Антибиотики или антибактериальные препараты - противомикробные вещества, использующиеся для лечения или профилактики бактериальных инфекций.1) Они способны подавлять рост бактерий или убивать их. Ряд антибиотиков также эффективен при лечении грибка, а некоторые токсичны для людей и животных даже в лекарственных дозах. Антибиотики бесполезны при борьбе с вирусами, такими как ОРЗ или грипп, и могут быть опасны, если их принимать неправильно. Антибиотики произвели революцию в медицине в XX веке, наряду с вакцинацией они привели к устранению в развивающихся странах таких заболеваний, как туберкулез. Высокая эффективность и доступность привели к чрезмерному использованию антибиотиков в повседневной жизни, что, в свою очередь, вызвало развитие резистентности у бактерий к препаратам. Это стало причиной распространенных проблем с устойчивостью к противомикробным препаратам и антибиотикам. Всемирная организация здравоохранения классифицирует устойчивость к противомикробным препаратам как «серьезную угрозу».2) Период антибактериальной химиотерапии начался с открытия сальварсана, который был впервые синтезирован Альфредом Бертеем и Полом Эрлихом в 1907, для лечения сифилиса.3) Первый систематически активный антибиотик, пронтосил, был открыт в 1933 Герхардом Домагком,4) за это открытие он получил Нобелевскую премию в 1939 году. Иногда термин «антибиотик» используется для обозначения любого вещества, использующегося для борьбы с микробами, то есть как синоним противомикробным препаратам. Некоторые источники разграничивают эти понятия, так как противомикробные вещества используют не только в медицине, но и для приготовления мыла и очищающих веществ.5) В этой статье термины «антибиотики» и «противомикробные» или «антибактериальные» вещества используются как синонимы, согласно распространенной дефиниции «антибиотик - вещество, действие которого направлено против микробов».
1. Лечение:
2. Предотвращение инфекций
Успешный результат антибактериальной терапии зависит от нескольких факторов, например, иммунологические защитные механизмы, область инфекции, фармакокинетические и фармакодинамические свойства антибактериальных веществ.6) Бактерицидная активность антибактериальных препаратов может зависеть от фазы роста бактерий. Открытия основаны на лабораторных исследованиях, которые также показали, что вещества также устраняют бактериальные инфекции.7) Так как активность антибактериальных веществ чаще всего зависит от концентрации, характеристика in vitro обычно включает минимальную ингибирующую концентрацию и минимальную бактерицидную концентрацию антибактериального вещества.8) Для прогнозирования клинического исхода, противомикробную активность обычно сочетают с фармакокинетическим профилем, а некоторые фармакологические параметры используют в качестве маркеров эффективности лекарственного средства.
Антибиотики обычно классифицируют в зависимости от механизма действия, химической структуры или спектра активности. Действие антибактериальных препаратов обычно направлено на функцию бактерий или их рост. Антибиотики, которые воздействуют на стенки бактерий (пенициллины и цефалоспорины), на мембрану клеток (полимиксины) или взаимодействуют с естественными ферментами бактерий (рифамицин, липиармицин, хинолон и сульфонамид), обладают бактерицидным действием. Те, что влияют на синтез белка (макролиды, тетрациклины и линкозамиды), обладают бактериостатическим действием (за исключением бактерицидных аминогликозидов). Дальнейшая классификация зависит от определенных бактерий. Спустя 40 лет после обнаружения новых классов антибактериальных веществ были открыты новые: циклические липопептиды (таких, как даптомицин), глицилциклины (такие как тигециклин), оксазолидиноны (например, линезолид) и липиармицины (такие как фидаксомицин).9)
С развитием медицинской химии, большинство современных антибактериальных препаратов являются полусинтетическими модификациями натуральных компонентов.10) Среди них можно выделить бета-лактамные антибиотики, которые включают пенициллин (производится грибком семейства Penicillium), цефалоспорин и карбапенемы. Соединения, изолированные из живых организмов, называются аминогликозиды, а другие антибактериальные вещества - например, сульфонамиды, хинолоны, и оксазолидиноны - создаются посредством химического синтеза. Поэтому антибактериальные вещества классифицируют по способу производства на натуральные и синтетические. Другая классификация основана на биологической активности. Согласно этой классификации, антибактериальные вещества делятся на две большие группы в зависимости от их биологического воздействия на микроорганизмы: бактерицидные вещества убивают бактерии, а бактериостатические вещества замедляют или приостанавливают рост бактерий. Многие антибактериальные соединения сравнительно малы по размеру, их молекулярная масса составляет менее 2000 атомных единиц массы. Начиная с первых попыток Флори и Чейна в 1939 г. создать антибиотики, их важность в медицинской сфере привела к интенсивным исследованиям, направленным на производство антибактериальных веществ в крупных масштабах. Производство активных соединений осуществляется с помощью ферментации, чаще всего в аэробных условиях.
