Конспекты / Сводки по темам / антибиотики

Химиотерапевтические препараты. История открытия.

Химиотерапия — специфическое антимикробное, антипаразитарное лечение при помощи химических веществ. Эти вещества обладают важнейшим свойством — избирательностью действия против болезнетворных микроорганизмов в условиях макроорганизма. Основоположником химиотерапии является немецкий химик, лауреат Нобелевской премии П. Эрлих, который установил, что химические вещества, содержащие мышьяк, губительно действуют на спирохеты и трипаносомы, и получил в 1910 г. первый химиотерапевтический препарат — сальварсан (соединение мышьяка, убивающее возбудителя, но безвредное для макроорганизма). В 1935 г. другой немецкий химик Г. Домагк обнаружил среди анилиновых красителей вещество — пронтозил, или красный стрептоцид, спасавший экспериментальных животных от стрептококковой инфекции, но не действующий на эти бактерии вне организма. За это открытие Г. Домагк был удостоен Нобелевской премии. Позднее было выяснено, что в организме происходит распад пронтозила с образованием сульфаниламида, обладающего антибактериальной активностью как invivo, так и invitro. Механизм действия сульфаниламидов (сульфонамидов) на микроорганизмы был открыт Р. Вудсом, установившим, что сульфаниламиды являются структурными аналогами парааминобензойной кислоты, участвующей в биосинтезе фолиевой кислоты, необходимой для жизнедеятельности бактерий. Бактерии, используя сульфаниламид вместо парааминобензойной кислоты, погибают. Первый природный антибиотик был открыт в 1929 г. английским бактериологом А. Флемингом. При изучении плесневого гриба Penicilliumnotatum, препятствующего росту бактериальной культуры, А. Флеминг обнаружил вещество, задерживающее рост бактерий, и назвал его пенициллином. В 1940 г. Г. Флори и Э. Чейн получили очищенный пенициллин. В 1945 г. А Флеминг, Г. Флори и Э. Чейн стали Нобелевскими лауреатами. В настоящее время имеется огромное количество химиотерапевтических препаратов, которые применяются для лечения заболеваний, вызванных различными микроорганизмами.

Антагонизм микробов. Механизм антагонистического действия.

В процессе эволюционного развития между определенными видами и группами микроорганизмов и другими живыми существами установились сложные взаимоотношения. В естественных условиях обитания (почве, воде, организме животных, на растениях) микробы находятся в ассоциациях – сложных обществах, состоящих из разнообразных видов бактерий, грибов, актиномицетов, простейших и других микроорганизмов.

Биологическое явление, связанное с совместным существованием разнообразных видов в едином процессе, получило название симбиоза (сожительство). Формы симбиотических взаимоотношений, определившихся в результате длительного эволюционного развития, могут подвергаться изменениям вследствие смены условий окружающей среды. Иногда трудно определить, что приносит тот или иной симбиоз: пользу, или вред.

Существующие формы симбиоза могут быть разделены на две группы: ассоциативные, благоприятствующие (симбиотические в узком смысле слова) и антагонистические (или конкурентные) взаимоотношения.

Антагонистические взаимоотношения – такой вид симбиоза, при котором один микроорганизм оказывает неблагоприятное воздействие на другой; при этом микробы получают серьезные повреждения и даже гибнут. Повсюду, где обитают микроорганизмы, между ними идет непрерывная борьба за существование, за источник питания, за кислород воздуха, за место обитания. Это связано с образованием и выделением микробами-антагонистами метаболических продуктов, ингибирующих размножение некоторых микроорганизмов. К таким продуктам относятся органические кислоты, изменяющие рН среды, антибиотики, бактериоцины. По-видимому, в условиях, наиболее благоприятных для одного вида, другие всегда испытывают его антагонистическое отношение. Наибольшее число микробов-антагонистов обнаруживается в почве, особенно среди актиномицетов, грибов, спороносных бактерий, выявляются антагонисты и в водоемах (реки, озера).

Основные механизмы микробного антагонизма.

1.Конкуренция за питательные вещества.

2.Конкуренция за кислород.

3.Изменения рН в сторону, неблагоприятную для конкурента.

