Чутливість деяких патогенних мікроорганізмів до антибіотиків цефалоспоринів ІІІ покоління
Міністерство освіти і науки України
Чернігівський державний педагогічний університет імені Т.Г. Шевченка
Заочне відділення
Кафедра загальної біології
ГНАТЮК ІРИНА ОЛЕКСАНДРІВНА
ДИПЛОМНА РОБОТА
ЧУТЛИВІСТЬ ДЕЯКИХ ПАТОГЕННИХ МІКРООРГАНІЗМІВ ДО АНТИБІОТИКІВ ЦЕФАЛОСПОРИНІВ ІІІ ПОКОЛІННЯ
Науковий керівник:
к.б.н., доцент кафедри
загальної біології
Смикун Наталія Василівна
Чернігів - 2008
Зміст
ВСТУП
РОЗДІЛ 1 АНТИБІОТИКИ: ІСТОРІЯ ВІДКРИТТЯ, ДОБУВАННЯ, ПРИНЦИПИ ЗАСТОСУВАННЯ, КЛАСИФІКАЦІЯ
1.1 Історія відкриття антибіотиків
1.2 Джерела добування антибіотиків
1.3 Значення антибіотиків в медицині
1.4 Принципи класифікації та застосування антибіотиків
1.5 Ускладнення антибіотикотерапії. Резистентність мікроорганізмів до антибіотиків, способи її подолання
РОЗДІЛ 2 ОБ`ЄКТИ ТА МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕННЯ
2.1 Об`єкти дослідження
2.2 Визначення чутливості мікроорганізмів до антибіотиків за методом дифузії в агар
2.3 Визначення чутливості мікроорганізмів до антибіотиків методом серійних розведень
2.4 Проведення посіву з метою визначення чутливості мікроорганізмів до антибіотика методом розведення на рідкому поживному середовищі
РОЗДІЛ 3 ДОСЛІДЖЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ ЗАСТОСУВАННЯ АНТИБІОТИКІВ
3.1 Дослідження ефективності застосування антибіотику лораксону та лоразидиму при обструктивних уропатіях у дітей
3.2 Дослідження чутливості збудників негоспітальних пневмоній дітей до деяких антибіотиків
РОЗДІЛ 4 ВИКОРИСТАННЯ ВІДОМОСТЕЙ ПРО АНТИБІОТИКИ В ШКІЛЬНОМУ КУРСІ БІОЛОГІЇ
4.1 Методичні рекомендації щодо проведення уроку-семінару на тему: „Хвороби людини, які викликаються вірусами” в 11-ому класі
4.2 Методичні розробки уроку на тему „Основні напрямки сучасної біотехнології” для учнів 11-тих класів
ВИСНОВКИ
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ
ВСТУП
Актуальність. Антибіотики, почавши свій тріумфальний хід в області лікування інфекційних хвороб, у короткий час завоювали надзвичайну популярність серед лікарів усіх спеціальностей.
Заслужену славу створили антибіотикам небувалі в історії нашої науки успіхи в лікуванні захворювань, казавшихся раніш невиліковними, і величезне зниження смертності при різних, у тому числі й особливо небезпечних інфекційних хворобах. Досить згадати історію пеніциліну.
Стрептоміцин почали з успіхом застосовувати при туберкульозному менінгіті і за допомогою стрептоміцину було досягнуто різке зниження летальності при чумі. Надалі його застосування було поширено на деякі інші інфекції.
Використання препаратів типу, хлороміцетину для лікування кишкових інфекцій і рикетсіозів, групи тетрацикліну при риккетсиозах, бруцельозі, туляремії створило виняткові можливості в лікуванні інфекційних захворювань. Немає такої спеціальності в медицині, у якій антибіотики не застосовувалися б досить широко.
Зараз уже стало очевидним, що сфера застосування антибіотиків перевищила сферу їхньої можливої дії.
Г. Я Кивман (1956) вказує, що в даний час не існує жодного антибіотика, при якому не спостерігалося б у тім або іншому відсотку випадків ускладнень". Кох і його співавтори (Е. Koch; H. Bonn; F. Heіss u. R. Schneіder, 1953) (4) вважають: "Установлено, що широко застосовуваний пеніцилін за певних умов представляє небезпечну отруту для людини".
Ще точніше висловлюється Перрин Лонг: "Всі антибіотики - отрути, який треба користуватися з обережністю, після міркування". На жаль, у результаті безладного застосування антибіотиків усе частіше й частіше появлялисьсообщения про важкі побічні дії цих препаратів, що приводять в окремих випадках навіть до загибелі хворого.
Предмет дослідження – можливості використання антибіотиків в медичній практиці.
Об`єкт дослідження – антибіотики та їх вплив на розвиток мікроорганізмів.
Мета роботи полягає в тому, щоб з`ясувати можливості та проблеми використання антибіотиків в медичній практиці.
