CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1. TỔNG QUAN VỀ KHÁNG SINH 1. Định nghĩa Kháng sinh (KS) là chất do vi sinh vật tiết ra, có khả năng ức chế hay tiêu diệt vi sinh vật đích khác. Khi tác động trên vi khuẩn đích, kháng sinh có thể có hiệu quả diệt khuẩn hay kìm khuẩn.
Khi dùng cho người hay động vật, kháng sinh có tính độc chọn lọc, nghĩa là chỉ gây hại cho vi sinh vật gây bệnh nhưng không hoặc rất ít gây hại cho người hay động vật sử dụng thuốc [16]. Phân loại kháng sinh 1. Phân loại theo cấu trúc hoá học Nhóm beta-lactam - Nhóm penicilin: benzylpenicillin, oxacilin, ampicilin, amoxicilin,… - Nhóm cephalosporin: cephalexin, cefaclor, cefuroxim, cefixim,… - Các beta-lactam khác: carbapenem, monobactam, các chất ức chế beta- lactamase (acid clavulanic, sulbactam và tazobactam). Nhóm aminoglycosid (aminosid): gentamycin, tobramycin, streptomycin,… Nhóm macrolid: erythromycin, clarithromycin, azithromycin,… Nhóm lincosamid: lincomycin và clindamycin.
Nhóm phenicol: cloramphenicol và thiamphenicol. Nhóm oxazolidinon: linezolid. Nhóm 5-nitro-imidazol: metronidazol, tinidazol,… [7], [21], [25], [27]. Phân loại dựa vào dược động học và dược lực học (PK/PD) Theo sự khác biệt về mối quan hệ liều lượng – độ nhạy, thuốc kháng sinh được phân loại rộng rãi thành một hoặc nhiều loại PK/PD sau: - Phụ thuộc vào thời gian: Hiệu quả kháng khuẩn được xác định bằng phần trăm thời gian tích lũy trong khoảng thời gian 24 giờ mà nồng độ kháng sinh tự do (hoặc không liên kết) vượt quá MIC (fT>MIC).
Nhóm beta-lactam, erythromycin, clindamycin,… có kiểu diệt khuẩn thuộc nhóm này. Khả năng diệt khuẩn đạt bão hòa khi nồng độ lớn hơn MIC khoảng 4 lần; khi tăng hơn nữa nồng độ, tốc độ và mức độ diệt khuẩn tăng không đáng kể. - Phụ thuộc nồng độ: Hiệu quả kháng khuẩn được xác định bằng tỉ lệ nồng độ đỉnh trong khoảng thời gian dùng thuốc trên MIC (Cmax/MIC). Aminoglycosid, fluoroquinolon, daptomycin, ketolid, metronidazol, amphotericin B,… có kiểu diệt khuẩn này.
Mục tiêu thông thường là Cmax/MIC vượt quá khoảng 8 – 10. Hiệu quả của kháng sinh diệt khuẩn phụ thuốc vào thời gian và nồng độ Chú thích: cfu = đơn vị hình thành khuẩn lạc. Nguồn: Brown MJ và cộng sự 2019 [34] - Phụ thuộc nồng độ và phụ thuộc vào thời gian (phụ thuộc tổng lượng thuốc vào cơ thể): Tác dụng kháng khuẩn được xác định bằng tỉ lệ AUC0–24h trong khoảng thời gian 24 giờ trên MIC (AUC0-24h/MIC). Ví dụ, fluoroquinolon, tetracyclin, azithromycin, clarithromycin, tigecyclin, linezolid, vacomycin,… Các mục tiêu cụ thể khác nhau tùy theo KS [7], [31], [32].
Thông số PK/PD của kháng sinh trên đường cong nồng độ – thời gian Nguồn: Lipman J và cộng sự 2018 [74] Tác dụng hậu KS (PAE – Post Antibiotic Effect): Đây là một thông số dược lực học của KS. Phản ánh thời gian cần thiết để vi khuẩn hồi phục sau khi chịu tác dụng của KS và phát triển trở lại. Theo đặc tính dược lực học này, KS được chia làm 2 loại: - Loại không có PAE hoặc PAE rất ngắn: Tiêu biểu cho loại này là các kháng sinh beta-lactam. Loại kháng sinh này phải dùng nhiều lần trong ngày.
- Loại có PAE trung bình hoặc kéo dài: Tiêu biểu cho loại có PAE dài là các KS nhóm aminoglycosid, rifampicin, fluoroquinolon, glycopeptid, tetracyclin và imidazol. Những loại KS có PAE kéo dài, ngày dùng 1 lần. Một số KS khác cũng có đặc tính này là các macrolid, carbapenem, lincosamid nhưng ngắn hơn [3], [7], [18]. Như vậy, từ các cách phân loại trên để thuận tiện cho việc tối ưu hoá về liều lượng kháng sinh trên lâm sàng người ta chia thành 3 nhóm.
