Фармакокинетика и фармакодинамика антибактериальных препаратов

Федеральное агентство по образованию

ГОУ ВПО «САРАТОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ Н.Г. ЧЕРНЫШЕВСКОГО»

Кафедра аналитической химии и химической экологии

Фармакодинамика и фармакокинетика

b -лактамных антибактериальных препаратов

КУРСОВАЯ РАБОТА

студента 3 курса химического факультета

Снесарева Сергея Владимировича

Научный руководитель

д. х. н., проф._______ Е.Г. Кулапина

Зав. кафедрой

д. х. н., проф.______ Р.К. Чернова

Саратов 2008

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1. Фармакодинамика и фармакокинтетика антибактериальных препаратов (Литературный обзор)

1.1 Оптимизация фармакодинамики антибактериальных препаратов (режимы дозирования)

1.2 Фармакокинетика полусинтетических пенициллинов

1.3 Фармакокинетика цефалоспоринов III и IV поколения

1.4 Фармакокинетика аминогликозидных антибиотиков

1.5 Определение b-лактамных антибиотиков в сыворотке крови и смешанной нестимулированной слюне

2. Экспериментальная часть

Выводы

Список использованных источников

Список используемых сокращений

АБП - антибактериальные препараты

МПК - минимально подавляющая концентрация

Т - время превышения минимальной подавляющей концентрации

ППК – предельно допустимая концентрация

в/в – внутривенно

в/м - внутримышечно

C_max - максимальные концентрации в крови

V_dss - стационарный объем распределения

F - абсолютная биодоступность

AUC - площадь под фармакокинетической кривой в интервале 0 – 24 ч

CL_t - общий клиренс

T_1/2 - период полувыведения

ЖРП – жидкость ротовой полости

Введение

Антибиотики - вещества, которые продуцируются микроорганизмами и подавляют рост других микроорганизмов или уничтожают их. Помимо антибиотиков, существует значительное число препаратов различных фармакологических групп, полученных синтетическим путем, которые оказывают антимикробное действие: сульфаниламиды, препараты, созданные на основе триметоприма, производные нитрофурана, 8-оксихинолона, хиноксалина, фторхинолоны, нитроимидазолы и др. В настоящее время антибиотики являются препаратами, наиболее широко используемыми в клинической практике для лечения больных различными инфекционными процессами.

Беталактамные антибиотики ( b - лактамы) - самая большая группа антимикробных препаратов, включающая более 50 (25% от общего числа антибактериальных препаратов) наименований, объединенных наличием в их химической структуре b-лактамного кольца, отвечающего за антимикробную активность; при разрушении b-лактамного кольца антимикробная активность препарата теряется. Основные особенности и приемущества перед другими группами лекарственных средств связаны со способностью этих препаратов подавлять рост возбудителей инфекций без серьезного побочного воздействия на организм больного.

Концентрации антибиотиков в сыворотке крови и жидкостях организма человека должны соотносится с двумя основными подходами. Первый из них заключается в фармакокинетической оценке препаратов.

Определяя уровни препаратов в организме, можно установить характер всасывания, распределения, проникновения в ткани, метаболической деградации и экскреции антибиотиков. При втором подходе используются уровни концентраций антибиотиков в крови для модификации дозирования антибиотиков с целью достижения максимальной терапевтической эффективности и устранения дозозависимой токсичности [1].

Классификация b - лактамов по химическому строению приведена на рис.1. Большую часть b - лактамных антибиотиков составляют пенициллины и цефалоспорины. Основа всех пенициллинов представлена тиазолидиновым кольцом, соединенным с b - лактамным кольцом, имеющим аминогруппу (R–NH-). Путем изменения радикалов были созданы полусинтетические пенициллины, резистентные к b - лактамазам, кислотоустойчивые, активные в отношении грамотрицательных микроорганизмов.

