抗菌药的PKPD理论.ppt
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1、抗菌药的PK/PD理论及其临床应用,南京医科大学第一附属医院抗菌药药效动力学研究室 童明庆,抗菌药PK/PD理论的产生背景,近十多年来,人们在临床实践中发现许多口服抗菌药物按照NCCLS药敏试验的分界点来判断药敏试验结果,常常与药代动力学、微生物学以及临床结果不符。这一发现引起了实验和临床抗感染专家的重视,他们努力探索,希望在药代动力学(PK)和药效动力学(PD)模型的基础上,将临床转归,致病菌是否清除以及药敏试验结果结合起来,以建立一个全新的方法来指导临床用药。在专家学者们的努力下,这一研究工作取得了许多卓著的成就和发现,一个全新的抗菌药PKPD理论呈现在我们的面前。,抗菌药临床药理学的研究
2、范畴,药代动力学(Pharmacokinetics,PK)研究抗菌药的吸收、分布和清除,这三个方面结合在一起决定着药物在血清、体液和组织中浓度的时间过程,这一过程与药物的剂量有一定的关系。药效动力学(Pharmacodynamics,PD)研究药物的作用机制以及药物浓度与药物效果、药物毒性的关系。对于抗菌药物而言,研究抗菌药抗菌活性变化的时间过程,这是抗菌药学的核心问题,与临床疗效有着直接关系,它决定了达到成功治疗的给药剂量和给药方法,为此必须将药代动力学和药效动力学两者结合起来。,药代动力学参数,生物利用度(F)峰浓度(Cmax,Cpeak)达峰时间(Tmax 或Tpeak)表观分布容积(V
3、d)半衰期(T12)清除率(CL)消除速率常数(Ke)血药浓度时间曲线下面积(AUC),AUC,Cmax,T1/2,抗菌药药效动力学参数,最小抑菌浓度(minimum inhibitory concentration,MIC)是抗菌药物对病原菌抗菌活性的主要定量参数,是指引起细菌肉眼观察下未见生长的药物最低浓度。最小杀菌浓度(minimum bactericidal concentration,MBC)是能使活细菌数量减少到起始数量的0.1%的药物最低浓度,该指标亦常作为描述药物抗菌活性的主要定量指标。,抗菌药药效动力学参数 MIC and MBC参数的不足,MIC和MBC反映的是抗菌药的(体
4、外)抗菌活性或抗菌潜能,但不能反映抗菌活性在体内的时间过程。例如MBC不能提供抗菌药的杀菌速度,不能预言增加药物浓度是否可以提高杀菌速度MIC也不能反映细菌在接触抗菌药物后,被抑制的状态能持续多少时间。,抗菌药药效动力学参数,抗生素后效应(postantibiotic effect,PAE)是指细菌暴露于抗菌药后,在洗去抗菌药的情况下,数量增加十倍(1log10单位)所需的时间(与对照组的差)。PAE的大小反映抗生素作用后细菌再生长延迟相的长短,亦反映抗菌药作用于细菌后的持续抑制作用,故而又称持续效应(Persistent effects)对于G球菌,所有抗生素都有PAE;对于G-菌,干扰蛋白
5、和核酸合成的抗菌药都有延长的PAE短PAE或无PAE见于-内酰胺类对G-菌,例外的是碳青霉烯类,它们对绿脓假单胞菌的PAE延长。,抗菌药药效动力学参数抗生素后效应(PAE)-续,PAE在体内是变化的,动物感染模型的研究发现:体外PAE不能预见体内的PAE,多数情况下,体内的PAE长于体外PAE,在白细胞存在时,氨基甙类和喹诺酮类的PAE将更长;体外链球菌对-内酰胺类的PAE延长,而体内未见延长;体外在长给药间隔或重复给药后氨基甙类的PAE降低或消失,但体内实验未发现此结果。,抗菌药药效动力学参数,亚抑菌浓度下的抗生素后效应(PA SME)是指细菌暴露于高浓度(10MIC)抗菌药后,在低于MIC
6、的药物浓度下,数量增加十倍(1log10单位)所需的时间(与对照组的差)。PA SME的意义与PAE相似,不同的是将细菌暴露于高浓度抗菌药物后,继续置于低药物浓度(MIC)下,观察其再生长的延迟相。PA SME较之PAE更符合体内情况亚抑浓度下可导致细菌慢生长并有形态改变Sub-MIC的后效应在体内长于体外。,抗菌药药效动力学参数,抗菌药物在亚抑菌浓度时的效应(SME)与PA SME不同,测定SME时不须先将细菌暴露于高浓度的抗菌药物下,而是直接暴露于低于MIC的浓度下,观察细菌的生长情况,SME常作为PA SME的对照,以比较两者结果的差异,从而观察暴露于高浓度药物后,细菌生长所受的影响。,