- Diệt khuẩn phụ thuộc thời gian và PAE ngắn hoặc không có (T>MIC): Kháng sinh thuộc nhóm này như penicillin, cephalosporin, carbapenem, linezolid,… Chiến lược tối ưu hóa sử dụng cho nhóm này bao gồm: (1) Tối đa hoá thời gian duy trì nồng độ trên MIC; (2) tăng tần suất sử dụng và tuân thủ khoảng cách liều; (3) kéo dài thời gian truyền (truyền kéo dài hay truyền liên tục tuỳ theo độ ổn định ở nhiệt độ phòng); (4) dùng dạng bào chế giải phóng thuốc kéo dài; (5) tăng liều (có thể làm tăng tác dụng phụ). 6 - Diệt khuẩn phụ thuộc nồng độ và PAE trung bình tới kéo dài (Cmax/MIC và AUC0-24h/MIC): Kháng sinh thuộc nhóm này như aminoglycosid, fluoroquinolon, colistin, daptomycin, metronidazol… Chiến lược tối ưu hóa sử dụng cho nhóm này bao gồm: (1) Tối đa hoá nồng độ trị liệu; (2) nên dùng liều cao, ít lần trong ngày để giảm độc tính (PAE kéo dài cho phép việc dùng kháng sinh này liều cao và không phải lặp lại liều thường xuyên); (3) việc chia nhỏ liều kháng sinh làm giảm hiệu quả và gia tăng đề kháng. - Diệt khuẩn phụ thuộc thời gian và PAE trung bình (AUC0-24h/MIC): Kháng sinh thuộc nhóm này như vancomycin, azithromycin, clarithromycin, tetracyclin,… Chiến lược tối ưu hóa sử dụng cho nhóm này bao gồm: (1) Tối đa hoá lượng kháng sinh trong cơ thể (AUC); (2) tăng liều; (3) tăng tần suất sử dụng; (4) tăng thời gian tiêm truyền [3], [7]. Cơ chế tác động của kháng sinh 1.
Ức chế tổng hợp thành tế bào Các KS nhóm beta-lactam, fosfomycin và vancomycin ngăn cản sinh tổng hợp lớp peptidoglycan nên không tạo được khung murein – tức là thành tế bào không được hình thành. Tế bào con sinh ra không có thành, vừa không sinh sản được vừa dễ bị tiêu diệt hoặc bị li giải. Những KS này có tác dụng diệt khuẩn nhưng chỉ với những tế bào đang phát triển (degenerative bactericide) [7]. Thay đổi tính thấm của màng Các kháng sinh tác động lên màng, làm thay đổi tính thấm của màng (các ion Mg++, Ca++, K+ thoát ra ngoài tế bào nhiều), gây rối loạn quá trình trao đổi chất giữa tế bào vi khuẩn với môi trường làm vi khuẩn bị tiêu diệt.
Polymyxin là một cation, có tác dụng diệt khuẩn tuyệt đối (absolute bactericide), tức là giết cả tế bào đang nhân lên và cả tế bào ở trạng thái nghỉ – không nhân lên [7]. Bên cạnh đó, thuốc cũng có khả năng gắn và bất hoạt nội độc tố vi khuẩn [27]. Ức chế tổng hợp protein Điểm tác động là ribosom 70S của vi khuẩn: tại tiểu phần 30S ví dụ như aminoglycosid (nơi RNA thông tin trượt qua), tetracyclin (nơi RNA vận chuyển mang 7 acid amin tới) hoặc tại tiểu phần 50S (nơi acid amin liên kết tạo polypeptid) như erythromycin, cloramphenicol, clindamycin. Kết quả là các phân tử protein không được hình thành hoặc được tổng hợp nhưng không có hoạt tính sinh học làm ngừng trệ quá trình sinh trưởng và phát triển [7].
Ức chế tổng hợp RNA và DNA của vi khuẩn Quá trình tổng hợp acid nhân được thực hiện bởi 2 giai đoạn: sao chép và phiên mã. Để ức chế tổng hợp acid nhân thì KS chủ yếu tác động vào 2 giai đoạn này: - Sao chép: Quinolon gắn với topoisomerase II của vi khuẩn (DNA – gyrase) làm mất hoạt tính enzym. Do, không có khả năng mở vòng xoắn để thực hiện việc sao chép mã di truyền được nên vi khuẩn bị tiêu diệt. - Phiên mã: Rifampicin gắn vào tiểu đơn vị beta của ARN – polymerase phụ thuộc DNA nên ức chế tổng hợp RNA [6], [7], [27].
