Устойчивость к противомикробным препаратам

Устойчивость к противомикробным препаратам
Лекарственная
устойчивость
микроорганизмов
способность
микроорганизмов сохранять жизнедеятельность, включая размножение, несмотря
на контакт с химиопрепаратами. Лекарственная устойчивость микроорганизмов широко распространенное явление, препятствующее лечению инфекционных
болезней. Наиболее изучена лекарственная устойчивость бактерий.
Различают
лекарственную
устойчивость,
природно
присущую
микроорганизмам и возникшую в результате мутаций или приобретения
чужеродных генов. Природная лекарственная устойчивость микроорганизмов
обусловлена отсутствием в микробной клетке мишени для химиопрепаратов или
непроницаемостью для них оболочки микробной клетки. Она свойственна, как
правило, всем представителям данного вида (иногда рода) бактерий в отношении
конкретной группы химиопрепаратов. Примерами могут служить устойчивость к
пенициллину микоплазм из-за отсутствия у них клеточной стенки и ферментов ее
синтеза — мишеней для пенициллина, а также устойчивость синегнойной
палочки к эритромицину в связи с неспособностью последнего проникать через ее
оболочку к своим мишеням-рибосомам.
Лекарственная устойчивость микроорганизмов как результат мутаций или
приобретения
чужеродных
генов
представителями
видов,
исходно
чувствительных к конкретным химиопрепаратам, получила распространение
вследствие создаваемого широко применяемыми препаратами селективного фона
для выживания именно устойчивых форм бактерий. Так, частота обнаружения
пенициллиноустойчивых стафилококков в некоторых регионах достигает 80 90%, стрептомициноустойчивых - 60-70%, шигелл, устойчивых к ампициллину, 90%, устойчивых к тетрациклину и стрептомицину - более 50% и т.д.
В зависимости от локализации в хромосоме или плазмиде генов,
обусловливающих устойчивость, принято различать лекарственную устойчивость
микроорганизмов
хромосомного и плазмидного происхождения. Однако
плазмидные гены могут быть включены в хромосому, хромосомные гены обнаруживаться в репликоне плазмиды. Это связано с наличием транспозонов генетических элементов, способных к переходу в клетке из одного репликона в
другой.
Обмен генетическим материалом у бактерий путем конъюгации и трансдукции
способствует быстрому распространению генов устойчивости между штаммами
одного вида (реже рода). Селективный фон, создаваемый рядом постоянно
применяемых антибиотиков, может приводить к включению в плазмиду
нескольких генов устойчивости к различным химиопрепаратам. Благодаря этому
возникают так называемые полирезистентные штаммы бактерий. В плазмидном
репликоне может оказаться одновременно и несколько генов, обусловливающих
устойчивость к одному антимикробному агенту, но за счет разных механизмов.
Гены, с которыми связана устойчивость к определенному антимикробному
агенту, могут иметь в одной клетке и хромосомную, и плазмидную локализацию,
кодируя различные механизмы устойчивости.
Лекарственная устойчивость микроорганизмов нередко носит индуцибельный
характер, т.е. экспрессия генов устойчивости происходит лишь после контакта
клетки с антимикробным агентом. Примером этого являются частые случаи
образования инактивирующего фермента после контакта культуры бактерий с
бета-лактамным антибиотиком.
Лекарственная устойчивость микроорганизмов обусловлена следующими
основными механизмами: ферментативной инактивацией антимикробного агента,
ослаблением его проникновения внутрь клетки возбудителя, изменением
конформации внутриклеточной мишени для антимикробного агента, что
препятствует его взаимодействию с мишенью, образованием повышенного
количества молекул мишени, на которую действует данный антимикробный
агент.
В качестве инактивирующих ферментов известны представители гидролаз —
бета-лактамазы, катализирующие расщепление бета-лактамного кольца у
пенициллинов, цефалоспоринов и других бета-лактамов (монобактамов,
карбапенемов и т.д.), а также эстеразы, воздействующие на эритромицин и
некоторые другие антибиотики близкой к нему структуры. Другая группа
инактивирующих ферментов — трансферазы. К ним принадлежат левомицетин(хлорамфеникол-)-ацетилтрансферазы, аминогликозидацетил, фосфо- или
аденилилтрансферазы и фосфотрансферазы, воздействующие на эритромицин.
Бета-лактамазы
продуцируются
многими
грамположительными
и
грамотрицательными бактериями. Кодируются как хромосомными, так и
плазмидными генами. Существует несколько систем классификации беталактамаз, основанных на их субстратной специфичности, чувствительности к
ингибиторам, величине изоэлектрической точки и других показателях. Деление
бета-лактамаз на пенициллиназы и цефалоспориназы во многом условно. Беталактамазы грамположительных бактерий, как правило, выделяются во внешнюю
среду, грамотрицательных - содержатся в цитоплазматической мембране и
периплазматическом пространстве (под внешней мембраной). В одной клетке
могут присутствовать бета-лактамазы как хромосомного, так и плазмидного
происхождения.
