Кафедра медичної біології, мікробіології, вірусології та імунології

Вчення про антибіотики. Основи раціональної хіміотерапії інфекційних захворювань

Лектор – проф. Климнюк С.І.

План лекції

1. Історія вчення про антибіотики.

2. Класифікації антибіотиків.

3. Методи визначення чутливості бактерій до антибіотиків.

4. Помилки при визначенні АБ чутливості.

5. Ускладнення антибіотикотерапії.

6. Природа антибіотикорезистентності.

За даними ВООЗ інфекційні захворювання є серйозною загрозою для людства:

“Ми знаходимось на порозі глобальної кризи в області загрозу”.

інфекційних захворювань.

Жодна країна світу не може бути застрахованою від них і не може собі дозволити ігнорувати цю

Згідно статистики ВООЗ, серед інфекційних захворювань, що зареєстровані в світі, наймасовішими були:

-

інфекції, які супроводжуються діареєю,- 4 млрд випадків,

-

малярія - 500 млн,

-

гострі інфекції дихальних шляхів - 395 млн,

-

венеричні захворювання - 330 млн,

-

кір - 42 млн,

-

кашлюк - 40 млн

-

туберкульоз - 1,5 млрд інфікованих

-

ВІЛ-інфіковані – ~ 50 млн осіб

Пауль Ерліх Його мрія – створити “магічні кулі”

В основі відкриття лежить явище

бактеріального антагонізму

(бактерії, .

Воно характеризується тим, що один вид мікроорганізмів актиноміцети, гриби, водоростей) здатний пригнічувати або затримувати ріст інших.

Л. Пастер

A. Флемінг

Відкрив пеніцилін у 1929 році

Г. Флорі Е. Чейні

З. Ваксман Виділив стрептоміцин мікроорганізми.

у 1944 р.

Увів ріст термін або “ антибіотик руйнувати ” у бактерії 1942 р.

За його визначенням це хімічні речовини, що утворюються мікробами, і здатні пригнічувати та інші

Сульфонаміди

Gerhard Domagk отримує Нобелівську премію з медицини, 1939 р.

У 1930-х роках відкрив протимікробний ефект пронтозилу – попередника сульфонамідів

Антибіотики - це хіміотерапевтичні засоби, синтетичні продукти, що мають що утворюються мікроорганізмами або отримані з інших природних джерел, а також їх похідні та здатність вибірково пригнічувати збудників захворювань.

в організмі хворого

Антибіотики мають

характерні особливості

, що відрізняють їх від інших продуктів життєдіяльності: 

висока біологічна активність:

пеніцилін вже у концентрації 0,000001 г/мл проявляє чітко виражену бактерицидну дію на бактерії. 

вибіркова специфічність:

антибіотик проявляє активність тільки по відношенню до певних груп організмів, не завдаючи шкоди іншим.

Класифікація антибіотиків за механізмом дії на бактерійну клітину



За типом антимікробної дії антибіотики поділяються на: бактерицидні

(пеніциліни, цефалоспорини, поліміксини); стрептоміцин, 

бактеріостатичні

макроліди).

(тетрацикліни, левоміцетин, Такий поділ антибіотиків має певне значення при виборі тактики лікування.

При легкому і середньому ступеню тяжкості й перебігу інфекцій для забезпечення терапевтичного ефекту часто достатньо застосування антибіотиків бактеріостатичного типу, так як вважається, що захисні сили організму довершать розпочату антибіотиками справу.