7、PAE、PA SME和SME三者的关系,图一,抗菌药药效动力学参数,是指在5.5小时内使细菌数减少90%的抗菌药最小 浓度,即使细菌数减少1log10单位的抗菌药最小浓度。通常抑菌剂均有较高的MICMAC,如氨基甙类、四环素类和氯霉素。MBCMIC比值亦有类似的药理学意义,通常抑菌剂的MBCMIC较高,杀菌剂的比值较低。,最小抗菌浓度(MAC),抗菌药药效动力学参数,通常抑菌剂均有较高的MICMBC,如氨基甙类、四环素类和氯霉素。通常杀菌剂的MICMBC比值较低,如喹诺酮类,内酰胺类。,抗菌药药效动力学参数,抗菌素后白细胞活性增强效应(Postantibiotic Leukocyte enha
8、ncement,PALE)在一些抗菌药物的作用后,白细胞吞噬活性或胞内杀菌作用表现出明显的增强,这可以看作是另一种形式的抗生素后效应,表型是PAE延长(体内和体外)。阿奇霉素的PALE较强,这是它不同于其他大环内酯类抗生素的一个重要原因,产生较长PAEs的抗菌药倾向于显示最大的PALE,氨基甙类和喹诺酮类在白细胞存在时,通常可使PAE延长一倍(对于G-菌),但白细胞对PAE小的抗生素,如-内酰胺类未见有明显的增强效果。,抗菌药药效动力学参数,杀菌曲线(time-kill curves):将不同浓度(如12、1、4、16、64MIC)的抗菌药物加入菌液中,于不同时间取菌药混合物作菌落计数,绘制时
9、间菌浓度曲线,即杀菌曲线,抗菌药的PK/PD分类,抗菌药PK/PD分类的依据(药效动力学参数):MBC/MIC:判断杀菌剂和抑菌剂。通常抑菌剂均有较高的MICMBC,如氨基甙类、四环素类和氯霉素。通常杀菌剂的MICMBC比值较低,如喹诺酮类,内酰胺类。PAE,PA SME,PALE:判断抗菌药的持续效应杀菌曲线:观察杀菌曲线是否在高浓度(如45MIC)呈现饱和动物(体内)实验的证实,抗菌药(疗效)分类的实验性证实动物感染模型的实验性治疗,抗菌药药效学研究表明:各种(哺乳)动物间在PK和PD参数和疗效上十分相似,同时临床效果和细菌学疗效上也十分相似或相关。因此,动物感染模型实验性治疗效果的观察,
10、可用来作为抗菌药(疗效)分类的依据。亦可作为人体剂量设计的参考或参照。,抗生素的PK/PD分类,Shah等将抗菌药分成两个基本的杀菌活性模式,或称作为两个群:浓度依赖的杀菌剂 抗生素后效应长,浓度与杀菌活性正相关,主要参数为24-hr AUC/MIC 或Peak/MIC,如氨基甙类、喹诺酮类、万古霉素、甲硝唑类和阿奇霉素等时间依赖的杀菌剂 杀菌率在低倍MIC时即已饱和(通常45MIC),在此浓度以上杀菌速度及强度不再增加,主要参数为TimeMIC,如-内酰胺类,大环内酯类(除外阿奇霉素)、克林霉素等。,抗菌药的PK/PD分类,Time above the MIC 40%interval,用PK
11、/PD参数确定细菌对药物敏感限,浓度依赖性抗生素,可用Cmax/10作为敏感限;时间依赖性抗生素,可根据Cmax(以头孢匹胺为例,为264mg/L),T 1/2(4.5h),计算:按一级动力学过程有公式:A=A0(1/2)n以Time over MIC达40interval为敏感限:12h(interval)x40%=4.8h,为(4.8/4.5)=1.07 T 1/2 则敏感限为A 4.8h=264x(1/2)1.07=125mg/L,用PK/PD参数确定细菌对药物敏感限(再以马斯平为例),1、马斯平为-内酰胺类药物,系时间依赖的抗菌素。2、按马斯平单次静脉给药1000mg计,Cmax 为7
