Микробиология Воробьев. Микробиология и ее развитие общая характеристика микроорганизмов. Биосфера заселена огромным числом живых существ
 Скачать 1.78 Mb.
|
|
Глава 7 ХИМИОТЕРАПЕВТИЧЕСКИЕ ПРЕПАРАТЫ. АНТИБИОТИКИ 7.1. Понятие о химиотерапии и антибиотиках Химиотерапия . специфическое антимикробное, антипаразитарное лечение при помощи химических веществ. Эти вещества обладают важнейшим свойством . избирательностью действия против болезнетворных микроорганизмов в условиях макроорганизма. Антибиотики (от греч. anti bios -- против жизни) . химио-терапевтические вещества, продуцируемые микроорганизмами, животными клетками, растениями, а также их производные и синтетические продукты, которые обладают избирательной способностью угнетать и задерживать рост микроорганизмов, а также подавлять развитие злокачественных новообразований. Основоположником химиотерапии является немецкий химик, лауреат Нобелевской премии П.Эрлих, который установил, что химические вещества, содержащие мышьяк, губительно действуют на спирохеты и трипаносомы, и получил в 1910 г. первый химиотерапевтический препарат . сальварсан (соединение мышьяка, убивающее возбудителя, но безвредное для микроорганизма). В 1935 г. другой немецкий химик Г.Домагк обнаружил среди анилиновых красителей вещество . пронтозил, или красный стрептоцид, спасавший экспериментальных животных от стрептококковой инфекции, но не действующий на эти бактерии вне организма. За это открытие Г.Домагк был удостоен Нобелевской премии. Позднее было выяснено, что в организме происходит распад пронтозила с образованием сульфаниламида, обладающего антибактериальной активностью как in vivo, так и in vitro. Механизм действия сульфаниламидов (сульфонамидов) на микроорганизмы был открыт Р.Вудсом, установившим, что сульфаниламиды являются структурными аналогами парааминобен-зойной кислоты (ПАБК), участвующей в биосинтезе фолиевой кислоты, необходимой для жизнедеятельности бактерий. Бактерии, используя сульфаниламид вместо ПАБК, погибают. --------- v. ^ІмраниламИД Первый природный антибиотик был открыт в 1929 г. английским бактериологом А.Флемингом. При изучении плесневого гриба Penicillium notatum, препятствующего росту бактериальной культуры, А. Флеминг обнаружил вещество, задерживающее рост бактерий, и назвал его пенициллином. В 1940 г. Г. Флори и Э. Чейн получили очищенный пенициллин. В 1945 г. А. Флеминг, Г. Флори и Э. Чейн стали Нобелевскими лауреатами. В настоящее время имеется огромное количество химиотера-певтических препаратов, которые применяются для лечения заболеваний, вызванных различными микроорганизмами. 7.1.1. Классификация антибиотиков За тот период, который прошел со времени открытия П.Эрли-ха, было получено более 10000 различных антибиотиков, поэтому важной проблемой являлась систематизация этих препаратов. В настоящее время существуют различные классификации антибиотиков, однако ни одна из них не является общепринятой. В основу главной классификации антибиотиков положено их химическое строение (табл. 7.1). Наиболее важными классами синтетических антибиотиков являются хинолоны и фторхинолоны (например, ципрофлоксацин), сульфаниламиды (сульфадиметоксин), имидазолы (метронидазол), нитрофураны (фурадонин, фурагин). Таблица 7.1. Классификация природных антибиотиков в зависимости от химической структурыКласс Название класса ПредставителиI р-Лактамы Пенициллины, цефалоспори-ны и др. 11 Макролиды Эритромицин, азитромицин и др. III Аминогликозиды Стрептомицин, канамицин, гентамицин, амикацин и др. IV Тетрациклины Окситетрациклин, доксицик-лин и др. V Полипептиды Полимиксины, бацитрацин и др. VI Полиены Нистатин, амфотерицин В и др. VII Анзамицины Рифампицин и др. Дополнитель- Левомицетин, линкомицин, ный класс гризеофульвин и др. Большая часть антибиотиков имеет природное происхождение, и их основным продуцентом являются микробы. Микроорганизмы, находясь в своей естественной среде обитания . в основном в почве, производят антибиотики в качестве средства борьбы за существование с себе подобными. В зависимости от источника получения различают шесть групп антибиотиков: . антибиотики, полученные из грибов, например рода Penicillium (пенициллины, гризеофульвин), рода Cephalosporium (це-фалоспорины) и т. д.; . антибиотики, полученные из актиномицетов; группа включает около 80 % всех антибиотиков. Среди актиномицетов основное значение имеют представители рода Streptomyces, являющиеся продуцентами стрептомицина, эритромицина, лево-мицетина, нистатина и многих других антибиотиков; . антибиотики, продуцентами которых являются собственно бактерии. Чаще всего с этой целью используют представителей родов Bacillus и Pseudomonas. Примерами антибиотиков данной группы являются полимиксины; . бацитрацин; . антибиотики животного происхождения; из рыбьего жира получают эктерицид; . антибиотики растительного происхождения. К ним можно отнести фитонциды, которые выделяют лук, чеснок, другие растения. В чистом виде они не получены, так как являются чрезвычайно нестойкими соединениями. Антимикробным действием обладают многие растения, например ромашка, шалфей, календула; . синтетические антибиотики. 