抗生素药效学研究与临床应用

抗生素药效学研究与临床应用(II)
Antibiotic Pharmacodynamics and Clinical Application 0I)
1．β一内酰胺类药效学
青霉素G是第一个应用于临床的β-内酰胺抗生素，由于该药半衰期短，最初临床常需反复多次给药，以取得临床疗效。

20世纪40年代，Eagle等进行了青霉素G的药效学研究，动物试验发现给药方案中所存在的无药间歇使治愈时间延长，少量多次给药较大量较少次数给药更有效，血清2-5倍MIC浓度与杀菌作用关系密切，在此基础上首次提出时间依赖性杀菌作用的概念。

β-内酰胺抗生素后效应是PK／PD研究的重要相关因素，对于设计该类药物给药方案有重要作用，体外研究证明，β-内酰胺抗生素对各种革兰阳性菌有1-3h的PAE，对各种革兰阴性菌，除碳青霉烯有最长2h的PAE 外，其余药物缺乏PAE；和其他抗生素一样，体内PAE较体外长。

β-内酰胺抗生素蛋白质结合是影响其抗菌活性的另一因素。

理论上抗生素进入体内后，只有游离部分发挥抗菌作用，而与蛋白质结合部分起抗生素存储作用，与游离抗生素间构成动态平衡，蛋白结合率愈高，治疗效果愈差。

但研究证明，抗生素蛋白质结合率与药效在不同药物、不同细菌可能得出完全不同的结果。

头孢曲松蛋白质结合率95％，对大肠杆菌、肺炎克雷伯菌MIC值，人血清超滤物使其上升程度不如蛋白；但对葡萄球菌、铜绿假单胞菌情况并非如此；上述情况推测可能与血清中含有某种促进杀灭革兰阴性菌物质有关。

头孢尼西也是一种高蛋白结合的抗生素(结合率95％)，体外MIC 值几何平均数为4.6mg/L，在50％血清中的MIC值可上升达27.9mg/L；治疗心内膜炎时，血药浓度达l50mg/L，但血清杀菌滴度确<l：8，达不到有效治疗的期望值。

在β-内酰胺抗生素药效学研究中，高蛋白结合率的药物尤值得注意。

抗生素蛋白结合率也影响药物对组织的渗透，使药物在一些特殊部位的药效发生改变，如脑脊液，延长脑脊液中T>MIC，对治疗该部位感染有较大价值。

β-内酰胺抗生素属于时间依赖型抗生素在动物实验中也得到了广泛的证实，Gerber等给中性粒细胞减少的小鼠一次给予或分次给予替卡西林治疗铜绿假单胞菌感染，两者均可达到清除细菌的目的，但一次给药(C/MIC为20：1)并不比分次给要(C/MIC为5：1)细菌清除更快。

对每一种药物、每一种细菌，T>MIC比例各不相同，如替卡西林对大肠杆菌、葡萄球菌T>MIC 期望值分别为60％或20％，差别可能来于有无PAE。

β-内酰胺类对常见敏感细菌T>MIC期值一般为碳青霉烯类20～25％，青霉素类20-35％，头孢菌素类35-55％。

随着β-内酰胺抗生素PK／PD研究不断深入与丰富，以及社会对提高医疗质量减低医疗成本要求的不断高涨，β-内酰胺抗生素的给药方式也逐渐由传统的间歇多次给药向持续静脉滴注转变，尤其是轻便恒量输液器的应用，使持续静脉滴注更易为临床所接受。

大量动物实验与临床研究证明，β-内酰胺抗生素能以较少的用药量与社会成本获取更好疗效。

头孢他啶对大鼠革兰阴性菌感染ED50，单次给药所需剂量为持续静脉滴注的65倍，原因在于后者T>MIC的时间远较前者长。

美国Hartford医院就β-内酰胺抗生素间歇给药与持续静脉滴注进行了两项研究。

第一项研究以每日持续静脉注射头孢呋辛1 500mg与750mg每日三次静脉注射治疗社区获得性肺炎，两种方案的血稳态浓度为1 3.25±6.29mg/L，高于致病菌MIC90 2-4倍，结果两组病人总体治愈率相同，但两者用药量分别为5.9±3.2g与8.0±3.4g，日均相关费用分别为63.64±30.95与83.85±34.82美元，具有统计学差异。