Для досягнення поставленої нами мети вирішувались завдання:
1) ознайомитись з літературними джерелами відкриття, добування, застосування антибіотиків;
2) виділити штами мікроорганізмів в сечі хворих дітей на урологічні захворювання та штами мікроорганізмів в мокроті хворих дітей на негоспітальну пневмонію;
3) дослідити чутливість виділених штамів S. рпеитопіае, Н. іnfluenzae, М. сatarrhalis, Е. соlі, М. рпеитопіае до антибіотиків методом серійних розведень та методом розведення на рідкому поживному середовищі.
РОЗДІЛ 1АНТИБІОТИКИ: ІСТОРІЯ ВІДКРИТТЯ, ДОБУВАННЯ, ПРИНЦИПИ ЗАСТОСУВАННЯ, КЛАСИФІКАЦІЯ
1.1 Історія відкриття антибіотиків
Антибіотики (від грец. anti — проти, bios — життя) — це речовини біологічного походження, а також їх похідні синтетичні та напівсинтетичні аналоги, які вибірково пригнічують життєдіяльність мікроорганізмів. Термін "антибіотики" запропонував З. Ваксман у 1942 р.
Явище антагонізму між різними живими істотами було відоме давно і використовувалося в народній медицині. Ще в 1640 р. у книзі "Ботанічний театр", виданій у Лондоні, були повідомлення про мазь із моху, якою лікували рани. У 1871 р. російський професор В.О. Монасеїн повідомив про здатність плісені знищувати мікроорганізми. У 1872 р. професор О.Г. Полотебнов повідомив про результати лікування гнійних ран порошком із спор грибів пеніциліума та аспергілуса. У 1877 р. французький учений Л. Пастер спостерігав, що гнилісні бактерії пригнічують ріст збудників сибірки і передбачив можливість використати явище антагонізму для лікування інфекційних хвороб (2).
Можливість використання мікроорганізмів або продуктів їхнього обміну для лікування захворювань була відкрита дуже давно, хоча в той час і не була відома причина їхньої лікувальної дії. Гриби й інші мікроорганізми дійсно застосовувалися як засоби для лікування людей, про що ми можемо прочитати в стародавніх документах. Завдяки швидкому й інтенсивному розвиткові мікробіології, початок якому поклала Pasteur (друга половина XІ сторіччя), стали накопичуватися наукові дані, причому деякі з них для відкриття антибіотиків і розробки їхнього виробництва мали значну історичну цінність і інтерес. Увага піонерів цієї швидко розвиненої нової області науки не могла пройти повз явище антагонізму й антибиоза в ґрунті, травному тракті й у ряді інших областей. У той час ці наукові дані не могли ще знайти для себе практичного застосування, незважаючи на те що у своїх працях Pasteur і Joubert (1877), а також Е. Н. Павловский (1887) і І. І. Мечников (1894) ясно вказували на те, що деякі мікроорганізми можуть бути дуже діючим засобом для знищення патогенних і інших бактерій. У той же час було також уперше встановлене, що гриби з роду Penіcіllіum мають властивості, що у даний час іменуються антибіотичними (В. А. Манассеин, 1871; А. Г. Полотебнов, 1872; Tyndall, 1876). Це відкриття не одержало, однак, практичного застосування, так що наріжний камінь у справі застосування антибіотиків у медицині і розробки їхнього виробництва заклав тільки Flemіng по прошествии більш 50 років. Спостереження, що привело до відкриття пеніциліну, Flemіng зробив у 1928 р. Він працював у лондонському госпіталі Сэнт-Мэри з величезною кількістю штамів Staphylococcus aureus, вирощуючи у своїй лабораторії цю культуру на чашках Петри. На одній з чашок виросла колонія якогось гриба ("цвіль"). Біля неї утворився округлий простір, у якому колонії стафілококів були явно затримані у своєму росту, залишалися прозорими і лизировались (мал. 1).Flemіng виділив цей гриб і досліджував його незвичайні антибіотичні властивості. Так був зроблений перший крок до відкриття пеніциліну. У 1932 р. Clutterbuck, Lowell і Raіstrіck установили, що культуру Флеминга (2), що була спочатку віднесена до виду Penіcіllіum rubrum, можна вирощувати і на синтетичних живильних , середовищах однак їм не удалося виділити пеніцилін у чистому виді через його хімічну нестійкість. Цей факт установив у 1935 р. також і Reіd. Тільки в 1940 р. оксфордской групі вчених (Florey, Chaіn, Heatley і ін.) удалося знайти практичний метод виділення й очищення пеніциліну. Протягом наступного року препарат був успішно застосований у декількох випадках важкого стафілококового і стрептококового сепсису. Тому що під час війни в Англії відчувався недолік хіміотерапевтичних препаратів і, зокрема, сульфаніламідів, то це відкриття придбало велике практичне значення. Подальша робота науково-дослідних установ, вищих навчальних закладів і промислових підприємств Англії і США привела в дуже короткий час до розвитку виробництва пеніциліну у великих масштабах.