активність препарату, • Пеніциліни G і V

Пеніциліни

• R група відповідальна за розщеплення бета-лактамного кільця інактивує препарат найважливіші природні форми • Пеніциліни – препарти вибору при інфекціях, викликаних грам-позитивними коками (стрептококами) та деякими грам-негативними мікробами (менінгококами та T. pallidum) • Напівсинтетичні пеніциліни – ампіцилін, карбеніцилін і амоксицилін – препарати широкого спектру дії, включаючи грам-негативні ентеробактерії • Пеніциліназо-резистентні – метицидін, нацилін, клоксацилін • Первинна проблема – алергія та резистентність бактерій

Beta(



)-lactams

Цефалоспорини

Iзольовані з пеакціїх

Cephalosporium acremonium

Бета-лактамне кільце може руйнуватись Відносно широкого спектру дії, резистентні до більшості пеніциліназ, деколи спричиняюь алергічні

Цефалоспорини

Є 5 генерацій

      І генерація –

cefazolin, cephalothin

проти грам-позитивних коків – найефективніші ІІ генерація –

cefuroxime, cefaclor, cefonacid

ефективні щодо гам-негативних бактерій – більш ІІІ гененерація – лактамазами

ceftriaxone, cephalexin, cefotaxime

– широкого спектру дії проти кишкових бактерій з бета-

Ceftriaxone

спектру використовується для лікування численних інфекцій – напівсинтетичний препарат широкого ІVгенерація -

cefepime

V генерація -

ceftobiprole

Відрізняються за спектром, резистентністю до бета лактамаз, проникненням у ЦНС

Ванкоміцин (Vancocin)

  

Механізм дії

 Пригнічує синтез клітинної стінки Бактерицидна активність? Спектр – Грампозитивні бактерії bacteria –

Метициліно резистентні Staphylococcus aureus

– Clostridium difficile



Карбапенеми

Антибіотики

– –

Imipenem Meropenem

– –

Ertapenem Doripenem

(Merrem) (Invanz) (Doribax)  Механізм дії – Пригнічення синтезу клітинної стінки – Бактерицидна активність – Широкий спектр • Грампозитивні бактерії • Грамнегативні бактерії • Pseudomonas (за винятком Еrtapenem)

Аміноглікозиди

Складаються з 2 або більше аміноцукрів та аміноциклітолового (6C) кільця   Продукт багатьох різних щтамів грунтових актиноміцетів родів

Streptomyces

і

Micromonospora

Широкий спектр дії, гальмують синтез білку, особливо в аеробних грам-негативних паличках та певних грам-позитивних бактеріях –

Streptomycin

– бубонна форма чуми, туляремія, туберкульоз – –

Gentamicin

– менш токсичний, використовується проти грамнегативних паличок

Tobramycin

і

Amikacin –

грамнегативних паличок проти

Препарати, що блокують синтез білка

Макроліди

•

Механізм дії

– Пригнічення синтезу білку – Бактеріостатичний

Механізм стійкості

– Зменшеня приникливотсі препарату речовини в мікроб – Модифікація мішені – Гідроліз макролідів бактеріальними ферментами

Антибіотики: Erythromycin (

зв’язується рибосоми)

з

50s субодиницею

Azithromycin

(Zithromax)

Clarithromycin

(Biaxin)

Кліндаміцин

 Антимікробний спектр – Aнаероби – Деякі грампозитивні бактерії   Механізм дії Пригнічення синтезу білку Бактеріостатичний  Несприятливі ефекти – Нудота, діарея – Clostridium difficile

Тетрацикліни

 Ширококго спектру, блокують синтез білку  Антибіотики:

Aureomycin

,

Terramycin

,

Tetracycline

,

Doxycycline, Minocycline



Doxycycline

і

minocycline

– для лікування захворювань, що передаються статевим шляхом, хвороби Лайма, тифу, вугрів

Хлорамфенікол

     Виділено із

Streptomyces venezuelae

Широкого спектру дії Блокує формування пептидних ланцюгів Дуже токсичний, обмежене використання, може викликати незвороті зміни в кістковому мозку Черевний тиф, абсцеси мозку, рикетсіальні та хламідійні захворювання

   •

Хінолони

Спектр дії  Широкого спектру  Пригнічують синтех ДНК – Взаємодіють з бактеріальною гіразою і попереджують суперспіралізацію ДНК під час її синтезу ;

