CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1. KHÁNG SINH 1. Định nghĩa Kháng sinh (antibiotics) là những chất kháng khuẩn (antibacterial substances) được tạo ra bởi các chủng vi sinh vật (vi khuẩn, nấm, Actinomycetes), có tác dụng ức chế sự phát triển của các vi sinh vật khác. Hiện nay từ kháng sinh được mở rộng đến cả những chất kháng khuẩn có nguồn gốc tổng hợp như các sulfonamid và quinolon [1].
Dựa vào khả năng diệt khuẩn Dựa vào khả năng diệt khuẩn phân thành 2 loại: - Kháng sinh kìm khuẩn: Macrolid, tetracyclin, phenicol, lincosamid. - Kháng sinh diệt khuẩn: Beta-lactam, aminoglycosid, fluoroquinolon, 5-nitro- imidazol, co-trimoxazol [1]. Dựa vào chỉ số dược động học/dược lực học Dựa vào chỉ số dược động học/dược lực học phân thành 3 loại: - Kháng sinh diệt khuẩn phụ thuộc nồng độ: Fluoroquinolon, aminoglycosid. - Kháng sinh diệt khuẩn phụ thuộc thời gian không có hoặc có tác dụng kéo dài: Hầu hết các β-lactam.
- Kháng sinh diệt khuẩn phụ thuộc thời gian có tác dụng kéo dài trung bình hoặc dài: Azithromycin [1]. Dựa vào cấu trúc hóa học Dựa vào cấu trúc hóa học kháng sinh được chia thành các nhóm như sau: Bảng 1. Phân loại kháng sinh theo cấu trúc hoá học [1] STT Tên nhóm Phân nhóm Tên thuốc 1 Các penicillin Penicilin G, ampicilin, ticarcilin Các cephalosporin cefadroxil, cefuroxim, cefotaxim Các beta-lactam khác Beta-lactam Carbapenem Imipenem, meropenem Monobactam aztreonam Các chất ức chế beta- Acid clavulanic, sulbactam, lactamase tazobactam 2 Aminoglycosid Gentamicin, tobramycin, amikacin 3 Macrolid azithromycin, spiramycin 4 Lincosamid lincomycin, clindamycin 5 Phenicol Cloramphenicol, thiamphenicol Thế hệ 1 Tetracyclin, oxytetracyclin 6 Tetracyclin Thế hệ 2 Doxycyclin, minocyclin Glycopeptid Vancomycin, teicoplanin 7 Peptid Polypeptid Polymyxin, colistin Lipopeptid Daptomycin Thế hệ 1 Acid nalidixic, cinoxacin 8 Quinolon Các fluoloquinolon: Norfloxacin, ofloxacin, Thế hệ 2, 3, 4 levofloxacin, trovafloxacin 9 Các nhóm kháng sinh khác: Sulfonamid Sulfamethoxazon, sulfodiazin Oxazolidinon Linezolid 5-nitroimidazol Tinidazol, metronidazol 3 1. Cơ chế tác dụng của kháng sinh Sau khi vào tế bào, kháng sinh được đưa tới đích tác động là các thành phần cấu tạo cơ bản của tế bào vi khuẩn và phát huy tác dụng kìm hãm sự sinh trưởng và phát triển hoặc tiêu diệt vi khuẩn, đặc biệt có hiệu quả ở các vi khuẩn đang sinh trưởng và phát triển mạnh (giai đoạn 2/log phase-phát triển theo cấp số nhân), bằng cách: - Ức chế sinh tổng hợp vách tế bào vi khuẩn: Các kháng sinh nhóm beta-lactam, fosfomycin và vancomycin ngăn cản sinh tổng hợp lớp peptidoglycan nên không tạo được khung murein-tức là vách không được hình thành.
Tế bào vi khuẩn sinh ra không có vách, vừa không sinh sản được vừa dễ bị tiêu diệt hoặc bị ly giải, đặc biệt ở vi khuẩn Gram-dương. Như vậy, những kháng sinh này có tác dụng diệt khuẩn nhưng chỉ với những tế bào đang phát triển. - Gây rối loạn chức năng màng bào tương: Chức năng đặc biệt quan trọng của màng bào tương là thẩm thấu chọn lọc; khi bị rối loạn các thành phần (ion) bên trong tế bào bị thoát ra ngoài và nước từ bên ngoài ào ạt vào trong, làm chết tế bào vi khuẩn, ví dụ như: Polymyxin , colistin. Với cơ chế tác động này, polymyxin có tác dụng diệt khuẩn tuyệt đối (absolute bactericid), tức là giết cả tế bào đang nhân lên và cả tế bào ở trạng thái nghỉ-không nhân lên.
