Wykład VI, 30.03.2012

TEMAT: MECHANIZMY LEKOOPORNOŚCI, ANTYBIOTYKOTERAPIA EMPIRYCZNA, A EFEKT TERAPEUTYCZNY

Chemioterapeutyki (antybiotyki + związki syntetyczne) przeciwbakteryjne posiadają zróżnicowanie struktury charakteryzujące się różnymi mechanizmami działania bakteriobójczego lub/i bakteriostatycznego oraz różnią aktywność w stosunku do komórek bakteryjnych.

Różnice dotyczą spektrum przeciwbakteryjnego działania ich aktywności w warunkach in vitro, zazwyczaj mierzonej wartościami najmniejszych stężeń hamujących wzrost (MIC w mg/l) (MIC 50 i/lub MIC90; 505 lub 90% szczepów hamowanych przez określone stężenie) lub najmniejszych stężeń bakteriobójczych związku (MCB w mg/l)

Skuteczne działanie antybiotyków in vivo może być obserwowane przy stężeniach niższych niż wartości MIC, tzw. sub. MIC (1/2, ¼ lub mniejsze); takie niskie stężenia osiągane w tkankach mogą być przyczyną korzystnych interakcji z udziałem mechanizmów odpornościowych organizmu ( np. hamowanie adhezji bakterii do powierzchni wszczepów)

W przypadku wielu antybiotyków istnieje dość ścisły związek pomiędzy skutecznością terapeutyczną i układem odpornościowym; dotyczy to szczególnie takich antybiotyków, które osiągają znacznie wyższe stężenia w komórkach niż płynach pozakomórkowych i w surowicy (np. makrolidy, linkosamidy, chinolony)

Chemioterapeutyki przeciwbakteryjnie różnią się:

• Właściwościami farmakokinetycznymi

• Dostępnością biologiczną

• Dogodnością stosowania (droga podania, liczba dawek, właściwości smakowe i inne)

• Kosztami antybiotykoterapii

• Czasem trwania antybiotykoterapii

Chemioterapeutyki różnią pod względem mechanizmów nabywania przez bakterie oporności. Do mechanizmów oporności na antybiotyki należą:

• Zmiany mutacyjne genów właściwych, które wcześniej nie były odpowiedzialne za oporność, lub genów, które odpowiadały za oporność na inne antybiotyki

• Zmiany ekspresji informacji genetycznej na poziomi transkrypcji lub translacji

• Ułatwienie horyzontalnego przekazywania genów pomiędzy odległymi filogenetycznie grupami bakterii

• Synteza nowych układów białkowych

Oporność wrodzona (intrinsic) czyli niewrażliwość (insensitivity)

• Stwierdza się u wszystkich gatunków i rodzajów bakterii. Jest to oporność pewnych bakterii na niektóre grupy antybiotyków, która jest ich stałą wrodzoną cechą. Jest to pojęcie względne, ponieważ dla wielu antybiotyków wartość MIC mają odniesienie do wartości stężeń osiąganych w surowicy krwi. Sytuacja lokalna (np. przewód pokarmowy) może różnić się, a osiągane stężenia mogą wielokrotnie przekraczać MIC szczepów bakteryjnych z wrodzoną opornością

• Zależy od obecności chromosomalnych genów swoistych dla gatunku

Oporność wrodzona sprzyja rozprzestrzenianiu się niektórych „nowych” bakterii chorobotwórczych niewrażliwych na niektóre antybiotyki. Dochodzi do adaptacji w środowiskach, gdzie często stosuje się antybiotyki (OIOM, oddziały dla oparzonych, transplantacyjne i inne.) bakterii o niskiej patogenności np. Leuconostoc spp. Enterococcus gallinarum, ziarniaki i pałeczki Gram-dodatnie (np. Lactobacillus, Nocardia) naturalnie niewrażliwych na glikopeptydy. OPORNOŚĆ NA ANTYBIOTYKI JEST WAŻNIESZYM CZYNNIKIEM OD ZJADLIWOŚCI SPRZYJAĄCYM ROZPRZESTRZENIU SIĘ BAKTERII O WOCYH NISZACH EKOLOGICZNYCH.

