mở đầu cho nghiên cứu và sử dụng kháng sinh, và sau đó là hàng loạt những nghiên cứu, sản xuất và sử dụng kháng sinh phát triển mạnh do tác dụng hơn hẳn trong điều trị các bệnh nhiễm khuẩn so với các thuốc kháng sinh khác. Sự xuất hiện đề kháng với các kháng sinh β-lactam bắt đầu ngay cả trƣớc khi kháng sinh β-lactam đầu tiên penicillin đƣợc phát hiện. Enzyme β-lactamase đầu tiên đã đƣợc xác định ở Escherichia coli trƣớc khi penicillin đƣợc giới thiệu để sử dụng trong y học lâm sàng [19]. Kháng sinh là những chất tạo thành do chuyển hoá sinh học, có tác dụng ngăn cản sự tồn tại hoặc phát triển của vi khuẩn ở nồng độ thấp, được sản xuất bằng sinh tổng hợp hoặc tổng hợp theo mẫu các kháng sinh tự nhiên.
* Kháng sinh β-lactam - Định nghĩa: Là các kháng sinh mà phân tử chứa vòng β-lactam. Gồm các nhóm: penicillin, cephalosporin, monobactam, cacbapenem trong đó hai nhóm sử dụng phổ biến và lớn nhất là penicillin và cephalosporin. Các penicillin thu đƣợc từ môi trƣờng nuôi cấy nấm Penicilium notatum và Penicillium chryrogenum, bán tổng hợp từ axit 6_amino penicillanic (6APA). Các cephalosporin tự nhiên đƣợc phân lập từ môi trƣờng nuôi cấy nấm Cephalosporium acremonium và bán tổng hợp từ axit 7_amino cephalosporinic (7ACA) xuất phát từ các kháng sinh thiên nhiên.
- Cấu trúc và phân loại: + Nhóm các penicillin. z Các penicillin đều có cấu trúc cơ bản gồm 2 vòng: vòng thiazolidin, vòng β- lactam [16]. S R CO N 4 CH3 H 6 5 3 7 1 N 2 CH3 O COOM Hình 1. Công thức cấu tạo các kháng sinh penicillin [9] Tên gọi chung công thức của các penicillin khi chƣa có mạch nhánh ở vị trí số 6 là: Axit (2S,5R,6R)- 3,3-Dimethyl-7-oxo-4-thia-1-azabicyclo[3.0]heptane-2- carboxylic) Khi thay thế R bằng các gốc khác nhau, những cacbon bất đối có cấu hình 2S, 5R, 6R ta có các penicilin có độ bền, dƣợc động học và phổ kháng khuẩn khác nhau.
Với M là gốc cation thƣờng là: K, Na, H. Nhóm kháng sinh penicillin đƣợc chia thành 3 nhóm chính với hoạt tính khác nhau [13]. Phân loại và cấu trúc một số penicillin Tên kháng sinh R Hoạt tính PenicillinG CH2- Gồm các Penicillin tự Nhóm penicillin (PENG) nhiên và dẫn chất.Phổ tự nhiên Benzathin hẹp: vi khuẩn gram(+). Benzyl Không kháng β- lactamase kháng penicillinase Là các Penicillin bán tổng Nhóm penicillin C Oxacillin N hợp.
Phổ hẹp nhƣ nhóm I. O CH3 (OXA) Kháng penicillinase, 6-[(5-methyl-3-phenyl-1,2- không tác động vào vòng oxazole-4-carbonyl)amino] z Tên kháng sinh R Hoạt tính Cl β – lactam đƣợc. phenylacetyl] amino) Không kháng β- NH2NH2 CH- lactamase và Amoxicillin penicillinase (AMO) HO 6-{[(2R)-2-amino-2-(4- hydroxyphenyl)-acetyl]amino} + Nhóm các cephalosporin [9, 13]. Các cephalosporin cấu trúc chung gồm 2 vòng: vòng β-Lactam 4 cạnh gắn với 1 dị vòng 6 cạnh, những cacbon bất đối có cấu hình 6R, 7R.
Khác nhau bởi các gốc -R R2 S H 1 R1 CO N 6 2 7 8 3 N5 4 R3 O COOM Hình 1. Công thức cấu tạo các kháng sinh cephalosporin z Tên gọi chung của các cephalosporin khi chưa có có mạch nhánh (gốc R) là: Axit (6R,7R) 8-oxo-5-thia-1-azabicyclo[4.0]oct-2-ene-2-carboxylic Khi thay đổi các gốc R, những cacbon bất đối có cấu hình 6R, 7R được các cephalosporin có độ bền, tính kháng khuẩn và dược động học khác nhau. Dựa vào phổ kháng khuẩn, các cephalosporin chia thành 4 thế hệ. Các cephalosporin thế hệ trƣớc tác dụng trên vi khuẩn gram dƣơng mạnh hơn, nhƣng trên gram âm yếu hơn thế hệ sau.