Трансферазы катализируют реакцию замещения функциональной группы
антибиотика остатком уксусной, фосфорной или адениловой кислоты. При
применении аминогликозидных антибиотиков описано замещение аминогрупп
(N-ацеталирование) и гидроксильных групп (О-фосфорилирование и Оаденилирование). Один фермент воздействует, как правило, на одну
функциональную группу. Описано также О-фосфорилирование хлорамфеникола и
эритромицина. Подвергшиеся модификации антибиотики теряют активность.
Трансферазы могут играть защитную роль только в присутствии АТФ (донора
остатка фосфорной или адениловой кислоты) или коэнзима А (донора
ацетильного остатка), поэтому их защитная роль при переходе во внешнюю среду
теряется. В большинстве случаев они из клетки не выделяются.
Проницаемость оболочки бактериальной клетки к химиопрепаратам ослабевает
в результате уменьшения количества белков-поринов и формируемых ими водных
каналов во внешней мембране, через которые диффундируют препараты. Такой
механизм лекарственной устойчивости микроорганизмов может реализоваться по
отношению к бета-лактамам, аминогликозидам, фторхинолонам и др.
Антимикробные агенты с выраженной гидрофобностью (некоторые из
пенициллинов, фторхинолонов, тетрациклины и др.) проникают в клетку через
липидные участки внешней мембраны. Изменения в структуре липидов могут
влиять
на
лекарственную
устойчивость
микроорганизмов.
Через
цитоплазматическую
мембрану
некоторые
антибиотики,
например
аминогликозиды, проникают с помощью энергозависимых специфических
транспортных систем. При отсутствии функционирующих цитохромных систем
электронного транспорта прекращается перенос в клетку аминогликозидов. Этим
объясняется резкое падение активности аминогликозидов в анаэробных условиях
и природная резистентность к ним анаэробов. С изменениями в оболочке клетки
связан
механизм
тетрациклинорезистентности.
За
счет
кодируемых
хромосомными или плазмидными генами мембранных ТЕТ-белков в этом случае,
как правило, происходит быстрое выведение проникших в клетку молекул
тетрациклинов, которые не успевают прореагировать со своей мишенью —
рибосомой.
Устойчивость к антибиотику ванкомицину связана с появлением в
цитоплазматической мембране белков, экранирующих, т.е. делающих
недоступной для него мишень — пептидные цепочки пептидогликана, с
которыми во время сборки этого полимера реагирует ванкомицин. Изменение
конформации мишени нередко наблюдается при устойчивости микроорганизмов к
бета-лактамам,
фторхинолонам и другим химиопрепаратам. Ферменты
биосинтеза пептидогликана клеточной стенки бактерий — транспептадазы и Д1Дкарбоксипептидазы
(так
называемые
пенициллинсвязывающие
белки)
прекращают при изменении конформации связывать бета-лактамы, а ДНК-гираза
(мишень для фторхинолонов) перестает реагировать с этими химиопрепаратами.
Устойчивость к аминогликозидам может быть обусловлена уменьшением их
связывания с рибосомами в результате изменения конформации отдельных
рибосомных белков. Устойчивость к эритромицину на уровне его мишени
(рибосом) обусловлена специфическим метилированием рибосомной РНК в
большой рибосомной субъединице. Это приводит к предотвращению
реагирования эритромицина с рибосомами. Повышенное количество молекул
мишени в клетке и как результат устойчивость к антимикробному агенту
наблюдались при устойчивости к триметоприму, обусловленной усиленным
образованием редуктазы фолиевой кислоты. Селекции и широкому
распространению устойчивых к антибиотикам бактерий способствуют
нерациональное необоснованное применение антибиотиков.
Устойчивость микроорганизмов может быть связана с фазой роста
возбудителей в очаге воспаления, когда их количество достигает 108-109 особей в
1 мл, гомогенизированной пробы исследуемого материала. В этой фазе
прекращается
рост
микробных
клеток,
и
возбудитель
становится
индифферентным или менее чувствительным к ингибирующему влиянию многих
антимикробных препаратов. Известные затруднения в химиотерапии вызывают Lформы бактерий, чувствительность которых отличается от чувствительности
исходных бактерий с нормальной клеточной стенкой. Возбудители могут быть
устойчивыми к антимикробным препаратам в случаях их ассоциаций с
бактериями, инактивирующими эти препараты. На активность антибиотиков
влияют также значение рН среды, степень анаэробиоза, наличие инородных тел,
состояние факторов неспецифической резистентности и иммунитета,
межлекарственный антагонизм.
К выводу о чувствительности или устойчивости микроорганизмов приходят
на основании определения величины зоны подавления их роста на плотной
питательной среде вокруг дисков, пропитанных антимикробными препаратами
(дискодиффузионный метод). Применяют также метод серийных разведений
антимикробных препаратов в плотных и жидких питательных средах. Активность
противовирусных препаратов определяется с помощью методов культивирования
вирусов на культуре клеток куриных эмбрионах или лабораторных животных.
