Розділ 8. ХІМІОТЕРАПЕВТИЧНІ ПРЕПАРАТИ ТА АНТИБІОТИКИ
Історія боротьби з інфекційними хворобами нараховує тисячоліття. Римський лікар Гален у ІІ ст. до н. е. рекомендував застосовувати при їх лікуванні порошок, виготовлений з людських кісток, і різні рослини. Видатний німецький лікар-алхімік Парацельс вважав, що природа може дати кращі лікувальні засоби, ніж відвари з трав, запропонувавши препарати, що містили ртуть, залізо, сірку, свинець. Індіанці з Перу успішно лікували малярію корою хінного дерева.
Проте наукові основи хіміотерапевтичного методу лікування були закладені німецьким дослідником Паулем Ерліхом на початку нашого століття. Він висловив думку, що й на поверхні мікроорганізмів можуть бути специфічні рецептори, які зв’язуються з лікарськими засобами. Синтезувавши і дослідивши протимікробну дію понад 500 барвників, 12000 сполук миш’яку на трипаносоми та спірохети, він одержав препарат атоксил, який вибірково діяв на збудників сонної хвороби (трипаносоми). Емпірично змінюючи його структуру П. Ерліх одержав 606-й варіант цієї сполуки, який було названо сальварсаном. Цей препарат з успіхом застосовували для лікування сифілісу в експериментах на тваринах, а згодом і у людини.
У 30-х роках нашого століття важливий внесок у становлення нового напрямку лікування вніс німецький вчений Герхард Домагк (рис. 8.1). У 1938 р. за відкриття протимікробної дії червоного стрептоциду (пронтозилу), йому було вручено Нобелівську премію.
Таким чином, хіміотерапія - це лікування інфекційних і паразитарних захворювань за допомогою хімічних речовин.
Хіміотерапевтичні засоби, які використовуються у клініці, повинні мати високу терапевтичну ефективність і низьку токсичність для організму. Для оцінки їх якості введено поняття хіміотерапевтичного індексу. Він виражається відношенням максимальної дози препарату, що переноситься хворим (Dosis tolerantia), до мінімальної лікувальної (Dosis curativa). Цей показник не повинен бути меншим 3.
Хіміотерапевтичні препарати
Хіміотерапевтичні засоби можна класифікувати за багатьма ознаками: походженням (неорганічні, біоорганічні речовини та їх синтетичні аналоги, органічні речовини абіогенної природи), хімічною будовою, спрямованістю дії (протибактеріальні, протигрибкові, противірусні, протипаразитарні), метою застосування (профілактичні, терапевтичні, багатоцільові та ін.), механізмом дії. Останні надзвичайно різноманітні і залежать від хімічної природи діючої речовини. Препарати спричиняють деструктивні ефекти, окислювальну, мембраноатакуючу, антиметаболічну, антиферментну та іншу дію. Залежно від кінцевого наслідку впливу на бактерії, їх поділяють на препарати з бактеріостатичним (гальмування росту та розмножненння) та бактерицидним (загибель мікробів) типом дії.
Галогенові препарати окислюють вільні сульфгідрильні групи (-SH). Сполуки хлору (хлорамін Б, хлорцин, аквасент, пантоцид та ін.) застосовуються для оброблення інфікованих ран, неметалевих інструментів, гумових рукавичок, дезинфекції рук, поточної та кінцевої дезинфекції приміщень, меблів, знезараження води.
Йодмісткі препарати (розчин йоду спиртовий 5 %, йодоформ, йодикол, полівідан-йод, розчин Люголя та ін.) мають широкий спектр антибактеріальної дії з вираженою бактерицидною та спороцидною активністю. Їх застосовують місцево при інфікованих ранах, виразках, хронічних тонзилітах, гнійних отитах, термічних та хімічних опіках, для оброблення шкіри перед хірургічним втручанням, знезаражування інструментів і предметів догляду за хворими (рис. 8.2).
Окисники (розчин перекису водню, перстерил, дозоксон-1, калію перманганат) мають виражені окислювальні властивості, які забезпечує атомарний кисень. Він ушкоджує вільні сульфгідрильні групи у мікроорганізмів, руйнує цитоплазматичну мембрану і клітинну стінку. Застосовують препарати з метою дезинфекції посуду, стерилізації полімерних виробів, для обробки гнійних ран, слизових оболонок при ангінах, стоматитах, гінекологічних інфекціях.
Солі важких металів (ртуті, срібла, міді, цинку, свинцю, вісмуту) також здатні блокувати сульфгідрильні групи бактеріальних ферментів та білків. Ртутні препарати (ртуті дихлорид, ртутна мазь біла, жовта) використовуються для дезинфекції білизни, предметів догляду за хворими, як антисептичні, протизапальні препарати. Солі срібла (нітрат срібла, протаргол, креми аргосульфан, дермазин) застосовують як антисептичні, в’яжучі або засоби для припікання при кон’юнктивітах, бленореї, запальних процесах верхніх дихальних шляхів. Препарати міді, цинку, свинцю та вісмуту - при гнійно-запальних захворюваннях шкіри, слизових оболонок.
