Пенициллины

 

Пенициллины могут легко  изменяться под влиянием внешних воздействий, поэтому для них обязательным является испытание на прозрачность и цветность. Все препараты оптически активны (правовращающие). УФ-спектрофотометрия используется для определения посторонних примесей. Поглощение при 320 им обусловлено образованием тиольной формы пенициллоиновой кислоты.

 

4.3. Методы количественного определения

 

Количественное определение  пенициллинов проводят йодометрическим  методом. Соли бензилпенициллина растворяют в воде, а феноксиметилпенициллин — в фосфатном буфере с рН 7,0. Затем добавляют раствор гидроксида натрия и оставляют на 20 мин. После  щелочного гидролиза к смеси  прибавляют соляную кислоту, раствор  ацетатного буфера (рН 4,5) и избыток 0,01 н. раствора йода. Оставляют на 20 мин в темном месте и титруют избыток 0,01 н. раствора йода 0,01 и. раствором натрия тиосульфата. Параллельно проводят контрольный опыт с таким же количеством препарата, но без щелочного гидролиза.

 При щелочном гидролизе  происходит раскрытие β-лактамного  кольца с образованием пенициллоиновой  кислоты в открытой тиольной  форме. Пенициллоиновая кислота  при рН 4,5 гидролизуетея в присутствии  окислителя (йод) до пенальдиновой  кислоты и пеницилламина, которые  окисляются раствором йода соответственно  до дегидроиенальдиновой и пеницилламиновой  кислоты .

5. СИНТЕЗ И ПОЛУЧЕНИЕ ПЕНИЦИЛЛИНА

Пенициллины могут быть выделены из природных  материалов биосинтетически или  комбинацией методов биологического и химического синтеза.

При промышленном производстве пенициллинов сначала  получают аминопенициллановую кислоту  из культуры плесневого гриба Pénicillium chrysogenum или Pénicillium notatum, а затем микробиологическим или химическим способом проводят ацилирование аминогруппы карбоновой кислотой или ее хлорангидридом:

 

Отобранные  для микробиологического синтеза  в результате селекции промышленные штаммы плесени позволяют получать более 3 мг/мл бензилпенициллина за 90-120 ч ферментации, что в сотни  раз больше, чем удавалось получать пенициллина из природный штаммов. В состав питательной среды обычно входит 1- 4% кукурузного экстракта, 3-5% лактозы, 1-2% глюкозы, 0,2-0,5% животного  или растительного жира, небольшие  количества минеральных солей.

При биосинтезе пенициллинов в питательную среду  добавляют вещества - «предшественники», которые используются плесневым  грибом для замещения атома водорода в аминогруппе молекул пенициллинов. В частности, при производстве бензилпенициллина  предшественником служит фенилуксусная  кислота или ее производные, для биосинтеза феноксиметилпенициллина - феноксиуксусная кислота и т.д. Однако не любой радикал может быть введен в молекулу пенициллинов таким способом.

Исследование  биосинтеза пенициллина с помощью  меченых атомов позволило установить, что формирование молекулы осуществляется за счет содержащихся в питательной  среде аминокислот (цистеина, валина) и соответствующих веществ - «предшественников».

Процесс биосинтеза пенициллинов происходит в асептических условиях при непрерывной аэрации  воздухом, температуре около 24°С, рН 6,0-6,5 и должен сопровождаться постоянным перемешиванием. Наличие жира в питательной  среде оказывает пеногасящее  действие и одновременно стимулирует  процесс биосинтеза пенициллинов.

Выделение пенициллина  из культуральной жидкости осуществляют фильтрованием или центрифугированием. Вначале мицелий и нерастворимые  минеральные соли отделяют от культуральной  жидкости. Очистку культуральной  жидкости и выделение из нее пенициллина  последовательно проводят способом замены растворителя (Табл. 2):

Таблица 2

 

 

Отделяют  пенициллины друг от друга различными способами: адсорбционной хроматографией (на активированном угле или оксиде алюминия); распределительной хроматографией (на силикагеле) или противоточным  распределением. Воду из растворов  удаляют при температуре от -20 до -30°С и глубоком вакууме (лиофильная сушка) или пользуясь распылительной сушилкой, что позволяет предотвратить  разложение. Кристаллические соли высокой  степени чистоты получают перекристаллизацией  из органических растворителей.

Особенно  широко для очистки пенициллинов применяют ионообменную сорбцию. Суть метода состоит в том, что водные растворы антибиотиков пропускают через  колонки с ионообменными смолами (катионитами или анионитами). В  зависимости от химических свойств  антибиотика и вида смолы на ней  будет сорбироваться либо антибиотик, либо содержащиеся в растворе примеси. Подбирая соответствующие условия  сорбции, достигают высокой степени  очистки.

