Антибиотики

Таблетки антибиотика доксициклина.

Антибио́тики (от сочетания древнегреческих слов ἀντί «против» и βίος «жизнь») — группа химиотерапевтических биологически активных веществ, которые образуются в процессе жизни грибов, бактерий, животных, растений или создаются синтетически. Они способны селективно подавлять жизнедеятельность бактерий, грибов, риккетсий, а также клеток злокачественных новообразований и гельминтов. Эти вещества воздействуют на возбудителей болезней внутри организма (в крови, лимфе, межтканевой жидкости), в клетках, тканях и в очагах воспаления.

Антибиотики — вещества, которые образуются микроорганизмами для преодоления стрессовых ситуаций и конкуренции за субстрат. Это приспособительная особенность вида, возникшая в результате эволюционного развития. Образование антибиотика определённой структуры не является строго видоспецифическим признаком. Например, разные штаммы вида Streptomyces griseus могут образовывать отличающиеся по структуре антибиотики: стрептомицин (аминогликозидный), кандицидин (полиеновый), виридогризеин (пептидной структуры).

Открытие антибиотиков и их применение в медицине стало революционным прорывом в борьбе с инфекционными заболеваниями. Антибиотики позволили успешно лечить многие болезни, которые ранее считались смертельными. Широкое использование антибиотиков привело к возникновению и распространению резистентности микроорганизмов к ним. Антибиотики также изменили микрофлору человека. Широкое использование антибиотиков привело к тому, что многие виды микроорганизмов, населяющие тело человека, стали менее распространёнными или вовсе исчезли. Это может привести к нарушению баланса микрофлоры и развитию различных заболеваний, например, дисбактериоза кишечника.

История открытия

Появление термина «антибиотик»

Термин «антибиотики» был предложен американским учёным Зельманом Абрахамом Ваксманом в 1942 году. Ваксман использовал этот термин для обозначения веществ, производимых микроорганизмами, которые подавляют рост или уничтожают другие микроорганизмы. В настоящее время термин «антибиотики» используется для обозначения лекарств, используемых для лечения инфекций, вызванных бактериями или другими микроорганизмами.

История химиотерапии в лечении инфекционных болезней

Швейцарский учёный и врач Парацельс (1493—1541) считается первым медиком, использовавшим химиотерапевтические средства для лечения инфекционных болезней. Он внедрил в медицинскую практику использование таких химических элементов, как ртуть, железо, серу и сульфат меди для лечения сифилиса и других инфекционных заболеваний.

В XIX веке французский учёный Луи Пастер обнаружил, что рост микроорганизмов может быть подавлен под действием других микроорганизмов. Это открытие стало первым шагом в изучении антимикробных свойств микроорганизмов и их возможном использовании в медицине.

В конце XIX — начале XX века химиотерапия стала эффективным методом лечения инфекционных болезней. Немецкий учёный Пауль Эрлих (1854—1915) первым получил положительный результат при лечении сифилиса, используя органические производные мышьяка, например, как препарат сальварсан. Эрлих также разработал теорию «волшебной пули», согласно которой лекарственное средство должно обладать минимальной органотропностью (то есть не должно повреждать здоровые клетки организма) и максимальной «паразитотропностью» (то есть селективно воздействовать на возбудителей болезней).

В 1908 году был получен первый сульфаниламид, эффективный против многих бактериальных инфекций, из каменноугольной смолы. Это открытие положило начало широкому применению сульфаниламидов в медицине.

Александр Флеминг

История изучения антибиотиков и концепция антагонизма микроорганизмов в медицине

В Древнем Китае, примерно 3500 лет назад, для лечения гнойных ран применяли заплесневелый творог или заплесневелый хлеб. В 70-х годах XIX века русские врачи Вячеслав Авксентьевич Манасеин и Алексей Герасимович Полотебнов установили бактерицидное действие экстракта культуры плесени Penicillium glaucum. Илья Ильич Мечников (1845—1916) предложил использовать антагонизм микроорганизмов для подавления вредных бактерий. Он рекомендовал употреблять молочнокислые бактерии, обитающие в простокваше, для подавления гнилостных бактерий, находящихся в кишечнике человека. В 1928 году шотландский бактериолог Александр Флеминг обнаружил, что плесневой гриб Penicillium notatum замедляет рост бактерий стафилококка. Это открытие привело к созданию пенициллина, одного из самых эффективных антибиотиков в истории медицины.