Ức chế chuyển hoá (ức chế tổng hợp acid folic) Acid folic cần cho sự tồn tại và phát triển của vi khuẩn. Quá trình tổng hợp và chuyển hoá acid folic được thực hiện nhờ 2 enzym là dihydrofolat synthetase và dihydrofolat reductase. Các KS kháng chuyển hoá như co-trimoxazol (sulfamethoxazol/trimethoprim) có khả năng ức chế cạnh tranh với các enzym này. Kết quả là quá trình tổng hợp và chuyển hoá acid folic bị ngừng lại làm cho vi khuẩn bị tiêu diệt [27].
Như vậy, mỗi KS chỉ tác động lên một vị trí nhất định trong thành phần cấu tạo, ảnh hưởng đến một khâu nhất định trong các phản ứng sinh học khác nhau của tế bào vi khuẩn, dẫn đến ngừng trệ sinh trưởng và phát triển của tế bào. Do đó, khi phối hợp KS trong điều trị người ta thường sử dụng những KS có đích tác động (cơ chế tác dụng) khác nhau để làm tăng khả năng tiêu diệt một loài vi khuẩn [6], [7]. ĐỀ KHÁNG KHÁNG SINH 1. Tình hình đề kháng thuốc Kháng đa thuốc là một trong những mối đe dọa hàng đầu đối với sức khỏe cộng đồng toàn cầu và thường là do sử dụng quá nhiều kháng sinh, sử dụng kháng sinh không hợp lý [70].
Ước tính đến năm 2050, trên toàn thế giới số người chết vì kháng 8 KS có thể lên tới 10 triệu người nếu chúng ta không tìm ra các giải pháp chủ động ngay từ bây giờ. Thậm chí ngày nay, 700.000 người chết vì nhiễm trùng kháng thuốc mỗi năm [64]. CDC ước tính rằng 23.000 người ở Hoa Kỳ chết mỗi năm do nhiễm vi khuẩn kháng thuốc [43]. Tại Việt Nam, tỷ lệ kháng KS thuộc hàng cao nhất Châu Á, với tình trạng nhiễm trùng đa kháng thuốc gây ra hàng nghìn ca tử vong hàng năm [83].
Việt Nam trong vùng vi khuẩn Gram âm kháng thuốc mức độ cao. Ước tính kháng thuốc của Klebsiella tại Việt Nam là > 5% so với các nước Đông Nam Á khác [55]. Phân loại đề kháng kháng sinh 1. Đề kháng giả Đề kháng giả là có biểu hiện đề kháng nhưng không phải là bản chất, tức là không do nguồn gốc di truyền hoặc khi vi khuẩn ở trạng thái nghỉ (không nhân lên, không chuyển hoá) thì không chịu tác dụng của KS [6].
Ví dụ, gặp ở dai dẳng kháng sinh (persister) – chúng là các tế bào vi khuẩn không nhạy cảm với thuốc, không có gen kháng thuốc. Các tế bào dai dẳng này xảy ra với tỷ lệ khoảng 1% trong môi trường nuôi cấy ở pha tĩnh (Hình 1. Vi khuẩn đề kháng và dai dẳng Nguồn: Reygaert WC 2018 [67] 9 1. Đề kháng thật Đề kháng tự nhiên: Do một số loài vi khuẩn không chịu tác dụng của một số KS nhất định.
aeruginosa không chịu tác dụng của penicilin G, S. aureus không chịu tác dụng của colistin. Hoặc vi khuẩn không có vách như Mycoplasma không chịu tác dụng của các kháng sinh beta-lactam ức chế sinh tổng hợp vách. Đề kháng thu được: Do một biến cố di truyền là đột biến hoặc nhận được gen đề kháng để một vi khuẩn đang từ không có gen đề kháng trở thành có gen đề kháng, nghĩa là đang nhạy cảm trở thành có khả năng đề kháng kháng sinh.
Các gen đề kháng có thể nằm trên một, một số hoặc tất cả các thành phần di truyền của vi khuẩn gồm nhiễm sắc thể, plasmid và transposon [7]. Cơ chế kháng kháng sinh của vi khuẩn 1. Cơ chế kháng thuốc phân tử Các cơ chế kháng thuốc phân tử như: Thay đổi tính thấm của thành tế bào; enzym phân huỷ kháng sinh; bơm thoát dòng chủ động loại bỏ thuốc ra khỏi tế bào; thay đổi mục tiêu tác động; thay đổi đường chuyển hoá [38], [78]. Một số sinh vật có thể phát triển đa cơ chế kháng thuốc.