抗生素后效应与逆反效应

第十三章 抗生素作用的后效应及逆反效应 第一节 抗生素作用的后效应 一、抗生素后效应的测定方法 二、影响 PAE 三、 PAE 四、抗生素或抗菌药物产生 PAE的机理 五、 PAE的临床意义 第二节 抗生素作用的逆反效应 第一节 抗生素作用的后效应 抗生素最低抑菌浓度 (MIC)的标准测定方法是 将一定数量的细菌 (105 106/ml)连续地与药 物接触 ,这与体内的实际情况相关甚远 ,体内的 情况往往是大量的细菌所接触的药物的浓度 是波动的 。欲利用体外动力学模型来更为正 确地摸拟被感染患者的抗菌剂量时 ,应尽可能 地了解各种由药物和细菌交互作用而产生的 影响。 第一节 抗生素作用的后效应 抗生素后效应 (post-antihiatic effect,PAE)系指细 菌与抗生素短暂接触 ,当药物浓度下降至低于 MIC或 消除后 ,细菌的生长仍受到持续抑制的效应。 PAE是抗生素药效学的一个重要特性。 PAE这一现 象 ,早在 20世纪 50年代早已被发现 ,但一直未被重视。 迟至 20世纪 70年代中期以后 ,关于 PAE的研究日益 深入。目前， PAE已作为评价新抗生素给药方案、 指导临床合理用药的一个重要指标。 一、抗生素后效应的测定方法 抗生素后效应的测定方法可简单地通过测定药物消 除后的细菌生长动力学的方法来决定。最标准化的 方法是通过反复洗涤 ,药物钝化或是 100 1000倍的 稀释度稀释至新鲜培养基的方法将药物快速除去。 以这种方法来测定 PAE的的曲线，并不表现出当药 物去除后细菌的生长开始是平稳的 ,而后迅速进入对 数生长期。但当菌体经过增加 10倍数量的时间后 ,其 以后的生长速率就与没有接触过药物的对照组的生 长速率相一致。 二、影响 PAE （ 一）影响体外 PAE的因素 1、抗生素种类 体外 PAE因抗生素种类不同而不同。通常 ,对于革兰 阳性球菌而言 ,那些抑制 RNA和蛋白质合成药物如大 环内酯类、氨基糖苷类产生的 PAE最长； DNA回旋 酶抑制剂如氟喹诺酮类次之； -内酰胺类及叶酸抑 制剂如磺胺类产生 PAE最短。对于革兰阴性杆菌而 言 ,那些抑制 RNA和蛋白质合成的药物同样有显著的 PAE。阿奇霉素对肺炎链球菌和流感嗜血杆菌所产 生的 PAE与克拉霉素有显著区别 (P 0.05)；罗红霉 素对肺炎链球菌的 PAE与克拉霉素有显著区别。 2、抗生素浓度及与细菌接触时间 对大环内酯类抗生素后效应的研究发现 ,其 PAE效应 与抗生素浓度及接触时间有关。如罗红霉素对酿脓 链球菌在 5 MIC时 PAE为 3h,而在 10 MIC时由为 5h；阿齐霉素在 8 MIC时对流感嗜血杆菌的 PAE 均较在 4 MIC时为高。在接触时间上 ,流感嗜血杆 菌与阿齐霉素接触 2h组，其 PAE值远超过接触 1h组。 多数情况下 ,大环内酯类只有在药物浓度等于或大于 MIC时才会出现 PAE效应 ,且在 5 10 MIC时 PAE 最长。 3、抗生素联用情况 抗生素联用对 PAE的影响不一 ,对不同菌属也有区别 , 但公认的是 -内酰胺类与氨基糖苷类联用 ,PAE可显 著的延长。例如 ,上述联用对金黄色葡萄球菌和铜绿 假单胞菌比单用时延长了 1 3.3h,与妥布霉素联用 延长 2.8 3.3h,但这种联用对大肠埃希氏菌与肺炎 克雷伯杆菌无效。另有人应用 3个浓度的克拉霉素 与固定浓度的乙胺丁醇对鸟型结核分枝杆菌作用 2h 后 ,未发现有 PAE的延长。 