Чаще всего антибиотики принимают перорально, тогда как внутривенно их могут использовать в более серьезных случаях, таких как глубокая общая инфекция. Антибиотики также могут использоваться в форме каплей (глазные капли) или лечебных мазей. Местнодействующие средства:
Местнодействующие препараты, действующие как комедолиты:
Перед утверждением, антибиотики изучали на предмет негативного влияния на человека и других млекопитающих, в большинстве случаев антибиотики безопасны и хорошо переносятся. Однако некоторые антибиотики имеют побочные эффекты.11) Побочные эффекты варьируются от легких до серьезных в зависимости от антибиотика, бактерий и индивидуальных характеристик пациента. Показатели безопасности новых препаратов обычно не так хорошо выявлены, как показатели давно известных препаратов. Побочные эффекты варьируются от жара и тошноты до серьезных аллергических реакций, включая фотодерматит и анафилаксию. Наиболее распространенные побочные эффекты – диарея, вызванная нарушением видового состава кишечной флоры, что приводит к избыточному росту патологической бактерии, например, Clostridium difficile.12) Антибактериальные вещества также могут оказать воздействие на микрофлору влагалища, что может привести к чрезмерному росту грибка рода Candida в вульвовагинальной области. Побочные эффекты также могут проявиться при взаимодействии с другими препаратами. Так, есть повышенный риск повреждения сухожилий при приеме хинолонов с кортикостероидами. Ряд ученых выдвигают гипотезу о том, что беспорядочное использование антибиотиков способствует изменению микрофлоры, что связано с хроническими заболеваниями.
Большинство исследований показывают, что антибиотики не влияют на действие противозачаточных таблеток.13) Процент отказа от противозачаточных средств, вызванный приемом антибиотиков, очень низок (около 1%). Случаи, когда предполагалось, что антибактериальные вещества влияют на действие противозачаточных средств (например, рифампицин), можно оправдать повышением активности ферментов печени, которые вызывают распад активных веществ таблеток. Гипотезы о том, что антибиотики влияют на микрофлору кишечника, что может привести к снижению абсорбции эстрогенов в толстой кишке, достаточно спорны и не имеют убедительных доказательств. Врачи рекомендуют принять особые меры при приеме антибиотиков из-за возможного взаимодействия с оральными контрацептивами.14)
Взаимодействие алкоголя с определенными антибиотиками может вызвать побочные эффекты и снизить эффективность действия препарата.15) Разумно избегать употребления алкоголя при приеме лекарств. Но вероятность того, что употребление алкоголя в умеренном количестве вызовет проблемы при приеме антибиотиков, достаточно мала. Однако существуют специфические антибиотики, при использовании которых следует исключить алкоголь во избежание побочных эффектов. Таким образом, потенциальное возникновение риска и эффективность зависят от типа антибиотика. Несмотря на отсутствие противопоказаний, широко распространенно мнение о несовместимости алкоголя и антибиотиков. Такие антибиотики, как метронидазол, тинидазол, цефамандол, латамоксеф, цефоперазон, цефменоксим и фуразолидон, вызывают дисульфирамоподобную реакцию с алкоголем, что может привести к тошноте, рвоте и затрудненному дыханию. Помимо прочего, употребление алкоголя с антибиотиками влияет на активность ферментов печени, которые перерабатывают антибиотик.16) Также уровень доксициклина и эритромицин сукцината (два бактериостатика) в крови может быть снижен из-за употребления алкоголя, что снижает эффективность действия и фармакотерапевтический эффект лекарства.