- Ức chế sinh tổng hợp protein: Tham gia sinh tổng hợp protein ngoài ribosom còn có các ARN thông tin và các ARN vận chuyển. Điểm tác động là ribosom 70S của vi khuẩn: Tại bán đơn vị 30s ví dụ như aminoglycosid, tetracyclin hoặc tại bán đơn vị 50s (nơi các acid amin liên kết tạo polypeptid) như erythromycin, cloramphenicol, clindamycin. Kết quả là các phân tử protein không được hình thành hoặc tổng hợp những protein “không đúng” làm ảnh hưởng quá trình sinh trưởng của vi khuẩn. - Ức chế sinh tổng hợp acid nucleic (gồm 3 cấp độ): Ngăn cản sự sao chép của ADN mẹ tạo ADN con, ví dụ do kháng sinh gắn vào enzym gyrase làm ADN không mở được vòng xoắn, như nhóm quinolon.
Ngăn cản sinh tổng hợp ARN, ví dụ do gắn vào enzym ARN polymerase như rifampicin. Ức chế sinh tổng hợp các chất chuyển hóa cần thiết cho tế bào: Quá trình sinh tổng hợp acid folic-coenzym cần cho quá trình tổng hợp các purin, pyrimidin (và một số acid amin) bị ngăn cản bởi sulfamid và trimethoprim. Như vậy, mỗi kháng sinh 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. Nếu vi khuẩn không bị ly giải hoặc không bị thực bào tiêu diệt, thì khi không còn tác động của kháng sinh (ngừng thuốc) vi khuẩn sẽ có thể hồi phục/sống trở lại (reversible).
Chỉ cần một tế bào sống sót, với tốc độ sinh sản nhanh chóng, sau vài giờ số lượng tế bào vi khuẩn đã không thể đếm được (ví dụ E. coli nếu 20 phút “đẻ 1 lứa” thì sau 5 giờ: Từ 1 tế bào mẹ-ban đầu phát triển thành 215 tế bào và sau 10 giờ là 230- hơn 1 tỷ); sẽ nguy hiểm hơn nữa nếu tế bào sống sót đó đề kháng kháng sinh [1], [3]. Dược động học và dược lực học của kháng sinh 1. Dược động học Dược động học (PK) mô tả quá trình hấp thu, phân bố, chuyển hóa và thải trừ của một thuốc.
Các quá trình tương ứng mô tả diễn biến của nồng độ thuốc trong máu theo thời gian, nồng độ này sau đó quyết định diễn biến nồng độ thuốc tại mô và dịch của cơ thể theo thời gian. Các thông số PK bao gồm nồng độ thuốc tối thiểu trong máu (Cmin), nồng độ thuốc tối đa trong máu (Cmax), tỉ số Cmax/MIC, thời gian đạt nồng độ tối 4 đa trong máu (Tmax), thể tích phân bố (Vd), tỷ lệ liên kết với protein, diện tích dưới đường cong nồng độ thuốc tự do trong máu theo thời gian (fAUC), tỉ số fAUC/MIC, thời gian bán thải (t1/2) và T > MIC thời gian duy trì nồng độ thuốc trên MIC để có tác dụng kìm khuẩn/diệt khuẩn, chỉ áp dụng cho kháng sinh [1], [3], [23]. Dược lực học Dược lực học (PD) thể hiện mối quan hệ giữa nồng độ và hiệu quả điều trị, trong trường hợp đối với kháng sinh, PD là mối quan hệ giữa nồng độ và hiệu quả diệt khuẩn. Các thông số PD bao gồm: MIC là nồng độ tối thiểu của kháng sinh có tác dụng ức chế sự phát triển của vi khuẩn, các chỉ số đo lường sự phơi nhiễm với thuốc (Cmax, PK, tỷ lệ gắn protein, fAUC) và tác dụng kéo dài.
Trong đó, MIC là thông số quan trọng nhất thể hiện hoạt lực của kháng sinh. Tuy nhiên, thông số này có hạn chế là không phản ánh được khả năng diệt khuẩn theo thời gian. Vì vậy, chỉ với giá trị MIC không thể phân biệt được giữa kháng sinh phụ thuộc nồng độ (là kháng sinh có tác dụng diệt khuẩn phụ thuộc vào nồng độ đạt được tại vị trí nhiễm khuẩn) và kháng sinh phụ thuộc thời gian (là kháng sinh có tác dụng diệt khuẩn sau khi đã đạt được giá trị nồng độ cụ thể nào đó trong một khoảng thời gian cụ thể tại vị trí nhiễm khuẩn). Giá trị MIC cũng không thể xác định được tác dụng kéo dài của kháng sinh.