Похідні нітрофурану (фурацилін, фуратін, фурадонін, фуразолідон, фурапласт, ліфузоль та ін.) згубно діють на грампозитивні й грамнегативні мікроби, деякі віруси, найпростіші. Їх застосовують місцево для зрошення ран, вкриття спеціальною плівкою травмованих поверхонь шкіри і всередину для лікування дизентерії, бешихи, пневмоній, інфекцій сечовивідних шляхів, сепсису.
Група барвників, похідних хіноліну, хіноксаліну та ін. (метиленовий синій, діамантовий зелений, етакрифену лактат, хінозол, гексорал) використовують місцево при гнійно-септичних процесах шкіри та слизових. Механізм їх дії полягає в спорідненості із фосфатними групами нуклеопротеїдів збудників.
Антисептичні властивості спирту та фенолів широко використовуються в практичній медицині. Спирти коагулюють білки, знижуючи активність ферментів - факторів вірулентності бактерій, деякі з них мають детергентну активність, здатні блокувати клітинні мембрани. Етиловий спирт застосовують як антисептичний (для дезинфекції інструментів, виробів із скла, поліетилену) та подразнюючий засіб.
Феноли (фенол, ферезол, резорцин, фукорцин, трикрезол та ін.) впливають на функцію ферментних систем, що забезпечують дихання мікробів, утворюють нерозчинні сполуки з полісахаридами клітинної стінки. Вони застосовуються місцево при захворюваннях шкіри, слизових, як засоби дезинфекції предметів домашнього та лікарняного вжитку, інструментів.
Альдегіди (формальдегід, лізоформ, цитраль) - високоефективні протимікробні сполуки. Вони - сильні відновники, здатні утворювати міцні сполуки з білками та нуклеїновими кислотами. Їх використовують зовнішньо для дезинфекції інструментів, миття рук, при піодерміях, інфікованих ранах, як антипротозойні засоби, а деякі з них (ципідол) для лікування сифілісу й гонореї.
Кислоти та їх похідні в клініці використовуються місцево для лікування інфекційних ушкоджень шкіри, слизових оболонок, гранулюючих та некротизуючих ран, трофічних виразок, опіків. Найчастіше застосовують піацид, бензойну, саліцилову та борну кислоти, тетраборат натрію, бікармінт, цигерол.
Похідні 8-оксихіноліну (хінозол, нітроксолін, інтестопан) утворюють у цитоплазмі бактерій важкорозчинні комплекси з катіонами металів. Їх застосовують для лікування шкірних, кишкових, урогенітальних, стоматологічних захворювань протозойної, грибкової та мікробної етіології.
Для антисептичної обробки ран у клініці часто застосовують іоногенні та неіоногенні поверхнево-активні речовини органічної природи з числом вуглецевих атомів 5-18. Іоногенні субстанції можуть бути катіонного (декаметоксин, дегмін, етоній, церигель) та аніонного (мило зелене, йодонат) типів. Такий поділ зумовлений зарядом молекул, який вони несуть: катіонні - позитивний, аніонні - негативний.
Катіонні поверхнево-активні речовини (четвертинні амонієві сполуки) зв’язуються з фосфатидними групами ліпідів, локалізованих у клітинних мембранах, порушуючи їх функцію. Препарати використовують з профілактичною та лікувальною метою в хірургії, анестезіології, гінекології, акушерстві, урології, дерматології, офтальмології, оториноларингології та інших галузях медицини.
Сульфаніламідні препарати - похідні сульфанілової кислоти. Вони мають високу хіміотерапевтичну та антисептичну активність. Механізм їх дії зумовлений хімічною подібністю до параамінобензойної кислоти, котра як кофермент входить до складу важливих бактеріальних ферментів. Таким чином, сульфаніламіди конкурують з нею за участь у метаболічних реакціях.
Препарати цієї групи добре зарекомендували себе при лікуванні хвороб, які викликають грампозитивні та грамнегативні бактерії, - ангіни, пневмонії, бешиха, дизентерія, газова анаеробна інфекція, венеричні захворювання тощо. Широко використовують сульфадимезин, сульфапіридазин, фталазол, сульгін, сульфацилнатрій, сульфадиметоксин, бісептол та інші.
Особливу групу складають противірусні (антисептичні та хіміотерапевтичні) препарати. Вони здатні знищувати і пригнічувати віруси. Антивірусну активність мають акрифлавін, хлоркрезол, хлоргексидин, етиловий спирт, сполуки йоду, перекис водню. З метою місцевої терапії вірусних інфекцій використовують мегосин, ридоксол, фарингосепт, флореналь. Існують спеціальні противірусні засоби, які гальмують різні фази репродукції вірусів. Серед них найчастіше застосовують ацикловір, відарабін, госсипол, дезоксирибонуклеазу, йоддезоксиуридин, рибавірин. При грипі та інших вірусних інфекціях як профілактичний і лікувальний засіб використовують ремантадин, інтерферон.
До специфічних протигрибкових антисептичних засобів належать аміказол, клотримазол, міконазол, мікосептин, нітрофунгін, ріодоксол, фукорцин та інші. Вони ефективні при багатьох інфекціях, які викликаються грибками Epidermophyton, Trichophyton, Microsporum та іншими. Крім них, протигрибкову дію мають антисептики широкого спектру дії: хлоргексидин, хлорезол, 8-оксихінолінові препарати, хлорамін, нітроксолін тощо.