Oporność nabyta
Może być wynikiem mutacji np.; oporność krzyżowa na chinolony (mutacja genu gry A) lub na cefalosporyny (mutacja genu bla TEM). Może narastać etapowo – np.: wielolekooporne szczepy Mycobacterium tuberculosis. MUTACJE SA PRZYCZYNĄ NABUWANIA OPORNOŚCI U GATUNKÓW BAKTERII, KTÓRE W WARUNKACH NATURALNYCH NIE WYMIENIAJĄ MIĘDZY SOBĄ DNA. Mutacje mogą być przyczyną wzrostu zależnego od obecności antybiotyku w podłożu (np.:wankomycynozależne enterokoki)

Wybór przez lekarza antybiotyku powinien wynikać z:

• Występowania zróżnicowanego stopnia wrażliwości na określone antybiotyki szczepów bakteryjnych należących do tego samego gatunku (oporność wordzona) lub szczepów należących do tego samego gatunku, ale pochodzących od pacjentów leczonych w szpitalnych (oporność nabyta), bądź poza szpitalem. Szczepy tych samych gatunków od pacjentów szpitalnych z reguły są oporne na te same antybiotyki, w porównaniu ze szczepami izolowanymi od pacjentów poszpitalnych. Występowanie różnic w częstości oporności na te same antybiotyki wśród szczepów różnych gatunków (rodzajów) w zależności od kraju, regionu, środowiska, populacji itd. Obserwowanej w ostatniej dekadzie zmianie czynników etiologicznych w zakażeniach bakteryjnych, zwłaszcza nabywanych przez pacjentów hospitalizowanych (pojawienie się „nowych” czynników, powrót zakażeń w nowych często inwazyjnych postaciach klinicznych np. wywoływanych przez paciorkowce ropotwórcze Streptococcus pyogenes)

Badanie bakteriologiczne powinny wyprzedzać wybór chemioterapeutyku; dotyczy to zarówno ANTYBIOTYKOTERAPII CELOWEJ jak i EMPIRYCZNEJ. W sytuacji, kiedy lekarz nie może zbyt długo oczekiwać na wynik badania bakteriologicznego powinien skorzystać z wyboru empirycznego chemioterapeutyku do leczenia. Dotyczy do szczególnie zakażeń szpitalnych, ale również zakażeń pozaszpitalnych.

Chemioterapia empiryczna

• Zakłada wybór właściwego antybiotyku do terapii zakażeń bakteryjnych bez oczekiwania na wynik badania bakteriologicznego

Antybiotykoterapia empiryczna powinna opierać się na:

• Zasadach racjonalnej selekcji antybiotyków tj. znajomości historii chorób, spektrum działania leków, farmakokinetyki, dostępności biologicznej, efektów niepożądanych i itd.

• Informacjach z badań epidemiologicznych, podejmowanych okresowo w różnych populacjach

• Znajomości czynników etiologicznych zakażeń i ich wrażliwości na antybiotyki

• Błędna jest ocena wartości antybiotyku na podstawie piśmiennictwa, reklam itd.

Racjonalny wybór antybiotyków do chemioterapii empirycznej powinien uwzględniać:

• Ograniczenia stosowania antybiotyków oraz uszeregowania ich wg. odpowiedniej kolejności biorąc pod uwagę ich przypuszczalną aktywność wobec bakterii w warunkach in vivo

• Stan pacjenta

• Dogodność stosowania (droga, dawka, czas i itd.)

• Leki pierwszego rzutu i alternatywne (tzw. polityka antybiotykowa)

• Ograniczenie liczby stosowanych antybiotyków w ogóle, ograniczenia dla określonych oddziałów, zakażeń pozaszpitalnych itd.

Terapia skojarzona:

• Jako leczenie pierwszego rzutu dotyczy często pacjentów z zakażeniami szpitalnymi

• Ma na celu poszerzenie spektrum potencjalnych czynników zakażenia

• Uzyskanie efektów synergistycznych (spotęgowany efekt działania dwóch związków)

• Opóźnienie rozwoju bakteryjnej oporności

• Zmniejszenie dawek leków o znanych efektach niepożądanego działania

• Wybór antybiotyków do monoterapii lub terapii skojarzonej, wielkość i liczba dawek może pozostawać w związku z występowaniem lub brakiem PAE

W każdym przypadku (monoterapia, terapia skojarzona, lek I rzutu itd.) rozpoczęta terapia empiryczna może być modyfikowana wg potrzeb ma podstawie wyników badań, ale wykonywanych przed leczeniem.. Wdrożenie antybiotykoterapii empirycznej nie zwalnia lekarza z wykonania badań bakteriologicznych, identyfikacji czynników zakażających i oceny ich wrażliwości.

