Антибиотики

Подавление роста бактерий и их гибель зависят от концентрации антибиотика

Активность конкретного антибиотика против определенных бактерий можно легко определить в лаборатории. Подвергая стандартное число бактерий (инокулюм) воздействию антибиотика, взятого в различных концентрациях, определяют наименьшую из них, которая ингибирует рост бактерий. Эту концентрацию называют минимальной ингибирующей концентрацией (МИК). Если увеличивать концентрацию сверх МИК, то обычно достигают такой концентрации, которая убивает бактерии (термин «убивает» означает, что число живых бактерий в инокулюме снижается в 1000 раз [log103,0], или на 99,9%). Наименьшую концентрацию антибиотика, необходимую для того, чтобы убить бактерии, называют минимальной бактерицидной концентрацией (МБК). Как правило, МБК в 2-8 раз выше, чем МИК. Антибиотики, для которых в клинических условиях удается достичь концентрации в крови, превышающей МБК в отношении обычных патогенов, классифицируют как бактерицидные антибиотики. Антибиотики, для которых легко достижимы концентрации выше МИК, но обычно не превышающие МБК, называют бактериостатическими антибиотиками. Однако нельзя отнести антибиотик к преимущественно бактериостатическим или бактерицидным, поскольку существует уникальное соотношение между каждой бактерией и каждым антибиотиком. Например, пенициллин, который считают классическим бактерицидным антибиотиком, почти всегда бактерициден для стрептококков, однако оказывает лишь бактериостатическое действие на энтерококки. Похожим образом хлорамфеникол является бактериостатическим препаратом против большинства видов кишечных бактерий, но оказывает бактерицидный эффект на большинство штаммов Haemophilus influenzae.

Антибиотики могут действовать синергично, антагонистически или индифферентно

Иногда для лечения заболевания, вызванного определенным патогеном, используют комбинацию двух или более антибиотиков. С помощью лабораторных методов можно охарактеризовать отношение антибактериального действия двух (или более) антибиотиков на определенные бактерии как синергичное, антагонистическое или индифферентное, сопоставляя эффекты комбинации антибиотиков и каждого из них в отдельности на рост бактерий (рис. 6.8):

• если комбинация препаратов заметно повышает антибактериальный эффект (выше, чем наиболее активный агент), комбинацию называют синергичной, т.е. общий эффект выше аддитивного;

• если в результате применения комбинации подавление бактериального роста оказывается слабее, чем вызываемое наиболее активным агентом в отдельности, такая комбинация является антагонистической;

• если комбинация не дает ни синергичного, ни антагонистического эффектов, она является индифферентной.

На практике большинство комбинаций относятся к индифферентным. Однако в клинике выявлены важные синергичные и анагонистические комбинации:

• процент успешного лечения энтерококкового эндокардита с помощью комбинации пенициллин плюс аминогликозид существенно выше,чем при использовании одного пенициллина, что свидетельствует о наличии синергизма;

• комбинация пенициллина и тетрациклина для лечения бактериального менингита ассоциируется со значительно более высокой смертностью, чем в случае применения одного пенициллина — пример антагонизма.

Рис. 6.8

Рис. 6.8 Кривые бактериального роста, показывающие синергичное, антагонистическое и индифферентное действие антибиотиков А и Б на микроорганизмы трех разных типов, (а) Синергичная комбинация, т.к. ее антибактериальный эффект значительно выше, чем эффект одного, более активного антибиотика Б. (б) Добавление антибиотика Б значительно снижает антибактериальный эффект антибиотика А, т.е. комбинация является антагонистической, (в) Антибактериальная активность комбинации по существу такая же, как более активного антибиотика Б, поэтому комбинация является индифферентной.