另一研究比较头孢他啶每日3g持续静脉滴注与2g每日三次静脉注射，合并使用每日一次妥布霉素治疗ICU肺炎，结果两
组有效率分别为94％与83％，没有显著性差别；但前者用药量明显较后者少，日均费用有显著性差别，分别为625.69±387.84与1004.64±429．95美元。

对常见院内感染病原菌有效β-内酰胺抗生素常用剂量的T>MIC值见表（5）。

近年来，随着细菌对β-内酰胺抗生素耐药不断增加，尤其是产β-内酰胺酶细菌的流行，β-内酰胺药物与β-内酰胺酶抑制剂复方药物不断开发应用，有关本类药物PK／PD特征是一极待研究的问题，如两种药物组分同时给药与先后给药那种更好?复方药物的T>MIC如何判定?两种药物的最佳比例?现有复方制剂给药方案，酶抑制剂所维持的T>MIC时间较短，远没达到全部给药间隙，但临床疗效肯定，析其原因可能存在抑酶后效应(postβ-1actamase inhibitioneffect)。

体外实验发现，产酶大肠杆菌先予派拉西林／他唑巴坦处理，去除药物后单用派拉西林也能抑制细菌生长；阿莫西林／克拉维酸也有同样作用。

推测此现象是由于p-内酰胺酶受抑后，即或去除酶抑制剂，β-内酰胺酶产生到足够量需要一定时间。

以此为基础，复方制剂临床应用的给药间隙可较单纯β-内酰胺抗生素稍长。

另一有关耐药菌感染的PK／PD研究在青霉素耐药肺炎链球菌进行较多，结果表明，青霉素、头孢菌素对青霉素敏感、低度耐药肺炎链球菌感染治疗效果相当，对高度耐药株感染青霉素无效，部分头孢菌素有效，原因在于抗生素对前两者T>MIC可达35-55％，而后者仅为0-23％，更进一步证明p-内酰胺抗生素T>MIC为其疗效预测指标。

2．氨基糖苷类药效学
氨基糖苷类抗生素属浓度依赖杀菌活性的抗菌药物，该类抗菌药物估计临床疗效的主要PK／PD参数为Cmax／MIC。

临床研究证实随着Cmax／MIC的增加，临床有效率增加；血清峰浓度为病原菌MIC的8-12倍时，可获得90％以上的临床有效率。

Kashuba 等分析了78例用氨基糖苷类治疗的院内感染病人，结果显示Cmax／MIC大于4．5时，在治疗第7d体温和白细胞恢复正常的病例数为86％；Cmax／MIC大于4．7时为89％；Cmax／MIC大于或等于10时为90％以上。

使用氨基糖苷类治疗应使血清峰浓度最佳，即达到8～12倍MIC。

氨基糖苷类一日一次用药方案提供了使血清峰浓度与MIC的比率达到最大的机会，从而获得最佳的杀菌作用和临床疗效。

Hitt等在健康成人静脉给予7mg．kg-1的庆大霉素每天一次，峰浓度为20.28±2.54mg/L。

即使细菌的MIC为2mg．L。

，峰浓度与MIC的比率可达到10：1，可达到90％以上的有效率。

抗生素亚致死剂量的应用可对病原微生物施加选择压力，使具有一定耐药水平的突变株优势生长，导致高水平耐药株的出现。

表2．头孢匹肟等5种抗生素对常见院内感染菌的T>MIC
值％)
因此，应用抗生素治疗细菌感染时，选择最佳给药方案不仅可以获得最好的杀菌效果，而且还可以防止耐药菌的产生。

对于D一内酰胺类抗生素使血清浓度维持在MIC 以上的时间延长可防止耐药菌的产生；对于氨基糖苷类和氟喹诺酮类，使血清峰浓度与MIC的比率维持在高水平，如10：1可防止耐药菌的产生。