Для лікування захворювань протозойної етіології (лямбіоз, балантидіаз, трихомоноз, амебіаз, лейшманіоз) використовують ваготил, інтестопан, фуразолідон, акрихін, метронідазол, трихомонацид, осарсол, вісмуту нітрит, дерматол та ін.
Антибіотики
Величезним досягненням, яке суттєво вплинуло на розробку методів етіотропної терапії, було відкриття й впровадження в медичну практику антибіотиків. Сьогодні це самостійна галузь мікробіології, біохімії, фармакології, а наш час не випадково називають ерою антибіотиків.
У 1928-1929 рр. Александер Флемінг встановив, що культуральна рідина гриба Penicillium notatum більш ефективна, ніж усі найвідоміші на той час антисептичні речовини. Флемінгу не вдалось виділити антибіотик у чистому вигляді. Це зробили через 13 років Х. Флорі, Е. Чейн. За відкриття пеніциліну А. Флемінгу, Х. Флорі та Е. Чейну в 1945 р. було присуджено Нобелівську премію в галузі медицини.
В основі відкриття антибіотиків як нового класу антибактеріальних засобів лежить явище антагонізму, широко поширене у мікробному світі. Його вперше з наукових позицій оцінив Л. Пастер, який звернув увагу, що бацили сибірки могли рости у стерильній сечі. Однак, якщо вона була контамінована так званим “загальним збудником”, росту збудника сибірки не спостерігали. Для позначення цього явища Л. Пастер увів термін “антагонізм” і в 1877 р. повідомив про існування мікробного антагонізму не тільки in vitro, але й in vivo.
Почесне місце серед учених, які присвятили себе пошуку різноманітних засобів у боротьбі з інфекціями, по праву займає Зельман Ваксман. У 1944 р. він повідомив про одержання стрептоміцину, продуцентом якого були актиноміцети. Невдовзі антибіотик стає признаним і широко поширеним засобом для лікування туберкульозу, а у 1952 р. З. Ваксману присуджують Нобелівську премію.
Антибіотиками (anti - проти, bios - життя) називають речовини мікробного, рослинного або тваринного походження, їх напівсинтетичні та синтетичні аналоги і похідні, що вибірково пригнічують життєдіяльність мікроорганізмів, вірусів, найпростіших, грибів, а також затримують ріст пухлин.
Антибіотикам притаманна висока біологічна активність. Вони спричиняють біологічний ефект у дуже малих кількостях (наприклад, пеніцилін викликає виражену бактерицидну дію на бактерії у концентрації 0,000001 г/мл). Вони мають високу вибіркову специфічність, оскільки проявляють свою дію тільки відповідно до певних груп організмів, не завдаючи шкоди іншим. Так, бензилпеніцилін затримує ріст грампозитивних бактерій (стафілококів, стрептококів) і практично не впливає на грамнегативні мікроби, гриби.
Біологічну активність антибіотиків оцінюють в умовних одиницях, які містяться в 1 мл розчину (од/мл) або в 1 мг препарату (од/мг). У таких антибіотиків, як еритроміцин, новобіоцин, ністатин, трихоцетин та ін. одна одиниця активності еквівалентна 1 мкг препарату. За одиницю антибіотичної активності пеніциліну приймають мінімальну кількість препарату, здатну затримувати ріст штаму Staphylococcus aureus 209 у 50 мл поживного бульйону, для стрептоміцину - мінімальну кількість антибіотика, який інгібує ріст E. coli в 1 мл поживного бульйону.
Сьогодні описано понад 6000 антибіотичних речовин. Розібратись у такому розмаїтті препаратів можливо тільки при відповідній класифікації. Склалось декілька підходів до них, які визначаються професійними інтересами.
За біологічним походженням антибіотики поділяють на препарати грибкового походження (пеніциліни, цефалоспорини, грізеофульвін та ін.); з актиноміцетів: аміноглікозиди (стрептоміцин, мономіцин та ін.), тетрацикліни, левоміцетин, макроліди (олеандоміцин, еритроміцин), лінкоміцин, ріфампіцини, полієнові антибіотики (ністатин, леворин, амфотеріцин B), інгібітори бета-лактамаз (клавуланова кислота, тієнаміцин); з бактерій: поліміксини (B. polymyxa), бацитрацин, ліхеніформін (B. licheniformis), граміцидин С (B. brevis), субтилін (B. subtilis), піоцианін (P. aeruginosa), продігіозин (Serratia marcescens), коліформін (E. coli) та ін.; з рослин: хлорелін (хлорела), аренарин (безсмертник), іманін (звіробій), гордецин (зерна ячменю), хінін (кора хінного дерева), хлорофіліпт (листя евкаліпта), аліцин (часник), рафанін (редиска) та ін.; з тваринних тканин: інтерферони (утворюються в організмах усіх хребетних), лізоцим (міститься в сльозах, слині, яйцях), еритрин (знаходиться в еритроцитах крові, печінці, плаценті), екмолін (виділено з риб).
