3 курс / Фармакология / Alyautdin_Farmakologia_bolshaya_sinyaya_kniga

мономеры, как правило, поперечно связаны друг с другом напрямую, без использования связующего полипептида

Муреиновым мономерам необходимо пересечь липидный бислой цитоплазматической мембраны для проникновения в периплазматическое пространство, однако все компоненты муреинового мономера гидрофильные. Для того чтобы выйти через мембрану в периплазматическое пространство, мономерам нужен переносчик — бактопренол. Считается, что длинная липофильная молекула бактопренола «окутывает» муреиновый мономер и делает его достаточно липофильным для пересечения бислоя. Бактопренол транспортирует завершенный гидрофильный мономер на наружную поверхность цитоплазматической мембраны, где происходит полимеризация. Оказавшись в периплазматическом пространстве, мономер прикрепляется к растущей муреиновой цепочке путем образования связей между NAM муреинового мономера и NAG растущего полимера пептидогликана. Этот перенос, катализируемый трансгликозилазами, освобождает бактопренол. Бактопренол затем возвращается к внутренней поверхности цитоплазматической мембраны. Таким образом бактопренол готов принять еще один блок пептидогликана (муреинового мономера).

Полимеризация мономеров. Реакция полимеризации представляет собой удлинение гликановой цепочки (NAM-NAG) полимера за счет присоединения доставленного мономера. Полимеризация катализируется ферментом пептидогликан гликозилтрансферазой (трансгликозидазой). Таким образом, встроенный мономер удлиняет пептидогликановую цепочку.

Полимерное перекрестное сшивание. В третьей, заключительной стадии синтеза клеточной стенки муреиновые цепочки связываются друг

сдругом перекрестно при помощи ферментов транспептидаз. Поскольку транспептидазы впервые были определены в качестве молекулярных «мишеней» для бензилпенициллина, их также называют пенициллинсвязывающими белками (ПСБ). Фермент транспептидаза связывается

сконцевым комплексом цепочки D-Ала–D-Ала и вытесняет терминальный остаток D-Ала на одной пептидной цепочке с образованием промежуточного комплекса фермент–пептидогликан. Свободная аминогруппа на терминальном аминокислотном пептидном мостике (для большинства грамположительных бактерий — глицин) или ДAП (грамотрицательных бактерий) затем присоединяется к промежуточному соединению, что приводит к образованию поперечной связи между D-Ала одной цепочки и глицином (ДАП) другой. Различия в длине цепи, а также в количестве и типе поперечной связи дают каждому бактери-

альному виду свою характерную форму и размер, а также характерную толщину клеточной стенки.

Для размножения бактерий необходимо увеличение объема клеточной стенки микроорганизма, поэтому новые фрагменты муреина должны добавляться в существующую клеточную стенку. Это трудно выполнить в «готовой» клеточной стенке, где полимерные цепи муреина уже необходимой длины, и заданный тип и степень сшивки полимера имеют законченный вид.

Структура клеточной стенки нарушается и при делении бактерии на две дочерние клетки. Бактерии решают эти проблемы с помощью аутолизинов. Эти ферменты (например, NAM-L-аланинамидаза) проделывают маленькие отверстия в клеточной стенке, что способствует ремоделированию и увеличению объема клеточной стенки. Очевидно, синтез муреина и опосредованное аутолизинами разрушение муреина должны быть тщательно сбалансированы для выживания бактерий. Более того, исследования показали, что односторонний блок синтеза муреина приводит к аутоцитолизу, опосредованному аутолизинами, и клеточной гибели. Молекулярные реакции, запускающие аутоцитолиз, еще плохо изучены. Согласно одной из теорий, бактериальное воздействие антибиотиков, нарушающих синтез клеточной стенки, приводит к угнетению эндогенного ингибитора аутолизинов (возможно, липотейхоевой кислоты грамположительных бактерий), а это, в свою очередь, приводит к активации аутолизинов и, в конечном итоге, к лизису клетки. Бактерицидный эффект многих антибиотиков, обсуждаемых в этой главе, как полагают, происходит в результате вызванного антибиотиками нарушения баланса между синтезом и разрушением клеточной стенки.