细菌暴露于氨基糖苷类抗生素后，很快出现对抗生素的杀菌作用暂时的、可逆的不应答反应的现象，即适应性耐药，主要见于治疗革兰阴性杆菌，尤其是铜绿假单胞菌，也见于喹诺酮类治疗铜绿假单胞菌、革兰阳性球菌、肠杆菌科感染时，但后者更多的是诱导一个真正的耐药，而非适应性耐药。

适应性耐药发生的确切机制尚未阐明，可能与使药物进入细菌体的主动转运系统的关闭有关，当革兰阴性细菌暴露于氨基糖苷类时，首先是氨基糖苷类的阳离子和细菌膜脂多糖上的阴离子发生浓度依赖的被动结合，然后通过至少两个能量依赖过程(EDP I、EDPⅡ)将被结合的药物主动转运到细菌细胞内，使细胞内的药物浓度是细胞外的1 00倍以上，适应性耐药可能是第二个能量依赖的主动转运系统(EDP 1I)关闭，使药物不能转运到细菌细胞内所致。

体外、动物及临床试验均显示当革兰阴性菌暴露于氨基糖苷类时，在给药后2h发生显著的适应性耐药，6～16h耐药性最高，24h细菌的敏感性部分恢复，40h左右完全恢复；耐药性持续的时间与药物的清除半衰期有直接的关系，一般为14-18个半衰期。

铜绿假单胞菌和其他需氧革兰阴性杆菌若连续不断的暴露于氨基糖苷类，耐药性加强，需在无药物的培养基上生长几小时敏感性恢复，而且由一种氨基糖苷类诱导的适应性耐药对其他氨基糖苷类有交叉耐药。

使用氨基糖苷类采用传统的给药方案，第二次及以后的药物通常以8～1 2h间隙给药，而在此时正好耐药性最大，氨基糖苷类的再次暴露，不仅起不到杀菌作用，而且还会使耐药性加强。

相反，采用一日一次的给药方案，在再次给药时细菌的敏感性已大部分恢复，此时再次给药可获得良好的疗效。

氨基糖苷类具有确切的PAE，其PAE是浓度依赖性的，随着药物浓度升高，产生的PAE 时间延长。

体外试验显示粘质沙雷菌暴露于2倍MIC的庆大霉素和萘替米星PAE持续时间分别为2，7h和2．8h，而4倍MIC时分别为5，9h和8，2h。

一日一次给药方案可使血清峰浓度升高，PAE时间延长。

由以上可见，从氨基糖苷类的药效学特点来看，采用一日一次的给药方案有几个优点：可获得最大的血清峰浓度，取得更好疗效；可使PAE延长；可防止耐药菌株的产生。

从理论上讲与传统的用药方案相比，一日一次的用药方案将产生更好的临床疗效。

氨基糖苷类经肾小球过滤排除时，有少量与肾
近曲小管刷状缘膜磷脂上的阴离子结合通过胞饮作用被重吸收进入细胞内，这个过程发生很快，但进入细胞内的药物再分泌NzJ,管内腔排除体外的过程则非常慢，甚至在治疗后10-20d在尿中仍然能检测出药物，这说明药物长时间的贮存在细胞内。