 

Киллерный эффект бактерицидных лекарств может зависеть от их концентрации или времени воздействия

Гибель бактерий под влиянием некоторых бактерицидных препаратов (например, аминогликозидов и фторхинолонов) зависит от их концентрации, тогда как аналогичный эффект других антибиотиков (например, β-лактамов и гликопептидов) зависит от времени воздействия. Зависимый от концентрации киллинг предполагает повышение бактерицидной активности вместе с увеличением концентрации антибиотика. В случае киллинга, зависимого от времени, бактерицидная активность не усиливается или усиливается незначительно при повышении концентрации выше МБК; и наоборот, киллинг зависит от поддержания концентрации антибиотика выше МБК в течение максимально возможного периода по длительности.

Рис. 6.9

Рис. 6.9 Зависимое от концентрации бактерицидное действие и постантибиотический эффект (ПАЭ). Изучение гибели бактерий в бульонной культуре, содержащей различные концентрации антимикробного вещества, показывает, что бактерицидное действие зависит от концентрации вещества. ПАЭ в отношении оставшихся в живых бактерий обнаруживается после их отмывания и ресуспендирования в среде, не содержащей антибиотика. МБК — минимальная бактерицидная концентрация; МИК — минимальная ингибирующая концентрация.

 

Нормальная репликация бактерий часто замедлена даже после прекращения действия антибиотика

Когда бактерии подвергаются действию антибиотика в концентрациях ниже МИК, а затем антибиотик удаляют из среды, репликация бактерий не нормализуется (не становится такой, какой она была до применения антибиотика) в течение различного периода времени (обычно несколько часов после удаления антибиотика). Этот феномен получил название «постантибиотический эффект» (ПАЭ). ПАЭ наблюдается не при всех комбинациях бактерия-лекарство, однако когда он возникает, то часто зависит от концентрации. Иными словами, чем выше была концентрация антибиотика, действующего на бактерии, тем длительнее ПАЭ. Для аминогликозидов и фторхинолонов ПАЭ характерен при их действии на грамотрицательные бактерии, тогда как β-лактамам, за исключением карбапенемов, это явление несвойственно. Однако β-лактамы проявляют умеренно выраженный ПАЭ при их воздействии на грамположительные бактерии. На рис. 6.9 и 6.10 показана зависимость гибели бактерий от концентрации антибиотика, когда ПАЭ присутствует, или от времени воздействия — здесь ПАЭ не наблюдается.

Рис. 6.10

Рис. 6.10 Зависимое от времени бактерицидное действие. Изучение гибели бактерий в бульонной культуре, содержащей различные концентрации р-лактама, выявило зависимое от времени бактерицидное действие на грамотрицательные бактерии. Постантибиотический эффект в отношении оставшихся в живых бактерий после отмывания и ресуспендирования в среде, не содержащей антибиотика, не обнаруживается. МБК — минимальная бактерицидная концентрация.

ПАЭ дает возможность использования антибиотиков в импульсном режиме

Импульсный режим применения антибиотиков заключается в назначении относительно высоких доз антибиотика с таким расчетом, чтобы пик концентрации вещества в крови был выше, чем МИК или МБК для данного возбудителя, а интервалы между введениями продолжительнее, чем несколько периодов полувыведения антибиотика из сыворотки. Так, период полувыведения кристаллического пенициллина G составляет около 30 мин, однако обычно его вводят каждые 6 час (т.е. каждые 12 периодов полувыведения). Эта схема дозировки заметно отличается от используемой для большинства других лекарств, которые, как правило, вводят с интервалами, не превышающими один период полувыведения из сыворотки. Существует несколько причин, обусловливающих эффективность импульсного режима для антибиотиков:

 

• терапевтический индекс большинства антибиотиков высокий, что часто позволяет создать значительную пиковую концентрацию вещества в сыворотке, не опасаясь возникновения существенных токсических эффектов;

 

• у некоторых антибиотиков киллерный эффект зависит от концентрации, поэтому желательно для большего эффекта получить высокую пиковую концентрацию антибиотика в сыворотке;

• часто возможно поддержать концентрацию антибиотика в сыворотке на более высоком уровне, чем МИК для бактерий, на протяжении всего интервала между введениями, даже если этот интервал относительно велик по отношению к периоду полувыведения из сыворотки (рис. 6.11);

• даже в том случае, когда концентрация антибиотика в сыворотке падает ниже МИК и удерживается на этом уровне в течение какого-то времени между введениями, ПАЭ может предотвратить размножение бактерий в течение этого периода до введения следующей дозы антибиотика (рис. 6.12);

• иммунная система организма-хозяина играет активную роль в борьбе с инфекциями, за исключением пациентов с тяжелыми нарушениями функций иммунной системы. Действительно, до открытия антибиотиков многие пациенты переносили бактериальные инфекции, но выздоровление протекало медленнее и чаще сопровождалось осложнениями.