В 1939 году американский учёный Рене Дюбо выделил антибиотик тиротрицин из культуры почвенной споровой аэробной палочки Bacillus brevis. Его сильное лечебное действие было установлено в опытах на мышах, заражённых пневмококками. Химически чистый пенициллин был получен в 1940 году учёными Говардом Флори и Эрнстом Чейном.

Классификация

По спектру действия

1. Антибиотики узкого спектра действия воздействуют на специфические группы бактерий: ванкомицин (действует в основном против грамположительных бактерий).
2. Антибиотики широкого спектра действия активны против большого количества различных видов бактерий, например: тетрациклины (действуют как на грамположительных, так и на грамотрицательных микроорганизмов).

По происхождению антибиотики могут быть

1. Образуемые грибами и лишайниками: пенициллин, цефалоспорин, фумагиллин, гризефульвин, трихотецин, усниновая кислота.
2. Образуемые актиномицетами: стрептомицин, неомицин, канамицин, гентамицин, хлортетрациклин, хлорамфеникол, эритромицин, тилозин, леворин, новобиоцин, рифамицин, нистатин.
3. Выделенные из бактерий: грамицидин, колицин, пиоционин, субтилин, полимиксин и другие.
4. Животного происхождения: эритрин, экмолин, лизоцим, интерферон.
5. Растительного происхождения: фитонциды лука, чеснока, хрена, горчицы, алоэ, «ягод» можжевельника, почек берёзы, листьев черёмухи, листьев эвкалипта и некоторых других растений: аллицин, рафанин, иманин.
6. Полусинтетические (модифицированные природные антибиотики): амоксициллин, антисинегнойные, карбенициллин, тикарциллин, азлоциллин.
7. Синтетические (синтезированы искусственным путём и не связаны с природными веществами): сульфадимезин, сульфаметазин, дорипрекс, левофлоксацин.

По механизму действия

1. Бактерицидные (убивают бактерии) антибиотики, нарушающие образование микробной оболочки: пенициллины, цефалоспорины, карбапенемы, монобактамы, фосфомицин, гликопептиды.
2. Бактерицидные (убивают бактерии) антибиотики, нарушающие функцию внутренней цитоплазматической мембраны микроорганизмов: полимиксины, отчасти аминогликозидные, полиеновые-антигрибковые антибиотики.
3. Бактериостатические (задерживают рост бактерий) антибиотики, нарушающие синтез белков и нуклеиновых кислот внутри микробных клеток: макролиды, линкозамиды, аминогликозидные антибиотики, левомицетин, тетрациклины, рифампицин, фузидин.

По химическому строению молекул

1. Антибиотики ациклического строения (нистатин, амфотерицин Б, трихомицин, кандицидин).
2. Антибиотики алициклического строения (хаульмугровая кислота, саркомицин, актидион и туевая кислота).
3. Антибиотики ароматического строения (гигромицин, новобиоцин).
4. Антибиотики — хиноны (рапанон, фумигатин, плюмбагин, яваницин, эндокрицин).
5. Антибиотики — кислородсодержащие гетероциклические соединения (гризеофульвин).
6. Антибиотики — макролиды (эритромицин, олеандомицин).
7. Антибиотики — азотсодержащие (продигиозин, азомицин, нокардим, пуромицин, циклосерин, пенициллин)
8. Антибиотики — полипептиды или белки (блеомицин)
9. Антибиотики — депсипептиды (группа эннантинов А,В,С.).