К антибиотикам, нарушающим синтез клеточной стенки бактерий, относят:

●β-лактамные антибиотики;

●гликопептидные антибиотики;

●циклосерин;

●бацитрацин;

●производные фосфоновой кислоты.

37.1.1. β-Лактамные антибиотики

β-Лактамные антибиотики (пенициллины, цефалоспорины, карбапенемы и монобактамы) — это ЛС, имеющие в составе молекулы β-лактамное кольцо (рис. 37.2), которое необходимо для реализации противомикробной активности этих соединений. При расщеплении β-лактамного кольца

O H Бензилпенициллин

Рис. 37.2. Химическая структура бензилпенициллина

бактериальными ферментами (β-лактамазами) антибиотики утрачивают антибактериальную способность.

Сходство химической структуры β-лактамов обусловливает одинаковый механизм действия. β-Лактамные антибиотики — структурные аналоги группы D-Ала-D-Ала. Антибиотики этой группы связываются с активным центром фермента и угнетают транспептидазы бактерий, вследствие этого нарушают синтез пептидогликана клеточной стенки бактерий. Кроме того, β-лактамы угнетают эндогенный ингибитор аутолизинов, активность аутолизинов повышается. Аутолизины необходимы для расщепления пептидогликана при делении клетки. Ингибирование транспептидазы и активация аутолизинов приводят к аутоцитолизу и гибели клетки. Поэтому, как правило, β-лактамы обладают бактерицидным действием в отношении активно делящихся бактерий. Растущие бактерии активно синтезируют пептидогликан и являются мишенью для действия β-лактамных антибиотиков.

Пенициллины

В основе строения пенициллинов лежит 6-аминопенициллановая кислота.

Пенициллины отличаются друг от друга строением радикала боковой цепи, присоединенного к остатку аминогруппы 6-аминопенициллановой кислоты.

Выделяют природные (биосинтетические) и полусинтетические пенициллины.

Природные пенициллины

Природные (биосинтетические) пенициллины образуются различными видами плесневых грибов рода Penicillium.

Бензилпенициллин (рис. 37.3) связывается с транспептидазой (ПСБ) бактерий.

Механизм антибактериального действия пенициллинов связан с:

●блокадой фермента транспептидазы, обеспечивающей соединение цепей пептидогликана при помощи пентаглициновых мостиков, завершающей стадии синтеза пептидогликанового полимера;

●угнетением эндогенного ингибитора аутолизинов, играющих ключевую роль в расщеплении пептидогликана при делении бактериальных клеток.

В результате происходят нарушение структуры пептидогликана микробной клетки и последующая гибель бактерий. Это обусловливает бактерицидный эффект.

Эти антибиотики эффективны в отношении преимущественно грамположительных микроорганизмов:

●грамположительные кокки (стрептококки, пневмококки; стафилококки, не продуцирующие β-лактамазу);

●грамположительные палочки (возбудители дифтерии, сибирской язвы; листерии);

●грамотрицательные кокки (менингококки и гонококки);

●анаэробы (клостридии);

●актиномицеты;

●спирохеты (бледная трепонема, лептоспиры, боррелии). Природные пенициллины применяют при:

●тонзиллофарингите (ангине);

●скарлатине;

●роже;

●остеомиелите;

●бактериальном эндокардите;

●очаговой и крупозной пневмонии;

●абсцессе легких;

●дифтерии;

●менингите;

●газовой гангрене;

●столбняке;

●актиномикозе;

●клещевом боррелиозе (болезни Лайма).

Препараты этой группы — средства выбора при лечении сифилиса и профилактики обострений ревматических заболеваний.

Приобретенная устойчивость к биосинтетическим пенициллинам связана с продукцией β-лактамаз или наличием дополнительного пенициллинсвязывающего белка. Резистентность чаще всего встречается среди стафилококков, вырабатывающих β-лактамазы, разрушающие

β-лактамные циклы молекулы бензилпенициллинов. В связи с развитием устойчивости гонококков к бензилпенициллину препарат не следует применять эмпирически при гонорее. Резистентность к антибиотикам может быть закодирована либо хромосомными (внутренними), либо приобретенными (внешними) генами. Для β-лактамов хромосомная резистентность грамположительных бактерий чаще всего обусловлена мутацией гена, кодирующего транспептидазу, что снижает сродство транспептидазы к β-лактамным антибиотикам. Бактерии могут приобретать ген, кодирующий транспептидазу, с низким аффинитетом к β-лактамам. Этот механизм — причина резистентности S. аureus к метициллину, а также с помощью него пневмококки приобретают устойчивость к пенициллину.