У ході другої світової війни питання вивчення пеніциліну, його виробництва і клінічного застосування розроблялися також і в деяких інших країнах світу. Так, наприклад, у Радянському Союзі успішно працювала по цій проблемі група дослідників під керівництвом З. В. Ермольевой; у Чехословакии найбільших успіхів досягли співробітники колишнього підприємства Б. Фрагнера в Мехолупах. Вже в 1944 р. вони одержали речовину, названа ними "микоин БФ 510", що після всебічного мікробіологічного і фармакологічного вивчення було успішно застосоване в клініці для лікування декількох важких захворювань. При наступному порівнянні цього препарату з імпортним пеніциліном було встановлено, що микоин 510 збігався по своїй дії з першими закордонними препаратами аморфного пеніциліну. Однак одержувати цей препарат у той час можна було лише в дуже невеликих кількостях, що не йдуть ні в яке порівняння із сучасним промисловим виробництвом, заснованим на використанні високоспеціализованого устаткування (11).
Крім пеніциліну, ще до створення його виробництва було відоме вже кілька інших антибіотиків. Так, Gratіa і Dathova у 1924 р. відкрили актиноміцетин; Dubos у 1939 р. відкрив грамицидин і тироцидин; Alsberg і Black у 1913 р. відкрили пеніцилоїнову кислоту і т.д. Але всі ці антибіотики стали знову предметом вивчення тільки в зв'язку із широкими дослідженнями в області антибіотиків, початок яким поклало освоєння виробництва пеніциліну.
Відкриття наступних антибіотиків, що є в даний час звичайними засобами лікування великої кількості інфекційних захворювань, на відміну від відкриття пеніциліну стало наслідком систематичної роботи, навмисно спрямованої на рішення цієї задачі. Так, Waksman (11) у 1944 р. відкрив стрептоміцин, Ehrlіch у 1947 р. - хлорамфеникол, Duggar у 1948 р. - хлортетрациклин і т.д. Розробка виробництва цих антибіотиків проходила в умовах, коли вже були освоєні методи глибинної ферментації пеніциліну, що могли бути прийняті без істотних змін і для виробництва нових антибіотиків.
Науково обґрунтував явище антагонізму серед мікробів видатний український вчений І.І. Мечников. Вивчаючи роль гнилісних бактерій кишок в інтоксикації та старінні організму людини, він виявив антагоністичну дію проти них молочнокислих бактерій. Для пригнічення розвитку гнилісної мікрофлори він пропонував уживати в їжу кисле молоко, яке містить Lactobacterium bulgaricum. Пізніше було доведено антагоністичну дію В. bifidum та Е. соlі на збудників кишкових інфекцій. Російський учений Л.Г. Перетц рекомендував уживати колі-кисляк з активним штамом ешерихій — М 17.
У 1896 р. італійський лікар Б. Гозіо із запліснявілих зерен рису виділив зелений мікроскопічний гриб, а з культуральної рідини цього гриба — невелику кількість кристалічної речовини, яка згубно діяла на бактерії. По суті це був перший антибіотик. Водночас німецькі вчені Р. Еммерих та О. Лев виділили з фільтрату бульйонної культури синьогнійної палички піоціоназу й довели, що вона згубно діє на численні патогенні мікроорганізми. Український учений М.Ф. Гамалія (2) виділив з культури тієї самої палички препарат піокластин. Але практична користь від застосування перших антибіотиків була незначною. Одні з них виявилися токсичними для організму людини, інші — малоефективними або справляли непостійну дію.
Пріоритет у відкритті антибіотиків належить видатному англійському мікробіологу Александеру Флемінгу. У 1928 р. у фільтраті бульйонної культури зеленого плісеневого гриба Penicillium notatun він виявив антибіотик, який знищував культуру золотистого стафілокока, проти якого були безсилі відомі на той час хімічні препарати. Цей антибіотик назвали пеніциліном за назвою гриба-продуцента. У чистому вигляді цей антибіотик виявився нестійким, тому А. Флемінгу не вдалося виділити його з фільтрату.
Це зробили англійські хіміки Г. Флорі, Е. Чепін і Н. Хітлі у 1940 р. Пеніцилін виявився ефективним у лікуванні менінгіту, сепсису, бешихи, газової гангрени, гнійних ран та інших хвороб (9).
У Радянському Союзі пеніцилін уперше виділили академік З.В. Єрмольєва і Т.І. Балезіна в 1942 р. з плісеневого гриба Penicillium crustosum, що мало велике значення для врятування життя поранених у роки війни.