万古霉素可使刷状缘膜表面的阴离子改变，增加氨基糖苷类的结合靶位，使得重吸收进入细胞的药物量增加。

氟罗沙星与庆大霉素联合使用可加强肾皮质细胞的出胞作用，使药物的分泌增加，积累在肾皮质的氨基糖苷类水平减少。

重吸收进入细胞内的药物通过多种途径引起肾损害，主要因药物和磷脂的相互作用及自由基的产生两种机制而致。

氨基糖苷类被前庭和耳蜗的毛细胞摄取进入细胞内，产生细胞毒作用，引起毛细胞的变性、坏死。

吸收进入毛细胞的药物并不是立即产生细胞毒作用，而是积聚在溶酶体内，最后引起溶酶体的膨胀、破裂，释放出药物产生毒性作用。

氨基糖苷类引起毛细胞损害的机制可能有自由基机制和N．甲基．D．天门冬氨酸(NMDA)受体的兴奋中毒机制。

氨基糖苷类毒性关键是药物进入耳肾细胞内，如果能减少吸收或增加药物从细胞内的分泌，积累在细胞内的药物量将减少，耳肾毒性降低。

耳肾细胞摄取氨基糖苷类的过程是一个饱和过程，在低浓度时耳肾组织对氨基糖苷类已饱和，增加药物浓度摄取不会再增加，一日一次给药时，氨基糖苷类与受体接触的次数和时间更少，在给药间歇低水平药物时间更长，有利于药物从耳肾细胞排出，所以一日一次给药方案可获得高的血清峰浓度，但并不会增加还有可能减少耳肾细胞的药物积累。

动物实验证实采用一日一次给药方案与传统给药方案相比，肾皮质对妥布霉素和庆大霉素的积累更少。

Ji等采用庆大霉素或妥布霉素治疗了96例老年病人，分为两组，一组为4mg，kg 一日一次，一组为2mg／kg一日两次，结果两组在临床效果及细菌学疗效均无显著差别。

Sanchez—Alcaraz等采用同样的两个用药方案，测得两组血清谷浓度均小于2mg．L。

；血清的平均峰浓度一日一次组为11，00±2.89mg/L，一日两次组为6，53± 1，45mg．L。

，二者比较有显著性差异；两组临床疗效相等，一次给药毒性反应更低。

Nicolau等对2 1 84例成人病人给予5-7mg．kg 的庆大霉素或妥布霉素一日一次，尽管这些病人中有24％的年龄大于或等于70岁，有37％的治疗时间大于或等于6d，但肾毒性的发生率仅为1．2％，仅3例出现前庭毒性的临床表现；随着治疗时间延长肾毒性增加，治疗6d后发生率为2％，lld后为3．3％；该院常规给药方案肾毒性发生率为3％～5％。

Gilbert等比较两个给药方案血清肌酐水平变化，一日一次组为0．2±0．4mg-d～，传统组为0．2±0．3mg．d～，二者比较无显著性差别。

一日一次的给药方案对老年患者、妊娠妇女、肾功能不全、透析病人、烧伤、有腹水患者、肠球菌心内膜炎、假单胞菌感染、粒细胞减少症、辅乳者、产后2个月内、肝硬化、肥胖等需要进一步临床验证或
血药浓度监测。

对于肾功能不良患者氨基糖苷类一日一次给药方案可按下述两种方式调整，第一种方式据给药后6～l4h血药浓度，利用列线图调整(图1)，一般在整个疗程中每2-3d进行一次监测，对肾功不稳定患者则需增加监测频率。

另一种据患者肌苷清除率调整剂量与间隙(表2)。

3．喹诺酮类药效学
喹诺酮类属于浓度依赖性抗菌药物，PK／PD指标包括Cmax／MIC与AUC0-24／MIC。

喹诺酮类药物研究开发进展较快，相应PK／PD研究结果较为丰富，但不同研究中存在一定差别，不同细菌、不同药物以及药物体内过程(如蛋白结合率)均对PK／PD有影响。

20世纪90年代初期，Leggett等观察环丙沙星对粒细胞减少小鼠大腿与肺部铜绿假单胞菌、肺炎克雷伯菌感染研究发现，A UC24／MIC与保护作用密切相关。

Craig 等利用非粒细胞减少小鼠肺炎链球菌研究了环丙沙星、左旋氧氟沙星、西他沙星、莫西沙星、吉米沙星、加替沙星六种喹诺酮类药物PK／PD，结果表明AUC24／MIC与小鼠5日生存率、第一日细菌减少量相关性好，90％动物生存率AUC24／MIC预测值34±4；血液中游离药物较全部药物A UC24／MIC与动物保护效果相关性更好，R 分别为82％与74％。