Классификация природных пенициллинов

●Препараты для парентерального введения (кислотонеустойчивые):

—короткого действия:

бензилпенициллина натриевая и калиевая соли♠;

—длительного действия:

бензилпенициллин прокаина (бензилпенициллина новокаиновая соль♠);

бензатина бензилпенициллин (бициллин 1♠);

бензатина бензилпенициллин + бензилпенициллин прокаина (бициллин 5♠).

●Препараты для энтерального введения (кислотоустойчивые):

—феноксиметилпенициллин.

Бензилпенициллин выпускают в виде натриевой и калиевой солей для парентерального применения.

Бензилпенициллина натриевая и калиевая соли♠ — хорошо растворимые препараты бензилпенициллина. В значительной степени разрушаются соляной кислотой желудочного сока, поэтому применяются парентерально. Препараты создают высокие концентрации в легких, почках, слизистой оболочке кишечника, суставах, перитонеальной и плевральной жидкости. В небольших количествах проходят через плаценту и проникают в грудное молоко, но плохо проникают через гематоэнцефалический (ГЭБ) и гематоофтальмический барьеры. Однако при воспалении оболочек мозга проницаемость через ГЭБ увеличивается. Быстро всасываются

всистемный кровоток и создают высокие концентрации в плазме крови, что позволяет их применять при острых, тяжелопротекающих инфекционных процессах (менингит, инфекционный эндокардит, газовая гангрена). При внутримышечном введении препараты накапливаются в крови

вмаксимальных количествах через 30–60 мин и практически полностью

выводятся из организма через 3–4 ч, в связи с чем внутримышечные инъекции препаратов необходимо проводить через каждые 3–4 ч. При тяжелых септических состояниях растворы препаратов вводят внутривенно. Бензилпенициллина натриевую соль♠ вводят также под оболочки мозга (эндолюмбально) при менингитах и в полости тела — плевральную, брюшную, суставную (при плевритах, перитонитах и артритах). Подкожно применяют препараты для обкалывания инфильтратов. Бензилпенициллина калиевая соль♠ содержит большое количество калия, поэтому большие дозы препарата не следует назначать больным с почечной недостаточностью, нельзя вводить эндолюмбально и внутривенно, так как освобождающиеся из препарата ионы калия могут вызывать судороги и угнетение сердечной деятельности.

Необходимость частых инъекций натриевой и калиевой солей бензилпенициллина послужила поводом для создания препаратов с пролонгированным действием («депо-пенициллины»). Вследствие плохой растворимости в воде эти препараты образуют с водой суспензии, их вводят только внутримышечно. Препараты медленно всасываются из места введения и создают депо в мышечной ткани, что позволяет поддерживать концентрацию антибиотика в крови значительное время и сократить частоту введения препарата. В плазме крови создаются более низкие концентрации препаратов, поэтому их применяют при хронических инфекциях легкой и средней тяжести.

К пролонгированным пенициллинам относят бензилпенициллин прокаина, или бензилпенициллина новокаиновую соль♠, которая действует 12–18 ч, бензатина бензилпенициллин (бициллин 1♠), действующий 7–10 дней, и бициллин 5♠ с продолжительностью действия 1 месяц. «Депо-пенициллины» не создают высоких концентраций в плазме крови и практически не проникают через ГЭБ, поэтому не применяются при тяжелых инфекциях. Их используют при тонзиллофарингите, сифилисе, стрептококковых инфекциях — скарлатина, раневые инфекции, рожистое воспаление; для профилактики ревматизма.

Феноксиметилпенициллин не разрушается соляной кислотой, что обусловлено химическим строением (наличием в молекуле феноксиметильной группы вместо бензильной) и применяется внутрь (рис. 37.4). Противомикробный спектр идентичен бензилпенициллинам.

Природные пенициллины имеют некоторые недостатки:

●инактивация β-лактамазой;

●разрушение в кислой среде желудка (за исключением феноксиметилпенициллина);

●относительно узкий спектр действия.