Промислове виробництво пеніциліну розпочалося в США з 1943 р. під керівництвом Г. Флорі та Н. Хітлі. Вони розробили методи очищення й виділення пеніциліну. Згодом було розшифровано структуру пеніциліну, що відкрило шлях до синтетичного способу виробництва пеніциліну та його похідних. Після відкриття пеніциліну почалася нова ера в розвитку медицини — післяантибіотикова. Висока лікувальна ефективність пеніциліну сприяла активному пошуку нових антибіотиків, який триває й нині. У 1944 р. виділено стрептоміцин, ефективний проти збудника туберкульозу; у 1945 р. — хлортетрациклін, у 1947 р. — хлорамфінекол, які виявилися ефективними проти багатьох грам-позитивних і грамнегативних мікроорганізмів. Кожного року виявляли близько 20 нових антибіотиків і зараз їх нараховується понад 6000. У клінічній практиці використовують 2—3 % антибіотиків, отриманих з природних джерел. Це пояснюється тим, що деякі з них виявилися надто токсичними для макроорганізму або малоефективними. Для удосконалення фармакокінетичної та лікувальної дії природних антибіотиків отримують напівсинтетичні й синтетичні їх аналоги. При цьому "ядро" молекули природного антибіотика зберігають, оскільки воно забезпечує зв'язок антибіотика з мішенню в бактеріальній клітині.
1.2 Джерела добування антибіотиків
Джерелами добування антибіотиків природного походження є плісеневі гриби, актиноміцети, бактерії, а також тканини тварин і рослин. Найактивнішими продуцентами антибіотиків є актиноміцети. З них виділено стрептоміцин, циклосерин, тетрациклін, хлороміцетин, лінкоміцин, ністатин, леворин тощо. З плісеневих грибів виділено пеніцилін, цефалоспорини. Група антибіотиків бактеріального походження має менше практичне значення. До них належать: граміцидин, коліформін, поліміксини. Тканини тварин також містять речовини, які вибірково уражують певні види мікроорганізмів. Це — еритрин (виділяють з еритроцитів різних тварин), екмолін (з луски риби), інтерферони, інтерлейкіни, лізоцим тощо.
Антибіотики, які містяться в рослинах, у 1928 р. відкрив Т.П. Токін (11) і назвав їх фітонцидами. За хімічним складом переважна більшість фітонцидів належить до складних ефірів, тому вони леткі й нестійкі і їх складно виділити в чистому вигляді. До антибіотиків рослинного походження належать: аліцин (часник), іманін (звіробій), хлорофіліпт (листя евкаліпту), рафанін (зерна редиски), хлорелін (хлорелла), уролесан (комбінований рослинний препарат).
При виділенні антибіотиків з мікроорганізмів спочатку шляхом селекції виділяють штами продуцентів антибіотиків, які в сотні разів продуктивніші за "дикі штами". Так, якщо штам Флемінга продукував 2 ОД пеніциліну в 1 мл культуральної рідини, то сучасні штами продукують не менше 10 000 ОД. Оскільки більшість антибіотиків накопичуються в культуральній рідині, то продуценти антибіотиків вирощують протягом 48 год. або кількох діб у 10—50-тонних ферментерах за оптимальних умов для розвитку й розмноження. Після фільтрування культуральної рідини антибіотики виділяють різними методами залежно від їх природи: шляхом екстракції органічними розчинниками або іонообмінними смолами й очищують від домішок.
Антибіотики випускають у стерильних флаконах (порошок або розчин), таблетках, капсулах, а також у вигляді мазі, суспензії.
Біологічну активність перевіряють мікробіологічним методом на тест-культурах мікроорганізмів. Активність пеніциліну перевіряють на тест-культурі S. aureus, більшість антибіотиків — на тест-культурі бацил ґрунту В. subtilis, В. mycoides. Іноді застосовують хімічний метод.
Біологічну активність антибіотиків вимірюють у міліграмах (мг), а також у міжнародних одиницях (ОД — одиниця дії). Для більшості антибіотиків 1 ОД — це 1 мкг чистого препарату, для пеніциліну — 0,6 мкг. 1 ОД пеніциліну — це мінімальна його кількість, яка затримує ріст стандартного штаму стафілокока в 50 мл поживного середовища.
