Antiinfektiva Bettina Löffler Institut für Medizinische Mikrobiologie Universitätsklinikum Jena Wintersemester 2015/16 Einteilung der Antiinfektiva Arzneimittelgruppen zur Behandlung von Infektionskrankheiten Antibiotika – Bakterielle Infektionen Antimykotika – Pilzinfektionen Antiparasitika – Parasitäre Infektionen Antiviralia – Virale Infektionen Antibiotikaverbrauch in Deutschland ANTIBIOTIKA: unter den ersten 3 häufigst verordneten Medikamenten großer ANTIBIOTIKA-Einsatz in der Tierzucht Hautärzte; 3,00%Gynäkologen; 2,80% Sonstige; 8,50% Urologen; 3,30% HNO-Ärzte; 7,20% Kinderärzte; 10,30% Internisten; 11,50% 53,40% Allgemeinmediziner; Antibiotikaverordnung nach Fachärzten Antibiotika-Abgabemengen in Deutschland 2014 Quelle: Bundesamt für Verbraucherschutz und Lebensmittelsicherheit (BVL) Geschichte der Antibiotika 1910 „Prinzip der selektiven Toxizität“: Fähigkeit pathogene Mikroorganismen zu hemmen oder abzutöten, ohne dabei den Wirt zu beeinträchtigen. entwickelt von Paul Ehrlich entdeckt das Salvarsan zur Therapie der Syphilis 1928 Alexander Fleming entdeckt die antibakterielle Wirkung des Schimmelpilzes Penicillium notatum auf Bakterien Geschichte der Antibiotika 1935 Gehard Domagk führt das erste therapeutisch getestete Sulfonamid (Prontosil), 1939 Nobelpreis 1941 Therapeutische Einführung des Penicillins unter dem Druck des 2. Weltkrieges 1950/60/70 Entwicklung weiterer Antibiotikaklassen großzügiger Einsatz von Antibiotika „Infektionen gehören der Geschichte an……..“ 1947 Erste Resistenzen gegen Penizillin Die Resistenzen wuchsen mit steigender Verbreitung von Antibiotika Seit 1987 kaum Neuentwicklung von Antibiotika Erst in jüngster Zeit Weiterentwicklung von Substanzen zur Therapie von multiresistenten Erregern Antibiotika sind „Naturstoffe“ Die meisten Antibiotika werden von Bakterien oder Pilzen produziert Beispiele: Penizilline Cephalosporine Pilze Penicllium notatum Cephalosporium acremonium u.a. Applikationsformen von Antibiotika - Systemisch: i.m. i.v. : Bolus oder Dauerinfusion - Oral: Säurefestigkeit, ausreichende Resorption - Lokal: Augenheilkunde, Chirurgie (Beschichtung von Prothesen, Einlage von Ketten ect.) Wirkungen von Antibiotika bakterizid und bakteriostatisch keine absoluten Begriffe, ein Antibiotikum kann unter Umständen bakteriostatisch und unter anderen Bedingungen bakterizid sein: bakteriostatisch: Hemmung der Vermehrung einer Bakterienkultur, wobei die Keime nicht abgetötet werden z.B. Sulfonamide, Tetracycline bakterizid: Abtötung der Bakterienzelle Penicilline wirken nur auf proliferierende Keime bakterizid; sehr bakterizid z.B. Aminoglykoside, Wirkungen von Antibiotika Bakterielles Wachstum Antibiotikum bakteriostatisch bakterizid Wahl des Antibiotikums - kalkulierte antimikrobielle Chemotherapie: das für die Erkrankung relevante Erregerspektrum wird mit der Therapie erfasst - gezielte antimikrobielle Chemotherapie: der Infektionserreger ist bekannt, so dass auch ein Antibiotikum mit einem schmalen Spektrum eingesetzt werden kann Wirkungsmechanismen von Antibiotika Bakterieneinteilung, morphologisch Kokken Stäbchen Kettenkokken Spirochäten Haufenkokken Diplokokken Hefen Wirkungsmechanismen von Antibiotika Bakterieneinteilung, nach dem Zellwandaufbau (Gram-Färbung) Grampositive