Резистентність мікроорганізмів і антибактеріальна терапія

І.Б. Єршова, О.О. Висоцький, Т.В. Ширина, В.І. Ткаченко, А.О. Мочалова
Луганський державний медичний університет

Жіночий лікар №6 2008, стор.35

З відкриттям антибіотиків такі важкі інфекційні процеси, як сепсис, перитоніт, гангрена і ряд інших, здавалося, стали зовсім керованими, але вже сьогодні знову забирають життя мільйонів людей. Причина цього явища - зростаюча стійкість бактерій до антимікробних препаратів.
Людство вперше зіштовхнулася з проблемою резистентності бактерій до антимікробних засобів практично одночасно з відкриттям самих антибіотиків. Так, наприклад, вже через рік після початку застосування пеніциліну в золотавого стафілокока була виявлена пеніциліназа, що руйнує цей антибіотик. Якщо в 70-ті роки минулого сторіччя вперше були помічено мікроорганізми, стійкі до цілих груп антибактеріальних препаратів, то наприкінці 90-х років з'явилися штами, що набули стійкості до всіх відомих антибіотиків.
Генетичний апарат бактерій досить простий - одна-єдина хромосома, що містить близько 3 тис. генів, і плазміди, що включають не більше 200 генів, надзвичайно мобільні ДНК-молекули. Саме присутні в бактеріях гени дозволяють їм виживати в екстремальних умовах. Багато хто з них, включаючи гени антибіотикорезистентності, будучи транспозонами, легко переміщуються (з плазміди до плазміду або до хромосоми). Це забезпечує їхнє швидке поширення всередині популяцій, видів і навіть між різними видами бактерій.
За час свого існування бактерії виробили природну і придбану стійкість до антибіотиків.
Природна, або первинна, резистентність закодована в хромосомних генах і  існує ще до «зустрічі» з антибіотиком. Приклад тому - природна стійкість Micoplasms spp. до β-лактамів. Придбана, або вторинна, резистентність обумовлена або спонтанними мутаціями, або «придбанням» генів стійкості, які переносяться транспозонами або плазмідами.
У боротьбі за існування бактерії використовують різні механізми захисту від антимікробних лікарських засобів. При цьому продукція бета-лактамаз найпоширеніший з них  при зустрічі мікробактерій з бета-лактамними антибіотиками (пеніцилінами, цефалоспоринами, карбапенемами, монобактамами). Ці ферменти, які інактивують антибіотики, кодуються хромосомами або плазмідами. Бета-лактамази досить поширені серед грамнегативних мікроорганізмів, а також продукуються рядом грампозитивних бактерій (стафілококи). Зв'язування бета-лактамази з бета-лактамним антибіотиком запускає гідроліз «критичного» амінного зв'язку лактамного кільця, що й призводить до інактивації антибіотика.
Грампозитивні мікроорганізми вивільняють бета-лактамази безпосередньо в позаклітинний простір, який їх оточує. При цьому відомо, що більшість цефалоспоринів (за винятком цефалорідину) досить стійкі до гідролізуючої дії стафілококової бета-лактамази. У зв'язку з цим антистафілококова активність цефалоспоринів залежить головним чином від їхньої спорідненості з ессенціальними стафілококовими пеніцилін-зв'язуючими білками (РВР).
Бета-лактамазна резистентність грамнегативних бактерій до цефалоспоринів має складніший характер. У цих мікроорганізмів бета-лактамази розміщуються в периплазматичному просторі. Важливо підкреслити, що підвищення продукції бета-лактамаз або утворення ензимів з підвищеною спорідненістю до антибіотика є основною причиною поширення цефалоспоринрезистентних штамів серед грамнегативних мікроорганізмів. При цьому високий рівень продукції TEM-I (найчастіше в назвах бета-лактамаз враховуються основні субстрати-антибіотики, прізвища дослідників або пацієнтів; так, наприклад, термін «ТЕМ» стали використовувати для позначення плазмідних ензимів, спочатку виділених з мікроорганізмів хворого Temorina) або SHV-I (сульфгідрильна варіабельність), двох плазмідасоційованих бета-лактамаз бактерій сімейства Enterobacteriaceae (Escherichia coli, Salmonella spp., Shigella spp., Klebsiella spp., Enterobacter spp. і ін.), які зустрічаються найчастіше, асоціюється з формуванням резистентності не тільки до пеніцилінів - інгібіторів бета-лактамаз, але й до цефалотину, цефамандолу, цефоперазону.