4.Синтез химических веществ (антибиотиков), которые подавляют рост и размножение.

Классификация антибиотиков по происхождению.

В зависимости от источника получения различают 6 групп антибиотиков:

1.Антибиотики, полученные из грибов, например рода Penicillium (пенициллин), рода Cephalosporium (цефалоспорины).

2.Антибиотики, полученные из актиномицетов; группа включает около 80% всех антибиотиков. Среди актиномицетов основное значение имеют представители рода Streptomyces, являющиеся продуцентами стрептомицина, эритромицина, левомицетина.

3.Антибиотики, продуцентами которых являются собственно бактерии. Чаще всего с этой целью используют представителей рода Bacillus и Pseudomonas. Примерами антибиотиков данной являются полимиксины, бацитрацины, грамицидин.

4.Антибиотики животного происхождения; из рыбьего жира получают эктерицид, из молок рыб – экмолин, из эритроцитов – эритрин.

5.Антибиотики растительного происхождения. К ним можно отнести фитонциды, которые выделяют лук, чеснок, сосна, ель, сирень, другие растения. В чистом виде они не получены, так как являются чрезвычайно нестойкими соединениями. Антимикробным действием обладают многие растения, например, ромашка, шалфей, календула.

1– 5 группы – природные антибиотики.

6.Синтетические антибиотики.

Классификация антибиотиков по механизму действия на микробную клетку.

А. Ингибиторы синтеза компонентов клеточной стенки.

1.Ингибиторы сборки и пространственного расположения молекул пептидогликана.

Пенициллины и цефалоспорины связывают и инактивируют транспептидазы (пенициллинсвязывающие белки), препятствуя нормальной сборке молекул пептидогликанов.

2.Ингибиторы синтеза пептидогликанов.

Ванкомицин, циклосерин и бацитрацин ингибируют активность промежуточных предшественников синтеза клеточной стенки.

Б. Препараты, нарушающие функции цитоплазматической мембраны микроорганизмов.

Полимиксины – бактерицидное действие связано с нарушением осмотической резистентности цитоплазматической мембраны. Полиеновые антибиотики (нистатин, леворин, амфотерицин ) используются как противогрибковые препараты; механизм действия –

связывание эргостерола цитоплазматической мембраны с последующим выходом низкомолекулярных соединений из клетки. Грамицидины вызывают нарушение целостности цитоплазматической мембраны.

В. Ингибиторы синтеза белка.

Самая многочисленная и разнообразная по химической структуре группа антибиотиков. Основной механизм действия большинства препаратов – нарушение функциональных свойств рибосом.

Аминогликозиды реагируют с 30S-субъединицей рибосомы, образуя необратимый комплекс с одним из рибосомальных белков. Тем самым блокируются функции рибосом в целом.

Известны 3 пути нарушения синтеза белка

•Блокируется формирование пептидных связей, что опосредует основной путь реализации бактерицидного действия.

•Блокируется взаимодействие транспортной РНК с комплексом матричная РНК–рибосома.

•Появляются дефектные полипептиды вследствие искажения кода мРНК и нарушения считывания ген информации.

Тетрациклины оказывают бактериостатическое действие. Механизм действия: взаимодействие с бактериальными 30S рибосомами с последующим блокированием присоединения транспортной РНК к комплексу рибосома – матричная РНК и нарушением встраивания новых аминокислот в полипептидную цепь.

В настоящее время природные тетрациклины (хлортетрациклин, окситетрациклин) практически не применяются, их вытеснили полусинтетические препараты (доксициклин).

Левомицетин – единственный природный антибиотик, молекула которого содержит нитробензен, опосредующий его токсичность для клеток бактерий и млекопитающих. Действие бактериостатическое. Механизм действия: взаимодействие с 50S субъединицей рибосомы с последующим ингибированием активности пептидилтрансферазы, ответственной за образование пептидных связей.

Макролиды содержат макроциклическое лактонное кольцо с присоединенными комбинациями необычных сахаров (аминосахара, безазотистые сахара). Природные макролиды: эритромицин, олеандомицин, в настоящее время становятся популярными полусинтетические макролиды – рокситромицин и другие.