12、8.7mg/L,T1/2为2小时3、按一级动力学过程有公式:A=A0(1/2)nTime over MIC 达40%给药间隔作为敏感限 12h40%=4.8h 4.8h为(4.8/2)2.4个半衰期则此时血药浓度(即敏感限)为 A 4.8h=A0(1/2)n=78.7(1/2)2.4=14.9mg/l,药动/药效学敏感限因给药方法而变:马斯平30min内注射(q12h,平均T1/2为2h),500mg 1g 2g iv Tmax 38.2 78.7 161.3 mg/l PK/PD敏感限*7.2 14.9 30.6 mg/l im Tmax 12.5 26.3 51.3 mg/l PK/PD敏
13、感限 2.4 5.0 9.7 mg/l,*time/MIC40%计算,根据PK/PD理论调节给药间隔可提高时间依赖抗菌药的临床疗效(举例),某药为时间依赖的抗菌药,每12h给药一次,其Cmax为40mg/L,T 1/2 为2h。若感染菌的MIC为10mg/L,问上述给药方法能否有效抗感染?若每8h给药一次呢?,Can PK/PD be used in everyday clinical practice?,Francesco Scaglione*Department of Pharmacology,Toxicology and Chemotherapy,Faculty of Medicine,
14、University of Milan,Milan,Italy,-内酰胺抗生素/-内酰胺酶抑制剂的复方制剂的药效研究进展,-内酰胺酶抑制剂后效应(post-lactamase inhibitor effect,PLIE)是指细菌与-内酰胺抗生素/-内酰胺酶抑制剂复方制剂接触一段时间,去除-内酰胺酶抑制剂后,细菌生长受到持续抑制的效应 PLIE 在1992年由Thorburn CE 等首次提出,并陆续被国外学者证实,但是迄今为止在国内还未对PLIE有所关注,我们做了一些初步研究。,PLIE=T-C6.42 h-3.15 h 3.27h,F:10MIC的哌拉西林/克拉维酸(80/10mg/L)冲击
15、2小时后,仅去除克拉维酸,恢复哌拉西林的浓度为80mg/L。T=6.42 h,H:10MIC的哌拉西林 80mg/L冲击2小时后,清除药物,恢复哌拉西林的浓度 为80mg/L,为F的对照。C=3.15 h,从杀菌曲线看,头孢哌酮/克拉维酸(1/1)对产ESBL的肺炎克雷伯菌ATCC 700603的杀菌活性有浓度依赖趋势,其余复方对两种菌的杀菌活性均没有显示浓度依赖,PK/PD理论的临床应用小结,1.根据PK/PD药敏分界点来判断药敏结果;2.对于时间依赖的抗菌药,适当增加给药 次数或缩短给药间隔(如果可能的话),有时可使处于中介的细菌变为敏感;3.对于浓度依赖的抗菌药,适当增加给药量(如果可能
16、的话),可提高治疗效果。,细菌的防突变浓度,Drlica K博士在1999年提出抗菌药的防突变浓度(mutant prevention concentration,MPC)的概念:即能防止耐药突变株被选择性富集生长所需的最低抗菌药物浓度。MIC与MPC之间的浓度范围称做抗菌药物的突变选择窗(mutant selection window,MSW),MIC、MPC、MSW 三者的关系,C血药浓度,给药时间T,细菌的防突变浓度 selection index(SI),MPC与MIC的比率称为抗菌药的选择指数(selection index,SI),SI值越大,说明抗菌药防突变能力越低,反之,MPC
17、与MIC值越接近,即SI越小,抗菌药的防突变能力越强。根据MPC和MSW的理论,通过选择更理想的药物(SI值小)、调整剂量方案、联合用药等可以缩小乃至关闭MSW,从而减少耐药突变菌株的选择性富集生长,降低耐药率。,细菌的防突变浓度抗菌药的联合应用,当两药同时处于各自的MIC之上时,细菌需要同时发生两种耐药突变才能生长。因此可通过联合用药达到关闭MSW,降低耐药率。特别是对于MPC很高的药物,如抗结核药,加大剂量对患者不利,联合用药可关闭MSW。,细菌的防突变浓度联合用药与MSW,药物浓度,给药后的时间,细菌的耐药机制,1 产生灭活抗生素的各种酶1.1 内酰胺酶(lactamase)内酰胺类抗生
