Фармакопейный анализ гентамицина
ГОУ ВПО «Нижегородская государственная медицинская академия»
Фармацевтический факультет
Кафедра фармацевтической химии и фармакогнозии
Курсовая работа
Фармакопейный анализ гентамицина
Исполнитель:
студентка 6 курса группы
Руководитель:
Нижний Новгород
2011 г
Оглавление
I. Введение......................
II. Основная часть.........................
1. Общие сведения об аминогликозидах……………………………...…
2. Фармакологические свойства аминогликозидов...............
3. Классификация аминогликозидов…………………........
4. Фармакологические свойства гентамицина...................
III. Фармакопейный анализ гентамицина...................
Заключение…………………………..........
Список используемой литературы....................
I. Введение
Цель работы: изучение особенностей фармакологического действия и свойств лекарственных препаратов группы аминогликозидов и методов анализа гентамицина.
Появление аминогликозидных антибиотиков ведет свое начало с открытия исследовательской группой Зельмана Ваксмана в 1943 году стрептомицина — первого препарата, активного в отношении Mycobacterium tuberculosis. За столь выдающееся открытие Ваксман в 1952 году был удостоен Нобелевской премии, при вручении которой было отмечено, что «в отличие от открытия пенициллина профессором Александром Флемингом, которое было, в значительной степени, обусловлено случаем, получение стрептомицина было результатом длительного, систематического и неутомимого труда большой группы ученых».
Впоследствии на основе природных структур, продуцируемых различными представителями актиномицетов (природные антибиотики), и в ряду их полусинтетических производных была разработана большая группа антибактериальных препаратов, которые составили класс аминогликозидов. В настоящее время выделяют три поколения аминогликозидов.
На протяжении длительного времени аминогликозиды относятся к широко применяемым антибактериальным препаратам и входят в стандарты лечения инфекций различной локализации. На современном этапе практическое значение данной группы антибиотиков, в первую очередь, связано с лечением нозокомиальных инфекций, вызываемых преимущественно грамотрицательными микроорганизмами. Основными показаниями к применению аминогликозидов II и III поколения являются тяжелые инфекции: сепсис, септический эндокардит, остеомиелит, инфекции кожи и мягких тканей, нозокомиальная пневмония, генерализованные формы раневой и ожоговой инфекции, перитонит, послеоперационные гнойные осложнения, инфекции почек и мочеполовых путей и др. В большинстве случаев аминогликозиды назначаются в комбинации с бета-лактамными и антианаэробными антибиотиками.
К сожалению, более чем полувековое использование аминогликозидов, в том числе по необоснованным показаниям (внебольничные инфекции дыхательных путей и пр.), привело к возникновению и распространению устойчивых к ним штаммов микроорганизмов. В частности, в России уровень резистентности к аминогликозидам, прежде всего к гентамицину, превышает таковой в большинстве других стран. Следует отметить, что в качестве средства эмпирической терапии может служить только амикацин, поскольку к нему сохраняют высокую чувствительность более 70% штаммов грамотрицательных бактерий. Назначение других аминогликозидов рекомендовано после подтверждения чувствительности к гентамицину или конкретному антибиотику выделяемых возбудителей.
Следовательно, несоответствие лекарственной формы стандартам может повлечь за собой серьезные последствия. Поэтому очень важно подвергать данные лекарственные препараты качественному и количественному анализу.
В связи с вышеизложенным, задачами данной работы являются:
1. Ознакомиться с препаратами аминогликозидов.
2. Выявить особенности фармакологического действия аминогликозидов.
3. Исследовать особенности препаратов, связанные с их химическим составом и происхождением.
4. Изучить методы качественного и количественного анализа гентамицина.
5. Изучить методы фармакопейного анализа гентамицина.
II. Основная часть
1. Общие сведения об аминогликозидах
Группа аминогликозидов объединяет родственные по химическому строению и антимикробному спектру антибиотики олигосахаридной природы — стрептомицины, гентамицины, неомицины, канамицины, мономицины и др., а также полисинтетический аминогликозид — амикации.