Действие бактериостатическое, механизм действия – подавление пептидилтрансферазной активности.

Г. Ингибиторы транскрипции и синтеза нуклеиновых кислот, включают вещества, подавляющие синтез ДНК (репликацию) и РНК (транскрипцию).

Хинолоны – антибактериальные препараты широкого спектра действия; механизм активности опосредован ингибированием топоизомеразы (ДНК-гиразы), что препятствует спирализации молекулы ДНК.

Производные нитроимидазола (метронидазол) проявляют селективный бактерицидный эффект в отношении некоторых анаэробов и простейших. Механизм действия – восстановление нитрогрупп препарата в нитрозогидроксиламиногруппы путем переноса электронов, осуществляемое белком, аналогичным ферредоксину теплокровных. Подобное превращение препятствует выходу метронидазола из клетки и приводит к накоплению его в концентрациях, в 10-100 раз превышающих таковые во внеклеточной среде. Депонированный метаболит вызывает множественные нарушения структуры ДНК.

Ингибиторы синтеза РНК (транскрипции) – рифамицины. Молекула рифамицина содержит бициклическую структуру с длинным алифатическим мостиком и нитрифицированной боковой цепью. Действие бактерицидное, опосредовано ингибированием ДНК-зависимой РНК-полимеразе.

Д. Ингибиторы синтеза нуклеотидов составляют большую группу антимикробных агентов; механизм действия связан с ингибированием синтеза фолиевой кислоты за счет нарушения метаболизма пуринов и пиримидинов. Бактериостатическое действие.

Сульфаниламиды – механизм действия – подавление синтеза тимидина и всех пуринов. Препараты – структурные аналоги парааминобензойной кислоты, связывают дигидроптероатсинтетазу, препятствуя образованию интермедиаторов синтеза фолиевой кислоты, служащей коферментом в переносе атома углерода между молекулами.

Диаминопиримидины. Химическая структура препаратов аналогична птеридиновой части фермента (редуктазы), катализирующего восстановление дигидрофолиевой кислоты в тетрагидрофолиевую. Механизм активности направлен на ингибирование синтеза тимидина и пуринов.

Применяется триметоприм, который является структурным аналогом дигидрофолиевой кислоты и связывает дигидрофолатредуктазу. Комбинация триметоприм – сульфаметоксазол (бисептол) оказывает бактерицидное действие, хотя оба компонента – бактериостатики.

Антибиотик должен отвечать следующим требованиям:

1.При низкой концентрации (10-30 мкг/мл) должен подавлять рост или убивать возбудителя болезни.

2.Антибиотик должен активно воздействовать на микроорганизмы, чтобы за короткий срок прервать его жизненный цикл.

3.Активность антибиотика не должна существенно снижаться под действием биологических жидкостей организма.

4.Антибиотик не должен вредить макроорганизму.

5.Антибиотик не должен снижать иммунные реакции.

6.Антибиотик не должен препятствовать выздоровлению.

Существуют 3 условия, при которых антибиотик может оказать бактерицидное или бактериостатическое действие на микробную клетку:

•Антибиотик должен проникнуть в клетку.

•Антибиотик должен вступить во взаимодействие с так называемой мишенью, т.е. структурой, которая выполняет важную для жизнедеятельности бактерий функцию (например, бактериальной рибосомой, ДНК и др.) и подавить эту функцию.

•Антибиотик должен при этом сохранить свою структуру.

Если одно из этих условие не выполняется, бактерия приобретает устойчивость.

При передаче генетической информации клетка приобретает гены, ответственные за синтез тех или иных ферментов, в результате в клетке происходит изменение обычных биохимических реакций и нарушаются условия, необходимые для действия антибиотика.

Проблема резистентности.

Проблема резистентности микроорганизмов не нова, она существовала еще до открытия первого антибиотика. В связи с широким и часто ненаправленным применением антибиотиков в последнее время особенно заметно возросло число штаммов, резистентных к одному или нескольким антибиотикам. Штаммы некоторых бактерий обладают первичной резистентностью к определенным антибиотикам (например, Pseudomonas к ампициллину), другие же, в принципе чувствительные, могут стать резистентными.