Бензилпенициллин  и созданные на его основе многочисленные лекарственные формы отличаются наиболее высокой химиотерапевтической эффективностью и наименьшей токсичностью. Однако бета-лактамный цикл бензилпенициллина  легко разрушается под действием  фермента пенициллиназы (бета-лактамазы), продуцируемой многими микроорганизмами. Эти обстоятельства послужили предпосылкой создания полусинтетических пенициллинов. Решение такой сложной проблемы стало возможным,после выделения  в 1957 г. 6-аминопенициллановой кислоты (6-АПК), являющейся "ядром" пенициллина. Получают 6-АПК из бензилпенициллина (или других пенициллинов), воздействуя  ферментом пенициллинацилазой, продуцируемым  бактериями. Реже используют химические методы расщепления пенициллинов до 6-АПК. Процесс происходит по схеме:

 

 

Извлекают 6-АПК  из водного гидролизата экстракцией  или с помощью ионообменной хроматографии.

На основе 6-АПК синтезировано большое количество полусинтетических пенициллинов, представляющих собой ацильные производные. В качестве ацилирующих агентов используют хлорангидриды карбоновых кислот:

 

Некоторые из синтезированных полусинтетических  пенициллинов, сохраняя высокую эффективность  и низкую токсичность бензилпенициллина, приобрели новые качества, например, повышение устойчивости и расширение спектра действия. В результате разработаны  и внедрены в производство такие  полусинтетические пенициллины, как  оксациллин, ампициллин» карбенициллин, диклоксациллин, карфециллин и др.

 

 

6. СПЕКТР АКТИВНОСТИ

 

Природные пенициллины

Характеризуются идентичным антимикробным спектром, но несколько различаются по уровню активности. Величина МПК феноксиметилпенициллина в отношении большинства микроорганизмов, как правило, несколько выше, чем бензилпенициллина.

Эти АМП активны в отношении грамположительных бактерий, таких как Streptococcus spp., Staphylococcus spp., Bacillus spp., в меньшей степени - в отношении Enterococcus spp. Для энтерококков характерны также межвидовые различия в уровне чувствительности к пенициллинам: если штаммы E. faecalis обычно чувствительны, то E. faecium, как правило, устойчивы.

К природным  пенициллинам высокочувствительны  листерии (L. monocytogenes), эризипелотрикс (E. rhusiopathiae), большинство коринебактерий (включая C. diphtheriae) и родственных микроорганизмов. Важным исключением является высокая частота устойчивости среди C. jeikeium.

Из грамотрицательных  бактерий к природным пенициллинам чувствительны Neisseria spp., P. multocida и H. ducreyi.

Большинство анаэробных бактерий (актиномицеты, Peptostreptococcus spp., Clostridium spp.) чувствительны к природным пенициллинам. Практически важным исключением из спектра активности природных пенициллинов являются B. fragilis и другие бактероиды.

Природные пенициллины  высокоактивны в отношении спирохет (Treponema, Borrelia, Leptospira).

Приобретенная резистентность к природным пенициллинам чаще всего встречается среди  стафилококков. Она связана с  продукцией β-лактамаз (частота распространения 60-80%) или наличием дополнительного пенициллиносвязывающего белка. В последние годы отмечается рост устойчивости гонококков.

Изоксазолилпенициллины (пенициллиназостабильные, антистафилококковые пенициллины)

В России основным АМП этой группы является оксациллин. По антимикробному спектру он близок к природным пенициллинам, однако уступает им по уровню активности в отношении большинства микроорганизмов. Принципиальным отличием оксациллина от других пенициллинов является устойчивость к гидролизу многими β-лактамазами.

Основное  клиническое значение имеет устойчивость оксациллина к стафилококковым β-лактамазам. Благодаря этому оксациллин оказывается высокоактивным в отношении подавляющего большинства штаммов стафилококков (включая PRSA) - возбудителей внебольничных инфекций. Активность препарата в отношении других микроорганизмов не имеет практического значения. Оксациллин не действует на стафилококки, резистентность которых к пенициллинам связана не с выработкой β-лактамаз, а с появлением атипичных ПСБ - MRSA.

Аминопенициллины и  ингибиторозащищенные аминопенициллины

Спектр активности аминопенициллинов расширен за счет действия на некоторых представителей семейства Enterobacteriaceae - E. coli, Shigella spp., Salmonella spp. и P. mirabilis, для которых характерен низкий уровень продукции хромосомных β-лактамаз. По активности в отношении шигелл ампициллин несколько превосходит амоксициллин.

Преимущество  аминопенициллинов перед природными пенициллинами отмечается в отношении Haemophilus spp. Важное значение имеет действие амоксициллина на H. pylori.

По спектру  и уровню активности в отношении  грамположительных бактерий и анаэробов  аминопенициллины сопоставимы с  природными пенициллинами. Однако листерии более чувствительны к аминопенициллинам.

Аминопенициллины  подвержены гидролизу всеми β-лактамазами.