KOŃCOWY EFEKT LECZENIA POWINIEN BYĆ SUMĄ OCENY KLINICZNEJ (ustąpienie objawów chorobowych lub poprawa stanu) I BAKTERIOLOGICZNEJ (eliminacja czynnika etiologicznego)

Badania kontrolne po leczeniu antybiotykiem wykonujemy po upływie min. 14 dni po ostatniej dawce antybiotyku! W innym przypadku wynik niewiarygodny.

Badanie kontrolne po stosowaniu szczepionce przeciwbakteryjnej wykonujemy miesiąc po ostatniej dawce!

Nabycie oporności bakteryjnej

Oporności pierwotna bakterii odnosi się do cech strukturalnych komórek (np. przepuszczalność bakteryjnej ściany komórkowej) i jest determinowana przez geny chromosomalne. Np. wszystkie szczepy pałeczki ropy błękitnej Pseudomonas aeruginosa są oporna na większość antybiotyków, ponieważ złożona ściana komórkowa tego gatunku ogranicza penetrację leków przeciwbakteryjnych.

Oporność mutacyjna

• Wynika z mutacji chromosomalnej, czyniąc bakterię niezdolną do interakcji z lekiem przeciwbakteryjnym.

• Oporność na streptomycynę prątków gruźlicy i paciorkowców kałowych Streptococcus faecalis – zmiana swoistego białka należącego do podjednostki 30S rybosomu)

• Wielolekooporność – mutacja białek porynowych, zaburzenia transportu antybiotyków do komórek (oporność P.aeruginosa na aminoglikozydy)

• Oporność na penicyliny Streptococcus pneumoniae - mutacje białek wiążących penicylinę (PBP – proteins binding proteins)

• Oporność na ryfampicynę M.tuberculosis i Neisseria meningitidis – mutacja polimerazy RNA zależnej od DNA

• Oporność na chinolony szczepów Escherichia coli – zmieniona gyraza DNA

• Oporność na sulfonamidy lub trymetoprim wielu szczepów – zmienione enzymy docelowe

Nabywanie genów oporności

• Plazmidy oporności (R)

• Kodują syntezę enzymu inaktywującego lub modyfikującego lek

• Są zwykle przekazywane drogą koniugacji

Nabywanie „nowych” genów chromosomalnych:

• mec A – gen kodujący PBP – wszystkie szczepy MRSA (niewielki powinowactwo do antybiotyków beta-laktamowych)

Enzymatyczna inaktywacji leków przeciwbakteryjnych

• Bakterie mogą wytwarzać swoiste enzymy, które inaktywują lub modyfikują lek przed lub po jego przedostaniu się do komórki bakteryjnej

• Beta-laktamazy hydrolizują pierścień beta-laktamowy penicylin G i wielu półsyntetycznych penicylin (u bakterii Gram-dodatnich enzym ten jest uwalniany z komórki, u Gram-ujemnych zewnętrzna warstwa ściany komórkowej opóźnia wnikanie antybiotyków do komórki, a enzym pozostaje w przestrzeni okołoplazmatycznej)

• Acetylotransferazy, fosforylazy i nukleotydazy modyfikują aminoglikozydy (brak zdolności do wiązania się z docelowym rybosomem)

Modyfikacja przepuszczalność ściany komórkowej

Ściana komórkowa bakterii Gram-dodatnich nie jest barierą. Ściana komórkowa bakterii Gram-ujemnych stanowi barierę dla wielu antybiotyków – szczególnie tych, które działają na wewnątrzcytoplazmatyczne cząsteczki docelowe i hydrofilne (np.tetracykliny, aminoglikozydy, erytromycyna, klindamycyna i sulfonamidy).