7.12. Способы получения антибиотиков Существуют три способа получения антибиотиков. Биологический синтез. Для получения антибиотиков этим способом используют высокопродуктивные штаммы мик-Я роорганизмов и специальные питательные среды, на которых их выращивают (см. главу 6). С помощью биологического синтеза получают, например, пенициллин. Химический синтез. После изучения структуры некото-J рых природных антибиотиков стало возможным их получение ] путем химического синтеза. Одним из первых препаратов, полученных таким методом, был левомицетин. Кроме того, с помощью этого метода созданы все синтетические антибиотики. Комбинированный метод. Этот метод представляет собой сочетание двух предыдущих: с помощью биологического синтеза получают антибиотик, выделяют из него так называемое ядро (например, 6-аминопенициллановую кислоту из пенициллина) и химическим путем добавляют к нему различные радикалы. Антибиотики, полученные с помощью этого метода, ] называются полусинтетическими. Например, полусинтетическими пенициллинами являются оксациллин, азлоциллин. Широко используются полусинтетические цефалоспорины, тет-рациклины и др. Достоинством полусинтетических антибиотиков < является чувствительность к ним устойчивых к природным антибиотикам микроорганизмов. Кроме того, это наиболее экономически выгодный способ производства антибиотиков: из одного природного антибиотика, стоимость получения которого очень высока, можно создать примерно 100 полусинтетических препаратов с разными свойствами. 7.1.3. Спектр и механизм действия антибиотиков По спектру действия антибиотики делят на пять групп в зависимости от того, на какие микроорганизмы они оказывают воздействие. Кроме того, существуют противоопухолевые антибиотики, продуцентами которых также являются актиномицеты. Каждая из этих групп включает две подгруппы: антибиотики широкого и узкого спектра действия. Антибактериальные антибиотики составляют самую многочисленную группу препаратов. Преобладают в ней антибиотики широкого спектра действия, оказывающие влияние на представителей всех трех отделов бактерий. К антибиотикам широкого спектра действия относятся аминогликозиды, тетра-циклины и др. Антибиотики узкого спектра действия эффективны в отношении небольшого круга бактерий, например поли-миксины действуют на грациликутные, ванкомицин влияет на грамположительные бактерии. В отдельные группы выделяют противотуберкулезные, проти-волепрозные, противосифилитические препараты. Противогрибковые антибиотики включают значительно меньшее число препаратов. Широким спектром действия обладает, например, амфотерицин В, эффективный при кандидо-зах, бластомикозах, аспергиллезах; в то же время нистатин, действующий на грибы рода Candida, является антибиотиком узкого спектра действия. Антипротозойные и антивирусные антибиотики насчитывают небольшое число препаратов. Противоопухолевые антибиотики представлены препаратами, обладающими цитотоксическим действием. Большинство из них применяют при многих видах опухолей, например митоми- цин С. Антибактериальное действие антибиотиков может быть бактерицидным, т.е. вызывающим гибель бактерий (например, у пенициллинов, цефалоспоринов), и бактериостатичес-ким . задерживающим рост и развитие бактерий (например, у тетрациклинов, левомицетина). При увеличении дозы бактерио-статические антибиотики могут также вызывать гибель бактерий. Аналогичными типами действия обладают противогрибковые антибиотики: фунгицидным и фунгиостатическим. Обычно при тяжелых заболеваниях назначают бактерицидные и фунгицидные антибиотики. Действие антибиотиков на микроорганизмы связано с их способностью подавлять те или иные биохимические реакции, происходящие в микробной клетке. В зависимости от механизма действия различают пять групп антибиотиков: А антибиотики, нарушающие синтез клеточной стенки. К этой группе относятся, например, (3- лактамы. Препараты этой группы характеризуются самой высокой избирательностью действия: они убивают бактерии и не оказывают влияния на клетки микроорганизма, так как последние не имеют главного компонента клеточной стенки бактерий . пептидогликана. В связи с этим р-лактамные антибиотики являются наименее токсичными для макроорганизма; А антибиотики, нарушающие молекулярную организа- цию и синтез клеточных мембран. Примерами подобных препаратов являются полимиксины, полиены; А антибиотики, нарушающие синтез белка; это наиболее многочисленная группа препаратов. Представителями этой группы являются аминогликозиды, тетрациклины, макроли-ды, левомицетин, вызывающие нарушение синтеза белка на разных уровнях; А антибиотики . ингибиторы синтеза нуклеиновых кислот. Например, хинолоны нарушают синтез ДНК, рифам-пицин . синтез РНК; А антибиотики, подавляющие синтез пуринов и аминокислот К этой группе относятся, например, сульфаниламиды. 