1.3 Значення антибіотиків в медицині
Відкриття пеніциліну й інших антибіотиків привело до революційного перевороту в лікуванні багатьох інфекційних захворювань. Не менше значення антибіотики придбали і для профілактики інфекцій, особливо в хірургії і травматології (при пораненнях, відкритих переломах, опіках і т.д.). Не дивно тому, що хворі часто самі прибігають до лікування антибіотиками, вірячи в їхній "чудодійну" силу. Тут необхідно звернути увагу на те, що жоден антибіотик не діє на "усі хвороби". Наприклад, на хворобі, викликувані вірусами малих розмірів (вірусний грип, поліомієліт, хвороба Боткіна і т.п.), жоден з відомих у даний час антибіотиків скільки-небудь ефективно не діє. Навіть і для лікування бактеріальних захворювань не існує універсального антибіотика, тому що кожен препарат має свій порівняно обмежений спектр дії (12). Тому при всякому захворюванні, що передбачається лікувати антибіотиками, повинен проводитися ретельний мікробіологічний аналіз, що і покаже, який антибіотик з'явиться найбільш активним проти збудника даного захворювання. У результаті багаторічної практики з'ясувалося, що далеко не байдуже, чи будуть антибіотики призначатися хворому цілеспрямовано або ж безсистемно. Для кожного відомого сьогодні антибіотика описані випадки алергійних реакцій, хоча і випадків, що спостерігаються лише в невеликому числі. Якщо в хворого виявляється підвищена чутливість, його не можна лікувати повторно тим же антибіотиком. Хлорамфенікол, наприклад, може викликати поразки кровотворних органів, на щастя, лише в незначному відсотку випадків; однак їхнє число зростає при тривалому застосуванні препарату. Найбільша ж небезпека неправильного застосування антибіотиків полягає в поширенні хвороботворних мікроорганізмів, стійких до даного антибіотика. Якщо дози антибіотика недостатні, то мікроб може придбати стійкість до нього і виживати як при даних, так і при багаторазово збільшених дозах. Стійкість можуть придбати не тільки збудники гострого захворювання, від якого хворого лікують, але і бактерії, що живуть в організмі як сапрофіти, наприклад Escherіchіa colі. Щоб попередити виникнення стійкості, необхідно точно виконувати наступні вимоги (5).
1. Лікувати антибіотиками випливає лише в тих випадках, коли ясно встановлене, що дане інфекційне захворювання викликане саме мікробами, чуттєвими до даного антибіотика, або ж коли затягування вже початого лікування грозить небезпекою.
2. Ніколи не слід зменшувати дози і не збільшувати запропонованих інтервалів між введеннями або прийомами антибіотика.
3. Ніколи передчасно не припиняти вже почате лікування антибіотиком, тобто продовжувати вводити антибіотик протягом декількох днів після спаду температури хворого до норми.
4. Якщо потрібно застосовувати антибіотик местно у великій кількості, то завжди варто вводити цей препарат одночасно у виді ін'єкцій звичайними дозами або перорально (2).
Навпаки, помилковим є досить розповсюджене уявлення про те, що антибіотики в того самого хворого втрачають свою активність, якщо лікування виробляється кілька разів. Якщо внаслідок неправильних доз не виникла стійкість хвороботворних мікробів і якщо в хворого не розвилася підвищена чутливість до антибіотика, то той самий антибіотик може повторно застосовуватися для лікування з таким же успіхом, як і колись.
1.4 Принципи класифікації та застосування антибіотиків
Антибіотики класифікують за такими основними ознаками: за спектром і спрямованістю біологічної дії, хімічним складом та молекулярним механізмом дії на мікробну клітину.
За спектром дії розрізняють антибіотики вузького й широкого спектра дії. Антибіотики вузького спектра дії активні щодо певної групи мікроорганізмів. Бензилпеніцилін, еритроміцин, олеандоміцин активні переважно щодо грампозитивних мікроорганізмів. Монобактамні антибіотики (азтреонам) активні у відношенні грамнегативних мікроорганізмів. Антибіотики широкого спектра дії (цефалоспорини, фторхінолони, карбапенеми) пригнічують ріст і розмноження грампозитивних і грамнегативних типових та нетипових форм бактерій. Найширший спектр дії характерний для п'яти груп антибіотиків: β-лактамні, фторхінолони, аміноглікозиди, тетрацикліни, хлорамфінекол. Антибіотики можуть спричинювати бактерицидну та бактеріостатичну дію на мікроорганізми. До бактерицидних належать пеніциліни, цефалоспорини, фторхінолони, аміноглікозиди; до бактеріостатичних — левоміцетин, тетрацикліни, макроліти (11).
За спрямованістю біологічної дії антибіотики поділяють на чотири основні групи: антибактеріальні, протигрибкові, противірусні, протипухлинні.
Антибактеріальні антибіотики пригнічують ріст і розвиток бактерій. До цієї групи належить більшість відомих антибіотиків.
Протигрибкові антибіотики специфічно пригнічують ріст патогенних грибів. Для лікування захворювань, спричинених дріжджеподібними грибами, використовують ністатин, леворин, для лікування глибоких і генералізованих мікозів, дерматомікозів — гризеофульвін, амфотерицин Б та інші препарати.
Противірусна активність виражена в інтерферонів, інтерлейкінів. Вони порушують розмноження вірусу в чутливій клітині.
Протипухлинні антибіотики пригнічують розмноження клітин злоякісних пухлин. Рубоміцин ефективний у лікуванні хоріонепітеліоми матки й гострих лейкозів, актиноміцин — аденокарциноми нирки, брунеоміцин — лімфогранулематозу, олівоміцин пригнічує швидкометастазуючі пухлини. Вони блокують транскрипцію або порушують синтез ДНК.