Gramnegative Fettsäuren Zellwand Peptidoglycan (Murein) Porin Lipid A äußere Membran Lipoproteine 40 Schichten Zellmembran 1-2 Schichten Zellwand Zellmembran 12 Wirkungsmechanismen von Antibiotika Bakterieneinteilung, morphologisch Zellwand vernetzte PeptidoglycanKetten Wirkungsmechanismen von Antibiotika b-Laktamantibiotika Zellwandsynthese ß-Laktamantibiotika Penicilline Cephalosporine Carbapeneme Aztreonam Glykopeptide Fosfomycin DNA THF A //// / DHF A mRNA 5 0 3 0 5 0 3 0 Ribosomen 5 0 3 0 Wirkungsmechanismen von Antibiotika b-Laktamantibiotika: Penicilline, Cephalosporine • binden irreversibel das bakterielle Enzym D-AlaninTranspeptidase und verhindert die Quervernetzung der Peptidoglycane in der Zellwand • wirken auf sich teilende Bakterien bakterizid • werden teilweise durch bakterielle Penicillinasen inaktiviert: b-Laktamase Bakterien, die Penicillinase bilden, können Penicilline unwirksam machen Penicilline 1.Benzyl-(Penicillin G) stärkste Wirkung gegenüber grampositiven Bakterien, jedoch empfindlich gegenüber b-Lactamasen und Phenoxy-Penicilline (Pencillin V) Wirkspektrum wie bei Benzyl-Penicillin, zusätzlich säurestabil (Magensäure), oral applizierbar 2. Isoxazolylpenicilline (Oxa-, Cloxa-, Flucloxacillin) resistent gegen die von Staphylokokken gebildeten b-Lactamasen, Staphylokokken-Penicilline, gegen andere grampositive Bakterien schwächer als Penicillin G, keine Wirkung gegen gramnegative Stäbchen 3. Aminopenicilline (Ampicillin, Amoxycillin) sind resistent gegen die von gramnegativen Stäbchen gebildeten Amidasen, Wirkung auch gegen einige gramnegative Stäbchen, nicht b-Lactamase-stabil 4.Acylaminopenicilline (Ureidopenicilline) (Mezlocillin, Azlocillin, Piperacillin, Apalcillin) stärkere Aktivität gegen gramnegative Stäbchen als Aminopenicilline, nicht b-Lactamase-stabil Cephalosporine Eingeteilt in 3 Generationen 1. Generation: (z. B. Cefaclor), wirken gut gegen grampositive Kokken und gegen einige gramnegative Stäbchen 2. Generation: (z. B. Cefuroxim), wirken auch gegen gramnegative Stäbchen , gute Wirkung gegen grampositive Kokken 3. Generation: (z. B. Cefotaxim), geringere Wirkung gegen grampositive Kokken, sehr gut wirksam gegen viele gramnegative Problemkeime • • Cephalosporine gelten als relativ ß-Laktamase-stabil Nicht wirksam gegen Enterokokken Carbapeneme Imipinem Meropenem Ertapenem Breites Wirkungsspektrum gegen grampositive, gramnegative und auch Anaerobier Für polymikrobielle schwere Infektionen, Reserve Glykopeptide Vancomycin Teicoplanin • lagert sich an die freie C-terminale Ende der Peptidseitenkette an und verhindert so die enzymatische Quervernetzung des Peptidoglykans. • Reserveantibiotika (kaum Resistenzen) • Nur i.v. applizierbar Enges Wirkspektrum: ausschließlich gegen grampositive Erreger !!! Fosfomycin • Breitspektrum-Antibiotikum (Harnwegsinfektionen) • Wirksam gegen grampositive und gramnegative Bakterien • Hemmt die Zellwandsynthese in einem sehr frühen Stadium: Hemmung des ersten Schrittes der Mureinbiosynthese; irreversibler Hemmstoff des Enzyms MurA (UDP-N-Acetylglucosamin-enolpyruvyl-transferase) • Gute Gewebegängigkeit • Übergang in den Liquor und fetalen Kreislauf • Reserveantibiotikum Wirkungsmechanismen von Antibiotika Daptomycin Zellmembran Daptomycin Zellwandsynthese