、不同的方法或计算公式 目前 ,测量 PAE的方法除经典的菌落计数法和光密度 法外 ,还有阻抗法、细菌形态判断法、 CO产生法、 胸腺嘧啶结合法、电子流计数法及生物荧光分析法。 采用不同研究方法 ,PAE有明显不同。如将大肠埃希 氏菌 NCTC 4174与 100 MIC美洛配能接触后 ,各方 法所测 PAE数据如下 :菌落计数法 0.2 0.3h,生物荧 光分析法 2.6 0.3h,形态学改变法 4.0 0.6h,三者之 间有显著差别。 、其它因素 温度、 PH值、接种用的培养基等 ,尽管其影 响有限 ,但有文献报道 ,在 41.5 高温下 ,亚胺 配能 /西司他丁对铜绿假单胞菌的 PAE有显著 的下降。 （二）影响体内 PAE的因素 有关这方面的报导较少 ,但可能的影响因素大致有如 1、宿主的免疫机制 有许多证据表明 ,中性粒细胞的存在可显著延长体内 PAE的时间。相关解释是 ,在 PAE期间由于细菌形态 改变 ,增加了对淋巴细胞的敏感性 ,延缓了完全复苏 的时间 ,这种现象实际上就是 PALE 、不同的动物模型 测定体内 PAE需建立感染动物模型 ,如免感染 支架模型、中性粒细胞减少的鼠股部感染模 型等。有人发现在肾功损伤的动物模型中 ,其 体内 PAE比正常动物至少要长 4.8h,可能是由 于减少药物的肾脏排泄 ,半衰期延长造成的。 同时 ,在不同模型中选取不同的器官取样 ,由于 代谢水平的差异造成了药物浓度的不同 ,也可 能对体内 PAE造成影响。 3、亚 -MIC作用的存在 PAE期间因亚 -MIC药物浓度的存在 ,可延长体 内 PAE。有人在 PAE期间体内静注 -内酰胺 酶 ,消除了残留药物的影响 ,造成了哌拉西林对 金黄色葡萄球菌的体内 PAE由 3.3h减少到 2.0h 三、 PAE期间的细菌学特性 处于 PAE期间的细菌特性在微观上既不同与正常的 细菌 ,也不同与和药物接触时的细菌 ,其微观上的变 、细菌表面亲水性、疏水性的改变 PAE期间 ,与阿奇霉素和红霉素接触 4h,4种链球菌疏 水性都有所下降。将药物清除 20h后 ,实验组的酿脓 链球菌与对照组仍有显著差异 ,而变异链球菌和血液 链球菌的两组却几乎相同。 、细菌表面粘附性的变化 与 2倍 MIC抗菌药物接触后 ,表葡球菌粘附性 下降近 12h,与对照组有显著区别；在 6倍 MIC 下 ,其粘附性下降超过 24h。用扫描电镜观察 , 对照组的表葡球菌 ,在静脉修复移植物表面呈 扇形生长 ,在与 6倍 MIC的药物接触后 ,实验组 细菌粘附性明显下降 ,呈单一、点状的分布。 、细菌溶血素活性的变化 比较大肠埃希氏菌内外溶血素活性后发现 ,在 PAE期间 ,细菌细胞外溶血素显著下降至少 2h, 但细胞内溶血素只下降 1h。罗红霉素在 PAE 期间及其后均可抑制酿脓链球菌溶血素的产 生 ,对其跨膜转运无影响。 、对抗生素敏感性的改变 在红霉素所致的 PAE中 ,肺炎链球菌有对抗氨 苄西林的杀菌作用。这种现象与抗生素和细 菌的类型有关 ,如细菌在 PAE期间对 -内酰胺 类药物敏感性下降大于氨基糖苷类；革兰阴 性杆菌的下降大于金黄色葡萄球菌。这种相 、其它 另有报道 ,PAE期间 ,铜绿假单胞菌内部有电子 云聚集。另外 ,其渗透性 ,对单核细胞的敏感性 也有改变。 四、抗生素或抗菌药物产生 PAE的机理 抗生素产生 PAE的机制尚未完全阐明。细菌与抗生 素接触 ,当药物被消除以后 ,可使细菌产生多种可检 测的变化 ,如酶和非酶蛋白活性改变、细菌形态学改 变、细菌代谢和生长抑制、细胞受体改变、对吞噬 作用的敏感性改变及对抗生素再接触的敏感性改变 等。