За хімічним складом антибіотики належать до органічних сполук. Це можуть бути ациклічні органічні сполуки — полієни (ністатин, амфотерицин Б); ароматичні гетероциклічні сполуки (гризеофульвін); макроліди містять у молекулі макроциклічне лактонне кільце, пов'язане з одним або кількома вуглеводними залишками (еритроміцин, олеандоміцин, лінкоміцин, кла-ритроміцин — клацид, спіраміцин, азитроміцин — сумамед); антрацикліни (рубоміцин); аміноглікозиди, молекули яких складаються із залишків аміноциклітів та вуглеводів (стрептоміцин, неоміцин, канаміцин, мономіцин, гентаміцин); поліпептиди — білки (граміцидин, поліміксин, лізоцим, коліцини); молекули тетрациклінів (окситетрациклін, метациклін, хлортетрациклін та ін.) складаються з чотирьох конденсованих бензольних кілець з різними радикалами; бета-лактамні антибіотики — гетероциклічні сполуки з бета-лактамним кільцем (пеніциліни, цефалоснорини); до нетрадиційних бета-лактамних препаратів відносять карбапенеми, оксапенеми; глікопептидні антибіотики (ванкоміцин, ристоміцин). Останнім часом широко застосовуються фторхінолони — гетероциклічні сполуки, які містять два конденсованих шестичленних кільця — ципробан, ципрофлок-сацин (ципринол), левофлоксацин, моксифлоксацин, норфлоксацин (13).
За молекулярним механізмом дії на мікробну клітину антибіотики поділяють на групи залежно від мішені в бактеріальній клітині:
порушують синтез клітинної стінки бактерій — пеніцилін, ристоміцин, ванкоміцин, новобіоцин; тому вони більш активні щодо молодих клітин, які ростуть, і не діють на клітини, що перебувають у стадії спокою. Порушуючи синтез пептидоглікану, вони сприяють перетворенню нормальної бактеріальної клітини на L-форму. При видаленні антибіотика мікробна клітина, якщо вона не загинула, з L-форми знову перетворюється на нормальну, що призводить до рецидиву (повернення клінічних ознак хвороби) інфекцій;
порушують синтез білків у бактеріальній клітині на рівні 70S рибосом — тетрацикліни, макроліди, левоміцетин;
пригнічують синтез білків у бактеріальній клітині п одночасно порушують трансляцію генетичного коду — аміноглікозиди;
пригнічують синтез нуклеїнових кислот у бактеріальній клітині та клітинах макроорганізму, трансляцію ДНК — актиноміцини; пригнічують реплікацію ДНК — міаміцин; синтез ДНК — брунеоміцин, рубоміцин; інактивують РНК-полімеразу — рифампіцин, ДНК-гірази (фермент, що упорядковує просторову структуру ДНК у бактеріальній клітині) — хінолони;
порушують цілісність цитоплазматичної мембрани — протигрибкові, полієни руйнують вегетативні клітини патогенних грибів, але не діють на їх спори.
Після визначення хімічної структури більшості антибіотиків було зроблено спроби здійснити їх хімічний синтез. Левоміцетин отримують лише хімічним способом — синтетичний антибіотик, а виробництво хімічним синтезом пеніциліну, граміцидину виявилось економічно недоцільним.
Розроблено методи вдосконалення властивостей природних антибіотиків частковою зміною хімічної структури їх. Так було отримано напівсинтетичні антибіотики. Особливо великих успіхів досягнуто в отриманні напівсинтетичних пеніцилінів та цефалоспоринів — найбільш уживаних антибіотиків (21).
Бензилпеніцилін (відомий під назвою пеніцилін) був отриманий шляхом приєднання бензильної групи до ядра молекули природного пеніциліну (6-амінопеніциланової кислоти — 6-АПК). Бензилпеніцилін має сильну хіміотерапевтичну активність, малотоксичний. Недоліком його є вузький спектр дії, чутливість до пеніцилінази (ферменту бактерій, який руйнує його молекулу), втрата активності в кислому й основному середовищі (руйнується в травному тракті). Шляхом заміни бензильної групи на молекулу іншої органічної сполуки отримано сотні напівсинтетичних пеніцилінів. Саме так отримали пеніциліни, стійкі до пеніцилінази, — метицилін, до кислої реакції шлункового соку — оксацилін, амоксил, ампіцилін. Напівсинтетичні пеніциліни — активні до грампозитивних і грамнегативних мікробів, тобто мають широкий спектр дії.
Цефалоспорини продукуються грибами роду Cephalosporium. Основним структурним компонентом його молекули є 7-аміно-цефалоспоринова кислота, яка за структурою схожа на 6-АПК. Базовим препаратом є цефазолін — бактерицидний препарат широкого спектра дії, стійкий до пеніцилінази, але він виявився малоактивним до менінгокока, синьогнійної палички, бактероїдів. Зміною хімічної структури отримано цефалоспорини II, III і IV поколінь.