Резистентность бактерий к антибиотикам – явление достаточно частое. Резистентность отражает эволюционный процесс в ходе антибактериальной терапии. При определенных условиях, антибиотикотерапия может привести к росту резистентных бактерий, в то время как рост восприимчивых бактерий блокируется препаратом. Антибактериальная селекция штаммов, которые ранее приобрели гены сопротивляемости, была продемонстрирована в 1943 году в ходе флуктуационного теста.17)Антибиотики, такие как пенициллин и эритромицин, которые ранее демонстрировали высокую эффективность против многих видов и штаммов бактерий, стали действовать менее эффективно из-за повышения резистенности бактериальных штаммов. Резистентность также может принять форму биологической деградации препаратов, например, с помощью сульфаметазин разрушающих почвенных бактерий. Выживание бактерий часто вызвано наследственной резистентностью, но повышение резистентности к антибиотикам может произойти и посредством горизонтального переноса генов. Горизонтальный перенос с большей вероятностью произойдет при частом использовании антибиотиков.18) Антибактериальная резистентность может снизить пригодность резистентных штаммов, что, в свою очередь, способствует ограничению распространения антибиотикорезистентных бактерий (например, в отсутствие антибактериальных соединений). Дополнительные мутации, однако, могут способствовать выживанию этих бактерий.19) Палеонтологические данные демонстрируют, что антибиотики – древние препараты, а резистентность к ним - веками сформированный механизм. Полезными мишенями антибиотиков являются те, мутации которых негативно влияют на размножение и жизнеспособность бактерий. Существует несколько молекулярных механизмов антибактериальной резистентности. Врожденная антибактериальная резистентность может быть частью генетического строения бактериального штамма.20) Например, антибактериальная мишень может отсутствовать в геноме бактерии. Приобретенная резистентность появляется в результате мутации в хромосоме бактерии или в результате появления внехромосомной ДНК. Бактерии, производящие антибактериальные вещества, развили механизмы резистентности, которые похожи на и перенесены на штаммы, обладающие резистентностью.21)Распространение антибактериальной резистентности чаще всего происходит посредством вертикальной трансмиссии мутаций во время роста, а также из-за генетической рекомбинации ДНК посредством горизонтального генетического обмена. Разные штаммы и виды бактерий могут обмениваться генамиантибактериальной устойчивости с помощью плазмид, в которых содержатся эти гены. Плазмиды, содержащие другие гены резистентности, могут придавать резистентность к многим антибактериальным веществам. Перекрестная устойчивость к антибиотикам может проявиться в случаях, когда механизм резистентности, кодируемый одним геном, передает резистентность к нескольким антибактериальным соединениям.22) Устойчивые к действию антибактериальных препаратов штаммы и виды, которые также называются «супербактерии», вызывают заболевания, которые ранее в течение какого-то времени контролировались. Например, вызывающие туберкулез бактериальные штаммы, резистентные к лечению, которое ранее было эффективным, ставят перед учеными новые задачи. Ежегодно отмечается появление около 500 000 новых случаев туберкулёза со множественной лекарственной устойчивостью(MDR-TB).23)Например,NDM-1 – это новый фермент, который вызывает устойчивость ко многим видам бета-лактамных антибиотиков. Агенство по защите здоровья населения Великобритании утверждает, что «большинство штаммов с ферментом NDM-1 устойчиво к стандартным внутривенным антибиотикам при лечении серьезных заболеваний«.24)
Неправильное или чрезмерное употребление антибиотиков ведет к возникновению бактерий, устойчивых к их действию. Самостоятельное назначение антибиотиков также считается неправильным их употреблением. Очень часто антибиотики прописывают в тех случаях, когда они совсем не требуются. Также часто прописывают неправильный вид антибиотика для лечения конкретного заболевания. Чрезмерное использование антибиотиков, таких как пенициллин или эритромицин, вызывает устойчивость к их действию, об этом было известно еще с 1950х годов. Широкое использование антибиотиков в лечебных учреждениях также ведет к увеличению числа видов и штаммов бактерий, устойчивых к действию препаратов.25) Наиболее часто встречающиеся случаи неправильного употребления антибиотиков – использование антибиотиков в качестве профилактики в путешествиях и неправильное назначение дозировки пациентам, основываясь на их весе, неправильное дозирование и недостаточное восстановление после болезни. Также нельзя