Преодоление лекарственной устойчивости микроорганизмов достигается
различными путями: введением так называемых ударных доз антимикробных
препаратов, способных подавлять рост относительно устойчивых к ним
микроорганизмов, продолжением лечения с использованием достаточно высоких
доз препаратов и соблюдение рекомендованной схемы. Смена антибиотиков,
применяемых в клинике, комбинированная химиотерапия оказываются весьма
эффективными в борьбе с лекарственно-устойчивыми микроорганизмами. Но,
например, при сочетании бактериостатического антибиотика с бактерицидным
(левомицетина с пенициллином) возможен межлекарственный антагонизм,
приводящий к ослаблению антимикробного эффекта. Для защиты бета-лактамных
антибиотиков от бета-лактамаз бактерий используют ингибиторы этих
ферментов — клавулановую кислоту, сульбактам (сульфон пенициллановой
кислоты) и др. Открытие клавулановой кислоты, содержащей бета-лактамное
кольцо и блокирующей ряд бета-лактамаз, стимулировало поиск разнообразных
ингибиторов ферментов (аналогов субстратов), что позволяет значительно
расширить применение антибиотиков, чувствительных к инактивирующим их
ферментам. Ведется также поиск новых природных антибиотиков, химическая
модификация уже известных антибиотиков с целью получения антимикробных
веществ, эффективных против бактерий, устойчивых к уже применяемым
препаратам.
Систематическое выявление лекарственно-устойчивых микроорганизмов и
своевременная информация о циркулирующих в данных регионах фенотипах
лекарственной устойчивости позволяют ориентировать врача на применение
наиболее подходящего по спектру действия препарата и наиболее благоприятных
комбинаций лекарственных препаратов, разумеется с учетом их возможной
несовместимости.
Принципы рациональной антибиотикотерапии:
1. Идентификация возбудителя и изучение его
антибиотикограммы. Все
биологические пробы должны поступить в лабораторию до начала лечения.
Методы выявления возбудителей инфекции подразделяются на прямые и
непрямые:
 прямые: прямое микроскопическое исследование нативных препаратов
(мазков - отпечатков), электронная микроскопия, культуральное
исследование;
 непрямые:
иммуноферментное
исследование,
хромотография,
серологические тесты.
2. Выбор оптимального препарата с учетом:
 фармакокинетики и фармакодинамики препарата;
 особенностей макроорганизма.
Необходимо учитывать фармакокинетический аспект: способность препарата
достичь очага инфекции и создать эффективный уровень концентрации.
Необходимо знать способность проникновения препарата через тканевые
барьеры, а также в полости: брюшную полость и полость плевры; накапливаться
в костной или мышечной ткани, подкожно-жировой клетчатке.
Для выбора препарата с учетом фармакодинамики необходимо знать спектр
действия антибиотика и выбирать препарат с учетом предполагаемого
возбудителя.
3.Введение оптимальных доз препарата с оптимальной частотой. Средняя
терапевтическая концентрация (СТК), как правило, в 2-5 раз должна превышать
минимально подавляющую концентрацию (МПК). МПК – это та концентрация
антибиотика, которая in vitro подавляет рост выделенного штамма возбудителя.
СТК зависит от вида возбудителя, его локализации, тяжести заболевания
Поддержание СТК на определенном уровне обеспечивается кратностью введения
антибиотика в течение суток с учетом периода полувыведения. Путь введения
определяется
биодоступностью
антибиотика,
тяжестью
заболевания,
локализацией патологического процесса.
Для большинства противобактериальных препаратов эффект зависит от уровня
концентрации и времени поддерживания стабильной концентрации в крови.
Уровень препарата в крови не должен существенно колебаться в течение суток.
Для ряда препаратов (аминогликозидов) существует постантибиотический
период. Их эффект зависит не от уровня стабильной концентрации, а пиковой.
Поэтому суточную дозу нужно вводить в один прием, что повышает
терапевтический эффект и снижает нефротоксичность.
4. Устранение причин, препятствующих эффективной антибиотикотерапии
(дренирование локального очага инфекции, удаление инородного тела).
5. Продолжительность лечения до достижения очевидного выздоровления, и еще
3 суток во избежание рецидива инфекции.
6. Проведение фармакокинетического мониторинга за уровнем концентрации
препарата в крови или в очаге микробного воспаления, что позволяет проводить
коррекцию схем лечения, увеличить эффект и снизить вероятность побочных
эффектов. Это особенно важно в условиях нарушения распределения
антибиотиков в организме, например при почечной или
печеночной
недостаточности.
7. Проведение микробиологического контроля за лечением (ранний контроль – 34 день антибиотикотерапии).
8.Антибиотикотерапию проводить предпочтительно одним препаратом
(монотерапия).