Цефалоспорини II покоління (цефаклор, цеамандол, цефокситин, цефуроксим) більш активні до грамнегативної мікрофлори, у тому числі й бактероїдів, ешерихій, клебсієл, протеїв, але менш активні до стафілококів та стрептококів.
Цефалоспорини III покоління (цефотаксим, цефоперазон, цефтазидим, цефтриаксон) мають широкий спектр дії на грам-негативні бактерії, зокрема на гемоглобінофільну паличку, нейсерії, ентеробактерії, синьогнійну паличку, збудника бореліозу (спірохету, що спричинює хворобу Лайма) (22).
Цефалоспорини IV покоління (цефепім, цемфіром) більш активні щодо ентеробактерій, псевдомонад (синьогнійної палички), грампозитивних коків.
З антибіотиків слід використовувати препарати, які мають високу вибірковість і активність щодо збудника, через що їх називають етіотропними (від грец. aitia — причина і tropos — спрямування), тобто такими, що діють на причину (збудника) хвороби. Вони повинні бути петоксичними для макроорганізму, зберігати антибактеріальну дію в рідинах, тканинах організму, добре всмоктуватися й розподілятися із організмі, забезпечуючи ефективні концентрації в ньому протягом тривалого часу, зберігати стабільність за звичайних умов зберігання.
Успіхи антибіотикотерапії залежать від чутливості збудника до препарату, ефективного способу його введення, форми патологічного процесу, фази захворювання, стану захисних механізмів організму. Антибіотики, найбільш ефективні при певному виді інфекції, до яких чутлива більшість штамів даного збудника, називаються препаратами першого вибору (першого ряду). Препарати другого ряду (альтернативні, від лат. alter — один із двох) призначають тоді, коли препарати першої групи неефективні, або коли штам виділеного збудника найбільш чутливий саме до них. Антибіотики резерву використовують в особливих випадках, коли антибіотики першого і другого ряду виявляються неефективними, спричинюють багато ускладнень.
До основних принципів раціональної антибіотикотерапії належать:
— виділення та ідентифікація збудника, визначення чутливості його до антибіотиків;
— вибір найбільш активного і найменш токсичного препарату;— визначення оптимальних доз і методів уведення антибіотиків в організм хворого для створення в рідинах і тканинах терапевтичної концентрації;
— своєчасний початок лікування й продовження його до повного закріплення терапевтичного ефекту;
— урахування можливості побічної дії антибіотиків, особливо якщо у хворого є індивідуальні порушення функцій внутрішніх органів (печінки, нирок);
— комбінація антибіотиків між собою або з іншими препаратами для підсилення антибактеріального ефекту (найчастіше використовують комбінації пеніцилінів та аміноглікозидів, тетрациклінів та макролідів, пеніцилінів та сульфаніламідних препаратів) (22).
Тривалість курсу антибіотикотерапії залежить від виду збудника, ефективності обраного препарату, стану макроорганізму. Антибіотики, як правило, швидко виводяться з організму, тому їх потрібно вводити кілька разів на добу. Це ускладнює лікування, особливо при ін'єкційному введенні препарату. Зручніше вводити препарати пролонгованої (від пізньолат. prolongatio — збільшити довжину, тобто подовженої) дії. Так, біцилін-1 уводять 4 або 2 рази на місяць, біцилін-2 — 1 раз на 4—6 діб, біцилін-5 — 1 раз на 3 тиж (дітям до 8 років) або 1 раз на місяць (дітям після 8 років і дорослим).
1.5 Ускладнення антибіотикотерапії. Резистентність мікроорганізмів до антибіотиків, способи її подолання
Використання антибіотиків врятувало життя мільйонів людей. Завдяки їм знизились кількість післяопераційних ускладнень, захворюваність і смертність від інфекцій, підвищилась ефективність лікування інфекційних захворювань, збільшився середній вік людини. Разом з тим антибіотикотерапія та антибіотикопрофілактика може призвести до негативних наслідків (27).
Антибіотики здатні формувати алергійний стан. Як правило, при повторному їх уведенні виникають алергійні реакції різного ступеня вираженості: шкірні висипи, дерматит, риніт, розвиток астматичного стану, кон'юнктивіт, але найбільш небезпечними є набряк Квінке (особливо набряк гортані) та анафілактичний шок, наслідком яких може бути смерть, тому перед застосуванням антибіотика проводять шкірні проби або з'ясовують у хворого, чи проявлялися в нього раніше алергійні реакції на антибіотики.
Вживання антибіотиків широкого спектра дії може призвести до дисбактеріозу. Унаслідок пригнічення нормальної мікрофлори активується умовно-патогенна: стафілококи, протей, клостридії (С. difficile), гриби роду Candida, які виявляються стійкими до цих антибіотиків, тому поряд з антибіотиками призначають протигрибкові препарати й вітаміни.