За механізмом біологічної дії препарати можуть виступати як специфічні інгібітори синтезу клітинної стінки мікробів (бета-лактамні антибіотики, циклосерин, група ванкоміцина, бацитрацин). Окремі з них порушують молекулярну організацію і функцію клітинних мембран (поліміксини, полієни, граміцидини); пригнічують синтез білка на рівні рибосом (левоміцетин, макроліди, лінкоміцин, фузидин, тетрацикліни, аміноглікозиди). Інші антибіотики можуть бути інгібіторами синтезу РНК на рівні РНК-полімерази (ріфампіцини); РНК на рівні ДНК матриці (актиноміцини, група ауреолової кислоти); ДНК на рівні ДНК-матриці (мітоміцин С, антрацикліни, брунеоміцин, блеоміцин). Є й такі препарати, які пригнічують процеси дихання (антиміцини, олігоміцини, піоцианін); окисного фосфорилювання (валіноміцин, граміцидини, коліцини, олігоміцин, тироцидин).
За спектром біологічної дії виділяють антибіотики вузького спектру, активні переважно проти грампозитивних мікроорганізмів і широкого спектру, ефективні проти багатьох грампозитивних і грамнегативних бактерій. За типом протимікробної активності їх поділяють на бактерицидні (пеніциліни, стрептоміцин, цефалоспорини, поліміксини) та бактеріостатичні (тетрацикліни, левоміцетин, антибіотики-макроліди).
Потреби медицини задовільняє класифікація антибіотиків, яка враховує особливості хімічної будови, механізму та спектру активності: бета-лактамні (пеніциліни, інгібітори бета-лактамаз, цефалоспорини, монобактами, тієнаміцини (карбапенеми); макроліди; лінкозаміни; тетрацикліни; аміноглікозиди; хлорамфеніколи; глікопептиди; поліпептиди; фторхінолони; протипухлинні та інші.
Зараз вивчаються шляхи й способи направленого біосинтезу антибіотичних речовин з метою одержання біологічним шляхом різноманітних модифікацій вже відомих препаратів з більш цінними властивостями.
До антибіотиків висуваються певні вимоги. Вони повинні мати високу вибірковість антимікробного ефекту в дозах, нетоксичних для організму; зберігати антибактеріальну дію в рідинах організму, ексудатах, тканинах; гарно всмоктуватись, розподілятись, а також виводитись із організму, що забезпечує тривале підтримання терапевтичних концентрацій. Вони повинні бути в зручній лікарській формі і стабільними при звичайних умовах зберігання.
Пеніциліни і цефалоспорини пригнічують ферменти, які здійснюють синтез пептидоглікану - основного компонента клітинної стінки мікроорганізмів. За рахунок цього клітини неспроможні протистояти осмотичному градієнту між клітинами і зовнішнім середовищем, отже, вони розбухають і руйнуються.
Пеніциліни активні проти грампозитивних мікроорганізмів (стафілококів, стрептококів, збудників сибірки). Напівсинтетичні пеніциліни проявляють активність і проти грамнегативних коків (менінгококів, гонококів), збудників сифілісу, лептоспірозу, псевдомонад, гемофільної палички, багатьох ентеробактерій. У практиці широко використовують бензилпеніцилін, феноксиметилпеніцилін, оксацилін, метицилін, ампіцилін, амоксицилін та інші.
Цефалоспорини (цефалоридин, цефалексин, цефаклор, цефотаксим, латамоксеф та ін.) мають широкий спектр антибактеріальної активності відносно пеніциліназопродукуючих штамів грампозитивних і грамнегативних бактерій. Їх використовують для лікування інфекцій верхніх і нижніх дихальних шляхів, сечовивідних і жовчовивідних шляхів, шкіри і м’яких тканин, кісток і суглобів; ендокардиту, сепсису, остеомієліту, ранових інфекцій, опіків тощо.
Інгібітори бета-лактамаз здатні зв’язуватись з активним центром фермента бета-лактамази, зменшуючи її спорідненість до антибіотиків. Такими препаратами є азтреонам, оксацилін, клавуланова кислота, сульбактам, оліванова кислота тощо. Вони ефективні проти гемофільної та кишкової паличок, протею, клебсієл, золотистих стафілококів, деяких бактероїдів, гонококів, легіонел. Їх призначають при лікуванні гнійно-запальних процесів різної локалізації.
Монобактамні антибіотики (азтреонам) активні відносно грамнегативних бактерій, але до них резистентні стафілококи, стрептококи, пневмококи, бактероїди та інші анаероби. Використовують їх при сепсисі, інфекціях сечовивідних шляхів, м’яких тканин, менінгіті.
Карбапенеми (тієнаміцини) представлені антибіотиком іміпенемом. Він зв’язується з ферментами, які відповідають за синтез клітинної стінки. Іміпенем - антибіотик з найширшим спектром дії проти більшості аеробних і анаеробних грампозитивних і грамнегативних бактерій. Малі розміри його молекули зумовлюють надзвичайно швидку проникність у клітину. Клінічний досвід застосування препарату довів його високу ефективність при терапії септицемії, ендокардиту, внутрішньоочеревинної, респіраторної, сечостатевої, гінекологічної інфекції, інфекцій шкіри, м’яких тканин, кісток і суглобів.
Механізм дії природних та напівсинтетичних антибіотиків-макролідів (еритроміцин, олеандоміцин, джозаміцин, кларитроміцин, азитроміцин) зумовлений зв’язуванням з рибосомами і гальмуванням синтезу білків. Спектр дії включає різноманітні грампозитивні та грамнегативні бактерії, а також збудники, що звичайно стійкі до більшості антибіотиків (атипові мікобактерії, Pneumocystis carinii, Toxoplasma gondii). Використовуються при інфекціях верхніх і нижніх дихальних шляхів, лор-органів, у гінекологічній практиці, інфекціях шкіри та м’яких тканин.
