вторичные: первичные связаны с гидролизом АТФ или иного макроэргического компонента, что дает необходимую энергию для трансмембранного переноса; вторичные системы осуществляют перенос за счет электрохимического (как правило, протонного) градиента. Обавидасистемосуществляютпереноспротивградиентаконцентрации. Лекарственнаяустойчивостьсвязанаилиснарушениемпереноса антибиотиков через бактериальные мембраны, или с нарушением накопления антибиотиков внутри клеток из-за ускоренного выделения.

Вопрос о нарушении переноса антибиотиков в клетки недостаточно изучен, хотя имеются данные об ингибировании трансмембранного переноса олигопептидами.

Лекарственная устойчивость вследствие нарушения накопления описана для тетрациклинов: механизм пока недостаточно изучен, однако выявлен ТетА-протеин. Аналогичный механизм устойчивости был выявлен у стафилококков к этидию и акрифлавину - веществам, нарушающим репликацию ДНК. У пневмококков выявлена устойчивость к аминоптерину (метотрексату) как следствие мутации в гене, кодирующем АТФ-зависимую олигопептидпермеазу, что приводит к снижению концентрации метотрексата в клетках.

У стафилококков выявлена устойчивость к эритромицину, обусловленная плазмидным геном (внехромосомным), аналогичная устойчивость к тетрациклину [5].

1.4. Профилактика развития устойчивости микроорганизмов к актибактериальным препаратам

В целях профилактики развития устойчивости микроорганизмов к лекарственным средствам необходимо руководствоваться следующими принципами [6,9].

1.Следует проводить терапию с применением антибактериальных препаратов в максимальных дозах до полного преодоления болезни (особенно в тяжелых случаях); предпочтительный способ введения препаратов – парентеральный (с учетом локализации процесса).

2.Необходимо периодически заменять широко применяемые препараты недавно созданными или редко назначаемыми (резервными).

17

Некоторые препараты следует изъять из применения на несколько лет для восстановления чувствительности микроорганизмов к ним и проводитьпрограммупоочереднойциклическойзаменыантибактериального препарата.

3.Теоретически оправдано комбинированное использование ряда препаратов.

4.Препараты, к которым у микроорганизмов развивается устойчивость “стрептомицинового типа”, не следует назначать в виде монотерапии.

5.Не следует заменять один антибактериальный препарат на другой, к которому существует перекрестная устойчивость.

6.К антибактериальным препаратам, назначаемым профилактически или наружно (особенно в аэрозольной форме), быстрее вырабатывается устойчивость, чем при их парентеральном введении или приеме внутрь. Местное применение антибактериальных препаратов должно быть сведено до минимума. При этом используются, как правило, агенты, не применяемые для системного лечения, и с низким риском быстрого развития устойчивости к ним.

В хирургической практике различают пред-, интра- и послеоперационнуюпрофилактикуосложненийспомощьюантиботиков. Профилактическое применение антибактериальных препаратов в хирургии оправдано и должно проводиться таким образом, чтобы обеспечить высокую концентрацию лекарственного средства в тканях той зоны, где предстоит операция. Причем концентрация в тканях должна быть выше минимальной подавляющей концентрации (МПК) для данного антибиотика и поддерживаться на таком уровне в течение всего оперативного вмешательства. Так, наибольшее проникновение в перитонеальныетканиучеловекасредицефалоспориновнаблюдаетсяу цефтриаксона (20 мкг/г ткани), для него характерно и наибольшее накопление в тканевой жидкости (более 100 мг/л). Продолжительность операции и ее область определяют выбор антиботика для профилактики с теми или иными фармакокинетическими характеристиками:

короткий или длительный период полувыведения (T1/2) из крови и тканей. Он должен совпадать или превышать длительность операции.

Вбольшинстве случаев для этого достаточно одной дозы, редко препарат вводится более 3 раз.

18

7.Необходимо один раз в год проводить оценку вида антибактериального препарата, который чаще всего применялся для лечебных целей, и анализ результатов лечения. Следует различать антибактериальные препараты, применяемые наиболее часто и в тяжелых случаях, резервные и глубокого резерва.

8.Необходимосистематизироватьзаболеваниявзависимостиотлокализации очага воспаления и тяжести состояния больного; выделить антибактериальныепрепаратыдля применения в соответствующей области (органе или ткани) и для использования в исключительно тяжелыхслучаях, причемнаихприменениеобязательноразрешениекомпетентныхлиц, специальнозанимающихсяантибактериальнойтерапией.

9.Необходимо один раз в год оценивать вид возбудителя и устойчивость штаммов микроорганизмов, циркулирующих в больничной среде, намечать меры борьбы для предупреждения внутрибольничной инфекции.

10.При бесконтрольном применении антибактериальных средств усиливаетсявирулентностьвозбудителейинфекцииивозникаютформы, устойчивые к лекарственным средствам.

11.Следует ограничить применение в пищевой промышленности

иветеринарии тех препаратов, которые используются для лечения людей.

12.В качестве способа снижения резистентности микроорганизмов рекомендуется применение препаратов с узким спектром действия.

13.Недостаточноинтенсивноеилинеоправданнокороткоелечение антибиотиками иногда лишь изменяет проявления и течение болезни, что затрудняет ее диагностику. Это может случиться у больного с лихорадкой неясного происхождения, у которого кратковременное применение стрептомицина может привести к снижению температуры

инесвоевременному распознаванию туберкулеза, а также развитию резистентности бактерий.

Длительное применение антиботиков может привести к дефициту в организме витаминов группы В в результате нарушения их синтеза вкишечнике. Этотребуетунекоторыхбольныхдополнительноговведения соответствующих витаминов. Применение неомицина иногда ведет к изменениям слизистой тонкого кишечника с развитием синдрома нарушения всасывания.

19

Применение антибиотиков может сопровождаться выраженным подавлением нормальной флоры больного, которая нередко вступает в антагонизм с патогенными бактериями, особенно резистентными к антибиотикам. Такая суперинфекция (например, стафилококком, грибками кандида) может обостриться в пораженном органе на 4-5-й день лечения антибиотиками широкого спектра. Суперинфекция может возникнуть при иммунодепрессивной терапии.

20