Modyfikacja przepuszczalności ściany komórkowe

1. PORYNY – swoiste białka błony zewnętrznej u G(-)

2. LIPOPOLISACHARYD(LPS)

3. BIAŁKA TRANSPORTU BŁONOWEFGO – oporność na tetracykliny

4. TRANSPORT ELEKTRONÓW – oporność na aminoglikozydy

Inne mechanizmy oporności bakteryjnej

• ZMIANA CZĄSTECZKI DOCELOWEJ – np. PBP – zmniejszenie powinowactwa do antybiotyku

• ROZWÓJ SZLAKÓW ALTERNATYWNYCH

• AKTYWNE USUWANIE ANTYBIOTYKU Z KOMÓRKI

• POWSATWANIE TOELRANCJI – tolerancja antybiotyków bakteriostatycznych

Kliniczne postacie zakażeń szpitalnych i ich częstość występowania

• Zakażenia dróg moczowych 20-30->40%

• Zakażenia dróg oddechowych (głownie zapalenia płuc) >15->50-80%

• Zakażenia chirurgiczne (zakażenia ran pooperacyjnych <5-7>15%

• Zakażenie krwi (bakteriemia, fungemie, posocznice >10-<30%

• ŁĄCZNIE >50->80%

Inne postaci >20-<40%

• Zakażenia oparzonej powierzchni ciała

• Ropne zapalenie skóry i/lub spojówek

• Zapalenie opon mózgowo-rdzeniowych i/lub mózgu

• Ropne zapalenie sutków (położnice)

• Zakażenia przewodu pokarmowego i zatrucia pokarmowe

• Zapalenie kości i szpiku, stawów

• Zapalenie otrzewnej

• Zapalenie wsierdzia

• Zakrzepowe zapalenie żył

• Zakażenia ginekologiczne i okołoporodowe

• WZW, inne wirusowe

Fenotypowe cechy bakteryjnych szczepów szpitalnych

• Oporność na chemioterapeutyki rutynowo stosowane w szpitalu

• Oporność na liczne środki dezynfekcyjne stosowane w szpitalu

• Oporność na sole metali ciężkich (rtęć, kadm) (S.aureus, P.aeruginosa)

• Charakterystyczne postacie bakteriofagowe (S.aureus, P.aeruginosa, Klebsiella pneumoniae )

• Charakterystyczne grupy serologiczne (P.aeruginosa, S.aureus, E.coli)

• Częstsza zdolność do wytwarzania niektórych toksyn

• Zdolność do wytwarzania bakteriocyn i/lub charakterystyczne typy bakteriocynowe (S.aureus, E.coli, P.aeruginosa, K.pneumoniae)

• Brak zdolności do wytwarzania charakterystycznych barwników (Serratia marcescens, P.aeruginosa)

• Właściwości adhezyjne uzależnione od obecności fimbrii lub innych struktur oraz substancji powierzchniowych komórki bakteryjne

• Wytwarzanie sideroforów zdolnych do wychwytywania żelaza z tranfserrytyny

• Większa oporność na aktywność dopełniacza i fagocytozę

Gronkowce oporne na metycylinę

• MRSA (methicillin – resistans Staphylococcus aureus) - metycylinooporne gronkowców złocistych

• MRSE (methicillin – resistans Staphylococcus epidermidis) - metycylinooporne gronkowców skórnych

• MRCNS (methicillin – resistans coagulase – negative staphylococci) koagulazoujmne gronkowców

• MGRSA szczepy oporne na metycylinę i gentamycynę

TEMAT: LEKOOPORNOŚĆ

• Okrycie przez Flaminga w 1928 penicyliny – antybiotyku wytwarzanego przez pleśnie z rodzaju Penicillinum rozpoczęło nową erę w terapii zakażeń bakteryjnych

• Od lat 40-dziestych tj. od czasu wprowadzenia po raz pierwszy do leczenia Penicyliny G datuje się rzeczywisty rozwój antybiotykoterapii.

• Dekada lat 40-dziestych i 50+dziesiątych przyniosła odkrycia nowych grup antybiotyków polipeptydowych – Bacytracyny i Polimyksyny, cafalosporyn, antybiotyków aminoglikozydowych – Streptomycyny, jak również tetracyklin i chloramfenikolu. Do powszechnego stosowania weszły również makrolidy, ryfampicyna i wiele, wiele innych.