назвать правильным назначение антибиотиков для лечения обычных вирусных инфекций, таких как простуда. Исследование показало, что «чаще всего врачи прописывают антибиотики тем, кто ожидает их получить».26) Поэтому употребление антибиотиков требует осмотрительности как со стороны пациентов, так и со стороны врачей. Некоторые организации, которые занимаются изучением устойчивости к антибиотикам, советуют избегать использования антибиотиков в случаях, когда отсутствует такая необходимость. Проблемами неправильного или чрезмерного употребления антибиотиков занимается Межведомственная группа по вопросам антимикробной резистентности. Эта межведомственная группа старается активно решать проблемы резистентности, координируясь с Центром по контролю и профилактике заболеваемости США, Управлением по контролю пищевых продуктов и лекарственных средств и Национальным институтом здоровья (NIH), а также другими учреждениями США.27)Общественной организацией проводится кампания «Помоги антибиотикам работать». Во Франции в 2002 году была запущена государственная кампания под лозунгом «Антибиотики не принимают автоматически», направленная на снижение ненужного использования антибиотиков, в особенности для лечения детей.28) Возникновение случаев резистентности к антибиотикам обусловило ограничение на их использование в Великобритании в 1970 году (Сван, 1969), а с 2003 г. в Европе запрещено использование антибиотиков в качестве веществ для стимулирования линейного роста. Более того, некоторые организации (например, Американское общество микробиологии, Ассоциация здравоохранения США и Американская медицинская ассоциация) потребовали наложить ограничения на использование антибиотиков при производстве животных продуктов. Но обычно происходят задержки на законодательном уровне, связанные частично с недовольством со стороны производителей и продавцов антибиотиков, а частично - со временем, необходимым для проведения исследований. В США было предложено два федеральных закона (США, S.742 иH.R. 256229)), направленных на поэтапный отказ от нетерапевтического использования антибиотиков, но ни один из них не прошел. Эти законопроекты были одобрены такими организациями, как Американская ассоциация медсестер, Американская медицинская ассоциация и Американская ассоциация общественного здравоохранения (APHA). Широкое использование антибиотиков наблюдается в животноводстве. В США Управление по контролю пищевых продуктов и лекарственных средств подняло вопрос об использовании антибиотиков для скота еще в 1977 году. В марте 2012 года Федеральный суд южного округа штата Нью-Йорк постановил, чтобы Управление отказалось от утверждении касательно использования антибиотиков.
Рост бактериальных штаммов, устойчивых к действию антибиотиков, способствовал развитию альтернативных видов лечения.
Один из способов решения проблем устойчивости к действию препарата – найти и применить соединения, которые могут модифицировать эту устойчивость. Например, некоторые модифицирующие резистентность вещества могут ингибировать механизмы множественной лекарственной устойчивости, повышая восприимчивость бактерии к антибиотику. Это может быть:
Метаболические стимуляторы, такие как сахар, могут помочь уничтожить определенный вид устойчивой бактерии, поддерживая активным ее метаболизм.30)
Действие вакцины основывается на иммуномодуляции. Вакцина возбуждает или усиливает иммунитет для борьбы с инфекцией, что приводит к активации макрофагов, производству антител и к другим реакциям иммунитета. Антибактериальные вакцины резко снижают бактериальные заболевания.31) Вакцина, изготавливаемая из ослабленных цельных клеток или лизатов, была заменена на менее реактогенную безклеточную вакцину, состоящую из очищенных компонентов, включая капсульные полисахариды и их конъюгаты.
Фаготерапия - это еще один способ лечения, который в настоящее время рассматривается как альтернативный. В процессе фаготерапии патогенная бактерия инфицируется бактериофагами. Бактериофаги, или просто фаги, это бактериальные вирусы, которые инфицируют бактерию, разрушая ее литические циклы.32) Разрушая литические циклы, фаги нарушают метаболизм бактерии, что приводит к смерти клетки. Фаги инъецируют свою ДНК в бактерию. Как только ДНК транскрибированно, клетка создает новые фаги. Фаги репродуцируются до тех пор, пока клетка не будет лизирована. Но существует опасение, что фаги могут инфицировать «хорошую» бактерию, или бактерию, необходимую для жизнедеятельности организма человека. Однако исследования доказывают, что эти опасения ложны. И это подтверждает тот факт, что фаготерапия - оптимальное решение в борьбе с бактериями, устойчивыми к действию антибиотиков.