Окремі представники сімейства Enterobacteriaceae (Enterobacter spp., Citrobacter freundii, Morganella morganii, Serratia marcescens, Providencia spp.), а також Pseudomonas aeruginosa демонструють здатність до продукції хромосомних цефалоспориназ, що характеризуються високою спорідненістю до цефалоспоринів 3-го покоління. Індукція або пригнічення цих хромосомних бета-лактамаз в період застосування цефалоспоринів 3-го покоління в підсумку призведе до формування резистентності до всіх доступних цефалоспоринів. Поширення даної форми резистентності збільшується у випадках лікування інфекцій, насамперед викликаних Enterobacter cloaceae і Pseudomonas aeruginosa, цефалоспоринами широкого спектру дії. Останнім часом були відкриті й так звані бета-лактамази розширеного спектру дії, які кодуються плазмідами (extended-spectrum beta-lactamases - ESBL). ESBL походять з ТЕМ-1, ТЕМ-2 або SHV-1 внаслідок точкової мутації в активному центрі ензимів і продукуються переважно Klebsiella pneumoniae. Подібні мутації, незначні за своїм обсягом і жодним чином не шкодячи «здоров'ю» мікроба, відбуваються постійно, в результаті буквально щомиті на Землі народжуються мільярди мікроорганізмів з новими властивостями, в тому числі резистентних до антимікробних препаратів.
Всі відомі бета-лактамази поділяються на класи ams [2] і  групи за класифікацією Bush [4]. Виділяють також різні типи бета-лактамаз. На підставі розподілу бета-лактамаз на класи й групи можна охарактеризувати їхній спектр активності та ефективність інгібіторів бета-лактамаз [1].
β-лактамази класів А, С і D - ферменти «серинового» типу (їхні активні центри містять амінокислоту серин). Передбачається, що представники цих трьох класів ферментів є видозміненими пеніцилін-зв'язуючими білками ґрунтових екосистем (зміни відбулися внаслідок селективного тиску β-лактамних антибіотиків, які продукуються деякими мікроорганізмами).
Щодо походження β-лактамаз класу В, припущення відсутні. На відміну від ферментів трьох інших класів, вони зараховуються до металоензимів (у них в якості  коферменту присутній атом цинку), здатні руйнувати карбапенеми, і поширені, в основному, серед рідкісних мікроорганізмів (наприклад, S.maltophlia).
Найбільше поширені стафілококові β-лактамази класу А (вони зустрічаються в 60-80% стафілококових штамів) і β-лактамази широкого спектру класу А грамнегативних бактерій (вони зустрічаються в 30-40% штамів E.coli).
Клінічного значення широке поширення цих ферментів не має, оскільки численні сучасні β-лактами - цефалоспорини II-IV поколінь, інгібіторозахищені пеніциліни, карбапенеми - не піддаються їхньому впливу. З клінічної точки зору реальну небезпеку представляють плазмідні β-лактамази розширеного спектру класу А грамнегативних бактерій. Найчастіше подібні β-лактамази, здатні руйнувати цефалоспорини III покоління й, у меншій мірі, цефалоспорини IV покоління, зустрічаються в бактерій роду Klebsiella, E.coli і Proteus spp. Крім того, заклопотаність клініцистів викликає спостережувана останнім часом мобілізація ферментів класу С на плазміди.