ß-Laktamantibiotika Penicilline Cephalosporine Carbapeneme Aztreonam Glykopeptide Fosfomycin DNA THF A //// / DHF A mRNA 5 0 3 0 5 0 3 0 Ribosomen 5 0 3 0 Daptomycin • zyklisches Lipopeptid • Relativ neuer Wirkstoff (2006) • Reserveantibiotikum bei Gram-positiven Problemkeimen, auch dann noch wirksam, wenn andere Reserveantibiotika, wie Vancomycin, nicht mehr wirken • Wird in die Zellmembran eingebaut und bildet Poren • Wirkt bakterizid • Nur i.v. applizierbar • Reserveantibiotikum (komplizierte Haut- und Weichteilinfektionen, Osteomyelitis, Endokarditis) Vegetationen bei Endokarditis Wirkungsmechanismen von Antibiotika Chinolone DNA-Replikation Zellmembran Daptomycin Chinolone (Gyrasehemmer) Zellwandsynthese ß-Laktamantibiotika Penicilline Cephalosporine Carbapeneme Aztreonam Glykopeptide Fosfomycin DNA THF A //// / DHF A mRNA 5 0 3 0 5 0 3 0 Ribosomen 5 0 3 0 Fluorchinolone - Ciprofloxacin - Levofloxacin - Moxifloxacin • Große Bedeutung in der anti-infektiösen Therapie (sowohl ambulante als auch schwere Infektionen) • Breites Spektrum, auch intrazellulär • Exzellente orale Absorption • Bakterizide Wirkung (die Bakterien-DNA nicht mehr korrekt repliziert werden) • Relativ gute Verträglichkeit • Kontraindikation bei Kindern: potentiell schädigende Wirkung auf den Knorpel Wirkungsmechanismen von Antibiotika Rifampicin Zellmembran Daptomycin RNA-Synthese DNA-Replikation Fluorchinolone (Gyrasehemmer) Rifampicin Zellwandsynthese ß-Laktamantibiotika Penicilline Cephalosporine Carbapeneme Aztreonam Glykopeptide Fosfomycin DNA THF A //// / DHF A mRNA 5 0 3 0 5 0 3 0 Ribosomen 5 0 3 0 Rifampicin • Gute intrazelluläre Aktivität • Bakterizide Wirkung (hemmt die bakterielle DNA-abhängige RNA-Polymerase) • Auch wirksam bei chronischen Infektionen: z.B. Knocheninfektionen, Protheseninfektionen; • Zeigt Wirkung im Biofilm • Wegen Einschrittmutation immer mit anderen Antibiotika kombinieren • Nebenwirkungen: Insbesondere Leberfunktionsstörungen Protheseninfektion Wirkungsmechanismen von Antibiotika Proteinsynthese-Hemmer Zellmembran Daptomycin RNA-Synthese DNA-Replikation Rifampicin Fluorchinolone (Gyrasehemmer) Nitroimidazol DNA Proteinsynthese Zellwandsynthese ß-Laktamantibiotika Penicilline Cephalosporine Carbapeneme Aztreonam Glykopeptide Fosfomycin 50-S-Inhibitoren THF A //// / DHF A mRNA Makrolide Lincosamide 5 0 3 0 5 0 3 0 Ribosomen 5 0 3 0 Streptogramine Chloramphenicol Oxazolidinone Makrolide • Gute Wirkung gegen grampositive Erreger • Insbesondere Wirkung gegen „atypische Erreger“, wie intrazelluläre Erreger: Chlamydien, Legionellen und zellwandlose Erreger: Mykoplasmen Erythromycin • Älteste Substanz: Erythromycin • Neuere Makrolide: Clarithromycin, Roxithromycin, Azithromycin Atypische Pneumonie Lincosamide (Clindamycin) • Einziger Vertreter: Clindamycin • Gute Wirkung gegen S. aureus und gegen Anaerobier • gute Knochengängigkeit, • Gute Gewebediffusion Abszesse im Mund-Kiefer-Bereich Clindamycin Chloramphenicol • Breitspektrumantibiotikum mit Wirkung gegen grampositive und gramnegative Errger • Gefürchtet sind die toxischen und allergischen Nebenwirkungen • Panmyelophthise ist irreversibel; Knochenmarksdepression ist reversibel regelmäßige Plasmaspiegelkontrolle, Blutbildkontrolle • Einsatz heute in