• Odkrycie w latach 60-dziesiątych kwasu aminopenicylanowego i aminocefalosporynowego pozwoliło na uzyskanie pierwszych antybiotyków półsyntetycznych z grupy penicylin –Ampicyliny, Metycilny oraz cefalosporyn – Cefalotyny. To dało początek półsyntetycznym pochodnym również innych grup antybiotyków np. aminoglikozydowych – Amikacyny, Netylmycyny.

Definicja: Antybiotyk, a lek przeciwbakteryjny

• Antybiotyk – substancja wytwarzana przez drobnoustroje, której niewielkie ilości mogą hamować rozwój innych drobnoustrojów; określenie używane do związków pochodzących bezpośrednio od drobnoustrojów

• Lek przeciwbakteryjny –związek naturalny, syntetyczny lub półsyntetyczne przydatny klinicznie w leczeniu zakażeń bakteryjnych.

Podział leków p/bakteryjnych/antybiotyków

1. Leki bakteriostatyczne i bakteriobójcze

• Lek bakteriostatyczny – hamuje wzrost bakterii np. sulfonamidy

• Lek bakteriobójczy – zabija bakterie, zmniejsza liczbę żywych bakterii w hodowli; leki bakteriobójcze zabijają jedynie rosnące bakterie.

1. Leki o wąskim spektrum działania i o szerokim spektrum działania

• Leki p/bakteryjne o wąskim spektrum działania – szczególnie aktywne w stosunku: 1/do bakterii Gram(+) lub 2/do bakterii Gram(-)

• Leki p/bakteryjne o szerokim spektrum działania – aktywne w stosunku zarówno do bakterii Gram(+) jak i Gram(-)

1. Podział na podstawie ich mechanizmu działania

• Leki bakteryjne hamujące syntezę ściany komórkowej

• Beta-laktamowe leki p/bakteryjne

• Inne inhibitory syntezy ściany komórkowej bakterii

• Leki p/bakteryjne hamujące syntezę nukleotydów

• Sulfonamidy

• Leki p/bakteryjne hamujące syntezę kasy nukleinowego

• Inhibitory syntezy DNA

• Inhibitory syntezy RNA

• Leki p/bakteryjne hamujące syntezę białek

• Inhibitory jednostki rybosomalnej 30S

• Inhibitory jednostki rybosomalnej 50S

Leki p/bakteryjne hamujące syntezę ściany komórkowej

1. Beta-laktamowe leki p/bakteryjne – działają bakteriobójczo

• Klasyczne antybiotyki beta-laktamowe: penicyliny, cefalosporyny

• Nieklasyczne antybiotyki beta-laktamowe: karbapenemy, monobaktamy, oksapenemy

Mechanizm działania – miejscami docelowymi działania penicylin na bakterie są białka wiążące penicykiny = PBP

• Wiążą i unieczynnają transpeptydazę oraz karboksypeptydazę => i tym samym hamują syntezę ściany komórkowej bakterii tj. krzyżowe wiązanie peptydoglikanu

• Aktywują enzymy autolityczne (autolizyny) – które biorą udział w prawidłowym przetwarzaniu materiału budulcowego ściany komórkowej bakterii i rozdzieleniu komórek po podziale.

1. Inne inhibitory syntezy ściany komórkowej bakterii

• Antybiotyki glikopeptydowe – Wankomycyna oraz Teikoplanina. Glikopeptydy wykazują aktywność tylko wobec bakterii Gram(+) – zwłaszcza gronkowców WRSA, MRCNS, paciorkowców, w tym także S.pneumoniae i pałeczek Gram(+)

• Bacytracyna

• Cykloseryna

Leki p/bakteryjne hamujące syntezę nukleotydów = hamujące syntezę puryn i pirymidyn

1. Sulfonamidy – syntetyczne leki p/bakteryjne np. Sulfametoksazol

2. Trimetoprim

3. Sulfametaksazol – Trimetorpim, czyli Kotrimoksazol (np.Biseptol, Bactrim)

Mechanizm działania: hamujące syntezę puryn i pirymidyn (poprzez hamowanie syntezy kwasu foliowego)