Наиболее частой причиной приобретенной резистентности является широкое применение какого-нибудь антибиотика, а следствием этого становится то, что ранее чувствительные штаммы становятся резистентными. Феномен устойчивости – это весьма специфическое явление, поэтому данные по отдельным странам, лечебным учреждениям и даже отделениям одной больницы могут значительно различаться в зависимости от применения антибиотиков, присутствия перекрестной резистентности и степени развитости коммуникаций.

Бета-лактамные антибиотики пенициллины, цефалоспорины дольше всех применяются в клинической практике, поэтому проблема резистентности к ним наиболее серьезна.

Возможны следующие механизмы развития резистентности к -лактамным антибиотикам:

•Снижение проницаемости мембраны бактериальной клетки для препарата (поэтому препарат не достигает места действия).

•Изменения рецепторных мест – снижение степени связи препарата с рецептором.

•Ферментативное разложение антибиотиков -лактамазами.

-лактамазы продуцируются грамположительными и грамотрицательными аэробными и анаэробными бактериями. Эти ферменты разрушают амидную связь в -лактамном кольце -лактамных антибиотиков, что в клинике проявляются как отсутствие результата лечения.

-лактамазы переносятся на хромосомах и плазмидах. -лактамазы могут значительно различаться между собой, а классифицируются они в зависимости от своего влияния на специфические пенициллины или цефалоспорины.

Еще в 1940 году, то есть до начала клинического применения пенициллина были описаны пенициллиназы Escherichiae coli. В 50-е годы развилась резистентности Staphylococcus aureus к пенициллину с тем же механизмом. Ампициллин расширил спектр действия пенициллинов за счет грамотрицательных штаммов, однако довольно быстро и к ампициллину стали устойчивы штаммы Haemophilus influenzae, Escherichia coli, Branhamella catarrhalis и Neisseria gonorrhoeae (70-е годы).

Определение чувствительности бактерий к антибиотикам и химиотерапевтическим препаратам диско-диффузионным методом.

На поверхность подсушенной питательной среды в чашке Петри наносят 1 мл исследуемой культуры (18-20 – часовой бульонной культуры), равномерно распределяют. В экстренных случаях для получения ориентировочных данных допускается непосредственный посев клинического материала. Диски с антибиотиками накладывают пинцетом на равном расстоянии друг от друга и на 2 см от края чашки (на 1 чашку не более 6 дисков). Чашки сразу ставят в термостат вверх дном и инкубируют при 35-37 С в течении 18-20 ч.

С помощью линейки измеряют диаметры зон задержки роста вокруг дисков, включая диаметр дисков с точностью до 1 мм. Оценку результатов проводят по таблице в соответствии с используемой средой и видами бактерий.

Определение чувствительности бактерий к антибиотикам методом серийных разведений антибиотика в питательной среде.

Разведения антибиотиков готовят путем разбавления основного раствора антибиотика бульоном в диапазоне, определенном критериями антибиотикочувствительности. Например, для двукратных разведений антибиотика в диапазоне от 0,25 до 128 ЕД/мл используют 11 пробирок, в которые, кроме первой пробирки, вносят по 1 мл бульона. В первую пробирку вносят 2 мл раствора антибиотика с концентрацией 256 ЕД/мл. Затем отдельными пипетками переносят по 1 мл раствора антибиотика из первой пробирки в каждую последующую. Из предпоследней пробирки 1 мл смеси удаляют, в последнюю пробирку антибиотик не добавляют (контроль). Испытуемые микроорганизмы вносят по 1 мл во все пробирки с разведениями антибиотика и в контрольную. Следовательно, концентрация антибиотика в пробирках уменьшается в 2 раза. Посевы инкубируют при 37 С до появления роста в контроле. Отмечают первую пробирку с задержкой роста микробов. Концентрация антибиотика в этой пробирке является минимальной ингибирующей рост для испытуемого штамма микроба (МИК в ЕД/мл).

Определение толерантности бактерий к антибиотикам.

