Глава11. Антибиотики

По современной классификации, термин «антибиотики» объедин­яет все лекарственные препараты, избирательно подавляющие мик­роорганизмы и не повреждающие органы и клетки человека. Их раз­деляют на следующие группы:

а) природные - продуцируемые живыми организмами;

б) полусинтетические - полученные в результате модификации структуры природных антибиотиков;

в) синтетические - полученные методом синтеза (прежнее их на­звание - химиотерапевтические средства).

Исторически сложилось так, что вначале были получены синте­тические препараты, получившие название химиотерапевтических, а лечение этими препаратами - химиотерапии. Основоположником хими­отерапии является немецкий химик Пауль Эрлих (1854-1915), который установил возможность создания химических соединений, изби­рательно действующих на определенные виды микробов. Первыми химиотерапевтическими средствами, синтезированными Эрлихом, были

сальварсан и неосальварсан, обладающие противосифилитическим действием. Эрлих сформулировал основные положения химиотерапии, понятие об этиотропном лечении (греч. aitia - причина), направленном против возбудителей заболевания, а также впервые обнаружил явле­ние лекарственной устойчивости микробов.

В 1932 г. Г. Домагк синтезировал первый сульфаниламидный пре­парат - стрептоцид. В дальнейшем были получены препараты биоло­гического происхождения, по своей антимикробной активности на не­сколько порядков превосходящие синтетические препараты. Их дей­ствие основано на антагонизме микробов. Чаще всего антагонизм на­блюдается среди почвенных микробов. Еще в 1887 г. Л. Пастер обна­ружил подавление роста бацилл сибирской язвы гнилостными бакте­риями при совместном их выращивании. Идея об антагонизме микро­бов нашла практическое применение в трудах И.И. Мечникова, пред­ложившего использовать антагонистическое действие молочнокислых бактерий на гнилостные микробы кишечника и путем введения лакто-бактерий изменять кишечную флору. Идея И.И. Мечникова о возмож­ности и целесообразности направленного изменения кишечной мик­рофлоры и об использовании с этой целью микробов-антагонистов лежит в основе бактериотераиии (лечения живыми микробами) п со­временного учения об антибиотиках.

В 1929 г. английский микробиолог А. Флеминг обнаружил на чаш­ках Петри лизис колоний золотистого стафилококка вблизи плесени Penicillium notatum и показал, что фильтрат бульонной культуры этой плесени обладал антибактериальным действием в отношении грампо-ложительных бактерий. Однако препарат пенициллина получили лишь в 1941 г. Г.У. Флори и Э. Чейн. В Советском Союзе пенициллин был получен З.В. Ермольевой в 1942 г. из плесени Penicillium crustosum.

Вслед за получением пенициллина начались и продолжаются в на­стоящее время широкие поиски новых антибиотических веществ природ­ного происхождения и получение высокоактивных синтетических препа­ратов. Синтезированные в последнее время фторхинолоны по своей ак­тивности приближаются к антибиотикам природного происхождения.

Для оценки пригодности антибиотика к применению служит химиотерапевтический индекс. Величина индекса определяется по формуле:

Максимально переносимая доза (Dosis tolerantia)

ХТИ = -------------------------------------------------------------

Минимальная терапевтическая доза (Dosis curavita)

ХТИ должен быть не менее 3.

Природные и полусинтетические антибиотики

Природные антибиотики продуцируются живыми организмами (продуцентами). В зависимости от источника получения различают не­сколько групп природных антибиотиков:

1) антибиотики, продуцентами которых являются микроскопические грибы: пенициллин, цефалоспорин, фузидин, гризеофульвин;

2) антибиотики, полученные из актиномицетов: стрептомицин, тетрациклины, неомицин, эритромицин и другие;

3) антибиотики, полученные из бактерий: полимиксины;

4) антибиотики, полученные из животных тканей: люоцим (из бел­ка куриного яйца), интерферон (продуцируется донорскими лей­коцитами), эктерицид (из рыбьего жира);

5) антибиотики, полученные из растений (фитонциды): хлорофиллипт - из эвкалипта, сальвин - из шалфея.

Полусинтетические антибиотики получают путем модификации структуры природных антибиотиков, с целью придания препарату новых полезных свойств. Так, природный пенициллин имеет недостат­ки: быстро выводится из организма, разрушается в желудочно-ки­шечном тракте, имеет узкий спектр действия, разрушается бета-лакта-мазой - ферментом, выделяемым устойчивыми к пенициллину бактери­ями. Получены полусинтетические препараты пенициллина: 1) устой­чивые к действию бета-лактамазы (оксациллин); 2) устойчивые к дей­ствию желудочного сока (феноксиметилпенициллин); 3) пенициллины широкого спектра действия (амнициллин, амоксициллин, карбенициллин); 4) пенициллины пролонгированного действия (бициллины).