Мішень - DNК гіраза (у грам– клітин) і топоізомераза IV (у грам+ біактерій)

Бактерицидній Механізм стійкості – Зміни ферментів мішені – Зміни проникливості клітини Антибіотики –

Norfloxacin

–

Ciprofloxacin

–

Levofloxacin

(Levaquin) – – –

Gatifloxacin Moxifloxacin Nalidixic acid

(Tequin) (Avelox)

Спектр антимікробної активності

До препаратів, що використовуються в лікарській практиці, ставляться певні вимоги:

 висока вибірковість антимікробного ефекту в дозах, нетоксичних для організму;  відсутність або резистентності збудників до препарату під час його застосування; повільний розвиток  збереження антимікробного ефекту в рідинах відсутність або низький рівень зв’язування білками організму, сироватки ексудатах, крові, тканинах, інактивації тканинними ферментами;

До препаратів, що використовуються в лікарській практиці, ставляться певні вимоги :

 всмоктування, розподіл особливого значення набуває і виведення препарату, що забезпечують терапевтичні концентрації в крові, тканинах, рідинах (в тому числі лікворі), які повинні швидко досягаються і підтримуються протягом тривалого періоду; створення високих концентрацій препарату в сечі, жовчі, калі, вогнищах ураження;  зручна лікарська форма, яка забезпечує максимальний ефект, і залишається стабільною при звичайних умовах зберігання.

Методи вивчення чутливості мікроорганізмів до антибіотиків



диско-дифузійний, метод Кірбі-Бауера



серійних розведень



прискорені методи

35

Живильні середовища відповідати таким вимогам: для визначення чутливості бактерій до антибіотиків повинні 

бути стандартними та забезпечувати оптимальні умови росту мікроорганізмів;



не містити інгібіторів бактеріального росту і великої кількості стиму-ляторів;



не мати речовин, активність препаратів.

що пригнічують

1 Відбір колоній (1) Виготовлення суспензіі бактерій, 05 за MacFarland (2) 3 2 3 Накладання дисків з антибіотиками (3) 37

Метод Kірбі-Бауера (диско-дифузійний)

Способи вимірювання розмірів зон затримки росту

Метод серійних розведень



у рідкому живильному середовищі



у щільному живильному середовищі

Мінімальна інгібуюча концентрація (MIК) та Mi німальна бактерицидна концентрація (MБцК)

32 ug/ml 16 ug/ml 8 ug/ml 4 ug/ml 2 ug/ml 1 ug/ml Ріст колоній на агарі в чашках

MI К = 8 ug/ml M БцК = 16 ug/ml

Розведення в щільному живильному середовищі

Оцінка антибіотикочутливості E-тест MIК: Mінімальна інгібуюча конценрація

Прискорені методи визначення чутливості мікроорганізмів до антибіотиків

 визначення змін ферментативної активності мікроорганізмів під впливом антибіотиків;  визначення кольору редокс-індикаторів при зміні окисно-відновного потенціалу під час росту бактерій у живильному середовищі;  цитологічна оцінка змін морфології бактеріальних клітин під впливом антибіотиків;  автоматизоване

Автоматизоване визначення антибіотикочутливості

Помилки при визначенні антибіотикочутливості:

використання при посіві не чистої культури бактерій, а патологічного матеріалу; збудники із встановленою антибіотикограмою і чутливі до певних препаратів часто елімінуються з організму в процесі лікування (при змішаній або суперінфекції); незважаючи на чутливість збудника до антибіотика, терапія неефективна внаслідок їх внутрішньоклітинного розміщення і поганого проникнення препаратів всередину клітини; можливість інактивації тканин, некротичними масами; антибіотиків ферментними системами організму, зв’язування білками сироватки крові і погане проникненням препарату у вогнище інфекції внаслідок недостатнього кровопостачання останнього, утворенням фібринозних скупчень, несприятливі умови всмоктування та дифузії при колапсі, капіляротоксикозі