Trong bản luận án này, chúng tôi chỉ trình bày thế hệ I (CEP); thế hệ II (CEC) và thế hệ III (CEF) Bảng 1. Phân loại và cấu trúc một số cephalosporin Thế hệ Kháng sinh R1 R2 R3 I: Phổ tác dụng trung bình, tác dụng -H -CH3 mạnh nhất trên vi khuẩn gram (+), Cephalexin CH- yếu nhất trên gram (-). Không bền và (CEP) NH2 dễ bị β-lactamase phá hủy II: Có phổ tƣơng tự thế hệ I. Tuy nhiên tác dụng trên vi khuẩn gram (+) yếu -H -Cl CH- hơn, còn trên các vi khuẩn gram (-) Cefaclor NH2 mạnh hơn thế hệ I.
Thuốc thải trừ chủ (CEC) yếu qua nƣớc tiểu dạng không đổi. III: Tác dụng tốt trên vi khuẩn gram H2N N (-), trên vi khuẩn gram (+) thì tác S N -H -CH=CH2 dụng kém penicillin và cephalosporin Cefixim HOOCCH2O thế hệ I. Bền với β-lactamase.1 Tính chất vật lý và hoá học - Về lý học: Các β-lactam thƣờng ở dạng bột kết tinh màu trắng, dạng axit ít tan trong nƣớc, dạng muối natri và kali dễ tan trong nƣớc; tan đƣợc trong metanol và một số dung môi hữu cơ phân cực vừa phải. Tan trong dung dịch axit và kiềm loãng do đa z phần chứa đồng thời nhóm –COOH và –NH2.
Cực đại hấp thụ chủ yếu do nhân phenyl, tùy vào cấu trúc khác nhau làm dạng phổ thay đổi (đỉnh phụ, vai, sự dịch chuyển sang bƣớc sóng ngắn hoặc dài, giảm độ hấp thụ). - Về hóa học: Các β-lactam là các axit với nhóm –COOH có pKa= 2,5 - 2,8 tùy vào cấu trúc phân tử. Trong môi trƣờng axit, kiềm β-lactamase có tác dụng phân cắt khung phân tử, mở vòng β-lactam làm kháng sinh mất tác dụng [16]. + Các penicillin là các axit khó tan trong nƣớc, dạng muối natri hoặc kali dễ tan dùng pha thuốc tiêm.
+ Các cephalosporin có vòng β- lactam đều kém bền do cộng hƣởng amid không tồn tại. Cộng hƣởng amit mất đi chủ yếu còn do có cộng hƣởng “en-amin”. Cộng hƣởng này mạnh lên khi R3 hút điện tử. H H H H O S O S C NH C NH R1 R1 N N (-) (+) O R3 O R3 COOH COOH Hình 1.
Độ bền khung cephalosporin So với penicillin thì các cephalosporin bền với axit hơn, tuy nhiên do cộng hƣởng en-amin mà phản ứng cộng hợp ái điện tử vẫn xảy ra tại trung tâm (-), kéo theo cắt đứt đƣờng nối amid. Đó là quá trình thủy phân axit, chất đầu tiên tạo thành là axit cephalosporoic. R2 O S C NH R1 C HN O OH R3 COOH Hình 1. Axit cephalosporoic z Các cephalosporin có tính axit khá mạnh của axit α, β không no: C C COOH 3 4 Bảng 1.
Hằng số axit của các kháng sinh nghiên cứu Tên kháng sinh pKa1 Tên kháng sinh pKa1 Tên kháng sinh pKa1 Penicillin (PEN) 2,74 Amoxicillin (AMO) 2,8 Cloxacillin (CLO) 2,7 Ampicillin (AMP) 2,7 Cephalexin (CEP) 2,6 Cefixim (CEF) 2,75 Oxacillin (OXA) 2,72 1.2 Tác dụng - Cơ chế Các penicillin có khả năng axyl hóa các D- alanin tranpeptidase, làm cho quá trình tổng hợp peptidoglycan không đƣợc thực hiện. Sinh tổng hợp vách tế bào bị ngừng lại. Ít tác dụng trên vi khuẩn gram (-). Mặc khác, các penicillin còn hoạt hóa enzym tự phân giải murein hydroxylase làm tăng phân hủy vách tế bào, kết quả là vi khuẩn bị tiêu diệt [11].
Ngăn cản xây dựng và giảm độ bền của màng tế bào vi khuẩn nên chủ yếu kìm hãm sự tồn tại và phát triển của vi khuẩn. Các kháng sinh β-lactam có hoạt phổ rộng[13]. - Kháng thuốc [16]: Vi khuẩn sinh ra các β-lactamase, là enzim có tác dụng mở vòng β-lactam, theo phản ứng ái nhân vào nhóm C=O, làm kháng sinh mất tác dụng. Tất cả các cách kháng không sinh ra β-lactamase để thực hiện gọi là kháng gián tiếp (đƣợc gọi là kháng methicillin).