Получен целый ряд полусинтетических цефалоспоринов.

Химиотерапевтические средства (синтетические антибиотики)

К антимикробным препаратам, полученным методом синтеза, от­носятся:

сульфаниламиды: сульфадимезин, уросульфан, сульфазин, фта­лазол, сульгин, сульфадиметоксин и другие;

- комбинированные препараты сульфаниламидов с триметопримом: бактрим (бисептол), сульфатон;производные нитроимидазола: метрони-дазол (трихопол);

- производные нитрофурана (фурацилин, фурадонин, фурагин);

- хинолины (производные 8-оксихинолина): нитроксолин (5-НОК);

- хинолоны I поколения: налидиксовая кислота (невиграмон), пипемидиновая кислота (полин);

хинолоны II поколения (фторхинолоны): ципрофлоксацин (ципробай), офлоксацин, перфлоксацин, норфлоксацин.

Аналогами природных антибиотиков являются синтетические пре­параты: левомицетин, циклосерин.

По химическому составу антибиотики подразделяют на несколько групп.

1) бета-лактамные антибиотики - гетероциклические соединения с бета-лактамным кольцом. К этой группе относятся пенициллины и цефалоспорины.

2) Тетрациклины: окситетрациклин, хлортетрациклин, доксицик-

лин, метациклин, вибромицин, морфоциклин. Содержат четыре бен­зольных кольца с радикалами.

3) Аминогликозиды. К ним относится группа стрептомицина и его производные: неомицин, канамицин. Аминогликозиды II поколения: тобрамицин, сизомицин; III поколения: нетилмицин, амнкацин.

4) Полипептиды - полимиксин.

5) Макролиды - соединения, содержащие макроциклическое лак-тонное кольцо: эритромицин, азитромицин (сумамед).

6) Анзамицины - рифампицин.

7) Полиеновые антибиотики - нистатин, леворин, амфотерицин В, имеющие двойные связи СН=СН.

Спектр активности антибиотиков

Спектр активности - это перечень видов микробов, на которые пре­парат оказывает действие. Принято делить антибиотики по спектру активности в зависимости от того, на какие микробы они действуют: антибактериальные, противогрибковые, противовирусные, противо­опухолевые. При этом различают антибиотики широкого и узкого спек­тра действия.

Антибактериальные антибиотики. Сюда относится большинство пре­паратов. К антибиотикам узкого спектра активности относится бен-зилпенициллин, который оказывает действие на гноеродные кокки, не­которые грамположительные палочки и на спирохеты. Полимиксин действует только на грамотрицательные бактерии.

Антибиотики широкого спектра действия активны в отношении многих грамположительных и грамотрицательных бактерий, а некото­рые из них - также в отношении риккетсий, хламидий, микоплазм. К антибиотикам широкого спектра действия относятся тетрациклины, левомицетин, аминогликозиды, макролиды.

Противогрибковые антибиотики. Это леворин, гризеофульвин. Ши­роким спектром действия обладает амфотерицин В, активный при мно­гих микозах, в том числе глубоких. Нистатин - антибиотик узкого спек­тра действия, активен в отношении грибов рода Кандида.

Противовирусный природный антибиотик животного происхожде­ния - интерферон. Это низкомолекулярный белок, образуется в клет­ках организма или в культуре клеток под действием индукторов инерферона и является одним из факторов неспецифнческой противо­вирусной защиты. Индукторами могут быть не только вирусы, но и бактерии, ЛПС бактерий, некоторые лекарственные средства. В нача­ле изучения интерферона было открыто его противовирусное действие, в дальнейшем было обнаружено несколько типов интерферонов и мно­гообразное их действие: противовирусное, противоопухолевое, иммуномодулирующее, радиопротекторное. Интерферон неспецифичен в от­ношении вида вируса, но обладает видовой специфичностью. Поэто­му для лечения человека эффективен интерферон, выделяемый культурой человеческих клеток. Интерферон не оказывает непосредственно­го действия на вирус, но подавляет синтез вирусных белков в клетке и таким образом препятствует образованию вирионов. Известно несколь­ко типов интерферона, из которых в качестве противовирусного сред­ства применяется лейкоцитарный а-интерферон.

С помощью методов генетической инженерии получен рекомби-нантный интерферон - реаферон.