Резистентними до антибіотиків можуть ставати як відомі збудники захворювань, так і непатогенні мікроорганізми. На жаль, життєвий цикл цих бактерій не закінчується в тому макроорганізмі, де вони вперше з'явилися. Крім того, ці непатогенні мікроорганізми перетворюються в резервуар генів, що кодують резистентність до антибіотиків. Згодом ці гени можуть передаватися іншим збудникам захворювань, а в деяких випадках резистентні непатогенні мікроорганізми самі починають викликати хвороби. Наприклад, Acinetobacter spp. і Stenotrophomonas maltophilia. Етіологічна роль цих бактерій до кінця 80-х рр. минулого століття була або незначною, або нульовою. Зараз же вони стали одними із найбільш проблемних збудників захворювань  (рис. 1).          



Рис. 1. Утворення резистентних штамів мікроорганізмів.

Сьогодні у світі розробляється дуже небагато нових антибактеріальних препаратів, причому з року в рік їх роблять все менше. Причина в тім, що вартість створення кожного такого препарату дуже висока (до 1 млрд. доларів), і фармацевтичні концерни, з огляду на швидкий розвиток резистентності хвороботворних мікробів до антибіотиків, усе з меншим бажанням беруться за такі розробки. В розвинених країнах їх почали стимулювати, надаючи державну матеріальну підтримку. Тому навряд чи варто чекати, що незабаром з'являться в необхідних кількостях нові антимікробні препарати, які займуть місце тих ліків, від яких доводиться відмовлятися через зниження їхньої ефективності, пов'язаної з резистентністю мікроорганізмів.
У зв'язку з цим, почав розширюватися арсенал захищених бета-лактамних антибіотиків. Комбіновані препарати на основі амінопеніцилінів головним чином застосовуються для лікування позалікарняних інфекцій. Препарати, що містять антипсевдомонадні бета-лактами, - госпітальних інфекцій.
Зовсім недавно на Українському ринку з'явився ще один захищений бета-лактамний  антибіотик - цефтріаксон/сульбактам (Сульбактомакс).
Поява «захищеного» саме цефалоспорину III покоління була цілком логічною, тому що саме цефалоспорини посідають перше місце серед всіх антимікробних препаратів за частотою застосування. Популярність цих антибіотиків пояснюється наявністю в них багатьох позитивних якостей, в тому числі:
· Широкий спектр антимікробної дії з урахуванням всіх препаратів цього класу, що охоплює практично всі мікроорганізми
· Бактерицидний механізм дії
· Стійкість до бета-лактамаз стафілококів у препаратів I і II поколінь і грамнегативних бактерій у препаратів III і IV поколінь
· Добра переносимість і незначна частота побічних проявів
· Простота й зручність дозування.

Цефалоспорини 3-го покоління легко проникають до різних тканин й середовищ організму, включаючи легені, органи малого тазу, перикард, очеревину, плевру, синовіальні оболонки. З терапевтичних позицій велике значення має здатність ряду цефалоспоринів (цефтріаксон, цефуроксим, цефтазідім, цефотаксим) проникати до цереброспінальної рідини.
Цефтріаксон і цефотаксим зарекомендували себе як найбільш ефективні антимікробні засоби лікування менінгіту, обумовленого H.influenzae, S.pneumoniae, N.meningitidis. При лікуванні менінгіту в педіатричній практиці цефтріаксон за ефективністю значно перевершує комбінації антибіотиків, які раніше традиційно використовувалися з цією метою (ампіцилін+хлорамфенікол або ампіцилін+гентаміцин). В цей час цефтріаксон і цефотаксим розглядають як засоби емпіричної терапії менінгіту в дітей і осіб літнього віку, а у випадку виділення із цереброспінальної рідини H.influenzae ці препарати стають засобами вибору. Дані антибіотики також високоефективні при менінгіті, викликаному іншими грамнегативними паличками, за винятком P.aeruginosa (препарат вибору - цефтазідим) і Enterobacter spp. (препарат вибору - триметоприм/сульфаметоксазол). Цефтріаксон з успіхом застосовують і при лікуванні пневмококового менінгіту (у випадку резистентності S.pneumoniae до пеніциліну).