7.1.4. Побочное действие антибиотиков Из полученных тысяч антибиотиков в клинической практике находят применение лишь 150.200 препаратов. Объясняется это тем, что многие антибиотики, будучи эффективными антимикробными средствами, оказывают выраженное отрицательное воздействие на организм и для лечения больных не могут быть использованы. Даже те несколько десятков употребляемых антибиотиков, как и все лекарственные препараты, обладают побочным действием на организм. Различают несколько групп осложнений антибиотикотерапии. Токсические реакции. Токсическое действие антибиотиков зависит от свойств препарата, его дозы, способа введения, состояния больного. Среди осложнений этой группы на первом месте стоит поражение печени. Подобным действием обладают, например, тетрациклины. Второе место занимают антибиотики с не-фротоксическим* действием, например аминогликозиды: повреждение печени и почек связано с их обезвреживающей и выделительной функциями. Аминогликозиды могут также вызывать необратимое поражение слухового нерва. Левомицетин может поражать органы кроветворения, он же обладает эмбриотоксическим действием. Цефалоспорины III поколения нарушают синтез витамина К, в результате чего возможны кровотечения. Наименее токсичен из применяемых антибиотиков пенициллин, однако при его длительном использовании возможно поражение ЦНС. Для предупреждения токсического действия антибиотиков необходимо выбирать наиболее безвредные для данного больного препараты (не назначать, например, нефротоксичные антибиотики больному с поражением почек) и постоянно следить за состоянием органов, для которых антибиотик токсичен. Дисбиозы. При использовании антибиотиков широкого спектра действия наряду с возбудителями заболевания, для уничто- жения которых их применяют, погибают и некоторые представители нормальной микрофлоры, чувствительные к этим антибиотикам. Освобождается место для антибиотикорезистентных микроорганизмов, которые начинают усиленно размножаться и могут стать причиной вторичных эндогенных инфекций, как бактериальных, так и грибковых. Например, у больного стафилококковой пневмонией в результате антибиотикотерапии может развиться цистит, вызванный Е. coli. Проявлением дисбиоза может стать также кандидамикоз (см. главу 14). Подавление антибиотиками нормальной микрофлоры приводит к нарушению ее антагонистической по отношению к патогенным микроорганизмам функции и может способствовать развитию различных заболеваний. Например, использование антибиотиков, подавляющих Е. coli, делает организм более восприимчивым к дизентерии, холере, другим кишечным инфекциям. Предупредить развитие дисбиоза невозможно, но вполне реально свести до минимума его последствия. Во-первых, по возможности следует использовать антибиотики узкого спектра действия; во-вторых, параллельно антибактериальным антибиотикам назначать противогрибковые препараты; в-третьих, для восстановления нормальной микрофлоры применять эубиотики (см. главу 9). Действие на иммунитет. Применение антибиотиков может вызвать аллергические реакции, возникновение которых зависит от свойств препарата (наиболее сильными аллергенами являются пенициллин и цефалоспорины), способа введения и индивидуальной чувствительности больного. Аллергические реакции наблюдаются в 10 % случаев. Могут появиться сыпь, зуд, крапивница и др. Очень редко возникает такое тяжелое осложнение, как анафилактический шок (см. главу 9). Для предупреждения этих реакций антибиотики необходимо назначать с учетом индивидуальной чувствительности больного при обязательном тщательном наблюдении за больным после введения антибиотиков. При появлении аллергических реакций антибиотик отменяют. Иммунодепрессивное действие. Например, левомицетин подавляет антителообразование, тетрациклин угнетает фагоцитоз. В последние годы при операциях по пересадке органов и тканей очень широко применяют циклоспорин, препятствующий их отторжению. Этот препарат был получен как противогрибковый