По объекту воздействия

1. Противобактериальные антибиотики можно разделить на три группы. К антибиотикам, активным в отношении грамположительных микробов, относятся бензилпенициллин, макролиды, ристомицин (ристоцетин, спонтин), новобиоцин и другие. Антибиотики, активные в отношении грамотрицательных бактерий, включают полимиксин. Антибиотики широкого спектра действия, такие как тетрациклины, левомицетин (хлорамфеникол, хлоромицетин), аминогликозиды (стрептомицин, мономицин, канамицин, неомицин и гентамицин), задерживают рост как многих грамположительных, так и грамотрицательных бактерий.
2. Противогрибковые антибиотики оказывают специфическое угнетающее действие на рост грибков. Широкое применение в медицинской практике нашли антибиотики нистатин и леворин, используемые для лечения кандидоза и других заболеваний, вызываемых дрожжеподобными грибами. Антибиотик амфотерицин Б применяется для лечения генерализованных и глубоких микозов. Эти три препарата относятся к группе полиеновых антибиотиков. Из противогрибковых антибиотиков неполиеновой структуры весьма эффективным лечебным средством оказался гризеофульвин.
3. Противоопухолевые антибиотики также нашли применение в медицине. Установлено, что некоторые антибиотики угнетают развитие не только бактерий и грибков, но способны также задерживать размножение клеток злокачественных опухолей. Некоторые из этих препаратов, такие как даунорубицин, доксорубицин и блеомицин, используются в онкологии.

Номенклатура

В 2009 году на фармацевтическом рынке представлено большое количество антибиотиков. Их общее число в России превышает 340 наименований, разделённых на 15 групп. Эти препараты относятся к одному из наиболее многочисленных классов лекарственных средств.

1. Цефалоспорины.
2. Полусинтетические пенициллины.
3. Фторхинолоны.
4. Азалиды.
5. Макролиды.
6. Комбинированные антибиотики.
7. Карбапенемы.
8. Тетрациклины.
9. Аминогликозиды.
10. Гликопептиды.
11. Нитрофураны.
12. Оксихинолины.
13. Пенициллины.
14. Линкозамиды.
15. Сульфаниламиды.

Принцип действия

По характеру действия на бактерии антибиотики можно разделить на две группы: бактериостатические и бактерицидные. Бактериостатические антибиотики в концентрациях, которые можно создать в организме, задерживают рост микробов, но не убивают их, тогда как бактерицидные антибиотики в аналогичных концентрациях приводят к гибели клетки. В более высоких концентрациях бактериостатические антибиотики могут оказывать также и бактерицидное действие. Примерами бактериостатических антибиотиков являются макролиды, тетрациклины, левомицетин, а бактерицидных — пенициллины, цефалоспорины, ристомицин, аминогликозиды и другие.

Механизм действия антибиотиков на молекулярном уровне изучен достаточно хорошо. Пенициллин, ристомицин, ванкомицин, новобиоцин, D-циклосерин нарушают синтез клеточной стенки бактерий, то есть эти антибиотики действуют лишь на развивающиеся бактерии и практически неактивны в отношении покоящихся микробов. Конечным результатом действия этих антибиотиков является угнетение синтеза муреина, который наряду с тейхоевыми кислотами является одним из основных полимерных компонентов клеточной стенки бактериальной клетки. Под воздействием этих антибиотиков вновь образующиеся клетки, лишённые клеточной стенки, разрушаются.

Если осмотическое давление окружающей жидкости повысить, например, внесением в среду сахарозы, то лишённые клеточных стенок бактерии не лизируются, а превращаются в сферопласты или протопласты, которые в соответствующих условиях способны размножаться подобно L-формам бактерий. После удаления антибиотиков микробная клетка, если она не погибла, вновь становится способной образовывать клеточную стенку и превращается в нормальную бактериальную клетку. Между этими антибиотиками не существует перекрёстной устойчивости, потому что точки приложения их в процессе биосинтеза муреина различны.