最初人体PK／PD研究为环丙沙星治疗重症下呼吸道感染，表明AUC／MIC与治疗效果的关系。

AUC24／MIC对预测喹诺酮类治疗中细菌出现耐药也有价值，一组院内感染肺炎患者以环丙沙星治疗，大部分为革兰阴性菌感染，如果AUC24／MIC在100以上，细菌产生耐药的机会<l0％，AUC24／MIC在l00以下，细菌80％以上产生耐药。

环丙沙星具有较强的抗革兰阴性菌活性，对铜绿假单胞菌抗菌活性也较为突出，但对肺炎链球菌等革兰阳性菌抗菌活性较差，在临床应用中对革兰阴性菌可达到AUC／MIC125以上的最低要求，对阳性菌AUC／MIC常难以达到30的预期值。

新喹诺酮类在抗菌活性、药代动力学参数有较大改善，药效学特征也与较早开发的喹诺酮类有所不同。

Preston等评价左旋氧氟沙星在泌尿、皮肤、肺部感染治疗中的PK／PD，当C 大于l2.2时，细菌清除率moJMIC为100％，小于l2.2时细菌清除率仅80．8％。

喹诺酮类CmoJMIC与AUC／MIC关系较为密切，若Cm ／MIC不能达到l0以上时，AUC／MIC对预测疗效较为可靠，如对肺炎链球菌感染，A UC24／MIC 30以上是取得治疗效果的保证。

另一组随机双盲研究比较左旋氧氟沙星与加替沙星治疗肺炎与慢性支气管炎急性发作A UC24／MIC情况，两种药物取得确定治疗效果的A UC24／MIC应为33。

在喹诺酮类治疗中细菌耐药产生也与PK／PD有关，如肺炎链球菌耐药发生率依次为环丙沙星、左旋氧氟沙星、加替沙星、莫西沙星。

综上所述，喹诺酮类预期取得较好疗
效的A UC24／MIC值分别为，革兰阴性菌与铜绿假单胞菌125，革兰阳性菌30，预防革兰阴性菌治疗中产生耐药100，氧菌感染尚需进行更多研究。

4．大环内酯类药效学
大环内酯类抗生素对各种革兰阳性菌具有抗菌活性，主要适用于呼吸道与皮肤感染，红霉素为第一个应用于临床的大环内酯类药物，由于其抗菌活性不强、明显胃肠道反应等在临床中使用较少。

近年来通过结构改造开发出大批大环内酯类(如克拉霉素、罗红霉素、地红霉素)、氮环内酯类(阿齐霉素)以及酮内酯(如telithromycin、ABT一733)，这些药物抗菌活性、抗菌谱、药代动力学参数均明显改善、药物不良反应也明显减少。

大环内酯类药物从PK／PD分类属于时间依赖性抗生素，但由于各药物在体内情况及药效特征差异，难于用某一参数描述PK／PD特性。

就克拉霉素、罗红霉素而言，当血浓度较高时，T>MIC对临床治疗效果有相关性，当血浓度较低时还需考虑AUC情况，一般T>MIC的期望值应50％。

阿齐霉素具有较长PAE，其PK／PD参数理论上应该为A UC／MIC，而非T>MIC，但有关研究结果差别较大，没有较为统一的结论，有必要进行较为广泛的研究。

酮内酯类药物telithromycin属于浓度依赖性抗生素，体外与动物试验均表明AUC／MIC为较好PK／PD指标；另一研究中的酮内酯类药物ABT一733则为时间依赖性抗生素。

大环内酯类药物与其他抗生素不同，该类药物在组织与细胞内浓度常较同期血浓度高，在研究其PK／PD时必须加以考虑[2 。

如按常规剂量克拉霉素500mg口服每日两次，阿齐霉素250mg口服每日一次，所达到的稳态血药浓度分别为2,0．1mg．L～，对肺炎链球菌MIC90分别为0．0l5与0．12mg．L～，可见只有克拉霉素T>MIC在给药间隙的100％，阿齐霉素则十分有限，但临床上两种药物均能发挥治疗作用。