Побічна дія антибіотиків І. Алергічні реакції

небезпечні для життя ангіоневротичний набряк гортані) (анафілактичний шок, безпечні для життя (шкірний зуд, кропив’янка, висипка, астматичні приступи, грізеофульвіну) набряк Квінке, риніт, глосит, кон’юнктивіт, еозинофілія, фотодерматози від тетрацикліну,

ІІ. Токсичні реакції

небезпечні для життя (токсична дія на кров, агранулоцитоз, апластична анемія, ендотоксичний шок – реакція Яриш-Герксгеймера) безпечні для життя (ураження вестибулярного та слухового апарату неврит, нудота, блювота, гіперемія ротоглотки, діарея, гепатотоксичність, скелетоутворення) від аміноглікозидів, нефротоксичність, периферичний ембріотоксина дія стрептоміцину, тетрацикліну (пігментація зубів, затримка

Дія азолів Пігментація зубів (вплив тетрацикліну)

Висипка після лікування ріфампіном

ІІІ. Дисбактеріози

небезпечні для життя (генералізований кандидозний сепсис, стафілококовий ентероколіт, вторинні пневмонії, що викликаються грам-негативними мікроорганізмами незагрозливі для життя (місцеві кандидози – молочниця)

Резистентність бактерій

Резистентніс ріальних засобів - збереження їх здатності до розмноження ть мікроорганізмів до антибакте в присутності концентрацій цих речовин, які створюються при введенні терапевтичних доз.

таких “S” (sensitive) – чутливий до антибіотика мікроб “R” (resistant) – резистентний до антибіотика мікроб

Nota bene:

    

1929

– Александер Флемінг відкриває перший антибіотик пеніцилін

1942

– Починається промислове виробництво пеніциліну

1954

– 1 тис. т антибіотиків випускається в США

1960’s

– з’являються антибіотикостійкі бактерії внаслідок нераціонального застосування препаратів

Сьогодні

– 25 тис т антибіотиків виробляється в США щорічно

Напевно, немає хіміотерапевтичного препарату, до якого бактерія за певних умов не зможе стати стійкою

Александер Флемінг

E волюція стійкості

Препарат Сульфонаміди Пеніцилін Ампіцилін Уритроміцин Ванкоміцин Хлорамфенікол Тетрациклін Рік відкриття 1930 1943 1961 1952 1956 1947 1948 Поява резистентності 1940 1946 1973 1988 1988 1959 1953

Типи стійкості бактерій до антибіотиків Перший тип

-

природна

стійкість, яка визначається властивостями даного виду або роду мікроорганізмів.

Другий тип - набута

стійкість:  окремих клітинах популяції через її гетерогенність до початку лікування антибіотиками. 

первинна вторинна -

як результат мутації - виявляється в формується також за рахунок мутацій при контакті бактерій з антибіотиками     

Набуття чужорідної ДНК: Передача плазмід

(кон’югація)і

Трасформація Трансдукція Транспозони Клональне поширення

Залежно від швидкості виникнення мутантів набута вторинна стійкість буває двох типів: 

стрептоміциного

швидко відбувається “

одноступенева

утворення мутація“ мутантів з високою стійкістю після рифампіцин, новобіоцин) одно-двократного контакту мікроба з антибіотиком (стрептоміцин, 

пеніцилінового -

“

багатоступеневі

мутації” селекція стійких варіантів відбувається повільно ( пеніцилін, ванкоміцин, левоміцетин, поліміксин, циклосерин)

Механізми резистентності

 Мікроби не мають структур, до яких прикріплюється антибіотик  Мікроби не проникливі для антибіотика  Мікроби можуть модифікувати антибіотик в неакивну форму (