Завдяки широкому спектру антибактеріальної активності цефалоспорини 3-го покоління застосовують також при лікуванні ряду специфічних інфекційних захворювань. Так, наприклад, у США через зростаючу резистентність N.gonorrhoeae до більшості антибіотиків цефтріаксон став самим популярним препаратом, призначуваним хворим з гонококовою інфекцією. Однократне введення цефтріаксону - високоефективний метод лікування шанкроїду. Препарат прекрасно зарекомендував себе й при лікуванні хвороби Лайма (кардиту, артритів, неврологічних розладів).
Висока бактерицидна активність цефтріаксону щодо представників сімейства Streptoсоссасеае (крім ентерококів) дозволяє розглядати його як альтернативу традиційних схем антибактеріальної терапії стрептококового ендокардиту.
Цефалоспорини 3-го покоління часто призначають у рамках емпіричної терапії у хворих з лихоманкою і нейтропенією. Доведено високу ефективність у хворих на гострий неускладнений цистит або пієлонефрит. Вони застосовуються для лікування різних тяжких інфекцій, головним чином госпітальних, викликаних грамнегативними мікроорганізмами, в тому числі полірезистентними (пневмонія, пієлонефрит, остеомієліт, інфекція черевної порожнини й малого тазу, ранова й опікова інфекція, сепсис і т.п.).
Цефтріаксон має унікальні фармакокінетичні характеристики. У порівнянні з більшістю цефалоспоринів, період напіввиведення яких, що визначає кратність введення, становить 0,5-2 год., у цефтріаксону цей показник дорівнює 8 год. У зв'язку з цим препарат можна вводити один раз на добу.
Комбінація цефтріаксону із сульбактамом в препараті Сульбактомакс дозволяє розширити можливості застосування антибіотику.
Необхідно відзначити, що доступні в клінічній практиці інгібітори бета-лактамаз мають мінімальну власну антимікробну активність, тому застосовуються тільки в комбінації з пеніцилінами або цефалоспоринами. Виключенням є тільки сульбактам, що володіє вираженою природною активністю щодо Acinetobacter, тому інгібітор-захищені бета-лактами, що містять сульбактам, розглядаються як препарати вибору при лікуванні госпітальних інфекцій, викликаних ацинетобактеріями.
Крім того, сульбактам має добру антимікробну активність щодо A.calcoaceticu, P.acidovorans, N.gonorrhoeae і N.Meningitidis і деяких інших анаеробів.
Сульбактам володіє значно більшою, ніж клавуланат або тазобактам, стійкістю до змін рН розчину. З практичної точки зору це означає, що в умовах реального інфекційного процесу, що протікає зі значними варіаціями кислотності середовища, сульбактам здатний активніше проникати до тканин [5].
З огляду на високу ефективність цефтріаксону при менінгіті, перед клініцистами зовсім обґрунтовано постає питання про вплив сульбактаму на проникнення цефтріаксону в комбінації із сульбактамом через гематоенцефалічний бар'єр (ГЕБ).
Щодо цього необхідно відзначити, що в одному з експериментальних досліджень було показане погіршення фармакокінетичних показників ампіциліну, а саме зменшення концентрації останнього в лікворі при поєднаному застосуванні сульбактаму з ампіциліном, що може свідчити про погіршення проникнення ампіциліну через ГЕБ [9]. Однак в послідуючому інші експериментальні роботи не підтвердили цього [8].
Відомо, що концентрація сульбактаму в лікворі людини прямо пропорційно залежить від дози, частоти введення й ступеня запалення мозкових оболонок [6]. Так, показано підвищену здатність до проникнення сульбактаму через мозкові оболонки при їхньому запаленні [12]. При менінгіті співвідношення концентрації в лікворі до концентрації в сироватці становить 0,34, а без менінгіту - 0,17. Концентрація сульбактаму в лікворі корелювала з концентрацією сульбактаму в сироватці крові. Поєднане призначення сульбактаму не впливає на концентрацію одночасно призначеного бета-лактамного антибіотика [7].