其中许多变化与 PAE密切相关 ,有些可能是 PAE 的作用机制。不同种类和不同抗菌作用原理的抗生 素 ,其 PAE产生的原理也不相同。因此 ,简要地用时 间概念来描述 PAE是不尽合理的。下作简单阐述。 1、 -内酰胺类抗生素 这类抗生素与细胞膜青霉素结合蛋白 (PBPS)结合 , 该蛋白质是细胞壁合成必须的酶。药物与之形成共 价键结合 ,破坏细胞壁的合成 ,抑制了杆状细胞形成 , 使细菌产生无细胞壁的球型体。因而 PAE代表了球 型体再合成细胞壁所需的时间 ,也就是细菌再合成新 生物 PBPS所需的时间。 PAE产生的另一种可能是 代表抗生素与细菌的靶酶分子结合后 ,抗生素从靶位 解离、酶恢复活性所需的时间。不同细菌的酶合成 与解离的时间不同 ,因而 PAE长短不一。如 -内酰胺 类抗生素对革兰氏阴性杆菌的 PAE很小或无 PAE,这 可能是被结合的 PBPS可迅速解离的缘故。 2、糖肽类抗生素 万古霉素和替考拉明仅对革兰氏阳性菌产生 PAE。它们的 PAE似系抗生素从结合部位延 缓消除的时间。药物的消除是细菌恢复分裂、 增殖之前所必须出现的。替考拉明比万古霉 素产生更长的 PAE,这与前者具有更大的亲脂 性 , 3、氨基糖苷类抗生素 本类抗生素与核糖体亚单位结合 ,干扰蛋白质 的合成。此类抗生素观察到的 PAE表示着药 物从结合部位解离、渗透出细菌及核糖体再 合成所需的时间。 4、大环内酯类抗生素 它们的抗菌机制虽然与氨基糖苷类抗生素相 似 ,但其 PAE产生机制却不同。曾经观察到红 霉素与肺炎链球菌在低温下接触 ,其 PAE长达 24小时仍未消失 ,在此期间可以料到红霉素业 已与核糖体解离。因而红霉素的 PAE可能是 再生成有关蛋白质所需的时间 ,而不是红霉素 - 蛋白质复合物解离的时间。 进一步的研究发现其 PAE机制较为复杂 ,目前所认识的 作用机制可能与以下几点有关。 1）对细菌的非致死性损伤及细菌靶位的持续 结合 大环内酯类抗生素的 PAE机制可能是可逆性 地结合敏感菌的核糖体 50S亚单位 ,造成细菌 蛋白合成抑制及细菌非致死性损伤。据报道 , 细菌蛋白的合成直到消除药物 4h后才得以恢 复。因此 ,大环内酯类的 PAE,系药物与核糖体 2）抑制细菌自溶酶致形态学改变 大环内酯类抗生素可抑制细菌自溶酶的产生 和自溶现象的出现 ,如 2 MIC的米欧卡霉素 致金黄色葡萄球菌细胞壁增厚、波浪型外壁 出现及隔膜增厚 ,使这些细胞的体积比正常细 胞要大 1.5 2倍 ,这种形态学改变造成细菌对 宿主免疫机制敏感性的增高 ,从而使其修复、 恢复和再生长时间延长 ,产生 PAE ）抗生素后促白细胞效应 PAE期间 ,细菌对多核白细胞 (PMN)敏感性发生改变 的现象叫做抗生素后促白细胞效应 (post-antihiutic- leucocyte effect,PALE),它对 PAE的产生和持续有 重要作用。研究表明 ,一般体内 PAE都较体外为长 ,推 测这与 PMN存在有关。 PALE具有菌株和药物依赖 性。红霉素对大肠埃希氏菌的 PALE比 -内酰胺类的 要长；罗红霉素可增加肺炎链球菌对 PMN的敏感性 , 对酿脓链球菌却没有这种作用；阿齐霉素在 PAE期 间及在 PAE后都可增加金黄色葡萄球菌对 PMN的敏 感性。其原因可能是因 PAE状态下的细菌形态改变 , 使其更易被 PMN识别 ,而致 PMN敏感性增强。 