Механизмы антимикробного действия

В основе антимикробного действия антибиотиков, как и других химиотерапевтических средств, лежит нарушение метаболизма микробных клеток.

По механизму антимикробного действия антибиотики можно разделить на несколько групп.

1. Ингибиторы синтеза клеточной стенки (муреина). Это бета-лактамные антибиотики (пенициллины, цефалоспорииы), монобактамы и карбапенемы, ванкомицин. Поскольку пептидогликана нет в стенках животных клеток, то эти антибиотики обладают очень низкой токсичностью для макроорганизма, и их можно применять в высоких дозах (мегатерапия).

2. Вызывающие повреждение цитоплазматической мембраны. Эти повреждения могут быть самыми различными – блокирование фосфолипидных или белковых компонентов, нарушение проницаемости клеточных мембран, изменение мембранного потенциала и т. д.

К таким антибиотикам относятся полиеновые и полипептидные антибиотики.

При этом полиеновые антибиотики обладают ярко выраженной противогрибковой активностью, изменяя проницаемость клеточной мембраны путем взаимодействия (блокирования) со стероидными компонентами, входящими в ее состав именно у грибов, а не бактерий.

3. Подавляющие белковый синтез. Нарушение синтеза белка может происходить на всех уровнях, начиная с процесса считывания информации с ДНК и кончая взаимодействием с рибосомами – блокирование связывания транспортной т-РНК с 30S субъединицами рибосом (аминогликозиды), с 50S субъединицами рибосом (макролиды) или с информационной и-PIIK (на 30S субъединице рибосом – тетрациклины).

Эта группа антибиотиков – самая многочисленная, в нее входят аминогликозиды, макролиды, тетрациклины и хлорамфеникол (левомицетин), нарушающий синтез белка микробной клеткой на стадии переноса аминокислот на рибосомы.

4. Ингибиторы синтеза нуклеиновых кислот. Эти антибиотики обладают не только антимикробной, но и цитостатичсской активностью, и поэтому используются как противоопухолевые средства.

Один из антибиотиков, относящихся к этой группе, – рифампицин, ингибирует ДНК-зависимую РНК-полимеразу, и тем самым блокирует синтез белка на уровне транскрипции.

Основные осложнения при химиотерапии

Все основные осложнения при химиотерапии можно разделить на 2 группы – осложнения со стороны макроорганизма и осложнения со стороны микроорганизмов.

Осложнения со стороны макроорганизма:

1. аллергические реакции;

2. прямое токсическое (органотоксическое) действие химиопрепаратов;

1. побочные токсические (органотропные) эффекты.

Эти осложнения связаны не с прямым, а опосредованным действием биопрепаратов на различные системы макроорганизма. Нитрофурановый препарат фурагин, например, проникая через плаценту, может вызвать гемолическую анемию плода из-за незрелости его ферментных систем.

Хлорамфеникол (левомицетин) может подавлять синтез белков не только в микробной клетке, но и в клетках костного мозга, вызывая у части больных состояние стойкой лейкопении.

Антибиотики, действующие на синтез белка и нуклеиновый обмен, всегда изменяют иммунную систему человека.

4. реакции обострения;

5. развитие дисбиоза (дисбактериоза) – нарушения качественного и количественного состава нормальной микрофлоры – также одно из частых осложнений химиотерапии. Оно чаще возникает на фоне использования антибиотиков широкого спектра действия.

Одним из наиболее тяжелых клинических проявлений дисбиоза является кандидоз полости рта, гениталий или кишечника.

Осложнение химиотерапии со стороны микроорганизмов проявляется развитием лекарственной устойчивости. В основе развития лекарственной устойчивости к антибиотикам и другим химиотерапевтическим препаратам лежат мутации хромосомных генов или приобретение плазмид лекарственной устойчивости.

Прежде всего, необходимо отметить, что существуют микроорганизмы, природно-устойчивые к отдельным антибиотикам; в их геноме есть гены, контролирующие этот признак. Для рода ацинетобактер, например, устойчивость к пенициллину является таксономическим признаком. Полирезистентны к антибиотикам и многие представители псевдомонад, неклостридиальных анаэробов и другие микроорганизмы. Такие бактерии являются природными банками (хранилищами) генов лекарственной устойчивости.

Как известно, мутации, в том числе и по признаку лекарственной устойчивости, спонтанны и возникают всегда. В период массового применения антибиотиков в медицине, ветеринарии и растениеводстве микроорганизмы практически живут в среде, содержащей антибиотики, которые становятся селективным фактором, способствующим отбору устойчивых мутантов, получающим определенные преимущества.

Плазмидная устойчивость приобретается микробными клетками в результате процессов генетического обмена. Сравнительно высокая частота передачи R-плазмид обеспечивает широкое и достаточно быстрое распространение устойчивых бактерий в популяции, а селективное давление антибиотиков (о чем говорилось выше) – отбор и закрепление их в биоценозах. Плазмидная устойчивость может быть множественной, т. е. к нескольким лекарственным препаратам, и при этом достигать достаточно высокого уровня.

Биохимическую основу резистентности обеспечивают разные механизмы.

Энзиматическая инактивация антибиотиков. Этот процесс осуществляется с помощью синтезируемых бактериями ферментов, разрушающих активную часть антибиотиков. Одним из таких широко известных ферментов является β-лактамаза, обеспечивающая устойчивость микроорганизмов к бета-лактамным антибиотикам за счет прямого расщепления β-лактамного кольца этих препаратов. Другие ферменты способны не расщеплять, а модифицировать активную часть молекулы антибиотиков, как это имеет место при энзиматической инактивации аминогликозидов и левомицетина.