Противоопухолевые антибиотики задерживают размножение или оказывают цитотоксическое действие на опухолевые и быстроразмножающиеся нормальные клетки организма, подавляя синтез нуклеи­новых кислот или белка. Это митомицин С, рубомицин, оливомицин и многие другие, применяющиеся при определенных видах опухолей.

Активность каждого антибиотика определяется по его действию на соответствующий тест-микроб. За единицу активности (ЕД) для боль­шинства антибиотиков принимают специфическую активность, со­держащуюся в 1 мкг чистого вещества. Для пенициллина 1 мкг = 1,67 БД, для нистатина 1 мкг = 4 ЕД.

Типы и механизмы действия

Различают бактерицидное и бактериостатическое действие:

- бактериостатическое (лат. stasis - стояние) - задержка роста бак­терий;

- бактерицидное (лат. caedere - убивать) - губительное действие на бактерии.

Бактериостатическое действие обнаруживается по его обрати­мости: после пересева бактерий в свежую питательную среду без пре­парата наблюдается рост бактерий. При бактерицидном действии пе­ресев на свежую среду не дает роста.

Тот или иной тип действия зависит от характера препарата и от дозы. Как правило, при малых дозах препарата наблюдается бак­териостатическое действие, при больших - бактерицидное. Но есть ис­ключения. Например, налидиксовая кислота в малых дозах повреж­дает ДНК и таким образом оказывает бактерицидное действие, а в больших дозах повреждает РНК, вызывает нарушение биосинтеза бел­ка, что ведет к бактериостатическому действию. Большинство анти­биотиков обладает бактерицидной активностью. Преимущественно бактериостатическое действие оказывают тетрациклины, левомицетин, макролиды.

По механизму действия различают следующие группы антибиоти­ков:

1) антибиотики, подавляющие синтез клеточной стенки бактерий: пенициллин, цефалоспорины, циклосерин. Пенициллин нарушает про­цесс образования полимерного соединения - пептидогликана, поэтому действует на молодые растущие клетки бактерий. Поскольку клетки человеческого организма не содержат пептидогликана, пеницилин не повреждает их;

2) антибиотики, нарушающие функции цитоплазматической мемб­раны: полимиксины, а также полиеновые противогрибковые антибио­тики: нистатин, леворин, амфотерицин В. Полиеновые антибиотики адсорбируются на цитоплзматической мембране, взаимодействуют со стерольным компонентом, повышают проницаемость мембраны, что приводит к нарушению водно-солевого обмена клетки и к ее гибели. У бактерий и риккетсий в мембране нет стеролов, поэтому эти мик­роорганизмы нечувствительны к полиеновым антибиотикам;

3) антибиотики, ингибирующие синтез белка на рибосомах бак­териальных клеток: аминогликозиды, тетрациклины, левомицетин, мак­ролиды. Перечисленные антибиотики блокируют рибосомы бакте­риальной клетки и не оказывают действия на рибосомы клеток чело­века вследствие различий в структуре и молекулярной массе рибосом прокариотов и эукариотов.

4) антибиотики, ингибирующие РНК-полпмеразы - рифампицин, подавляющий синтез РНК на матрице ДНК;

5) антибиотики, вызывающие лизис клеточной стенки бактерий - лизоцим.

Механизм действия многих химиотерапевтических препаратов свя­зан с тем, что они являются антиметаболитами, то есть структурными аналогами важнейших метаболитов, участвующих в обмене веществ бактерий. Будучи сходными с метаболитом, они вытесняют его из об­менного процесса, но не обеспечивают нормального его течения. Так, сульфаниламиды являются структурными аналогами парааминобензойной кислоты (ПАБК) - кофермента фолпевой кислоты. Норсульфазол - аналог тиамина (витамина В1). Противотуберкулез­ные препараты - гидразиды изоникотиновой кислоты (ГИНК) - анало­ги изоникотиновой кислоты.

Иной механизм действия производных нитрофурана, которые на­рушают процесс биологического окисления микробов. Особенно высо­кой активностью обладают фторхинолоновые препараты, которые по­давляют синтез ДНК микробов.

Мишенями действия противовирусных препаратов являются ка­кие-либо этапы репродукции вируса в клетке хозяина. Так, ремантадин повреждает процесс депротеинизации - "раздевания" вируса, а также биосинтез вирусного белка на рибосомах клетки. Ингибиторы проте-аз (е-аминокапроновая кислота) нарушает процесс расщепления бел­ка вируса гриппа, препятствуя таким образом репликации вируса. Рибавирин (виразол), будучи структурным аналогом пуриновых основа­ний, нарушает репликацию вирусных нуклеиновых кислот. Азидоти-мидин подавляет процесс обратной транскрипции, присущий ретро-вирусам, к которым относится вирус иммунодефицита человека (ВИЧ).