但是不以血药浓度为分析基础，将感染部位药物(支气管上皮分泌物)浓度结合MIC进行分析，可以发现两者在感染部位T>MIC均为100％。

同样，对于细胞类感染病原，细胞内药物浓度T>MIC也在100％，如对嗜肺军团菌、肺炎衣原体。

5．糖肽类药效学
万古霉素于l 956年用于临床，治疗青霉素耐药葡萄球菌感染，但由于其纯度较低、药物不良反应明显以及耐酶青霉素的成功开发，使万古霉素在临床应用与研究处于低潮。

30年后MRSA的流行及耐氨苄西林肠球菌的出现，医药界重新认识到万古霉素的临床价值，有关万古霉素基础与临床研究进入了一个全新时万古霉素虽通过抑制细菌细胞壁合成发挥抗菌作用，但与p一内酰胺类完全不同；万古霉素通过氢键与细胞壁交联桥五肽末断D一丙氨酰D一丙氨酸连接，阻止细胞壁三维空间结构形成，杀灭细菌，万古霉素对快速生长细菌有杀灭作用，对静止期细菌作用不明显。

万古霉素只对革兰阳性菌(如葡萄球菌、链球菌、肠球菌、李司忒菌等)、部分厌氧菌(如艰难梭菌)有抗菌活性，由于分子较大，无法透过革兰阴性菌外膜，对其缺乏抗菌作用。

随着万古霉素广泛应用，耐药现象逐渐发生并有流行可能。

1 988年首先在英国报道耐万古霉素肠球菌(VRE)后，世界各地均有VRE发生，耐药机制在于细菌胞壁D一丙氨酰D一丙氨酸变异为D一丙氨酰D一乳酸，与万古霉素的亲合力降低致1／1000；迄今所发现的VRE表型有vanA，vanB，vanC，vanD几种。

不仅如此，l 996年日本首先报道有对万古霉素敏感性降低的MRSA (GISA)，MIC为8mg/L，其后美国也有GISA报道，GISA耐药机制尚不清楚，电镜观察GISA细胞壁较万古霉素敏感MRSA厚3倍，胞壁质前体多2倍，PBP2与PBP2’多3倍，GISA耐药起源、是否会造成流行值得关注。

大量体外、动物与临床研究证明，万古霉素属于时间依赖性抗生素。

Flandrois等通过时间杀菌曲线观察发现，在l，2．5，5，l0倍MIC时，万古霉素对金黄色葡萄球菌杀灭作用在最初4h明显，以后菌量维持在一恒定水平且与药物浓度无关；进一步研究发现，万古霉素的最佳杀菌浓度为4-5倍MIC[ 。

体外药效学模型研究，万古霉素以三种给药间隙取得不同C⋯，相同AUC，第四种方式为较低AUC，结果金黄色葡萄球菌的杀灭与Cm 、AUC无关，而与药物浓度维持在MIC以上(T>MIC)有关。

较多的研究结果也发现，万古霉素有1-2h时的PAE。

动物实验也表明万古霉素属于时间依赖性抗生素。

临床研究结果，万古霉素PK／PD参数有较大差别。

James等以万古霉素间隙给药与持续静脉滴注治疗革兰阳性菌感染，虽然持续给药可使T>MIC时间更长，血清杀菌滴度更高，但两种给药方案疗效没有差别；另一组研究结果，万古霉素治疗效果除与T>MIC有关外，尚与血药谷浓度有关。

鉴于以上结果加之万古霉素较长半衰期与PAE，临床万古霉素是否一定需要持续静脉滴注值得进行更深入研究。

万古霉素作为临床治疗革兰阳性菌感染的最后选择，应该尽可能合理应用，以避免耐药菌的产生；另一方面，对于非MRSA等敏感细菌，万古霉素抗菌活性并不及耐酶青霉素，治疗效果也不如青霉素类好。

美国CDC应用万古霉素的指导原则包括以下几个情况①p．内酰胺类耐药革兰阳性菌感染；②对β-内酰胺类过敏患者的革兰阳性菌感染；
③对甲硝唑无效的抗生素相关性结肠炎；④部分心内膜炎的预防；⑤在MRS流行医疗机构预防植入人工器材感染。