Некоторые безрецептурные антиоксидантные добавки, содержащие полифенолы, такие как экстракт виноградной косточки, обладают антибактериальными свойствами invitro.33)
В докладе Американского общества специалистов по инфекционным болезням от апреля 2013 выражены серьезные опасения низким уровнем разработок новых видов антибиотиков для борьбы с усиливающимися бактериями, в особенности, с грамотрицательными бациллами (ГОБ). С 2009 года только два новых антибиотика были одобрены в США. На данный момент используется всего лишь 7 антибиотиков в фазе 2 и фазе 3 клинических исследований в рамках борьбы с грамнегативными бациллами, среди которых наиболее распространены кишечная палочка, сальмонелла, шигелла и энтеробактерии. Но используемые препараты не в полной мере способны бороться с бактериями.34)Некоторые из семи новых антибиотиков являются комбинациями существующих:
Множество новых антибиотиков еще только предстоит исследовать, включая новые препараты, которые способны оказать воздействие на метициллин-резистентный золотистый стафилококк и другие заболевания, устойчивые к воздействию обычных препаратов. Исследования стрептомицетов, поддерживаемые Научно-исследовательским советом по биотехнологии и биологическим наукам Соединённого Королевства, центром Джона Иннеса и рядом университетов, привело к созданию специализированых компаний. Одна и зних, Novacta Biosystems, создала соединение NVB302 (в фазе 1) типа b на основе лантибиотика, его действие направлено на лечение госпитальных инфекций, вызываемах бактерией Клостридиум диффициле.35) Американское общество специалистов по инфекционным болезням считает, что развитие исследований и разработок антибиотиков будет зависеть от норм клинических исследований, устанавливаемых FDA, что ускорит утверждение новых препаратов. Также не последнюю роль в развитии играют инвестиции в исследования. 12 декабря 2013 года в Конгресс США был направлен акт о развитии исследований для активного лечения пациентов. Этот акт направлен на ускорение разработки препаратов для борьбы с супербактериями. Согласно этому акту, FDA имеет право одобрить антибиотики и противогрибковые препараты, необходимые для лечения опасных для жизни инфекций на основании даже небольших клинических исследований. Центр по контролю и профилактике заболеваний укрепит контроль за использованием антибиотиков, предназначенных для лечения серьезных и опасных для жизни инфекций, и за возникновением резистентности, а также сделает эту информацию доступной. Согласно новому акту, маркировка процессов также сделает информацию доступной для работников здравоохранения.36)Ряд партий призвал Конгресс США в 2014 году оказать поддержку с помощью законопроектов. Алан Коукелл, один из руководителей в общественной организации «The Pew CharitableT rusts», в своем заявлении перед комитетом Палаты представителей сказал, что «позволяя ученым основываться даже на малом количестве данных и позволяя FDA менее строго относиться к новым разработкам при учете эффективности и риска, этот акт делает клинические исследования более реальными».37)
Хлорам феникол и тетрациклин являются антагонистами пенициллина и аминогликозида. Это означает, что действие двух видов антибиотиков из разных групп менее эффективно, чем действие одного антибиотика. Однако действие может варьироваться в зависимости от вида бактерии.38)
До начала XX века лечение инфекций основывалось на медицинском фольклоре. Смеси с противомикробными свойствами, которые использовались для лечения инфекций, описывались более 2000 лет назад.39) Во многих древних культурах, таких как Древний Египет или Древняя Греция, использовали особый грибок, а также растения и экстракты для лечения инфекций. Более поздние исследования антибиоза между микроорганизмами, проведенные в лаборатории, привели к открытию естественных антибиотиков, производимых микроорганизмами. Луи Пастер говорил, «если бы мы могли вмешаться в антагонизм, наблюдаемый между некоторыми бактериями, это внесло бы неоценимую помощь в развитие медицины».40) Термин «антибиоз», что означает «против жизни», был введен французским бактериологом Жаном-Полем Вуйллемином в качестве описательного названия феномена.41) Антибиоз был впервые описан в 1877 году, когда Луи Пастер и Роберт Кох