Лінкозаміни (лінкоміцин і кліндаміцин) діють бактеріостатично, пригнічують синтез білків мікробної клітини шляхом зв’язування 50S субодиниць рибосом. Спектр їх дії включає грампозитивні мікроорганізми, такі як стафілококи, гемолітичні стрептококи групи А, анаероби. Їх застосовують при анаеробних інфекціях, захворюваннях жіночої статевої сфери, ураженнях кісток і суглобів.
Тетрацикліни поділяються на природні - біосинтетичні (хлортетрациклін, окситетрациклін) та напівсинтетичні (доксициклін, метациклін, міноциклін).
Вони гальмують зв’язування тРНК з 30S рибосомною субодиницею, блокуючи елонгацію поліпептидного ланцюга. Спектр дії їх включає більшість грампозитивних і грамнегативних бактерій, рикетсії, легіонели, мікоплазми, хламідії. Їх використовують для лікування бруцельозу, холери, мікоплазменної пневмонії, висипного тифу, Ку-гарячки, поворотного тифу, туляремії, пситакозу, венеричної лімфогранульоми, трахоми та багатьох інших.
Антибіотики-аміноглікозиди (стрептоміцин, неоміцин, мономіцин, канаміцин, гентаміцин, тобраміцин, амікацин та інші) впливають на рибосоми мікроорганізмів, сприяючи утворенню аномальних білків, що незворотно пригнічує їх життєдіяльність.
Вони ефективні, в основному, проти грамнегативних бактерій (кишкових паличок, сальмонел, клебсієл), хоча впливають і на деякі грампозитивні мікроорганізми, зокрема стафілококи.
Застосовують аміноглікозиди при септицеміях, абдомінальному сепсисі, бактеріальному ендокардиті, інфекціях сечовивідних шляхів. Неоміцин використовують місцево (для промивання ран, при шкірних захворюваннях у вигляді мазей) і перорально (для селективної деконтамінації кишечника перед оперативним втручанням, перед застосуванням імунодепресантів).
Хлорамфенікол (левоміцетин), який гальмує синтез білка на 50S субодиниці рибосоми, активний проти стафілококів, стрептококів, нейсерій, кишкових і гемофільних паличок, сальмонел, шигел, клебсієл, ієрсиній, протею, рикетсій, спірохет. Його застосовують при лікуванні черевного тифу, дизентерії, бруцельозу, туляремії, кашлюка, висипного тифу, пневмоній, менінгітів, сепсису, остеомієліту та інших бактеріальних інфекцій.
Глікопептидні антибіотики (ванкоміцин, ристоміцин, тейкопланін) пригнічують синтез пептидоглікану клітинної стінки бактерій. Вони високоактивні відносно стафілококів, ентерококів, пневмококів, менінгококів, коринебактерій з множинною резистентністю до препаратів, в тому числі метицилінорезистентних штамів.
Поліпептидні антибіотики (колістин, поліміксин В (М), бацитрацин, граміцидин) ефективні відносно грамнегативних бактерій, особливо синьогнійної палички.
Застосовують їх при сепсисі, менінгіті, пневмонії, інфекціях сечових шляхів та ін. Граміцидин використовують лише місцево для промивання, зрошення гнійних ран, пролежнів, виразок, при остеомієліті, пораненнях суглобів, емпіємах, флегмонах, карбункулах, фурункулах тощо.
За хімічною будовою фторхінолони (еноксацин, офлоксацин, ломефлоксацин, флероксацин та ін.) є похідними карбонових кислот. Вони вибірково пригнічують активність життєво важливого ферменту мікробної клітини - ДНК-гірази. Спектр дії фторхінолонів дуже широкий. Вони згубно діють на ентеробактерії, псевдомонади, гемофільні палички, бранхамели, гелікобактерії та кампілобактерії, стафілококи та інші.
Протипухлинні антибіотики (олівоміцин, брунеоміцин, рубоміцин та інші) використовують для лікування злоякісних новоутворень. Вони пригнічують синтез ДНК у перероджених клітинах.
Антибіотикорезистентність бактерій
Формування резистентності мікроорганізмів до антибіотиків - найактуальніша проблема медицини. Стійкі штами значно ускладнюють лікування різноманітних інфекційних захворювань та гнійно-септичних процесів.
Під резистентністю мікроорганізмів до антибактеріальних засобів розуміють збереження їх здатності до розмноження при наявності таких концентрацій цих речовин, які створюються при введенні терапевтичних доз.
Розрізняють декілька типів стійкості мікробів. Природна стійкість визначається властивостями даного виду або роду мікроорганізмів. Наприклад, резистентність грамнегативних бактерій до бензилпеніциліну, бактерій - до протигрибкових, а грибів - до антибактеріальних препаратів. Набута стійкість може бути первинною й вторинною. Первинна стійкість формується в окремих клітин популяції внаслідок спонтанних мутацій до початку лікування антибіотиками. Вторинна стійкість виникає при контакті бактерій з антибіотиками. Мутації при цьому ненаправлені та не пов’язані з дією антибіотиків. Останні відіграють роль лише селекціонуючих агентів, елімінуючи чутливі особини популяції, і, відповідно, в ній починають переважати резистентні клітини.