По механизму действия аминогликозиды являются ингибиторами синтеза белка.
По химическому строению аминогликозиды являются гликозидами, состоящими из агликона и сахаров, большинство из которых является аминосахарами.
Агликон аминогликозидов представляет собой циклогексановое кольцо с основными группами при С1 и С3 и гидроксильными группами при С4, С5 и С6. По характеру агликона аминогликозиды делят на 2 группы: стрептидинсодержашие и дезоксистрептамидинсодержащие.
К первой группе относятся стрептомицин, дигидрострептомицин, агликоном; ко 2-й группе — канамицииы, гентамицины, неомицины, мономицины, амикацин.
2. Фармакологические свойства аминогликозидов
Механизм действия аминогликозидов
Аминогликозиды оказывают бактерицидное действие, которое связано с необратимым угнетением синтеза белка на уровне рибосом у чувствительных к ним микроорганизмов. Активны препараты как в отношении покоящихся, так и размножающихся клеток. Степень антибактериальной активности аминогликозидов зависит от их максимальной (пиковой) концентрации в сыворотке крови.
Основные стадии действия аминогликозидов на микробную клетку:
Активное проникновение препаратов в клетку.
Связывание со специфическими белками-рецепторами на уровне 30S-субъединицы рибосом.
Необратимое ингибирование синтеза белка.
Нарушение образования комплексов между информационной РНК с 30S-субъединицей рибосомы.
Возникновение дефектов считывания информации с ДНК.
Расщепление полирибосом, нарушение синтеза белка, синтез дефектных неполноценных белков.
Ускорение процесса проникновения аминогликозидов в клетку.
Повреждение цитоплазматических мембран клетки.
Нарушение роста, развития и размножения клетки.
Гибель клетки (бактерицидный эффект).
Процесс связывания аминогликозидов с клеткой энергозависимый.
Аминогликозиды проникают в клетки бактерий путем пассивной диффузии через поры наружной мембраны и путем активного транспорта. Транспорт аминогликозидов через цитоплазматическую мембрану зависит от переноса электронов в дыхательной цепи. Этот этап поступления их в клетку, так называемый энергозависимый этап I, является лимитирующим. Транспорт аминогликозидов через цитоплазматическую мембрану замедляется или полностью блокируется в присутствии ионов Ca 2+ или Mg2+, в гиперосмолярной среде, при низких значениях pH и в анаэробных условиях. Так, например, антибактериальная активность аминогликозидов значительно снижается в анаэробной среде абсцессов и в гиперосмолярной кислой моче.
После проникновения в клетку аминогликозиды связываются со специфическими белками-рецепторами на 30S субъединице рибосом бактерий. 30S субъединица состоит из 21 белка и одной молекулы 16S рРНК (рибосомной РНК). Например, в связывании стрептомицина с рибосомами участвуют по крайней мере три белка и, возможно, 16S рРНК.
Аминогликозиды нарушают рибосомальный белковый синтез несколькими путями:
- Антибиотики связываются с 30S субъединицей рибосомы и нарушают инициацию синтеза белка, фиксируя комплекс, состоящий из 30S- и 50S- субъединиц, на инициирующем кодоне иРНК; это приводит к накоплению аномальных инициирующих комплексов (т.н. моносомы) и прекращению дальнейшей трансляции.
- Связываясь с 30S субъединицей рибосомы, аминогликозиды нарушают считывание информации с РНК, что приводит к преждевременному окончанию трансляции и отсоединению рибосомного комплекса от белка, синтез которого не завершен.
- Аминогликозиды вызывают одиночные аминокислотные замены в растущей полипептидной цепи, в результате чего образуются дефектные белки.
Синтезирующиеся аномальные белки, встраиваясь в цитоплазматическую мембрану, могут нарушать ее структуру, изменять проницаемость и ускорять проникновение аминогликозидов внутрь клетки. Этот этап транспорта аминогликозидов – так называемый энергозависимый этап II. В результате постепенного разрушения цитоплазматической мембраны происходит выход из бактериальной клетки ионов, крупных молекул, белков.