антибиотик, но его Иммунодепрессивное действие на Т- систему значительно превзошло его антимикробные свойства. Многие антибиотики оказывают отрицательное влияние на различные звенья иммунной системы, что вызывает необходимость назначать их очень осторожно. Кроме непосредственного действия на иммунную систему, ан- тибиотики при формировании иммунитета могут явиться при чиной недостаточного антигенного воздействия микроорганизмої в результате применения антибиотиков микроорганизмы поги бают прежде, чем успевают выполнить свою антигенную функ цию. Вследствие этого не вырабатывается полноценный имму нитет, что приводит к переходу заболевания в хроническук форму, возникновению реинфекций и рецидивов. Подобный эффект наблюдается при скарлатине, брюшном тифе и другиз заболеваниях. Для профилактики данного осложнения можно использоваті иммуноантибиотикотерапию (сочетанное применение антибиотика и соответствующей вакцины). В результате действия антибиотика погибают возбудители заболевания, действие вакцины приводит к формированию иммунитета. Действие антибиотиков на микроорганизмы. Помимо неблагоприятного побочного влияния на макроорганизм, антибиотики могут вызывать нежелательные для человека изменения самих микроорганизмов. Во-первых, у микроорганизмов могут изменяться морфологические, биохимические и другие свойства. Например, следствием антибиотикотерапии может быть образование L-форм бактерий. Микроорганизмы с измененными свойствами трудно распознавать, и, следовательно, сложно поставить диагноз больному, у которого они обнаружены. Во-вторых, при лечении антибиотиками у бактерий формируется приобретенная антибиотикоустойчивость (ре-зистентность). Врожденная, или видовая, устойчивость присуща бактериям от рождения и обусловлена таксономическими свойствами вида. Например, пенициллин не действует на микоплаз-мы, так как у них нет пептидогликана . мишени, на которую этот антибиотик влияет. Когда у популяции микроорганизмов появляются особи, которые устойчивы к более высокой концентрации антибиотика, чем остальные, то говорят о формировании приобретенной устойчивости. В некоторых случаях среди бактерий образуются антибиотикозависимые формы. Антибиотикоустойчивые бактерии появляются вне зависимости от применения данного антибиотика; возможно существование антибиотикорезистентных особей к тем препаратам, которые еще не созданы. Использование нового антибиотика приводит к гибели антибиотикочувствительных и распространению антибиотикоустойчивых бактерий, т. е. антибиотик играет роль селективного фактора. Обычно уже через 1.3 года после создания и применения нового препарата появляются устойчивые к нему бактерии, а через 10.20 лет формируется полная резистентность. Нет ни одного антибиотика, к которому не возникали бы устойчивые формы. Проблему приобретенной устойчивости можно рассматривать с ДВУХ сторон: генетической и биохимической. Генетические аспекты приобретенной устойчивости. Возникновение антибиотикорезистентности может быть связано с изменениями в самой бактериальной хромосоме, возникающими в результате мутаций. Такой вид устойчивости называется хромосомной устойчивостью. Обычно в результате мутации у бактерий возникает резистентность к одному антибиотику. Передаваться хромосомная устойчивость может при всех видах генетического обмена. Кроме того, возможно формирование внехромосомной устойчивости, что наблюдается значительно чаще. Внехромо-сомная резистентность связана с наличием R-плазмиды . фактора множественной лекарственной резистентное.. R-плазмида несет сразу несколько генов, ответственных за устойчивость к нескольким антибиотикам. Бактериальная клетка может иметь несколько разных R-плазмид, что обусловливает возникновение полирезистентных штаммов. R-плазмиды могут передаваться от бактерии к бактерии с помощью конъюгации или трансдукции, возможна и межвидовая передача внехромосомной устойчивости. Определенную роль в возникновении внехромосомной устойчивости играют транспозоны. Существуют три условия, при которых антибиотик может оказать бактерицидное или бактериостатическое действие на микробную клетку: . антибиотик должен проникнуть в клетку; . антибиотик должен вступить во взаимодействие с так называемой мишенью, т. е. структурой, которая выполняет важную для жизнедеятельности бактерий функцию (например, бактериальной рибосомой, ДНК и др.) и подавить эту функцию; . антибиотик должен при этом сохранить свою структуру. Если одно из этих условий не выполняется, бактерия приобретает устойчивость. При передаче генетической информации клетка приобретает гены, ответственные за синтез тех или иных ферментов, в результате в клетке