Побочные явления при антибиотикотерапии

К настоящему времени получено несколько тысяч антибиотиков, но для лечения больных применяется только несколько десятков, так как многие антибиотики оказывают вредное воздействие на организм. И даже те, которые нашли практическое применение, не лишены неже­лательных реакций. Различают следующие виды побочных действий антибиотиков.

1) Прямое токсическое действие: стрептомицин оказывает ток­сическое действие на почки и на слуховой нерв; тетрациклин вызы­вает поражение печени, задержку развития костей и зубов; левомицетин подавляет процесс кроветворения, а также отрицательно влияет на внугриутробное развитие гшода.

2) Обострение течения болезни, повышение температуры, так на­зываемая лихорадка Герца-Геймера, как следствие освобождения сразу большого количества эндотоксинов из разрушенных бактерий.

3) Аллергические реакции вызывают пенициллин, цефалоспори-ны, стрептомицин и др. У людей с повышенной чувствительностью к этим препаратам при их введении могут возникнуть такие явления, как сыпь, зуд, крапивница, в тяжелых случаях - анафилактический шок, который требует оказания немедленной медицинской помощи. Koнтактный дерматит может развиваться как профессиональная болезнь на предприятиях, изготовляющих антибиотики.

4) Дисбактериоз - нарушение состава нормальной микрофлоры организма. Возникает при лечении больного антибиотиками широко­го спектра действия, которые подавляют рост не только возбудителей болезни, но и представителей нормальной микрофлоры организма. Следствием этого может быть гиповитаминоз. Кроме того, вследствие дисбактериоза могут развиваться вторичные инфекции, вызванные грибами или бактериями, размножение которых подавлялось мик­робами-антагонистами. Например, грибы рода Кандида, нечувстви­тельные к антибактериальным препаратам, при гибели микробов-ан­тагонистов начинают безудержно размножаться и вызывают вторич­ную инфекцию - кандидоз. Вторичные инфекции вызывают также бак­терии, которые быстро приобретают устойчивость к антибиотикам, например, стафилококки.

5) Угнетение образования антител может наблюдаться по двум причинам. Во-первых, при лечении антибиотиками возбудитель гиб­нет в самом начале болезни, поэтому организм не формирует иммун­ный ответ. Это наблюдается, например, при лечении левомицетином больных брюшным тифом и при лечении пенициллином больных скарлатиной. Поэтому рекомендуется сочетать лечение антибиотика­ми со средствами, стимулирующими иммунитет. Во-вторых, некоторые антибиотики, в частности, левомицетин, угнетают биосинтез белка и, следовательно, образование антител.

Лекарственная устойчивость микробов

Под устойчивостью микробов к антибактериальному препарату понимают сохранение способности размножаться при таких концент­рациях этого препарата, которые создаются при введении в организм

терапевтических доз.

Типы антибиотикоустойчивости:

1) природная, свойственная данному виду микробов;

2) приобретенная: а) первичная; б) вторичная.

1) Природная устойчивость обусловлена свойствами данного ви­да микробов и механизмом действия антибиотика Например, устой­чивость грамотрицательных палочек к бензилпенициллину или грибов - к антибактериальным препаратам.

2) Приобретенная устойчивость. Устойчивость называют приоб­ретенной в тех случаях, когда появляются варианты устойчивых мик­робов, принадлежащих к виду, по природе своей чувствительному к данному антибиотику. Например, появление стафилококков, устой­чивых к пенициллину.

Первичной называют устойчивость, которая обнаруживается с са­мого начала болезни, так как произошло заражение антибиотикоустойчивым возбудителем. Вторичная устойчивость развивается в те­чение болезни.

Генетические механизмы антибиотикорезистентности: 1) хромосомная и 2) плазмидная.

1) Хромосомная антибиотикорезистентность. В популяции чувс­твительных бактерий появляются единичные клетки-мутанты, устой­чивые к данному антибиотику, причем это происходит не под дейс­твием антибиотика Обычно мутанты в отсутствие антибиотика че­рез какое-то время погибают. Если же популяция подвергается дей­ствию антибиотика, то чувствительные бактерии погибают, а устой­чивые выживают и дают начало резистентной популяции, то есть происходит селекция.

2) Плазмидная антибиотикорезистентность связана с R-плазмидами. Это обычно множественная устойчивость, сразу к нескольким антибиотикам. R-плазмиды могут передаваться бактериям тогЪ же вида или другого вида или даже рода. Например, дизентерийные бактерии могут стать устойчивыми к нескольким антибиотикам, получив R-плазмиду от дизентерийных или от кишечных палочек путем рекомбинации.