- Độc tính: Các kháng sinh β-lactam độc tính thấp, nhƣng cũng dễ gây dị ứng thuốc: dị ứng, mày đay, vàng da, gây độc với thận, rối loạn tiêu hóa…nguy hiểm nhất là sốc phản vệ. z Thuốc không dùng cho trẻ sơ sinh và bà mẹ trong thời kỳ cho con bú. Chống chỉ định dị ứng với thành phần của thuốc. - Đánh giá tác dụng kháng sinh Hoạt lực của kháng sinh chính là tác dụng ức chế sự phát triển của kháng sinh đối với một chủng vi khuẩn nhạy cảm và đƣợc đánh giá bằng đơn vị sinh học (UI).
Có hai kiểu tính hoạt lực của các thuốc kháng sinh: + Tính bằng đơn vị quốc tế (UI: unite international) ví dụ: penicillin G thử trên một chủng tụ cầu vàng thì 1 UI bằng 0,6µg penicillin G natri tinh khiết, hay 1mg penicillin G tƣơng đƣơng 1667 UI; 1 UI bằng 0,627 µg penicillin G kali tinh khiết. + Tính bằng đơn vị khối lƣợng (mg, g…) đối với nhiều kháng sinh thiên nhiên và bán tổng hợp [9, 13].3 Tính chất quang học của các β- lactam Các β-lactam đều là những hợp chất không có mầu, có tính chất hấp thụ quang trong vùng UV, cụ thể nhóm penicillin thì đa số các gốc R axyl hóa trên axit 6- amino penicillanic (6APA) đều là vòng thơm nên cho phổ hấp thụ ở vùng UV. Còn các cephalosporin có cấu trúc cephem nên cho hai hấp thụ cực đại ở 220 nm và 260 nm. Hầu hết các chất đều không có tính chất phát huỳnh quang.2 Tình hình lạm dụng kháng sinh ở Việt Nam và trên Thế giới hiện nay Tính hình lạm dụng kháng sinh và không kiểm soát gây nên nguy cơ các vi khuẩn kháng dần các kháng sinh nói chung và kháng sinh β-lactam nói riêng ngày càng gia tăng [5, 12].
pneumoniae đƣợc các nhà y học xem là một trong các tác nhân hàng đầu gây nhiễm khuẩn hô hấp cấp trong cộng đồng. Trƣớc đây, điều trị nhiễm trùng do S. pneumoniae là tƣơng đối rất dễ dàng nhờ vi khuẩn rất nhạy cảm với các kháng sinh và penicillin luôn là kháng sinh hàng đầu. Tuy nhiên trong vài thập niên trở lại đây, nhiều nghiên cứu đã báo động tình hình vi khuẩn S.
pneumoniae kháng penicillin trên các châu lục, đặc biệt là ở châu Á: Nghiên cứu toàn cầu của chƣơng trình Alexander năm 1996-1997 [62 đã ghi nhận tỷ lệ đề kháng penicillin rất cao ở Hồng Kông (53,1%); kế đó là Pháp (30,6%), Mexico (27,2%), Ireland (13,8%), và z Hungary (11,8%). Tiếp theo, chƣơng trình Alexander năm 1998-2000 [60 thực hiện trên 26 quốc gia cho thấy tỷ lệ kháng penicillin cao nhất cũng là Hồng Kông (69,9%), kế đó là Pháp (40,5%), Israel (29,7%), Nhật Bản (28,5%), Tây Ban Nha (26,4%), Mỹ (25%), Nam Phi (17,9%), Bồ Đào Nha (10,9%) và Anh (10%). Tổng kết chƣơng trình nghiên cứu đa quốc gia Protek 1999-2000 [40 cũng cho kết quả phát hiện tỷ lệ kháng penicillin rất cao ở châu Á (53,4%) với cả 3 quốc gia tham gia đều có tỷ lệ kháng penicillin rất cao là Hàn Quốc (71,5%), Hồng Kông (57,1%), Nhật Bản (44,5%). Rồi các nghiên cứu của ANSORP đã chỉ điểm đƣợc các quốc gia nhƣ Việt Nam, Hàn Quốc, Hồng Kông và Đài Loan chính là các điểm nóng tại Châu Á về tình hình S.
pneumoniae kháng penicillin. Theo các nghiên cứu của ANSORP [49], tình hình S. pneumoniae đề kháng kháng sinh đang ở tình trạng thật sự đáng báo động ở nhiều quốc gia châu Á. Theo nghiên cứu 2000-2001 trên S.
pneumoniae xâm lấn phân lập đƣợc từ lâm sàng đã ghi nhận một tỷ lệ đề kháng rất cao đối với penicillin ở Việt Nam (71%), Hàn Quốc (55%), Hồng Kông (43%), và Đài Loan (39%).