Leki p/bakteryjne hamujące syntezę kwasu nukleinowego

1. Inhibitory syntezy DNA

• Chinolony

Mechanizm działania: zaburzają syntezę DNA poprzez hamowanie gyrazy DNA

• Stare chinolony – np. kwas nalidyksynowy

• Fluorochinolony tzw. nowe chinolony – Ofloksacyna, Norfloksacyna, Ciprofloksacyna

• Nitroimidazole np. Metronidazol – skuteczne wobec bezwzględnych beztlenowców

• Nowobiocyna

1. Inhibitory syntezy RNA = transkrypcji RNA np. Ryfampicyna

Leki p/bakteryjne hamujące syntezę białek

1. Inhibitory jednostki rybosomalnej 30S

1. Aminoglikozydy

Aminoglikozydy działają bakteriobójcze; maja szeroki zakres działania

Mechanizm działania: aminoglikozydy hamują syntezę białek – głównie poprzez nieodwracalne wiązanie się z podjednostką 30S rybosomu bakteryjnego -> bakterie staja się niezdolne do syntezy białek

• Streptomycyna

• Neomycyna

• Nowe aminoglikozydy: Gentamycyna, Tobramycyna, Amikacyna, Netylmycyna

1. Tetracykliny – to antybiotyki bakteriostatyczne; o szerokim spektrum działania

Mechanizm działania: hamują syntezę białek -> wiążą się z jednostką 30S rybosomu bakteryjnego -> i hamują wydłużanie peptydów

Preparaty:

• Krótko działające tatracykliny – Tetracyklina, Oksytetracyklina

• Długo działające tetracykliny – Doksycyklina, Minocyklina

2. Inhibitory jednostki rybosomalnej 50S

1. Chloramfenikol

2. Antybiotyki makrolidowe: Erytromycyna, Klarytromycyna, Azytromycyna

3. Linkozamidy – np. Linkomycyna oraz Klindamycyna

Mechanizm działania: wiąże się z jednostką 50S rybosomu -> i powodują przedwczesne zakończenie tworzenia łańcucha peptydowego.

Określanie wrażliwości na antybiotyki

Pozwala na wybór najlepszego antybiotyku tj.

• O najwęższym zakresie działania

• O największej skuteczności, sile działania na wyizolowany szczep bakteryjny

• Minimalne stężenie hamujące = MIC – najniższe stężenie antybiotyku pozwalające na zahamowanie wzrostu danego drobnoustroju

• Minimalne stężenie bakteriobójcze = MBC – najniższe, najmniejsze stężenie antybiotyku działające bakteriobójczo

Metody oznaczania wrażliwości bakterii na chemioterapeutyki

• Metody oznaczania MIC

1. Metoda rozcieńczeń – metoda rozcieńczeń w podłożach płynnych (metoda rozcieńczeń probówkowych) oraz w podłożu stałym

2. Metoda dyfuzji krążkowej na agarze = technika Kirby’ego i Bauera = metoda płytkowo-dyfuzyjna

• Test na obecność beta-laktamazy

Technika: hodowlę drobnoustroju nakłada się na krążek nasycony barwną cefalosporyną = nitrocefina; jeżeli beta-laktamaza => hydrolizuje nitrocefine i następuje zmiana barwy z białej na różowo-czerwoną

Na przestrzeni lat bakterie wykształciły cały szereg mechanizmów odpowiedzialnych za ich oporność na antybiotyki = cały szereg mechanizmów odpowiedzialnych za nabywanie oporności na antybiotyki. Można powiedzieć, że bakterie potrafią unikać działania antybiotyku – (podobnie jak „unika” działania mechanizmów odpornościowych gospodarza)

NABYWANIE GENÓW OPORNOŚCI najczęściej za pomocą plazmidów. Plazmidy oporności tzw. plazmidy R – zawierają jeden lub więcej genów dominujących, które kodują syntezę enzymu inaktywującego lub modyfikującego lek p/bakteryjny. Bakterie przekazują sobie nawzajem plazmidy R na drodze koniugacji.

TEMAT: LECZENIE ZAKAŻEŃ BAKTERYJNYCH – ZAGADNIENIA OGÓLNE

Ogólny podział preparatów stosowanych w zakażeniach