Резистентні до антибіотиків мікроорганізми можуть відрізнятись від своїх чутливих варіантів за деякими біологічними властивостями: швидкістю росту, продукцією ферментів, зміненою вірулентністю.
Стійкість мікробів до антибіотиків забезпечується генами, які локалізуються або в хромосомі, або в позахромосомних елементах спадковості (плазмідах). Хромосомні мутації є найчастішою причиною зміни рецептора, мішені, з якою взаємодіють ліки.
Фактори множинної лікарської стійкості до антибіотиків (R-плазміди) складаються з двох частин: гена переносу RTF (resistance transfer factor) і детермінант резистентності до різних препаратів, солей важких металів (до десяти і більше)(рис. 8.3) . Вони роблять бактерії нечутливими до переважної більшості антибіотиків, які використовуються в клініках, так як кодують синтез ферментів, що руйнують препарати (наприклад, b-лактамазу). У стафілококів, ентеробактерій описано транспозони. Небезпека їх полягає в тому, що вони можуть інтегруватись як з кон’югативними R-плазмідами, так із трансдукуючими r-факторами грампозитивних бактерій, і мають власні детермінанти стійкості до антибіотиків.
Поява в клініці штамів бактерій, що містять плазміди резистентності, може призвести до спалахів тяжких внутрішньолікаряних інфекцій внаслідок розповсюдження самого штаму й передачі плазмід до інших бактерій.
Розробка заходів щодо обмеження розповсюдження резистентних мікроорганізмів спрямовується на попередження формування антибіотикостійких і дію на вже сформовані антибіотикорезистентні популяції. Попередити формування антибіотикостійких популяцій можна за рахунок підвищення ефективності хіміотерапії використанням комбінацій двох антимікробних сполук, комбінаціями антибіотика з препаратами, які підвищують адсорбцію і проникнення його у мікробну клітину.
Дія на вже сформовану в організмі стійку популяцію може включати елімінацію резистентних клітин шляхом зниження інтенсивності селективної дії антибіотика, застосування препаратів з іншим механізмом дії, елімінацію плазмід сполуками, які впливають на ДНК та мембрани.
Інтенсивна циркуляція лікарськостійких варіантів збудників серед людей і розповсюдження їх з предметами домашнього вжитку в закритих колективах (лікарні, військові частини) створило велику проблему перед охороною здоров’я. Тому знання генетичних та біохімічних механізмів формування антибіотикостійкості необхідне для здійснення раціональної тактики антибіотикотерапії, пошуків шляхів попередження її формування та розповсюдження.
Побічна дія антибіотиків. Хоча антибіотики є препаратами, які принесли величезну користь людству у боротьбі з інфекційними захворюваннями, вони деколи спричиняють негативні наслідки для організму хворого.
При повторному їх введенні можуть виникнути алергічні реакції: шкірні висипки, кропивниця, астматичні приступи, риніт, кон’юнктивіт. Тетрацикліни та гризеофульфін здатні викликати фотодерматози. Як правило, всі ці зміни нетривалі і зникають після відміни антибіотиків. Однак анафілактичний шок та ангіоневротичний набряк гортані становлять значну загрозу для життя хворого і можуть закінчитися смертю.
У частини пацієнтів антибіотики викликають токсичні реакції завдяки їх органотропній дії. Ступінь їх вираження залежить від тривалості прийому препаратів. Загрозливою для життя є токсична дія на клітини крові, що спричиняє розвиток агранулоцитозу, апластичної анемії. Деколи спостерігаються ураження печінки, нирок (при введенні масивних доз бета-лактамних антибіотиків, тетрациклінів), вестибулярного та слухового апарата (при тривалому застосуванні антибіотиків-аміноглікозидів). Стрептоміцин, тетрацикліни, левоміцетин спричиняють ембріотоксичну дію, яка проявляється порушенням пігментації зубів, затримкою скелетоутворення, майбутньою схильністю до карієсу дитини. Тому вони протипоказані для прийому вагітним. Великі дози левоміцетину у новонароджених, особливо недоношених, можуть викликати “сірий синдром” плода, який проявляється метаболічним ацидозом, здуттям живота, проносом, гіпотонією, гіпотермією, сірим забарвленням шкіри. Смерть наступає через 24-48 год у 40-60 % таких дітей.
Особливим проявом токсичної дії є бактеріальний ендотоксикоз, що розвивається у хворих при введенні антибіотиків, до яких сальмонели, шигели, кишкові палички, бруцели, трепонеми сифілісу проявляють високий ступінь чутливості. При цьому вивільняється значна кількість ендотоксинів і виникає лихоманка, м’язовий та головний біль, тахікардія.
Деколи у хворих формуються дисбіотичні ураження, пов’язані з порушенням складу мікробіоценозів кишечника, шкіри. Вони розвиваються в осіб із хронічними процесами, яким тривалий час у великих дозах призначали антибіотики. Генералізований кандидоз, стафілококовий ентероколіт, вторинні пневмонії, що викликаються грамнегативними бактеріями, можуть призвести до смерті хворого. Однак місцеві кандидози, наприклад, молочниця, легко коригуються відповідними засобами.