Industrieländern nur noch bei Hirnabszeß Panmyelophthise: MRT eines Hirnabszesses: fortschreitende, alle Zellsysteme betreffende Aplasie des Knochenmarks Entzündlicher Herd mit umgebendem Ödem Oxazolidinone Linezolid • Neues Antibiotikum: Völlig neuer Wirkmechanismus, Hemmung in früher Phase der Proteinbiosynthese • Reserveantibiotikum für die Behandlung von Infektionen mit Multiresistenten Grampositiven Kokken (MRSA, VRE) • Bioverfügbarkeit nach oraler Gabe genau so gut wie nach i.v. Applikation orale Nachbehandlung von chronischen Infektionen möglich; z.B. bei Osteomyelitis Wirkungsmechanismen von Antibiotika Proteinsynthese-Hemmer Zellmembran Daptomycin RNA-Synthese DNA-Replikation Rifampicin Fluorchinolone (Gyrasehemmer) Nitroimidazol DNA Proteinsynthese Zellwandsynthese ß-Laktamantibiotika Penicilline Cephalosporine Carbapeneme Aztreonam Glykopeptide Fosfomycin 50-S-Inhibitoren THF A //// / DHF A mRNA Makrolide Lincosamide 5 0 3 0 5 0 3 0 5 0 3 0 Chloramphenicol Oxazolidinone Ribosomen 30-S-Inhibitoren Aminoglykoside Tetrazykline Aminoglycoside • Bakterizide Wirkung gegen grampositive und gegen gramnegative Bakterien • z.B. Gentamycin, Neomycin, Tobramycin • nicht als Monotherapie, sondern in Kombination mit anderen Antibiotika, z.B. ß-Laktamantibiotika • ausschließlich i.V. Applikation • Lokaltherapie möglich: Darmdekontamination, Augentropfen intrathekale Anwendung in Chirurgie • enge therapeutische Breite Nephrotoxizität Ototoxizität Tetrazykline • Breites Wirkspektrum: Insbesondere auch gegen „atypische Erreger“ (Intrazelluläre Erreger) • Problem der Resistenzentwicklung, da Tetrazykline auch in der Tiermast verwandt werden • Toxizität durch Veränderung von Zahnschmelz und Knochen Wirkungsmechanismen von Antibiotika Folsäureinhibitoren Zellmembran Daptomycin RNA-Synthese DNA-Replikation Rifampicin Fluorchinolone (Gyrasehemmer) Nitroimidazol DNA Proteinsynthese Zellwandsynthese ß-Laktamantibiotika Penicilline Cephalosporine Carbapeneme Aztreonam Glykopeptide Fosfomycin 50-S-Inhibitoren THF A //// / DHF A mRNA Makrolide Lincosamide 5 0 3 0 5 0 3 0 Ribosomen Folsäurestoffwechsel Trimethoprim Sulfamethoxazol 5 0 3 0 Streptogramine Chloramphenicol Oxazolidinone 30-S-Inhibitoren Aminoglykoside Tetrazykline Glycylglycine Folsäure-Antagonisten Sulfonamide Trimethoprim • Breite Wirkung, bakteriostatisch • Anwendung bei Harnwegsinfektionen, Infektionen des Respirationstrakts • Nebenwirkungen Blutbildveränderungen, Leberfunktionsstörung Wirkungsmechanismen von Antibiotika Zusammenfassung Zellmembran Daptomycin RNA-Synthese DNA-Replikation Rifampicin Fluorchinolone (Gyrasehemmer) Nitroimidazol DNA Proteinsynthese Zellwandsynthese ß-Laktamantibiotika Penicilline Cephalosporine Carbapeneme Aztreonam Glykopeptide Fosfomycin 50-S-Inhibitoren THF A //// / DHF A mRNA Makrolide Lincosamide 5 0 3 0 5 0 3 0 Ribosomen Folsäurestoffwechsel Trimethoprim Sulfamethoxazol 5 0 3 0 Streptogramine Chloramphenicol Oxazolidinone 30-S-Inhibitoren Aminoglykoside Tetrazykline Glycylglycine Resistenztestungen Warum soll im Labor eine Resistenztestung durchgeführt werden? Empfindlichkeit für bestimmte Erreger vorhersagbar: Pneumokokken, Gonokokken, Meningokokken und Haemophilus influenzae, Streptococcus agalactiae (B-Streptokokken), S. pyogenes (A-Streptokokken) Empfindlichkeit für andere Erreger nur bedingt vorhersagbar, daher Empfindlichkeitstestung notwendig: Staphylokokken, Enterokokken, Escherichia coli, Klebsiella spp. Pseudomonas aeruginosa, Proteus spp. Resistenztestungen Methoden der Resistenztestung, Übersicht • Agardiffusion • Bestimmung der minimalen Hemmkonzentration • Etest® Die Empfindlichkeitsprüfungen geben wieder, wie sich ein Keim unter Laborbedingungen (Anzucht in reichhaltigen Medien) verhält. Das Resistenzverhalten kann zu der Situation im Wirt differieren. Resistenztestungen Agardiffusionstest V P a Bakteriensuspension, mit Wattetupfer ausstreichen Antibiotika-getränkte Plättchen C e f Agardiffusion nach 24 h Ausmessen des Hemmhofes Resistenztestungen Minimale Hemmkonzentration (MIC) Antibiotika in steigender Konzentration S 64 MIC: Die Konzentration eines Antibiotikums, die in der Lage ist, die Vermehrung einer Bakterienkultur in-vitro zu hemmen. 128 256 512 1024 W S I 64 128 256 512 1024 W S R Resistenztestungen MHK-Bestimmung mittels Teststreifens: Etest® Bakteriensuspension PG 32 24 16 12 8 6 4 3 2 1.5 1.0 Etest® nach 24 h Etest® Streifen Resistogramm Resistenztestungen Resistenztestungen in der Praxis: Mittels VITEK-2: Keimdifferenzierung mittels biochemischen Methoden und Resistenzprüfung Resistenztestungen Resistenzergebnis in vitro: sensibel - resistent Sensibel: klinischer Erfolg möglich, jedoch nicht sicher, Faktoren wie Antibiotikaadsorption, Gewebediffusion, Situation im Wirt unberücksichtigt Resistent: klinischer Erfolg unwahrscheinlich Die Empfindlichkeitsprüfungen geben wieder, wie sich ein Keim unter Laborbedingungen (Anzucht in reichhaltigen Medien) verhält. Das Resistenzverhalten kann zu der Situation im Wirt differrieren (im Wirt: bakterielle Anpassungssysteme, wie Dormancy, Biofilmbildung) Nebenwirkungen von Antibiotikatherapien Allergische Nebenwirkungen beschränken häufig die Auswahl der Antibiotika am häufigsten Penicilline (6 – 30 % der hospitalisierten Patienten) nicht dosisabhängig Wegen der Schwere einer allergischen Reaktion ist eine Reexposition gegenüber der fraglichen Substanz zu vermeiden!! Nebenwirkungen von Antibiotikatherapien Toxische Nebenwirkungen - je nach Substanzgruppe werden unterschiedliche Organsysteme betroffen - dosisabhängig - Höhe der Spitzen- oder Talspiegel - applizierte Gesamtdosis - individuelle Patientendisposition - vorbestehende Organschädigung - Prädisposition (Photosensitivität) -chronisch-toxische Schädigung z.B. Aminoglykosid-assoziierte Innenohrschwerhörigkeit oder Nephrotoxizität z.B. Tetrazyklin-assoziierte Schädigung der Knochen und der Zähne Tetrazyklinschaden der Zähne Nebenwirkungen von Antibiotikatherapien Biologische Nebenwirkungen • Pseudomembranöse Enterokolitis Veränderung der Standortflora des Darmes (insbesondere nach Therapie mit Clindamycin) Wachstumsvorteil für Clostridium difficile, setzt Toxine frei Toxisches Megacolon Therapie: Absetzen der Antibiotikatherapie Gabe von Metronidazol oder Vancomycin oral Stuhltransplantation Nebenwirkungen von Antibiotikatherapien Biologische Nebenwirkungen • Ausbreitung resistenter mikrobieller Populationen Veränderung der Standortflora und der Infektionsflora (MRSA, VRE) Mechanismen der Resistenz: • Enzymatische Degradation (b-Laktamasen,…) • Affinitätsänderung • Penetrationshemmung • Stoffwechselbypass • Effluxpumpen Resistenzgene im bakteriellen Genom oder Resistenzgenen auf Plasmiden -> einfache Übertragbarkeit Nebenwirkungen von Antibiotikatherapien Biologische Nebenwirkungen Wichtige multiresistente Keime MRSA: Methicillin-resistenter Staphylococcus aureus • Staphylococcus aureus Stämme werden resistent durch Akquisition von Resistenzgenen, z.B. mecA Gen, das für modifizierte PenicillinBindeproteine kodiert, auf genetisch mobilen Elementen das bakterielle Enzym D-Alanin-Transpeptidase, das die Quervernetzung der Peptidoglycane in der Zellwand bildet, kann nicht mehr gebunden werden viele Antibiotika unwirksam, v.a. alle b-Laktam Antibiotika; Therapie oft nur mit Vancomycin, Linezolid möglich Wichtige multiresistente Keime MRSA: Methicillin-resistenter Staphylococcus aureus Hospital-acquired (HA)-MRSA SCCmec I bis III v.a. ST5, ST22, fast alle MRSA-Blutkulturen Community-associated (CA) MRSA: SCCmec IV und V v.a. ST8, ST80, <3% aller MRSA Ausbreitung besonders in den USA, Stamm USA300 Livestock-associated (LA) MRSA: v.a. ST398 Livestock-associated (LA)-MRSA Als Screening Isolate in Niederlande bis zu 40% Wichtige multiresistente Keime MRSA: Methicillin-resistenter Staphylococcus aureus Wichtige multiresistente Keime MRSA: Methicillin-resistenter Staphylococcus aureus in Europa 2006 2013 MRSA Prävalenz bei klinisch invasiven S. aureus Isolaten in Europa (European Antimicrobial Resistance Surveillance System) EARSS data. Wichtige multiresistente Keime VRE: Vancomycin resistente Enterokokken Enterococcus faecium Stämme erlangen Resistenzgene, gegen das Reserveantibiotikum Vancomycin, das nicht mehr bindet, z.B. durch das VanA/B Gen Vancomycin (und Teicoplanin) sind nicht mehr wirksam Therapie nur noch mit Reserveantibiotika, z.B. Linezolid, Daptomycin, möglich Wichtige multiresistente Keime VRE: Vancomycin resistente Enterokokken in Europa 2006 2013 Vancomycin-resistente Enterococcus faecium Isolate in Europa in Europa (European Antimicrobial Resistance Surveillance System) EARSS data. Wichtige multiresistente Keime MRGN: Multi-Resistente Gram-negative Erreger Verschiedene Arten von Resistenzgenen vermitteln Resistenzen gegen teilweise mehrere Gruppen von Antibiotika Klassifikation multiresistenter Gram-negativer Stäbchen Wichtige multiresistente Keime MRGN: Resistenz gegen 3. Gen. Cephalosporin in Europa 2006 2013 Prävalenz bei klinisch invasiven E. coli Isolaten in Europa; Resistenz gegen 3. Gen. Cephalosporin in Europa (European Antimicrobial Resistance Surveillance System) EARSS data. Maßnahmen zur Einschränkung von NEBENWIRKUNGEN bei Antibiotikagabe a) Intensivierung der hygienischen Maßnahmen zur Einschränkung der Ausbreitung resistenter Formen Maßnahmen der Krankenhaushygiene a) Gezielter, richtiger und damit sparsamer Einsatz von Antibiotika, b) Einsatz von Kombinationspräparaten, wobei eine der Komponenten der Inaktivierung des Resistenzfaktors dient, c) Entwicklung von Antibiotika mit bisher nicht genutzten Wirkorten. Zusammenfassung: Antibiotika • Entdeckung und Anwedung von Antibiotika • Wirkmechanismen von Antibiotika • Resistenztestungen von Keimen • Nebenwirkungen von Antibiotikatherapien • Wichtige multiresistente Keime