Фенотипические проявления антибиотикорезистентности. Устой­чивость бактерий к антибиотикам реализуется за счет следующих ме­ханизмов:

1) образование специфических ферментов, разрушающих данный антибиотик. Так фермент р-лактамаза разрушает р-лактамное кольцо пенициллинов и цефалоспоринов. Этот фермент продуцируют стафило­кокки с приобретенной резистентностью к пенициллину. Устойчивость к левомицетину и аминогликозидам связана с продукцией ферментов трансфераз;

2) снижение проницаемости клеточной стенки для данного анти­биотика, например, для тетрациклина, или нарушение транспортного механизма цитоплазмагической мембраны;

3) формирование обходного пути метаболизма взамен поврежден­ного антибиотиком;

4) изменение структуры мишени действия антибиотика;

5) превращение бактерий в L-формы, лишенные клеточной стен­ки, но способные к реверсии, то есть к обратному превращению в обыч­ные формы.

Устойчивость микробов к антибиотикам в клинике имеет важное значение, так как снижает эффективность лечения. Само по себе воз­никновение хромосомных мутаций и R-плазмид не связано с открытием антибиотиков и внедрением их в практику. Но антибиотики играют роль фактора отбора устойчивых микробов. Поэтому бесконтрольное, неоправданное, без соответствующих показаний, применение антиби­отиков способствует массовой селекции и распространению антибиотикорезистентных бактерий. Кроме того, этому способствует примене­ние антибиотиков в животноводстве и птицеводстве с целью ускоре­ния роста животных и птиц.

Преодоление и предупреждение развития лекарственной устойчивос­ти. Для ограничения распространения лекарственноустойчивых бак­терий и повышения эффективности лечения применяются следующие меры:

- получение новых антибиотиков с иным механизмом действия;

- лечение больных с учетом чувствительности возбудителей к ан­тибиотикам;

- применение для лечения сочетания антибиотиков с разным меха­низмом действия;

- применение антибиотиков только при наличии соотвествующих показаний;

- использование в животноводстве и птицеводстве только таких антибиотиков, которые в медицине не применяются;

- для подавления действия продуцируемых бактериями ферментов, разрушающих антибиотики, используются ингибиторы ферментов. Так, клавулановая кислота и клавуланаты, а также сульбактам ингибируют фермент р-лактамазу. Рекомендуется применять ингибиторы вместе с антибиотиком против возбудителя, устойчивого к антибиотику. На­пример, амоксициллин + клавуланат (препарат аугментин), ампициллин + сульбактам (уназин).

Определение чувствительности микробов к антибиотикам

Существует несколько методов: метод серийных разведении, ме­тод стандартных дисков, ускоренные методы. При этом материал от больного должен быть взят до начала лечения антибиотиками.

Метод стандартных дисков (метод диффузии в агар) - наиболее про­стой и широко применяемый. Это качественный метод, позволяющий определить, к каким антибиотикам чувствителен микроб, выделенный от больного. Испытуемую культуру засевают сплошным газоном на

чашку с питательным агаром. Затем на поверхность агара помещают бумажные диски, пропитанные антибиотиками. После суточного ин-кубирования в термостате измеряют диаметр зон задержки роста вок­руг каждого диска и по таблице проводят оценку результата.

Определение проводят с чистыми культурами бактерий. Однако в некоторых случаях для быстрого получения ориентировочных ре­зультатов используют непосредственно патологический материал.

Метод серийных разведении является более точным, количест­венным, так как позволяет определить не только антибиотики, к кото­рым чувствителен микроб, но и минимальную подавляющую кон­центрацию (МПК) антибиотика. Для проведения исследования необхо­дима чистая культура испытуемого микроба.

Метод серийных разведении в жидкой питательной среде. В ряду пробирок с жидкой питательной средой готовят последовательные раз­ведения антибиотика. Контролем служит пробирка с питательной сре­дой без антибиотика. Затем в каждую пробирку засевают определенное количество испытуемых микробов. После суточного инкубирования в термостате учитывают результат: отмечают последнюю пробирку с полной задержкой роста. Концентрация антибиотика в этой пробирке является МПК.

Метод серийных разведении на плотной питательной среде. В про­бирках с расплавленной агаровой питательной средой готовят после­довательные разведения антибиотика, затем выливают в чашки. Пос­ле застывания агара производят посев испытуемых микробов (по од­ной петле из разведения 10⁷ микробных тел в 1 мл). На каждую чашку можно засеять до 20 культур. Контролем служит чашка с питательной средой без антибиотика. После суточного инкубирования в термоста­те учитывают результат по последней чашке с задержкой роста.