Основні принципи раціональної антибіотикотерапії. З метою запобігання розвитку ускладнень при застосуванні антибіотиків необхідно застосовувати їх раціонально, дотримуючись певних правил.
Необхідно мати обгрунтовані показання до їх призначення і вибирати найактивніший і найменш токсичний препарат. Антибіотики, найефективніші при певному виді інфекції, до яких чутлива більшість штамів даного збудника, називаються препаратами першого вибору. Альтернативні препарати призначаються тоді, коли препарати першої групи неефективні або коли штам виділеного збудника найчутливіший саме до них. Препарати резерву використовують лише в крайніх випадках (при неефективності першої та другої груп антибіотиків); як правило, вони викликають багато ускладнень.
Обов’язково перед початком лікування, до першого введення антибіотика, необхідно взяти матеріал для бактеріологічного аналізу та визначення чутливості збудника до антимікробних агентів (антибіотикограма).
Важливим є введення оптимальних доз препарату з раціональною частотою та урахуванням тяжкості інфекційного процесу, а також вибір ефективного способу його введення (per os, внутрішньом’язово, внутрішньовенно та ін.).
Тривалість курсу антибіотикотерапії залежить від виду збудника, обраного протимікробного препарату, локалізації інфекційного процесу, стану захисних сил організму і в середньому коливається від 5 до 21 дня. Необхідно призначати препарат до явного одужання хворого і ще протягом 3 днів після цього - для профілактики рецидиву захворювання.
Важливим є бактеріологічний контроль за виліковуванням і моніторинг з метою профілактики негативних побічних реакцій і ускладнень.
Матеріали до практичних занять
Лабораторні методи визначення чутливості мікроорганізмів до антибіотиків
Оцінка чутливості мікробів до антибіотиків є найголовнішим лабораторним показником, який дозволяє прогнозувати ефективність антибактеріальної терапії, а також використовувати як маркер для виявлення джерел інфікування та шляхів розповсюдження полірезистентних штамів при діагностиці внутрішньолікарняних інфекцій.
Найрозповсюдженішими методами визначення антибіотикочутливості збудників інфекцій є методи дифузії в агар (метод дисків) та серійних розведень.
Живильні середовища, які при цьому використовуються, повинні бути стандартними та забезпечувати оптимальні умови росту мікроорганізмів, не містити інгібіторів бактеріального росту і великої кількості стимуляторів, не мати речовин, що пригнічують активність антибіотиків.
Диско-дифузійний метод
є найпростішим якісним методом і широко використовується для епідеміологічного контролю резистентності.
Чутливість мікроорганізмів до антибіотиків потрібно визначати тільки у чистій культурі. Для виготовлення інокулюму 5-10 однорідних колоній суспензують у 2 мл рідкого середовища або фізіологічного розчину. Бактеріальну суспензію (103-105 КУО/мл залежно від виду мікробів) в об’ємі 1 мл рівномірно розподіляють по поверхні середовища при похитуванні чашки, надлишок рідини видаляють піпеткою. Чашки підсушують при кімнатній температурі протягом 20-30 хв, а потім на поверхню засіяного газону на однаковій віддалі кладуть диски з антибіотиками.
Результати враховують через 24 та 48 год після інкубування при оптимальній температурі, вимірюючи діаметри зон затримки росту (рис. 8.4),(рис. 8.5). Оцінку результатів проводять за спеціальними таблицями, які містять граничні значення діаметрів зон затримки росту для резистентних, помірно резистентних та чутливих штамів, а також значення мінімальної пригнічуючої (інгібуючої) концентрації (МПК, МІК) антибіотиків для стійких і чутливих штамів. Одержані значення діаметрів зон затримки росту порівнюють з контрольними значеннями таблиць і відносять досліджувані штами до однієї з трьох категорій чутливості: чутливі, помірно резистентні, резистентні.
Метод серійних розведень використовують при необхідності одержання кількісних даних (переважно при тяжких перебігах інфекційного процесу) для проведення регульованої антибіотикотерапії, для встановлення бактерицидної дії вибраного препарату як гарантії швидкого терапевтичного ефекту та безрецидивного перебігу захворювання.
Існують дві модифікації методу серійних розведень - визначення чутливості на рідкому та твердому живильних середовищах.
Визначення антибіотикочутливості за методом серійних розведень у рідкому живильному середовищі
роблять так (табл. 23).
Таблиця 23
Схема визначення антибіотикочутливості за методом серійних розведень
|
Компоненти |
Пробірки |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
Конт-роль бак-терій |
Конт-роль анти-біотика |
|
МПБ, мл |
2 |
2 |
2 |
2 |
2 |
2 |
2 |
2 |
2 |
2 |
|
Пеніцилін,
100 ОД/мл, мл |
2 |
® |
® |
® |
® |
® |
® |
|
|
2 |
|
Концентрація антибіотика, ОД/мл |
50 |
25 |
12,5 |
6,3 |
3,2 |
1,6 |
0,8 |
0,4 |
- |
50 |
|
Суспензія бактерій, 105/мл, мл |
0,2 |
0,2 |
0,2 |
0,2 |
0,2 |
0,2 |
0,2 |
0,2 |
0,2 |
- |
|
Інкубація в термостаті при 37 °С 18-24 год |
|
Результат |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Готують ряд (8-10 і більше) пробірок з двократними послідовними розведеннями препарату. Середовище (МПБ, перевар Хоттінгера) попередньо розливають у пробірки по 2 мл. У першу додають 2 мл розчину антибіотика певної концентрації, перемішують і переносять до наступної пробірки, продовжуючи розведення до передостанньої пробірки, з якої видаляють 2 мл суміші. Остання пробірка служить контролем росту культури. У тому ж бульйоні, який використовують для розведення антибіотиків, готують суспензію добової агарової або бульйонної культури бактерій. Потім до кожної пробірки з розведеннями, а також до контрольної додають по 0,2 мл виготовленої суспензії, з розрахунку 105-106 мікробних тіл в 1 мл середовища залежно від виду збудника.