Показано, що при запаленні мозкових оболонок сульбактам проникає в 2 рази швидше через ГЕБ, ніж без запалення. Концентрація сульбактаму в лікворі при менінгіті становить 35% відносно концентрації в сироватці крові. Це більш ніж в 4 рази вище, ніж цей же показник іншого інгібітору бета-лактамази клавуланату. Показано, що концентрація останнього в лікворі становить тільки 8,4% відносно сироватки крові [3].
Відомо, що процес переходу молекул через ГЕБ має переважно пасивний характер, і не залучає жодних активних механізмів [11] (хоча й існують активні механізми екскреції молекул з ліквору), тому не може бути конкуренції між молекулами цефтріаксону й сульбактаму за проникнення до ліквору.
Таким чином, наведені дані свідчать про високий потенціал нового комбінованого препарату Сульбактомакс (компанії Мілі), що містить цефтріаксон з інгібітором бета-лактамаз сульбактамом.

Література:
1. Cидоренко С.В., Яковлев С.В. Инфекции в интенсивной терапии. 2-е изд. - М.: Издательство «Бионика», 2003. - 208 с.
2. Ambler P.R. The structure of beta-lactamases. Philos Trans R Soc Lond Ser B 1980;289:321-31.
3. Bakken J.S., Bruun J.N. et al. Penetration of Amoxicillin and Potassium Clavulanate into the Cerebrospinal Fluid of Patients with Inflamed Meninges ANTIMICROBIAL AGENTS AND CHEMOTHERAPY, Sept. 1986. p. 481-484.
4. Bush K., Jacoby G.A., Medeiros A.A. A functional classification scheme for beta-lactamases and its correlation with molecular structure. Antimicrob Agents Chemother 1995;39:1211-33.
5. Chadha R., Kashid N., Jain D.V. Microcalorimetric evaluation of the in vitro compatibility of amoxicillin/clavulanic acid and ampicillin/sulbactam with ciprofloxacin. J Pharm Biomed Anal 2004;36(2):295-307.
6. Foulds G. Pharmacokinetics of sulbactam/ampicillin in humans: a review. Rev Infect Dis 1986;8(suppl 5):S503-11.
7. Foulds G., McBride T.J., et al. Penetration of Sulbactam and Ampicillin into Cerebrospinal Fluid of Infants and Young Children with Meningitis ANTIMICROBIAL AGENTS AND CHEMOTHERAPY, Nov. 1987, p. 1703-1705.
8. Guerra-Romero L., Kennedy S.L., et al. Use of ampicillin-sulbactam for treatment of experimental meningitis caused by a beta-lactamase-producing strain of Escherichia coli K-1. Antimicrob Agents Chemother. 1991 October; 35(10): 2037-204.
9. Haruta T., Okura K., Kuroki S., Yamamoto H., Kobayashi Y. [Cerebrospinal fluid levels of sulbactam/ampicillin in rabbits with staphylococcal meningitis] [Article in Japanese] Jpn J Antibiot. 1989 Mar;42(3):594-7.
10. Miller L.A., Ratnam K., Payne D. Beta-lactamase-inhibitor combinations in the 21st centure: current agents and new developments. Curr Opin Pharmacol 2001;1:451-8.
11. Shapiro W.R. Cerebrospinal Fluid Circulation and the Blood-Brain Barrier. Annals of the New York Academy of Sciences 1988 531 (1), 9-14.
12. Stahl, J.-P., J.-P. Bru, G. Fredj, K. W. Brammer, M.-R. Mallaret, and M. Micoud. Penetration of sulbactam into the cerebrospinal fluid of patients with bacterial meningitis receiving ampicillin therapy. Rev. Infect. Dis. 1986; 8 (Suppl. 5): S612-S616.