18、素都共同具有一个核心内酰胺环,其基本作用机制是与细菌的青霉素结合蛋白结合,从而抑制细菌细胞壁的合成。细菌产生的内酰胺酶,可借助其分子中的丝氨酸活性位点,与内酰胺环结合并打开内酰胺环,导致药物失活。,细菌的耐药机制,1.1.1 1()型-内酰胺酶(AmpC酶,多由G杆菌产生)结构酶 低水平表达,临床意义不大 诱导酶 低水平表达 高频突变为高产结构性耐药-lactams 高频突变常见于阴沟肠杆菌、弗劳地枸橼酸杆菌、粘质沙雷菌感染,细菌的耐药机制,1.1.2 2a型-内酰胺酶 金黄色葡萄球菌产生,多为诱导型,水解青霉素类1.1.3 2be型超广谱-内酰胺酶(ESBLs)由普通-内酰胺酶基因(TEM-
19、1、TEM-2、SHV-1等)在三代头孢等药物的压力下突变而来 主要产生菌:克雷伯菌、大肠埃希菌、枸 橼酸杆 菌、阴沟肠杆菌、铜绿假单胞菌等 对青霉素类、1-3代头孢耐药 对氨基甙类、沙星类多交叉耐药 可被-内酰胺酶抑制剂(棒酸、舒巴坦、他唑巴坦)抑制,细菌的耐药机制,1.1.4 碳青霉烯酶1.1.4.1 金属酶(B类酶)需要n作为辅因子(EDTA和巯基丙酸可抑制其活性),不被棒酸抑制,不水解单环类非获得性可由脆弱拟杆菌、嗜麦芽窄食单胞菌、气单胞菌、黄杆菌、屎肠球菌、军团菌产生,可水解各型-内酰胺类抗生素。分类:3a型酶:对青霉素、头孢菌素的水解速率为碳青霉烯的60 以上,对n亲和力低3b型酶
20、:优先水解碳青霉烯,主要见于气单胞菌3c型酶:对头孢菌素、头霉素水解力强,来自高曼军团菌,细菌的耐药机制,1.1.4.2 获得性碳青霉烯酶(B类酶)常位于 I 型整合子中,见于铜绿假单胞菌、粘质沙雷菌、肺炎克雷伯菌、鲍曼不动杆菌、木糖氧化产碱杆菌和其他假单胞菌。分类:IMP酶,已知13种 VIM酶,已知6种,细菌的耐药机制,2d型(D类酶)碳青霉烯酶:OXA23 OXA27 对碳青霉烯水解活性低,对头孢他啶、噻肟、氨曲南水解活性弱。除OXA23外,可被棒酸抑制。2f型酶(A类酶):NMCA、IMI1、KPC1.2、Sme-1、GES-2等,见于阴沟肠杆菌、粘质沙雷菌、肺炎克雷伯菌和铜绿假单胞菌
21、等。水解青霉素,对亚安培南水解力大于美罗培南,对头孢水解弱。除Sme-1外,可被CA抑制。,细菌的耐药机制,1.1.5 SSBLs同时产生ESBLs 和AmpC可见于阴沟杆菌、大肠埃希菌、枸橼酸杆菌等,临床上常规检测的内酰胺酶 致病菌 常用的检测方法 结果预测拟杆菌(除脆弱拟杆菌)直接内酰胺 耐所有青霉素酶和其他革兰阴性厌氧菌;酶试验 稳定的青霉素类 肠球菌属;流感嗜血杆菌,卡他莫拉菌;淋病奈氏菌葡萄球菌 预先诱导后进行直接 内酰胺酶试验 大肠埃希菌,ESBL筛查和 青霉素类,头孢肺炎克雷伯菌和 确诊试验 类和氨曲南耐药产酸克雷伯菌,细菌的耐药机制,1.2 氨基糖甙修饰酶(或钝化酶/灭活酶)在
22、细菌对氨基糖苷类抗生素产生耐药的机制中,修饰酶介导的耐药最为流行,酶促修饰的氨基糖苷类抗生素因不能与核糖体拓扑异构酶靶位作用,因而其失去抗菌活性。修饰酶主要包括乙酰转移酶、磷酸转移酶和核苷转移酶。,细菌的耐药机制,2.细菌靶位点的改变2.1 PBP改变,产生低亲和力的PBP 表.-内酰胺酶和PBPs的关系 PBPs-lactamase 相同*细菌产生*均为位点结合丝蛋白超家族的成员*可与-内酰胺环发生酰化反应不同*为羧肽酶、转肽酶*细菌生理上不必需 细菌必需*分泌于周间质*分泌于菌体外*与-内酰胺类结合后*使-lactamase分解 自身灭活、细菌自溶 失效,细菌的耐药机制,*MRSA和MRS
23、(MRSA和MRS的检测可用30g的头孢西丁纸片做KB法药敏试验,金黄色葡萄球菌抑菌圈小于等于19mm时则为MRSA;凝固酶阴性葡萄球菌的抑菌圈小于等于24mm,则为MRS。)由于低亲和力的PBP2的产生,使所有-内酰胺类无效*耐青霉素肺炎链球菌(Penicillin resistant Streptococcus pneumoniae,PRSP)在PRSP高耐菌株中(以1g苯唑西林纸片做KB法药敏试验,抑菌圈19mm,则可能是PRSP,需进一步做MIC检测,MIC2g/ml)可有多达4种PBP(主要是1a、1b、2x、2b)同时发生改变,*高度耐青霉素和氨苄青霉素肠球菌的检测:当肠球菌的MI
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