Пробірки інкубують у термостаті при 37 °С протягом 18-24 год. Визначають наявність або відсутність росту в середовищі з різними розведеннями препарату. Остання пробірка, в якій спостерігають затримку росту культури (прозорий бульйон), відповідає МПК або МБсК (мінімальній бактеріостатичній концентрації) препарату відносно даного мікроба і вказує на ступінь його чутливості. Якщо ріст з’являється в усіх пробірках, досліджуваний штам резистентий до максимальної концентрації препарату, яку було взято в дослід. Відсутність росту бактерій в усіх пробірках, крім контрольної, свідчить, що МПК препарату нижча, ніж та, що використовується в досліді.
Для визначення бактерицидного ефекту антибіотика з декількох останніх пробірок, в яких немає ознак росту, роблять висів на сектори агару в чашках Петрі. Через 24-48 год інкубації при оптимальній температурі відмічають ту найменшу концентрацію препарату в пробірці, посів з якої не дав росту. Її приймають за мінімальну бактерицидну концентрацію (МБцК). Про ступінь чутливості мікроорганізмів роблять висновок за МБсК.
Принцип методу серійних розведень у твердому живильному середовищі аналогічний попередньому. Для цього готують серію 10-кратних розведень антибіотика в агарі. Посіви виконують за допомогою спеціального штампа-реплікатора, який дозволяє нанести одночасно на поверхню агару 25-50 досліджуваних культур. Результати враховують після 18-24 год інкубації в термостаті при оптимальній температурі. За МПК антибіотика для даного штаму приймають ту, при якій відсутні ознаки його росту колоній на поверхні агару (або замість бляшки є ріст поодиноких колоній).
Існують прискорені методи визначення чутливості мікроорганізмів до антибіотиків. При цьому необхідно пам’ятати, що при використанні звичайних методів відповідь може бути отримана через 18-20 год від початку дослідження, не враховуючи етапи виділення чистої культури. Це призводить до того, що у більшості випадків лікування антибіотиками починають задовго до одержання даних лабораторного обстеження.
Залежно від принципів, на яких вони грунтуються, прискорені методи можна поділити на декілька груп: 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 клітини під впливом антибіотиків. Методи надають можливість судити про ступінь чутливості мікробів до антибіотиків з такою ж точністю, як і стандартний метод дисків, проте час дослідження зменшується до 3-5 год.
Визначати чутливість бактерій до антибіотиків можна за допомогою автоматизованих комп’ютерних систем (“Autobac MS-2”, “Cobas Micro” та ін.). При їх використанні результати одержують через 3-10 год. Вони добре корелюють з іншими методами та можуть бути використаними не тільки для вибору раціональних схем антибіотикотерапії, але й епідеміологічного контролю резистентності.
Практична робота
1. Визначити чутливість стафілококів до антибіотиків за допомогою методу дифузії в агар (метод стандартних дисків).
2. Визначити чутливість стафілококів до бензилпеніциліну за допомогою методу серійних розведень у рідкому живильному середовищі.
3. Ознайомитись з колекцією антибіотиків та інших хіміотерапевтичних засобів, які використовуються в клініці.
Питання для самоконтролю
1. Що таке хіміотерапевтичний індекс?
2. Як класифікуються хіміотерапевтичні препарати?
3. Що таке антибіотики та їх біологічна активність?
4. Як класифікуються антибіотики за походженням, механізмом дії, спектром активності, хімічною будовою?
5. Дати коротку характеристику окремим групам антибіотиків.
6. Як виникає антибіотикорезистентність у бактерій?
7. У чому полягає побічна дія антибіотиків?
8. Які основні принципи раціональної хіміотерапії?
9. Які методи визначення чутливості до антибіотиків?
Ситуаційні задачі
1. Від хворого на холецистит із жовчі виділено S. aureus. За методом стандартних дисків на середовищі АГВ одержано такі значення діаметрів зон затримки росту: пеніцилін - 25 мм, ампіцилін - 24 мм, стрептоміцин - 14 мм, тетрациклін - 23 мм.
Як оцінити результати досліджень? Який антибіотик можна рекомендувати для лікування?
2. Виберіть з перехованих антибіотики, які гальмують синтез клітинної стінки:
а) еритроміцин;
б) гентаміцин;
в) бензилпеніцилін;
г) цефалексин;
д) іміпенем.
Відповіді
1. Згідно таблиці “Граничні значення зон затримки росту і значення МПК антибіотиків для інтерпретації результатів” до тетрацикліну - чутливі, пеніциліну, ампіциліну S. aureus помірно стійкі, стрептоміцину - стійкі. Для лікування рекомендується тетрациклін.
2. В, г, д.