Механизм действия других антибактериальных антибиотиков, таких как левомицетин, макролиды, тетрациклины, заключается в нарушении синтеза белка бактериальной клетки на уровне рибосом. Как и антибиотики, подавляющие образование муреина, антибиотики, угнетающие синтез белка, действуют на различных этапах этого процесса и поэтому не имеют перекрёстной устойчивости между собой. Механизм действия антибиотиков аминогликозидов, например, стрептомицинов, заключается в первую очередь в подавлении синтеза белка в микробной клетке за счет воздействия на 30 S-рибосомальную субъединицу, а также нарушения считывания генетического кода в процессе трансляции.

Противогрибковые антибиотики полиены нарушают целостность цитоплазматической мембраны у грибковой клетки, в результате чего эта мембрана теряет свойства барьера между содержимым клетки и внешней средой, обеспечивающего избирательную проницаемость. В отличие от пенициллина, полиены активны и в отношении покоящихся клеток грибков. Противогрибковое действие полиеновых антибиотиков обусловливается связыванием их со стеринами, содержащимися в цитоплазматической мембране клеток грибков. Устойчивость бактерий к полиеновым антибиотикам объясняется отсутствием в их цитоплазматической мембране стеринов, связывающихся с полиенами.

Противоопухолевые антибиотики, в отличие от антибактериальных, нарушают синтез нуклеиновых кислот в бактериальных и животных клетках. Антибиотики актиномицины и производные ауреоловой кислоты подавляют синтез ДНК-зависимой РНК, связываясь с ДНК, служащей матрицей для синтеза РНК. Антибиотик митамицин С оказывает алкилирующее действие на ДНК, образуя прочные ковалентные поперечные связи между двумя комплементарными спиралями ДНК, нарушая при этом её репликацию. Антибиотик брунеомицин приводит к резкому угнетению синтеза ДНК и её разрушению. Подавляющее действие на синтез ДНК оказывает рубомицин.

Все эти реакции являются, вероятно, первичными и основными в действии антибиотиков на клетку, так как они наблюдаются уже при очень слабых концентрациях препаратов. Антибиотики в больших концентрациях нарушают многие другие биохимические процессы, протекающие в клетке, но это влияние антибиотиков имеет второстепенное значение в механизме их действия.

Применение антибиотиков

Для рационального применения антибиотиков важно знать их фармакологические и химиотерапевтические свойства. Основной успех в антимикробной терапии зависит от чувствительности возбудителя заболевания к определённому препарату и состояния организма пациента. При назначении антибиотиков важно учитывать контроль чувствительности возбудителя к препарату и обеспечить оптимальную концентрацию антибиотика для эффективного лечения. Борьба с появлением устойчивых форм микробов требует сбалансированного подхода к выбору антибиотиков и предотвращению развития суперинфекций.

Суперинфекция — это процесс, при котором уже заражённая клетка дополнительно заражается другим возбудителем заболевания. В медицинской терминологии суперинфекция означает инфекцию, которая развивается после предшествующей инфекции, особенно при заражении резистентными микроорганизмами. Суперинфекция может привести к возникновению резистентных форм микробов и усложнить лечение, так как после применения антибиотиков из организма исчезают чувствительные к ним микроорганизмы, а вместо них происходит размножение.

Дозы антибиотиков должны быть подобраны так, чтобы обеспечить достижение антибактериальной концентрации в поражённых участках организма. Большинство антибиотиков метаболизируется быстро, поэтому частые введения препарата необходимы для поддержания оптимальной концентрации. Для успешного лечения важно соблюдать регулярность применения антибиотиков в зависимости от их скорости выделения. Показания и дозировки антибиотиков должны определяться с учётом характеристик каждого индивидуального препарата. Профилактика возникновения устойчивых форм микробов требует разнообразия в подборе антибиотиков с различными механизмами действия.

Антибиотики могут оказывать терапевтическое воздействие на организм, но также могут вызывать разнообразные побочные реакции. Важно следить за пациентами, получающими антибиотики, и обеспечивать им необходимое медицинское наблюдение. Уничтожение нормальной кишечной микрофлоры может привести к авитаминозам, поэтому рекомендуется поддерживать организм витаминами во время антибиотикотерапии. Неправильное применение антибиотиков может привести к суперинфекциям, вторичным инфекциям и осложнениям. Борьба с самолечением и соблюдение инструкций врача помогут избежать негативных последствий использования антибиотиков.

