Глава 11. 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 (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 лактобактерий 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 бактериотерапии (лечения живыми микробами) и 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 грамположительных 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.

Химиотерапевтический индекс служит для оценки пригодности антибиотика к применению. Величина индекса определяется по фор­муле:

Максимально переносимая доза (Dosis tolerantia)

Минимальная терапевтическая доза (Dosis curativa)

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.

Химиотерапевтические средства (синтетические антибиотики).

К антимикробным препаратам, полученным методом синтеза, от­носятся:

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

- комбинированные препараты сульфаниламидов с триметопри­мом: бактрим (бисептол), сульфатон;

- производные нитроимидазола: метронидазол (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.

Типы и механизм действия синтетических

(химиотерапевтических) препаратов.

Типы действия:

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

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

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.

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 фолиевой 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 протеаз (e-аминокапроновая кислота) нарушает процесс расщеп­ления белка вируса гриппа, препятствуя таким образом репликации вируса. Рибавирин (виразол), будучи структурным аналогом пурино­вых оснований, нарушает репликациюцвирусных нуклеиновых кислот. Азидотимидин подавляет процесс обратной транскрипции, присущий ретровирусам, к которым относится вирус иммунодефицита человека (ВИЧ).

Природные 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: лизоцим (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 b-лакта­мазой - ферментом, выделяемым устойчивыми к пенициллину бактери­ями. Получены полусинтетические препараты пенициллина: 1)устой­чивые к действию b-лактамазы (оксациллин); 2)устойчивые к дейс-

твию желудочного сока (феноксиметилпенициллин); 3)пенициллины

широкого спектра действия (ампициллин, амоксициллин, карбеницил­лин); 4)пенициллины пролонгированного действия (бициллины).

Получен целый ряд полусинтетических цефалоспоринов.

По химическому составу антибиотики подразделяют на несколь­ко групп.

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

2)Тетрациклины: окситетрациклин, хлортетрациклин, доксицик­лин, 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, амикацин.

4)Полипептиды - полимиксин.

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

6)Анзамицины - рифампицин.

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

Спектр активности антибиотиков

А н т и б а к т е р и а л ь н ы е а н т и б и о т и к и.

Сюда относится большинство препаратов. К антибиотикам узкого спектра активности относится бензилпенициллин, 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.

П р о т и в о г р и б к о в ы е а н т и б и о т и к и - меньше. 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.

П р о т и в о в и р у с н ы й п р и р о д н ы й антиби­отик животного происхождения - интерферон. Это низкомолекулярный белок, образуется в клетках организма или в культуре клеток под действием индукторов интерферона и является одним из факторов неспецифической 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 a-интерферон.

С помощью методов генетической инженерии получен рекомби­нантный интерферон - реаферон.

П р о т и в о о п у х о л е в ы е а н т и б и о т и к и

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.

А к т и в н о с т ь 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 ЕД, для нистатина 1 мкг = 4 ЕД.

Типы и механизмы действия

Различают бактерицидное и бактериостатическое действие. 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-полимеразы - рифампицин, подавляющий синтез РНК на матрице ДНК.

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

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 поражения печени, задержку развития костей и зубов; левомицетин подавляет процесс кроветворения, а также отрицательно вли­яет на внутриутробное развитие плода.

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

3)Аллергические реакции вызывают пенициллин, цефалоспорины, 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. Кон­тактный 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 концент-

рациях этого препарата, которые создаются при введении в орга­низм терапевтических доз.

Типы антибиоткиоустойчивости:

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 того 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 механизмы антибиотикорезистентности. Устой­чивость бактерий к антибиотикам реализуется за счет следующих механизмов:

1)Образование специфических ферментов, разрушающих данный антибиотик. Так фермент b-лактамаза разрушает b-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 цитоплазматической 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 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 b-лактамазу. Рекомендуется применять ингибиторы вместе с антибиотиком против возбудителя, устойчивого к антибио­тику. Например, амоксициллин + клавулнат (препарат аугментин), ампициллин + сульбактам (уназин).

Определение чувствительности микробов к антибиотикам

Существует несколько методов: метод серийных разведений, метод стандартных дисков, ускоренные методы.

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 инкубирования 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 разведений 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 разведений 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 разведений 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.