 

Рис. 6.11                                                      Рис. 6.12

 

Рис. 6.11 Импульсный режим применения антибиотиков. В этом примере антибиотик очень активен против бактерий, его концентрация в сыворотке остается выше минимальной ингибирующей концентрации (МИК) все время, несмотря на не слишком частое введение. Сохранение концентрации антибиотика в сыворотке выше уровня МИК в течение всего курса терапии желательно в тех случаях, когда отсутствует постантибиотический эффект.

Рис. 6.12 Импульсный режим применения антибиотиков. В этом примере пик концентрации антибиотика в сыворотке после каждого введения явно выше минимальной ингибирующей концентрации (МИК), однако какое-то время в конце каждого интервала концентрация падает ниже уровня МИК. Если имеет место пост-антибиотический эффект, такое снижение концентрации на короткое время до момента очередного введения антибиотика не влияет на его лечебный эффект.

Свойства антибактериальных средств, необходимые для их эффективного терапевтического применения

Выбор антибиотика основан на механизме его действия, эффективности, токсичности и фармакокинетических свойствах. Последние приведены в таблицах, помещенных в тексте после описания отдельных классов антибиотиков. Каждый антибиотик имеет собственный путь введения и фармакокинетические характеристики, помогающие определить применимость антибиотика в каждом конкретном случае.

 

Спектр действия антибиотиков

Антибиотик может иметь широкий или узкий спектр действия против бактерий различных видов

Антибиотики, активные против бактерий многих видов, называют антибиотиками широкого спектра действия. Антибиотики, которые активны лишь против некоторых видов, относят к антибиотикам узкого спектра действия. Однако такое деление до некоторой степени условно.

 

 

Резистентность к антибиотикам

Резистентность к антибиотикам бывает естественной (врожденной) или приобретенной

Естественная резистентность бактерий к антибиотику является их изначальным свойством и основа на на механизме действия или других характеристиках антибиотика. Например, у анаэробных бактерий отсутствует механизм кислородозависимого транспорта, необходимого для транспортировки аминогликозидов в бактериальную клетку, поэтому анаэробы обладают естественной резистентностью к аминогликозидам.

С другой стороны, приобретенная резистентность относится к приобретению гена, придающего это качество бактериям, не обладающим естественной резистентностью. Здесь антибиотик выполняет роль фактора, оказывающего избирательное эволюционное давление на бактерии, у которых развивается резистентность, чтобы обеспечить их выживаемость. Однако вероятность развития специфической резистентности зависит как от антибиотика, так и от самих бактерий. В некоторых случаях для возникновения клинически значимой резистентности достаточно лишь одиночной мутации в бактериальном геноме. В других случаях для приобретения фенотипа резистентности необходимы множественные мутации.

Известны три основных биохимических механизма приобретенной резистентности:

• снижение проницаемости бактерий по отношению к антибиотику вследствие изменений клеточной мембраны у грамотрицательных бактерий (см. далее),

• продукция бактериальных ферментов, изменяющих молекулярную структуру антибиотика. Эти ферменты могут быть гидролитическими (например, β-лактамазы) или негидролитическими (например, ферменты, модифицирующие аминогликозиды);

• изменение мишени для антибиотика в результате одиночной мутации гена, кодирующего участок, связывающий антибиотик, может быть достаточным для возникновения клинически значимой резистентности (например, у Staphylococcus aureus, резистентных к метициллину, MRSA).

 

Снижение проницаемости бактерий