Побочные эффекты применения антибиотиков

Токсическое действие антибиотиков может проявляться в виде побочных эффектов (ПЭ), которые являются причиной обращения к врачу 2—3 % больных от общего их числа. Побочные эффекты также являются причиной поступления в отделение интенсивной терапии в 3 % случаев и в общие (терапевтические) отделения — в 0,3 %. ПЭ встречаются также у 10—20 % госпитальных больных и являются причиной смерти приблизительно в 0,3 % от их числа. Согласно определению ВОЗ, к побочным эффектам относится «любая реакция на лекарства, вредная и нежелательная для организма, которая возникает при его использовании для лечения, диагностики и профилактики заболевания». По патогенезу ПЭ подразделяются на следующие группы: сопутствующие нежелательные фармакологические действия, токсические действия, аллергические реакции и лекарственная зависимость.

1. Нефротоксичность является одним из наиболее частых токсических действий антибиотиков. Она может проявляться в виде острой почечной недостаточности, тубулярного некроза, интерстициального нефрита и других поражений почек.
2. Ототоксичность также является одним из токсических действий антибиотиков. Она может проявляться в виде потери слуха, шума в ушах, головокружения и других нарушений вестибулярного аппарата.
3. Гематотоксичность является ещё одним токсическим действием антибиотиков. Она может проявляться в виде лейкопении, тромбоцитопении, анемии и других нарушений кроветворения.
4. Дерматотоксичность также может быть одним из токсических действий антибиотиков. Она может проявляться в виде высыпаний на коже, зуда, эритемы и других нарушений кожи.
5. Гепатотоксичность является ещё одним токсическим действием антибиотиков. Она может проявляться в виде гепатита, холестаза, цирроза печени и других нарушений функции печени.
6. Нейротоксичность также может быть одним из токсических действий антибиотиков. Она может проявляться в виде судорог, парестезий, нарушений сознания и других нарушений нервной системы.

Токсичность может быть вызвана как прямым воздействием антибиотика на ткани, органы и системы органов, так и косвенно, через нарушение иммунных реакций или (и) метаболизма. Факторами, предрасполагающими к развитию токсических реакций, являются возраст больного, комбинированность терапии, дисфункция элиминирующих органов, доза, длительность лечения и агрессивность самого лекарственного средства, тяжесть состояния и недостаточная подготовка врачей в области антибиотикотерапии. Для предотвращения токсических реакций необходимо тщательно подбирать дозы и сроки лечения, учитывать особенности состояния больного и сочетаемость антибиотиков с другими лекарственными средствами. При появлении признаков токсических реакций необходимо своевременно прекратить приём антибиотика и назначить симптоматическое лечение.

Антибиотикорезистентность

С начала XXI века учёные зафиксировали появление нескольких десятков штаммов микробов, устойчивых к одному или нескольким антибиотикам. Эти «супербактерии» возникают в результате массового нерационального использования антибиотиков в медицине и животноводстве, а также в результате попадания лекарств в природные экосистемы вместе с городскими и промышленными стоками. Многие из этих устойчивых бактерий, такие как туберкулезная палочка, золотистый стафилококк и пневмококк, вызывают вспышки «больничных» инфекций, с которыми становится всё труднее бороться. Эти проблемы вынуждают учёных ускоренно разрабатывать новые антибиотики и разрабатывать новые подходы к их применению, которые снижают риск появления «супербактерий». Параллельно с разработкой новых антибиотиков и поиском новых подходов к применению, в борьбе с антибиотикорезистентностью огромное значение имеет популяризация ответственного потребления антибактериальных лекарственных средств, особенно в части их утилизации. В настоящий момент на территории Российской Федерации существует законодательная коллизия относительно регламента обращения с твёрдыми коммунальными отходами, содержащими лекарственные средства, утратившие свои потребительские свойства, которую законодательной власти предстоит ещё разрешить.