Первым этапом исследования является определение минимальной ингибирующей рост концентрации (МИК) используемого антибиотика с бактерицидным механизмом действия (например, бензилпенициллина) в отношении испытуемого штамма бактерий. Исследование проводят методом серийных разведений. После учета МИК антибиотика приступают ко второму этапу – определению минимальной бактерицидной концентрации антибиотика (МБК). Для этого из всех пробирок с антибиотиком, в которых отсутствует визуально рост бактерий, делают высев по 0,1 мл на отдельные чашки с питательной средой и инкубируют при 35-37 С 18-24 ч. Определяют минимальную бактерицидную концентрацию антибиотика (МБК) по первой пробирке с антибиотиком, высев из которой не дал роста колоний бактерий. Для выявления толерантности бактерий к антибиотику сопоставляют его МИК и МБК. Испытуемый штамм бактерий считается толерантным к антибиотику, если это соотношение 32.

Ускоренные методы определения чувствительности микроорганизмов к антибиотикам.

В практике лабораторий ускоренное определение чувствительности микроорганизмов к антибиотикам и другим химиотерапевтическим препаратам осуществляется некоторыми зарубежными автоматизированными системами микробиологических исследований (MS-2, Quantum 2, Sceptor и др.). В кюветах панели содержатся дегидрированные субстраты или диски с антибиотиками. Каждый антибиотик в кювете представлен в одной концентрации. Одновременно тестируется 20 и более антибиотиков. После внесения взвеси испытуемых бактерий посевы инкубируют при 35-37 С в течении 4-5 ч. Результаты регистрируют спектрофотометрически или кондуктометрически сразу при появлении размножения бактерий в контроле без антибиотика.

Способы получения антибиотиков.

Существуют 3 способа получения антибиотиков.

Биологический синтез.

Для получения антибиотиков этим способом используют высокопродуктивные штаммы микроорганизмов и специальные питательные среды, на которых их выращивают. С помощью биологического синтеза получают, например, пенициллин.

Химический синтез.

После изучения структуры некоторых природных антибиотиков стало возможным их получение путем химического синтеза. Одним из первых препаратов, полученных таким методом, был левомицетин. Кроме того, с помощью этого метода созданы все синтетические антибиотики.

Комбинированный метод.

Этот метод представляет собой сочетание двух предыдущих: с помощью биологического синтеза получают антибиотик, выделяют из него так называемое ядро (например, 6-аминопенициллановую кислоту из пенициллина) и химическим путем добавляют к нему различные радикалы.

Антибиотики, полученные с помощью этого метода, называются полусинтетическими. Например, полусинтетическими пенициллинами являются оксациллин, азлоциллин.

Принципы рациональной антибиотикотерапии. Микробиологический принцип.

Антибиотики следует применять только по показаниям, когда заболевание вызвано микроорганизмами, в отношении которых существуют эффективные препараты. Для их подбора необходимо до назначения лечения взять у больного материал для исследования, выделить чистую культуру возбудителя и определить его чувствительность к антибиотикам.

Фармакологический принцип.

При назначении антибиотика необходимо определить правильную дозировку препарата, необходимые интервалы между введением лекарственного средства, продолжительность антибиотикотерапии, методы введения. Следует знать возможности сочетания различных лекарственных средств.

Как правило, лечение инфекционных болезней производится с помощью одного антибиотика (моноантибиотикотерапия). При заболеваниях с длительным течением (подострый септический эндокардит, туберкулез) для предупреждения формирования антибиотикорезистентности применяют комбинированную антибиотикотерапию.

Клинический принцип.

При назначении антибиотиков учитывают общее состояние больных, возраст, пол, состояние иммунной системы, сопутствующие заболевания.

Эпидемиологический принцип.

При подборе антибиотика необходимо знать, к каким антибиотикам устойчивы микроорганизмы в среде, окружающей больного (отделение, больница, географический регион). Распространенность устойчивости к данному антибиотику не остается постоянной, а изменяется в зависимости от того, насколько широко используется антибиотик.

Фармацевтический принцип.

Необходимо учитывать срок годности и условия хранения препарата, так как при его длительном и неправильном хранении образуются токсические продукты деградации.