обнаружили, что аэробацилла может ингибировать рост Bacillus anthracis. Эти вещества были затем переименованы американским микробиологом Салманом Ваксманом в 1942 году. Химиотерапия синтетическими антибиотиками как отдельная наука и направления антибактериологии была начата Полом Эрлихом в Германии в 1880х. Эрлих обнаружил, что некоторые красители окрашивают клетки человека, животных и бактерий, а некоторые - нет. Затем он предложил гипотезу о возможности создать химические вещества, действующие как селективные препараты, которые бы связывали и убивали бактерии, не нанося повреждений человеку. После изучения тысячи веществ и их влияния на различные организмы, он в 1907 году обнаружил пригодное для медицинских целей вещество, синтетический антибиотик сальварсан42), которое теперь называется арсфенамин. На протяжении многих веков отмечалось влияние разных видов грибка на инфекции. В 1928 году Александр Флеминг обнаружил такой же эффект в чаше Петри. В ходе эксперимента несколько бактерий, вызывающих болезни, были уничтожены с помощью грибка рода Penicillium. Флеминг выдвинул предположение, что действие опосредованно антибактериальным соединением под названием пенициллин, и что его антибактериальные свойства могут быть использованы в химиотерапии. Он описал некоторые свойства вещества и попытался использовать его для лечения некоторых инфекций, но для дальнейших исследований ему требовалась помощь опытных химиков.43) Первый сульфонамид и первый доступный для приобретения антибиотик, пронтозил, был разработан группой ученых во главе с Герхардом Домагком в 1932 году в лаборатории Bayer (IG Farben конгломерат в Германии).44) Домагк получил за это Нобелевскую премию в области медицины в 1939 году. Пронтозил имел широкое воздействие на грамположительные кокки, но не оказывал никакого влияния на энтеробактерии. Открытие и разработка сульфонамидных препаратов открыла новую эру антибиотиков. В 1939 году, с началом Второй Мировой Войны, Рене Дюбош объявил об открытии первого естественного антибиотика, тиротрицина, который представляет собой соединение из 20 % грамицидина и 80 % тироцидина из бациллы B. Brevis. Это был один из первых универсальных производимых антибиотиков, который был очень популярен для лечения ран и язв в период Второй Мировой Войны.45) Однако грамцидин нельзя использовать систематически из-за его токсичности, как и тироцидин. В период войны сведениями о разработках не делились между фашистской коалицией и объединенными силами. Попытки Флори и Чейна очистить пенициллин увенчались успехом в 1942 году, но открытие не получило широкую известность за пределами объединенных сил до 1945 года. Химическая структура пенициллина была описана Дороти Кроуфорд Ходжкин в 1945 году. Очищенный пенициллин демонстрировал мощное антибактериальное воздействие против ряда бактерий и низкий уровень токсичности. Более того, его действие не ингибирует гной, как другие сульфонамиды. Открытие такого мощного антибиотика было беспрецедентным, и оно вызвало новую волну исследований веществ со схожим действием и безопасностью. За свое успешное усовершенствование пенициллина, который был открыт Флемингом, Эрнст Чейн и Говард Флори поделили Нобелевскую премию в области медицины с Флемингом в 1945 году. Флори также признал вклад Дюбо.
Термин «антибиотик» был впервые использован Салманом Ваксманом и соавторами в журнальной статье 1942 года для описания веществ, производимых микроорганизмами, которые выступали антагонистами по отношению к росту других веществ. Определение не включало вещества, которые убивают бактерии, но не вырабатываются микрорганизмами (такие, как желудочный сок или перекись водорода). Определение также не включало синтетические антибактериальные вещества, такие как сульфонамиды. Термин «антибиотик» происходит от слова анти + βιωτικός (биотикос), «живой», который, в свою очередь, происходит от βίωσις (биосис), «стиль жизни», корень βίος (биос) означает «жизнь».46) Термин «антибактериальный» происходит от греческого ἀντί (анти), «против» + βακτήριον (бактерион), производное от βακτηρία (бактериа), «палка», так как первые открытые бактерии были палочковидные.47)
Читать еще: Кишечная непроходимость , Крапива (крапива жгучая) , Лейковорин (фолиновая кислота) , Панадол , Тирамин ,