4） DNA合成的变化 用 3H标记胸腺嘧啶和腺嘌呤 ,发现在 PAE期间 ,细菌 内 DNA合成通常受到抑制 ,提示细菌处于低代谢状态。 当清除药物后 ,合成又会迅速恢复。亦有报道 ,革兰 氏阴性杆菌与亚胺酸能 /西司他丁、环丙沙星与金黄 色葡萄球菌、大肠埃希氏菌和铜绿假单胞菌接触后 , 细胞内 DNA水平相对上升 ,大肠埃希氏菌与庆大霉素 接触后 ,其 DNA只受到了很小影响 ,此差异可能与药 物作用机制及细菌种属特性有关。 五、 PAE的临床意义 抗生素常用的药效学指标是最低抑菌浓度 (MIC)和最低杀菌浓度 (minimum bactericidal concentration,MBC)等。但是 , 它仅仅反映了药物与细菌最终作用结果 ,却忽 视两者之间的作用过程。而 PAE的提出 ,较大 程度地完善了药效动力学评价指标 ,全面反映 了 药物、细菌及宿主三者的关系 。 五、 PAE的临床意义 当前 ,PAE的临床意义主要在于帮助临床医生设计最 佳给药方案 ,即可以允许抗生素在血液和组织中浓度 低于 MIC,同样可抑制细菌生长 ,不会降低疗效 ,还可 减少不良反应。大环内酯类抗生素阿齐霉素和红霉 素对链球菌属比 -内酰胺类有更长的 PAE。同样 ,阿 奇霉素对呼吸道致病菌也有显著的抑制效应 ,对酿脓 链球菌、肺炎球菌和流感嗜血杆菌的 PAE为 3h,对 肺炎克雷伯杆菌也有长达 2h的 PAE。另外 ,克拉霉 素对结核杆菌的 PAE为 5.5 8h。 五、 PAE的临床意义 根据此类药物 PAE较长的特点 ,临床中可采取 间隔给药的方案 ,这意味着不但不会减少疗效 , 而且还会减少不良反应的发生 ,降低费用 ,减少 细菌交叉耐药的可能。目前的一些研究暗示 我们 ,血液中药物浓度超出 MIC的时间可作为 提示疗效的指标。但考虑到此类药物在 PAE 期间可使致病菌毒性降低 ,又使其对人体免疫 系统敏感性显著提高 ,因此临床 1日 1次或 1日 2 次给药同样能收到良好的效果。 五、 PAE的临床意义 临床对难治性感染常采用抗菌药物联用治疗 ,在与大 环内酯类药物联用时 ,应该考虑以下原则 : (1)给药间隔应小于或等于血液中药物超过维持 MIC 的时间与药物 PAE之和； (2)对于联用的两药均有 PAE时 ,联合 PAE为数学上 的大致相加；当只有一药有 PAE时 ,联合 PAE与单药 PAE大致相同；拮抗则为此时的 PAE小于任何一药 的 PAE；协同则为此时的 PAE小于两药相加的 PAE。 五、 PAE的临床意义 可见 ,PAE给我们提供了更多的关于抗生素与细菌之 间相互关系的重要信息 ,而这是药物敏感性实验、药 动学研究所无法提供的。研究 PAE,不仅是基于它在 经济和毒性上的益处 ,还考虑到 PAE期间致病菌毒性 减少 ,宿主免疫作用的敏感性增强等，可在不同方面 , 改变宿主与细菌之间的相互关系 ,进一步增强药物对 细菌作用。因此 ,如果在临床上将 PAE与其它药效学 参数加以结合 ,可以为我们设计最佳给药方案 ,提供 一个更为科学的基础。表所示为近年来对大环内酯 类抗生素体外 PAE研究的结果。 