Токсична дія виникає при тривалому застосуванні препаратів. Вона може проявлятися на загальному стані організму (нудота, блювання, зниження апетиту) або справляти органотропну фармакодинамічну дію. Так, тетрациклін уражує печінку, нирки, спричинює гіповітаміноз, подразнення слизової оболонки травного тракту, порушує розвиток кісток, зубів (його не рекомендують призначати дітям до 14 років); левоміцетин уражує кістковий мозок, що призводить до порушення процесу кровотворення; стрептоміцин, гентаміцин уражують вестибулярний апарат і слуховий нерв; цефалоспорини порушують функцію нирок (нефротоксичні); циклосерин, гризеофульвін, поліміксин уражують периферійні нерви й ЦНС. Деякі антибіотики (тетрацикліни, левоміцетин) спричинюють тератогенну (від грец. teratos — виродок, страховисько) дію, що призводить до патології розвитку плода, тому їх не рекомендують вживати вагітним. Вживання бактерицидних препаратів при інфекційних захворюваннях, зумовлених грамиегативною мікрофлорою, унаслідок масової загибелі бактерій і виділення в організм великої кількості ендотоксинів може призвести до ендотоксинового шоку.
Тривале вживання антибіотиків може спричинити пригнічення імунітету.
До негативних наслідків можуть призвести також індивідуальні відхилення обміну речовин у макроорганізмі, порушення функцій печінки, нирок. Так, при хронічному алкогольному ураженні печінки в крові хворого швидко накопичується надлишок антибіотиків, що призводить до токсичної дії їх на орнанізм (4).
Особливо багато ускладнень спричинюють антибіотики при наявності антибіотикорезистентних штамів мікроорганізмів.
Резистентність (від лат. resisto — опірність) — це здатність мікроорганізмів розмножуватися за наявності терапевтичних концентрацій лікувальних препаратів. Резистентні штами мікроорганізмів стали з`являтися відразу після вживання антибіотиків і з часом їх кількість зростає лавиноподібно. Так, у 40-віроки XX ст. штами стафілококів, резистентні до пеніциліну, становили 2—3 %, у 1955 р. — 60—80 %, наприкінці XX ст. — 90— 98 %. Особливо швидко формується резистентність у типових бактерій, повільніше — у нетипових бактерій та інших груп мікроорганізмів: спірохет, рикетсій, хламідій, мікоплазм, грибів, найпростіших.
Резистентність може бути природна й набута.
Природна (видова) резистентність пов'язана з відсутністю "мішені" або з недосяжністю її внаслідок слабкої проникності клітинної стінки. Вона не залежить від первинного контакту з антибіотиками. Так, мікоплазма нечутлива до пеніциліну через відсутність клітинної стінки; бактерії стійкі до протигрибкових препаратів.
Набута резистентність пов'язана зі змінами в геномі бактеріальної клітини. Можливі два варіанти генетичних змін. Один з них пов'язаний з мутаціями у своїх генах, другий — з проникненням у бактеріальну клітину додаткових генів через плазміди й транспозони. Ці гени називаються r-гени (гени резистентності). Один транспозон передає резистентність до одного антибіотика, а оскільки одна плазміда містить кілька транспозонів, то вона може контролювати резистентність до кількох антибіотиків. Так формуються плазміди множинної резистентності у бактерій (R-плазміди). Мікробних клітин, які отримують гени резистентності й піддаються мутації в одній популяції, порівняно небагато, тому резистентні штами формуються внаслідок селекції. Антибіотик знищує чутливі клітини в популяції мікроорганізмів і сприяє розмноженню клітин-мутантів (15).
Вважають, що фонд генів, які зумовлюють антибіотикорезистентність, знаходиться в клітинах продуцентів антибіотиків і зумовлює самозахист цих продуцентів. При тісному контакті патогенних мікроорганізмів з продуцентами антибіотиків у природних умовах (ґрунті, кишках тварин і людей) іде обмін генетичним матеріалом.
Механізми набутої антибіотикорезистентності складні й різноманітні, але можна виділити кілька основних:
1) руйнування молекули антибіотика. Цей механізм лежить в основі формування резистентності до бета-лактамних антибіотиків (пеніцилінів, цефалоспоринів). Резистентні бактерії утворюють ферменти бета-лактамази (наприклад пеніциліназу);
2) модифікація структури молекули антибіотика. Під впливом мікробних ферментів (фосфатрансфераза тощо) антибіотик перетворюється на неактивну форму. Цей механізм лежить в основі формування резистентності до тетрациклінів, аміноглікозидів, макролідів;
3) зміна структури ''мішені", чутливої до антибіотиків. Унаслідок мутації структури білка рибосом 70S формується резистентність до аміноглікозидів, макролідів; ферменту ДНК-гірази — до хіполонів; РНК-полімерази — до рифампіцину; пеніцилінзв'язувальних білків (транспептидаз) у цитоплазматичній