Первая. Общая микробиология. Глава место микроорганизмов среди

Вид материала

Подобный материал:

1 2 3 4 5 6 7 8 9 ... 19

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.

Blog

Первая. Общая микробиология. Глава место микроорганизмов среди