происходит изменение обычных биохимических реакций и нарушаются условия, необходимые для действия антибиотика. Биохимические механизмы приобретенной устойчивости. Во-первых, может изменяться проницаемость клеточных мембран для антибиотика, как это наблюдается, например, при возникновении резистентности бактерий к тетрациклину. Во-вторых, происходят изменения мишени. Так, устойчивость к стрептомицину возникает вследствие изменения рибосомально- го белка, к которому обычно присоединяется стрептомицин. В том и другом случае формирование резистентности связано с передачей маркеров, находящихся в бактериальной хромосоме. Однако основной биохимический механизм возникновения антибиотикорезистентности . появление ферментов, превращающих активную форму антибиотика в неактивную. В результате их действия может происходить, например, фосфорилирование стрептомицина или ацетилирование левомицетина. Но самую важную роль в процессе образования устойчивости играют пеп-тидазы . ферменты, вызывающие гидролиз антибиотиков. К ним относятся, например, р-лактамазы, которые разрушают р-лак-тамное кольцо. Так, до 98 % стафилококков образуют одну из р-лактамаз . пенициллиназу и поэтому обладают устойчивостью к пенициллину. Образование этих ферментов связано с R-плазмидами и транспозонами. Проблема антибиотикоустойчивости, особенно проблема R-плазмид, чрезвычайно важна. Ее решение будет определять возможность использования антибиотиков в будущем. Предупредить развитие антибиотикорезистентности нельзя, однако необходимо придерживаться некоторых правил, чтобы эту проблему не усугублять: применять антибиотики строго по показаниям; осторожно использовать их с профилактической целью; через 10.15 дней антибиотикотерапии с учетом того, что у микроорганизмов обычно существует перекрестная устойчивость к антибиотикам одной группы, производить смену антибиотика одной группы на антибиотик другой группы; по возможности использовать антибиотики узкого спектра действия; через определенное время производить смену антибиотика не только в отделении, больнице, но и регионе; ограниченно применять антибиотики в ветеринарии. В том случае, если бактерии вырабатывают р-лактамазу, можно устранить ее действие, применяя ингибиторы р-лактамаз . суль-бактам, тазобактам, клавулановую кислоту. Еще одним отрицательным эффектом антибиотикотерапии является инактивация других лекарственных препаратов. Например, эритромицин стимулирует выработку ферментов печени, которые разрушают многие лекарства. 7.15. Принципы рациональной антибиотикотерапии Микробиологический принцип. Антибиотики следует применять только по показаниям, когда заболевание вызвано микроорганизмами, в отношении которых существуют эффективные препараты. Для их подбора необходимо до назначения лечения взять у больного материал для исследования, выде- ' лить чистую культуру возбудителя и определить его чувствительность к антибиотикам. Чувствительность к антибиотикам, или антибиотикограмму, определяют с помощью методов разведения и диффузии (к ним относится метод бумажных дисков). Методы разведения являются более чувствительными: с их помощью выясняют, какой антибиотик эффективен по отношению к данному микроорганизму, и определяют его необходимое количество . минимальную подавляющую концентрацию (МПК). Фармакологический принцип. При назначении антибиотика необходимо определить правильную дозировку препарата, необходимые интервалы между введением лекарственного средства, продолжительность антибиотикотерапии, методы введения. Следует знать фармакокинетику препарата, возможности сочетания различных лекарственных средств. Как правило, лечение инфекционных болезней производится с помощью одного антибиотика (моноантибиотикотерапия). При заболеваниях с длительным течением (подострый септический эндокардит, туберкулез и др.) для предупреждения формирования антибиотикорезистентности применяют комбинированную анти- биотикотерапию. Клинический принцип. При назначении антибиотиков учитывают общее состояние больных, возраст, пол, состояние иммунной системы, сопутствующие заболевания, наличие беременности. Эпидемиологический принцип. При подборе антибиотика необходимо знать, к каким антибиотикам устойчивы микроорганизмы в среде, окружающей больного (отделение, больница, географический регион). Распространенность устойчивости к данному антибиотику не остается постоянной, а изменяется в зависимости от того, насколько широко используется антибиотик. Фармацевтический принцип. Необходимо учитывать срок годности и условия хранения препарата, так как при его длительном и неправильной хранении образуются токсичные продукты деградации. |