Рис. 37.4. Химическая структура феноксиметилпенициллина

Биосинтетические пенициллины в целом хорошо переносятся, но могут вызвать реакции гиперчувствительности (анафилактический шок, крапивница, ангионевротический отек и сыпи), редко — острый интерстициальный нефрит. Высокие дозы бензилпенициллина могут вызывать судороги. Лекарственные взаимодействия редкие, однако антикоагулянтный эффект варфарина может быть усилен совместным введением с бензилпенициллином за счет угнетения кишечной микрофлоры и снижения синтеза витамина К. Противоподагрическое средство пробенецид значительно снижает секрецию пенициллинов

впочечных канальцах, что приводит к повышению их концентрации

вплазме крови.

Полусинтетические пенициллины

В процессе поиска более совершенных антибиотиков группы пенициллина на основе 6-аминопенициллановой кислоты были получены полусинтетические препараты. Химические модификации 6-аминопени- циллановой кислоты проводили путем присоединения различных радикалов к аминогруппе. Полусинтетические пенициллины получают путем химической модификации, присоединяя различные радикалы к молекуле 6-аминопенициллановой кислоты. Таким способом получены пенициллины с заданными свойствами:

●устойчивые к действию бета-лактамаз;

●кислотоустойчивые, эффективные при назначении внутрь;

●обладающие широким спектром действия.

Различают следующие препараты полусинтетических пенициллинов.

●Препараты узкого спектра действия, устойчивые к действию β-лактамазы:

—изоксазолиловые пенициллины: оксациллин, нафциллин, клоксациллин, диклоксациллин, флуклоксациллин.

●Препараты широкого спектра действия, не устойчивые к действию β-лактамазы:

—аминопенициллины: ампициллин, амоксициллин;

Нафциллин более эффективен, чем оксациллин, в отношении стафилококков, резистентных к бензилпенициллину. Клоксациллин и флуклоксациллин по сравнению с оксациллином создают более высокую концентрацию в сыворотке крови.

Нозокомиальные и внебольничные штаммы Staphylococcus aureus выработали устойчивость к оксациллину/метициллину. Такие штаммы стафилококков получили название метициллин-резистентных (MRSA). Препараты выбора при инфекциях, вызванных MRSA, — ванкомицин или линезолид.

Спектр действия полусинтетических пенициллинов определяется рядом факторов. Поскольку бактериальные транспептидазы находятся в периплазматическом пространстве между цитоплазматической мембраной и клеточной стенкой, β-лактамы должны пересечь клеточную стенку, а в случае грамотрицательных бактерий еще и наружную мембрану для воздействия на мишень.

Таким образом, спектр действия β-лактамов определяется двумя факторами: степенью проникновения через наружную мембрану и клеточную стенку, а в периплазматическом пространстве — их способностью к связыванию со специфическими транспептидазами. Гидрофильные и (в меньшей степени) гидрофобные вещества диффундируют через толстый слой муреина грамположительных бактерий, а в грамотрицательных бактериях гидрофильные вещества гораздо легче проникают через наружную мембрану через поры по сравнению с гидрофобными веществами. В связи с этим гидрофильные вещества, такие как ампициллин, амоксициллин, и особенно пиперациллин, тикарциллин, карбенициллин и мезлоциллин имеют расширенный спектр действия, тогда как гидрофобные вещества, такие как оксациллин, клоксациллин, диклоксациллин, нафциллин, метициллин и бензилпенициллин обладают узким спектром действия, что определяет изначальную устойчивость грамотрицательных бактерий к β-лактамным антибиотикам. Точно так же внутриклеточные бактерии, такие как хламидии (живущие в клетках человеческого организма), изначально устойчивы к β-лактамам, так как в клетках млекопитающих, как правило, нет механизмов поглощения β-лактамов, а также потому, что эти бактерии, как правило, либо обладают уникальной архитектурой клеточной стенки, либо клеточная стенка у них совсем отсутствует.

Второй фактор, определяющий спектр действия β-лактамов, — это степень, с которой препарат после попадания в периплазматическое пространство угнетает определенную транспептидазу. В значительной степени это зависит от аффинитета β-лактамных антибиотиков к транспептидазе. Как было отмечено выше, в бактериях, как правило, находится несколько