Рис. 1. Классификация антибиотиков b - лактамного ряда по химическому строению

Пенициллины можно подразделить на следующие подгруппы:

– Природные (феноксиметилпенициллин, бензилпенициллин);

– Аминопенициллины (ампициллин, амоксициллин);

– Пенициллиназостабильные (оксациллин, клоксациллин, диклоксациллин);

– Защищенные (амоксициллин/клавуланат, «Ампиокс»)

Новые перспективы повышения эффективности b-лактамов открылись в связи с получением ингибиторов беталактамаз (клавулановая кислота, сульбактам). Их применение в комбинации со старыми пенициллинами (ампициллин, тикарциллин) повысило эффективность полусинтетических пенициллинов в отношении резистентных штаммов до уровня цефалоспоринов III поколения, расширило спектр их действия [2]. Сулациллин –комбинированный препарат, состоящий из ампициллина и ингибитора беталактамаз сульбактама в соотношении 2:1. Действующим началом сулациллина является ампициллин, второй компонент сочетания – сульбактам – самостоятельной антибактериальной активностью не обладает. Сульбактам в составе сулациллина восстанавливает антибактериальную активность ампициллина в отношении устойчивых возбудителей, расширяет его антимикробный спектр. Сулациллин по показаниям и терапевтической эффективности приближается к цефалоспоринам II – III поколения [3].

Основа всех цефалоспоринов представлена дигидротиазолидиновым кольцом, соединенным с b - лактамным кольцом. Собственно антимикробная активность природных цефалоспоринов (цефалоспорин-С) низкая, однако присоединение различных радикалов в положении 7 и в положении 3 резко усиливает их биологическую активность и устойчивость к b-лактамазам.

Цефалоспорины принято делить на четыре поколения, отличающихся между собой по спектру антимикробного действия.

Первое поколение: цефазолин, цефалотин, цефалоридин - препараты для парентерального введения; цефрадин, цефалексин, цефадроксил - препараты для приема внутрь.

Второе поколение: цефамандол, цефокситин, цефотетан, цефметазол, цефуроксим - для парентерального применения; цефуроксим аксетил, цефаклор - для приема внутрь.

Третье поколение: цефотаксим, цефоперазон, цефтриаксон, цефтизоксим, цефтазидим, цефодизим, цефменоксим, цефиксим, цефоперазон, цефсулодин, цефтазидим. цефпирамид, цефпимазол - для парентерального применения: цефтибутен, цефетамет пивоксил, цефподоксим проксетил, цефдинир, цефиксим, цефпрозид - для перорального применения.

Четвертое поколение: цефпиром и цефепим.

Название и формулы b-лактамных антибиотиков приведены в табл. 1.

Таблица 1

Название и химическая формула антибиотиков b -лактамного ряда.

1. Фармакодинамика антибактериальных препаратов

В современной клинической практике наблюдается существенный рост использования антибактериальных препаратов. Однако и за рубежом, и в России отмечается низкое качество фармакотерапии антибиотиками, причем заболеваемость и смертность вследствие неспецифических инфекций возрастает с каждым годом [4, 6]. Оценить эффективность антибактериальной терапии в первые дни лечения чрезвычайно трудно, так как нет четких клинических и лабораторных критериев. В последние годы разработаны методы оценки адекватности терапии и выбора режима дозирования препаратов на основании моделирования параметров фармакокинетики/фармакодинамики антибактериальных лекарственных средств (ЛС) [5]. Применение подобных методик позволяет увеличить эффективность лечения, снизить сроки пребывания в стационаре и уменьшить смертность больных с тяжелыми неспецифическими инфекциями [7]. Согласно данным литературы, такие методики в России пока не апробированы на практике и не применяются для оптимизации лечения больных.

Авторами [8] проведено моделирование фармакодинамики наиболее распространенных антибактериальных препаратов (АБП) на основании выявления часто встречающихся микроорганизмов и определения степени их резистентности к АБП.

С учетом данных моделирования фармакодинамики выделяют основные группы АБП:

1. Препараты выбора для эмпирического (при неизвестном возбудителе) назначения цефтриаксон, линкомицин, эритромицин, ципрофлоксаиин.

2. Препараты выбора для терапии при известном (установленном при культуральном исследовании) возбудителе ванкомицин, цефепим, тиенам, меронем, рифампицин, цефтриаксон, линкомицин.

3. Препараты, применение которых в стационаре нежелательно, так как эти средства обладают недостаточно высокими показателями эффективности: коамоксициллин, ампициллин, доксициклин, гентамицин, оксациллин, цефоперазон, цефтазидим, амикацин.

Как показал анализ врачебных назначений в стационаре, доля препаратов 1-й группы — 27,4% от общего объема назначений, 2-й группы — 29,5%, 3-й группы, эффективность которых с точки зрения моделирования фармакодинамических параметров сомнительна, — 63,7% [4,5,7].