Антимикробный спектр ингибиторозащищенных аминопенициллинов (амоксициллин/клавуланат, ампициллин/сульбактам) расширен за счет таких грамотрицательных бактерий, как Klebsiella spp., P. vulgaris, C. diversus, а также анаэробов группы B. fragilis, которые синтезируют хромосомные β-лактамазы класса А.

Кроме того, ингибиторозащищенные аминопенициллины активны в отношении  микрофлоры с приобретенной резистентностью, обусловленной продукцией β-лактамаз: стафилококков, гонококков, M. catarrhalis, Haemophilus spp., E. coli, P. mirabilis.

В отношении  микроорганизмов, устойчивость которых  к пенициллинам не связана с продукцией β-лактамаз (например, MRSA, S. pneumoniae), ингибиторозащищенные аминопенициллины каких-либо преимуществ не проявляют.

Карбоксипенициллины и  ингибиторозащищенные карбоксипенициллины

Спектр действия карбенициллина и тикарциллина^* в отношении грамположительных бактерий в целом совпадает с таковым других пенициллинов, но уровень активности ниже.

Карбоксипенициллины действуют на многих представителей семейства Enterobacteriaceae (за исключением Klebsiella spp., P. vulgaris, C. diversus), а также на P. aeruginosa и другие неферментирующие микроорганизмы. Следует учитывать, что многие штаммы синегнойной палочки в настоящее время устойчивы.

Эффективность карбоксипенициллинов ограничивается способностью многих бактерий к выработке  различных β-лактамаз. Негативный эффект некоторых из этих ферментов (класс А) не проявляется в отношении ингибиторозащищенного производного тикарциллина - тикарциллин/клавуланата, который имеет более широкий антимикробный спектр за счет действия на Klebsiella spp., P. vulgaris, C. diversus, а также B. fragilis. К нему реже отмечается резистентность других грамотрицательных бактерий и стафилококков. Однако наличие ингибитора β-лактамаз не всегда обеспечивает активность в отношении ряда грамотрицательных бактерий, продуцирующих хромосомные β-лактамазы класса С.

Необходимо  также иметь в виду, что тикарциллин/клавуланат не имеет преимуществ перед тикарциллином  по действию на P. aeruginosa.

Уреидопенициллины и ингибиторозащищенные уреидопенициллины

Азлоциллин  и пиперациллин обладают сходным  спектром активности. По действию на грамположительные  бактерии они существенно превосходят  карбоксипенициллины и приближаются к аминопенициллинам и природным  пенициллинам.

Уреидопенициллины высокоактивны в отношении практически  всех важнейших грамотрицательных  бактерий: семейства Enterobacteriaceae, P. aeruginosa, других псевдомонад и неферментирующих микроорганизмов (S. maltophilia).

Однако самостоятельное  клиническое значение уреидопенициллинов достаточно ограничено, что объясняется  их лабильностью к действию подавляющего большинства β-лактамаз как стафилококков, так и грамотрицательных бактерий.

Этот недостаток в значительной степени компенсирован  у ингибиторозащищенного препарата  пиперациллин/тазобактама, обладающего  наиболее широким спектром (включающим анаэробы) и высоким уровнем антибактериальной  активности среди всех пенициллинов. Тем не менее, как и в случае с другими ингибиторозащищенными  пенициллинами, штаммы, вырабатывающие β-лактамазы класса С, являются устойчивыми к пиперациллин/тазобактаму.

 

7. ФАРМАКОКИНЕТИКА

 

Бензилпенициллин, карбоксипенициллины  и уреидопенициллины в значительной степени разрушаются под влиянием соляной кислоты желудочного  сока, поэтому применяются только парентерально. Феноксиметилпенициллин, оксациллин и аминопенициллины более кислотоустойчивы и могут назначаться внутрь. Наилучшим всасыванием в ЖКТ характеризуется амоксициллин (75% и более). Наиболее высокую степень всасывания (93%) имеют специальные растворимые таблетки (флемоксин солютаб). Биодоступность амоксициллина не зависит от приема пищи. Всасывание феноксиметилпенициллина составляет 40-60% (при приеме натощак концентрации в крови несколько выше). Хуже всасываются ампициллин (35-40%) и оксациллин (25-30%), причем пища значительно уменьшает их биодоступность. Всасывание ингибитора β-лактамаз клавуланата составляет 75% и под влиянием пищи может несколько увеличиваться.

Бензилпенициллин прокаин  и бензатин бензилпенициллин вводятся только в/м. Медленно всасываясь из места  инъекции, создают более низкие, по сравнению с натриевой и  калиевой солями бензилпенициллина, концентрации в сыворотке крови. Оказывают  пролонгированное действие (объединяются под названием "депо-пенициллины"). Терапевтические уровни бензилпенициллин прокаина в крови сохраняются  в течение 18-24 ч, а бензатин бензилпенициллина - до 2-4 нед.