Изменение проницаемости клеточной стенки для антибиотика или подавление его транспорта в бактериальные клетки. Этот механизм лежит в основе устойчивости к тетрациклину.

Изменение структуры компонентов микробной клетки. Например, изменение структуры бактериальных рибосом сопровождается повышением устойчивости к аминогликозидам и макролидам, а изменение структуры РНК-синтетаз – к рифампицину. У бактерий одного и того же вида могут реализовываться несколько механизмов резистентности. В то же время развитие того или другою типа резистентности определяется не только свойствами бактерий, но и химической структурой антибиотика.

Принципы рациональной химиотерапии, к сожалению, очень часто не соблюдаются, хотя достаточно просты и состоят в следующем.

Химиотерапия должна назначаться строго по показаниям, т. е. только в тех случаях, когда без нее нельзя обойтись, с учетом противопоказаний, например, повышенной чувствительности или аллергической реакции к препаратам той или иной группы.

Выбор препарата для химиотерапии может проводиться в различных вариантах возникающих ситуаций. При этиологически расшифрованных заболеваниях выбор препарата должен определяться с учетом чувствительности возбудителя (антибиотикограмма), выделенного от данного конкретного больного в результате бактериологического исследования.

При выделении возбудителя, но без определения его чувствительности к химиотерапевтическим препаратам, или при эмпирической инициальной химиотерапии заболевания с неидентифицированным, но предполагаемым возбудителем, выбор препарата для химиотерапии должен основываться на показателях антибиотикочувствительности соответствующих микроорганизмов.

При выборе препарата необходимо учитывать данные его фармакокинетики.

Одним из важнейших принципов рациональной антибиотикотерапии является назначение их с учетом чувствительности возбудителя. Существуют 2 метода определения чувствительности бактерий к антибиотикам:

 качественный – метод стандартных индикаторных дисков – он позволяет охарактеризовать культуру бактерий, выделенную от больного, как устойчивую, умеренно устойчи­вую, умеренно чувствительную, чувствительную или высоко чув­ствительную к тому или иному антибиотику. Для этого из суточной чистой культуры со скошенного агара готовят бактериаль­ную взвесь густотой 5×10⁸ м.т./мл и засевают 1 мл, нанося на всю поверхность специальной твердой питательной среды АГВ, раз­литой в чашки Петри. Посев подсушивают 20-30 минут и на­кладывают на него стандартные маркированные бумажные дис­ки, содержащие определенную концентрацию того или иного ан­тибиотика. Диски накладывают на расстоянии не менее 10 мм от края чашки и 20 мм друг от друга. Посевы инкубируют в термо­стате. Через 24 часа измеряют диаметр зон задержки роста во­круг дисков. В зависимости от его величины (d в мм) культуру относят к той или иной группе чувствительности. Антибиотики, к которым данный штамм бактерий оказался высоко чувстви­тельным, и рекомендуются для лечения.

 количественный – метод серийных разведений – он позволяет количественно оценить уровень чувствительности из­учаемой культуры бактерий, т. е. определить минимальную ингибирующую концентрацию (МИК) данного антибиотика для дан­ного штамма. Если МИК высока, то бактерии устойчивы к анти­биотику, и его нельзя использовать для лечения. Принцип опре­деления чувствительности бактерий к антибиотикам методом се­рийных разведении состоит в следующем. В ряд пробирок разли­вают МПБ в объеме 1 мл, а в первую – 1,9 мл. В отдельной про­бирке готовят матричный раствор антибиотика с высокой кон­центрацией. Из нее в первую пробирку вносят 0,1 мл, тщательно перемешивают и переносят 1 мл в следующую пробирку. Содер­жимое этой пробирки также тщательно встряхивают и переносят 1 мл из нее в следующую и т. д. Из последней пробирки ряда по окончании приготовления разведения 1 мл выливают. Затем во все пробирки вносят 0,1 мл взвеси суточной культуры со скошен­ного агара густотой 5×10⁸ м.т./мл. Контролем служит такой же посев в МПБ без антибиотика. Посевы помещают в термостат при температуре 37°С на 24 часа. Через сутки просматривают по­севы и отмечают наименьшую концентрацию антибиотика, ко­торая вызывает задержку роста. Это и есть минимальная ингибирующая концентрация (МИК). При учете опытные пробирки сравнивают с контролем, где в отсутствие антибиотика бактерии беспрепятственно размножаются, вызывая помутнение бульона.

При постановке опыта на плотной среде по 20 мл расплав­ленного МПА разливают в несколько флаконов и в каждый фла­кон добавляют определенные количества антибиотика, тщатель­но перемешивают и разливают по чашкам Петри. Таким образом, получают ряд чашек с разной концентрацией одного и того же антибиотика в питательной среде. После застывания среды про­изводят посев испытуемых культур мерной петлей. Посевы по­мещают в термостат при температуре 37°С на 24 часа. Через сут­ки просматривают посевы и определяют наименьшую концент­рацию антибиотика, задерживающую рост бактерий. Преимуще­ство метода серийных разведении в твердой питательной среде состоит в том, что он позволяет на одной чашке определить чувствительность нескольких десятков культур. Неудобство метода серийных разведений – в использовании большого коли­чества лабораторной посуды и большом расходе питательных сред при исследовании действия нескольких антибиотиков. При сравнении действия разных антибиотиков на один и тот же штамм бактерий для лечения назначают тот антибиотик, чья МИК – самая низкая.