阿齐霉素、克拉霉素、罗红霉素、红霉素、米欧卡霉素、 交沙霉素的体外 PAE值 抗生素名称 细菌名称 药物浓度 PAE(h) 阿齐霉素 肺炎克雷伯氏菌 4 X MIC 1.7 2.4 臭鼻克雷伯氏菌 4 X MIC 1.8 2.2 酿脓链球菌 4 X MIC 3.2 3.8 肺炎链球菌 4 X MIC 2.2 4.6 流感嗜血杆菌 4 X MIC 8 X MIC 1.0 2.5 2.0 4.5 变异链球菌 ATCC 10449 10 X MIC 2.4 酿脓链球菌 ATCC 10338 10 X MIC 3.2 唾液链球菌 ATCC 7864 10 X MIC 3.1 克拉霉素 鸟结核分枝杆菌 X MIC 4 X MIC 10 X MIC 5.5 9.6 17.9 酿脓链球菌 P 1800 1 X MIC 4.8 肺炎链球菌 ATCC 6306 1 X MIC 2.9 流感嗜血杆菌 7002 1 X MIC 5.1 金黄色葡萄球菌 209Pjc-1 2 X MIC 1.9 罗红霉素 酿脓链球菌 P 1800 1 X MIC 5.0 肺炎链球菌 ATCC 6306 1 X MIC 8.8 流感嗜血杆菌 7002 1 X MIC 6.0 红霉素 变异链球菌 ATCC 10449 10 X MIC 3.7 酿脓链球菌 ATCC 10389 10 X MIC 3.8 唾液链球菌 ATCC 7864 10 X MIC 4.3 金黄色葡萄球菌 209Pjc-1 2 X MIC 1.2 米欧卡霉素 金黄色葡萄球菌 209Pjc-1 2 X MIC 3.9 交沙霉素 金黄色葡萄球菌 209Pjc-1 2 X MIC 2.5 第二节 抗生素作用的逆反效应 所谓抗生素逆反效应 (paradoxical effect of antihiotics)即为最早由 Eagle和 Musselman描述的 某些细菌对 -抗生素的特殊的效应 ,即这些抗生素对 细菌的抑杀作用有一个最适浓度 ,而如果超过这个最 适浓度 ,则细菌存活率反而增加。这种效应也常被称 之为 Eagle效应。 一、抗生素逆反效应的含义 从临床分离的葡萄球菌、 A组 D组链球菌和 viridans链球菌等细菌对 -内酰胺抗生素时 常表现有这种现象。细菌对抗生素的逆反效 应不同于细菌对抗生素的耐药性 ,后者的含义 是某一菌株对某一抗生素是否耐药性的判断 标准为 MIC/MBC32(MIC:为最低抑菌浓 度 ,MBC:抑杀 99.9%细菌所需的最低浓度 )。 一、抗生素逆反效应的含义 在对青霉素逆反效应的研究时发现：那些具 有青霉素逆反效应 (paradoxical response to penicillin,PRP)的阳性菌株的特性，是在 含有高于 MIC抗生素浓度的三支试管中的细 菌存活数目远多于对照组。如果青霉素浓度 高于 2 4倍 MIC时的细菌存活数，等于或略 高于低浓度时细菌的存活数 ,则称这样的菌株 为 PRP阳性菌株。 从临床分离的粪肠球菌对青霉素的效应 菌株 青霉素 （ MI C， g/ml） 在各种青霉素浓度 ( g/ml)下培养 18小时后存活数 (%CFU) 百分 PRP 阳性 菌 8 32 128 512 1024 E6 4 0.4 1.4 2.4 4.9 5.6 5.2 S/361 4 0.5 0.6 1.5 5.0 5.0 4.5 S395 4 0.3 0.4 0.4 0.6 0.3 0.3 3626 4 1.1 5.6 3.7 6.4 6.4 5.3 3678 4 0.2 0.1 0.2 0.1 0.1 0.0 3741 2 1.5 1.7 1.9 5.7 10.0 8.5 4117 2 0.3 0.4 0.3 0.3 0.5 0.2 4119 4 0.1 0.2 0.2 0.1 0.1 0.0 4126 4 0.4 0.7 4.2 6.5 8.9 8.5 4133 2 0.3 0.3 0.9 2.0 5.0 4.7