пеніцилінази

)  Мікроби можуть модифікувати мішень для антибіотика  Мікроби можуть формувати резистентність біохімічним шляхом  Мікроби можуть виводити антибіотики, які поступають у клітину

Механізми резистентності

Фактор селективного тиску

Мутації, що зумовлюють резистентність до антибіотиків, відбуваються нечасто. Але використання антибіотиків забезпечує селективний тиск, що дозволяє врешті мутантам домінувати

Не має антибіотика

Відбір стійких бактерій в кишечнику людини

Резистентність при реплікації

 Резистентні бактерії, як правило, мають гени, які роблять антибіотик неефективним  Ті мікроби, які вижили, будуть розмножуватись  Бактерії мають плазміди, якими вони можуть обмінюватися між собою  Бактерії, які до того були чутливими, тепер мають гени резистентності  Мертві бактеріальні клітини можуть передавати свою ДНК, яка інтегрується в геном чутливих клітин, і останні стають резистентними (трансформація)

R плазміди

Транспозони

Стафілококи, Ентнробактерії – транспозон Tn551 ( еритроміцин), Tn552 ( пеніцилін), Tn554 ( еритроміцин, спектиномміцин).

Вони інтегруються з R-плазмідами та фагами

Подолання антибіотикорезистентності



Альтернативне використання існуючих антибіотиків:

– Зменшення періоду використання антибіотика, щоб не сформувалась резистентність – Збільшення дози препарату для створення в організмі вищої його концентрації – Відмінити антибіотик на певний період часу 

Зміна антибіотиків у процесі лікування



Комбінування антибіотиків при лікуванні

Попередження антибіотикорезистентності

  Використовувати антибіотик тільки тоді, коли він буде корисним Не застосовувати антибіотики для лікування таких вірусних інфекцій, як загальна простуда, хворе горло або грип  НЕ зберігати рецепти на виписані Вам антибіотики   Застосовувати антибіотики тільки за призначенням лікаря Не приймати антибіотики, які були виписані іншим особам

Альтернатива антибіотикам

 Iнгібітори, що будуть нейтралізувати здатність мікроба ставити резистентним  Антибіотик буде атакувати іншу мішень, ніж за нормальних умов, що дозволить йому бути ефективнішим  Хімічні речовини для знищення бактерій з антибіотичними властивостями можуть використовуватись  Зараз антибіотики отримують переважно із мікробів і грибів  Бактеріофаги (віруси, що атакують бактерії)

Майбутнє хіміотерапевтичних засобів

Антисенсові агенти – Комплементарні фрагменти ДНК або пептиди нуклеїнових кислот, що зв’язуються з генами, відповідальними за вірулентність, і попереджують їх транскрипцію

Основні принципи раціональної антибіотикотерапії

І.

Обгрунтовані

антибіотика.

показання до призначення

ІІ. Вибір найбільш активного і найменш токсичного препарату.

Найефективніші при певному виді інфекції, до яких чутлива більшість штамів даного збудника, називаються другої груп препаратами антибіотиків);

першого

як правило,

вибору

(першого ряду, першої групи). Альтернативні препарати (другого ряду) призначаються тоді, коли препарати першої групи неефективні або коли штам виділеного збудника найчутливіший саме до них. Препарати резерву використовують лише у крайніх випадках (при неефективності першої і вони викликають багато ускладнень.

ІІІ.

Введення оптимальних інфекційного процесу.

доз препарату з оптимальною частотою та урахуванням тяжкості ІV. Вибір оптимального способу введення препарату з урахуванням антибіотика.

важкості і локалізації інфекційного процесу і особливостей фармакокінетики даного V.

Встановлення антибіотикотерапії.

тривалості VI.

Контроль за виліковуванням.

курсу VII.

Моніторінг і профілактика негативних побічних реакцій і ускладнень.

VIII.

явищ Вирішення синергізму питання та про доцільність комбінованої антибіотикотерапії з урахуванням антагонізму між препаратами.