Дискодиффузионным методом исследовали на чувствительность к основным антибиотикам различных микроорганизмов. Результаты исследований обрабатывались при помощи компьютерной программы, написанной на основе таблиц Microsoft Excel.

1.1 Оптимизация фармакодинамики антимикробных средств

В настоящее время очень серьезной проблемой является лечение инфекций, вызванных микроорганизмами, резистентными к одному или нескольким противомикробным препаратам. Наиболее подходящим способом борьбы с такими инфекциями является оптимизация применения противомикробных средств. Как правило, для эмпирической терапии в наиболее тяжелых случаях применяются препараты широкого спектра, сохраняющие активность против большинства полирезистентных возбудителей

Авторами [9] исследованы фармакодинамические характеристики карбапеменов и рекомендаций по применению различных режимов дозирования препаратов этой группы. Идеальной стратегией при выборе режима дозирования антибиотиков является подход, позволяющий добиться экспозиции, необходимой для уничтожения определенных фармакокинетических параметров относительно минимально подавляющей концентрации (МПК): время превышения МПК (Т>МПК), отношение площади под фармакокинетической кривой (ППК) к МПК (ППК/МПК), отношение максимальных концентраций антибиотика С_макс /МПК. Для антибиотиков, характеризующихся концентрационно зависимым эффектом (аминогликозиды и фторхинолоны), наиболее точный прогноз их эффективности может быть получен при анализе таких фармакокинетических показателей, как ППК/МПК и С_макс /МПК. Причем было показано, что максимальная антимикробная эффективность наблюдается против грамотрицательных бактерий при достижении значений ППК/МПК 80-125 или С_макс /МПК в пределах 8-10.

Противомикробная активность b-лактамов (пенициллинов и цефалоспоринов), концентрационно независима и определяется прежде всего временем, в течение которого концентрация препарата в крови превышает МПК (Т>МПК). Было показано, что эффективность b-лактамов прямо зависит от периода времени между введениями препарата, в течение которого концентрации будут превышать МПК для микроорганизмов. Этот показатель обозначается %Т>МПК, где %Т - часть временного интервала в процентах между приемами установленной дозы противомикробного препарата.

Для того чтобы максимально увеличить фармакодинамические параметры карбапенемов, можно изменить традиционные схемы дозирования препаратов этой группы:

– увеличить дозу препарата не изменяя длительности интервала между дозами;

– сократить время между введением препарата, не изменяя его дозу;

– увеличить продолжительность инфузии антибиотика.

Установлено, что пролонгированная инфузия (~3 ч) позволяет добиться улучшения фармакодинамических параметров карбопенемов.

1.2 Фармакокинетика полусинтетических пенициллинов

Несмотря на появление новых антибиотиков и других лекарственных средств антимикробного действия, пенициллины продолжают широко использоваться в клинической практике. Основой химической структуры пенициллинов является 6-аминопенициллановая кислота. Препараты этой группы действуют бактерицидно. Пенициллины обладают низким уровнем токсичности, позволяющим использовать широкий диапазон дозировок, и сравнительно дешевы. Следует отметить высокую аллергогенность пенициллинов и наличие перекрестной аллергии между ними. Различают природные и полусинтетические пенициллины. Природные пенициллины образуются в процессе роста грибов (бензилпенициллин, его соли и эфиры, феноксиметилпенипиллин), полусинтетические получены путем модификации молекулы природных пенициллинов (пенициллиназорезистентные - оксациллин, диклоксациллин; широкого спектра действия - аминопенициллины, карбоксипенициллины, уреидопенициллины). Кроме того, существуют также комбинированные препараты, состоящие из полусинтетических пенициллинов и ингибиторов бета-лактамаз (уназин, аугментин, тиментин, тазоцин).

Полусинтетические пенициллины по спектру действия соответствует бензилпенициллину, однако уступает ему по активности в отношении большинства микроорганизмов. Изоксазолилпенициллины активны в отношении грамположительных кокков, чувствительных и устойчивых к бензилпенициллину. Основным в данном перечне препаратов, выпускаемых отечественной промышленностью, является оксациллин, который по спектру антибактериального действия; фармакокинетическим, фармакологическим параметрам, клинической эффективности, переносимости аналогичен другим изоксазолилам, в связи с чем на его примере автором [10] и рассматриваются основные свойства группы.