Tác dụng hậu kháng sinh (PAE) là một thông số dược lực học của kháng sinh, là sự ức chế vi khuẩn phát triển tiếp tục sau khi nồng độ kháng sinh của huyết tương hạ thấp. Đơn vị của PAE được tính theo đơn vị thời gian (giờ hoặc phút). PAE có thể được xác định trong mô hình in vitro hoặc in vivo. Cơ chế của PAE có thể là: (1) vi khuẩn bị kháng sinh tác động nhưng chỉ bị thương tổn ở cấu trúc tế bào và sau đó có thể hồi phục lại mà không bị tiêu diệt; (2) kháng sinh vẫn duy trì ở vị trí gắn hoặc trong khoang bào tương và (3) vi khuẩn cần thời gian để tổng hợp enzym mới trước khi tăng trưởng trở lại.
PAE dài hay ngắn phụ thuộc vào đặc tính của kháng sinh và loại vi khuẩn. Một số loại kháng sinh có thể làm tăng khả năng thực bào của các đại thực bào trong cơ thể vật chủ, làm cho vi khuẩn dễ bị tiêu diệt hơn (các macrolid, penem, fluoroquinolon), điều này cũng làm tăng PAE. Đặc tính này còn được gọi là PALE (Post-Antibiotic Leucocyt Enhancement Effect: Hiệu quả tác động tăng cường bạch cầu sau kháng sinh). Thực tế thì tất cả các kháng sinh đều có PAE nhưng nếu thời gian kéo dài không đáng kể và không có lợi thế về liên kết mạnh với protein huyết tương hoặc không có PALE thì PAE coi như không đáng kể.
Theo đặc tính dược lực học này, kháng sinh được chia làm 2 loại: + Loại không có PAE hoặc PAE rất ngắn: Tiêu biểu cho loại này là các kháng sinh beta-lactam. Người ta cho rằng sở dĩ beta-lactam không có PAE vì cơ chế tác dụng diệt khuẩn liên quan đến sự biến dạng và vỡ vỏ tế bào vi khuẩn, chỉ xảy ra khi vi khuẩn có tiếp xúc với kháng sinh. + Loại có PAE trung bình hoặc kéo dài: Tiêu biểu cho loại có PAE dài là các kháng sinh nhóm aminoglycosid, rifampicin, fluoroquinolon, glycopeptid, tetracyclin và imidazol. Một số kháng sinh khác cũng có đặc tính này là các macrolid, carbapenem, lincosamid nhưng ngắn hơn.
Với aminoglycosid sở dĩ có PAE dài là do cơ chế ức chế tổng hợp protein của vi khuẩn kéo dài tạo khả năng ngăn cản kéo dài sự phát triển trở lại của vi khuẩn sau khi không còn tiếp xúc với kháng sinh nữa. Với một số kháng sinh khác thì PAE có được là nhờ có PALE hoặc nhờ khả năng gắn mạnh với protein tại tổ chức hoặc do phân bố mạnh tế bào vi khuẩn. Đặc tính diệt khuẩn của kháng sinh: Đây là đặc tính có liên quan đến nồng độ thuốc trong máu, theo đó kháng sinh có hai kiểu tác dụng chính. 5 + Kiểu diệt khuẩn phụ thuộc nồng độ (Concentration-dependent bactericidal activity): Với loại này, tốc độ và mức độ diệt khuẩn phụ thuộc vào độ lớn của nồng độ kháng sinh trong máu.
Aminoglycosid, fluoroquinolon, daptomycin, ketolid, metronidazol, amphotericin B có kiểu diệt khuẩn này. + Kiểu diệt khuẩn phụ thuộc thời gian (Time-dependent bactericidal activity): Với loại này, tốc độ và mức độ diệt khuẩn phụ thuộc chủ yếu vào thời gian vi khuẩn tiếp xúc với kháng sinh, ít phụ thuộc vào độ lớn của nồng độ thuốc trong máu. 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. Nhóm beta-lactam, macrolid, clindamycin, glycopeptid, tetracyclin, linezolid có kiểu diệt khuẩn thuộc nhóm này [1], [3], [23].