Оксациллин и другие изоксазолилы кислотоустойчивы, могут применяться парентерально (внутривенно, внутримышечно) и внутрь. Основные фармакокинетические параметры оксациллина представлены в табл. 2.

Таблица 2

Фармакокинетические показатели оксациллина.

Основной особенностью фармакокинетики пенициллиназоустойчивых пенициллинов (как и других представителей пенициллиновых антибиотиков) является их быстрое выведение из организма больного (период полувыведения 0,5-1 ч, тем не менее более медленное, чем у бензилпенициллина), что обусловливает необходимость их частого введения, особенно при тяжелом течении заболевания (каждые 4-6 ч). Препараты хорошо всасываются при приеме внутрь и парентеральном введении, обнаруживаются в эффективных концентрациях в тканях печени, почек, легких, в экссудатах полостей, костной и мышечной тканях и др. Пик концентраций в крови антибиотиков при парентеральном введении (внутривенном и внутримышечном) существенно превышает наблюдаемый при их пероральном применении (в 3-4 раза). У новорожденных и недоношенных детей уровни концентраций изоксазолилов в крови существенно выше обнаруживаемых у взрослых больных. Так, пик концентрации оксациллина после его внутримышечного введения в дозе 250 мг составляет 14-15 мкг/мл, у новорожденных после внутримышечного введения 20 мг/кг в сутки достигает 45-50 мкг/мл. Период полувыведения (T_1/2 ) изоксазолилов у взрослых в зависимости от способа введения колеблется в пределах 0,5-1 ч, у новорожденных - 1,5-1,8 ч. Выводятся изоксазолиловые пенициллины из организма больного преимущественно почками.

1.3 Фармакокинетика цефалоспоринов III и IV поколения

Цефалоспорины имеют широкий спектр антимикробного действия, бактерицидный механизм действия, низкий уровень токсичности. Кроме того, они неактивны в отношении энтерококков. В зависимости от спектра антимикробной активности различают цефалоспорины первого, второго, третьего и четвертого поколений. Каждое последующее поколение отличается от предыдущего более широким спектром антимикробного действия и большей устойчивостью к b-лактамазам. Кроме того, цефалоспорины принято разделять на пероральные и парентеральные. Выделяют также препараты по преимущественной активности: например, цефалоспорины с антисинегнойной активностью.

Препараты третьего поколения обладают особенно высокой активностью в отношении Г- бактерий из сем. Enterobacteriaceae, включая госпитальные множественноустойчивые штаммы. В отношении Г+ кокков, особенно стафилококков, их активность несколько ниже, чем у цефалоспоринов первого - второго поколений. Преимуществами цефалоспоринов третьего поколения являются активность в отношении некоторых типичных госпитальных патогенов и большая устойчивость к действию бета-лактамаз, недостатком - незначительная антистафилококковая активность. Четвертое поколение характеризуются более широким спектром антибактериальной активности, чем цефалоспорины третьего поколения. Высокоактивны в отношении большинства Г- бактерий, в том числе продуцирующих b-лактамазы. Цефалоспорины четвертого поколения стабильны по отношению к действию различных b-лактамаз. Очень важным является выявление фармакокинетики цефалоспоринов последних поколений.

По данным автора [11] цефалоспорины хорошо всасываются при внутримышечном введении. Большинство цефалоспоринов плохо всасывается из пищеварительного тракта. Однако часть препаратов абсорбируется достаточно хорошо и поэтому может вводиться перорально. Биодоступность последних – от 40–95%. Они накапливаются в крови в бактерицидных концентрациях, что и обеспечивает необходимый фармакотерапевтический эффект. Концентрация в тканях и жидкостях составляет от 30 до 70%, внутрь клетки препараты не проникают. В крови цефалоспорины частично связываются с белками плазмы. Основные фармакокинетические характеристики цефалоспоринов III поколения приведены в табл. 3.

Проницаемость через физиологические барьеры и через гематоэнцефалический барьер имеет следующие особенности:
– препараты I поколения – не проникают;
– II поколение – умеренно при воспалении;
– III–IV поколение – хорошо проникают при воспалении (за исключением цефоперазона).

Таблица 3

Фармакокинетические параметры цефалоспоринов III поколения [11].