Механизмы резистентности к аминогликозидам
К аминогликозидам у микроорганизмов может вырабатываться лекарственная резистентность. Наибольшее значение этот процесс имеет для грамотрицательных бактерий и микобактерий туберкулеза. Выявлено три возможных механизма возникновения устойчивости к аминогликозидам у бактерий:
Ферментативная инактивация препаратов. Имеет наибольшее значение. Бактериальная клетка продуцирует специфические ферменты из группы трансфераз, так называемые аминогликозидмодифицирующие ферменты (АГМФ). Эти ферменты изменяют структуру соответствующего аминогликозида путем связывания препарата с уксусной или фосфорной кислотами или с нуклеотидом аденина. В результате аминогликозид теряет способность связываться с 30S-субъединицей рибосомы, синтез белка в клетке не нарушается и клетка
Фармакокинетика
Фармакокинетика у всех аминогликозидов примерно одинаковая.
Всасывание
Молекулы аминогликозидов являются высокополярными соединениями, в связи с чем плохо растворяются в липидах, и поэтому при приеме внутрь практически не всасываются из желудочно-кишечного тракта (в системный кровоток поступает менее 2%).
Однако при инфекционных заболеваниях желудочно-кишечного тракта всасывание увеличивается, поэтому длительный прием внутрь может привести к накоплению аминогликозида и возникновению токсической концентрации.
Основными путями введения аминогликозидов при их системном использовании являются внутримышечный и внутривенный.
Связывание аминогликозидов с белками сыворотки низкое и колеблется для разных лекарственных средств этой группы от 0 до 30% (например, тобрамицин практически не связывается с белками). Процент связывания с белками увеличивается при снижении концентрации двухвалентных катионов (кальция и магния), а при их отсутствии может достигать 70%.
Время достижения Cmax при внутримышечном введении аминогликозидов - 1–1,5 ч. У больных в тяжелом состоянии, особенно при шоке, всасывание после внутримышечной инъекции может замедляться из-за плохого кровоснабжения тканей.
Время сохранения терапевтической концентрации в крови при введении каждые 8 ч примерно 8–10 ч. Объем распределения (0,15–0,3 л/кг) близок к объему внеклеточной жидкости и составляет 25% безжировой массы тела.
Распределение
Вследствие своей полярности аминогликозиды не проникают в большинство клеток. Они распределяются в основном в плазме крови и во внеклеточной жидкости (включая жидкость абсцессов, плевральный выпот, асцитическую, перикардиальную, синовиальную, лимфатическую и перитонеальную жидкости), кроме ликвора.
В терапевтических концентрациях у взрослых аминогликозиды не проходят через гематоэнцефалический барьер, при воспалении мозговых оболочек проницаемость увеличивается (в отсутствии воспаления концентрация аминогликозида в спинно-мозговой жидкости может составлять менее 10% от сывороточной, тогда как при менингите может достигать 20–50% от содержания в крови). У новорожденных достигаются более высокие концентрации в ликворе, чем у взрослых.
К тканям организма, в которые аминогликозиды проникают хорошо и накапливаются внутриклеточно относятся органы с хорошим кровоснабжением - печень, почки (накапливаются в корковом веществе), ткани внутреннего уха. Так, концентрации аминогликозидов во внутреннем ухе и почках могут в 10 и более раз превышать их уровень в плазме. В полиморфно-ядерных лейкоцитах аминогликозиды обнаруживаются в концентрациях, составляющих примерно 70% от внеклеточных концентраций. Низкие концентрации отмечаются в желчи, грудном молоке, бронхиальном секрете.
Метаболизм
Аминогликозиды практически не подвергаются биотрансформации.
Выведение
Выводятся почками путем клубочковой фильтрации в неизмененном виде, создавая высокие концентрации в моче. При пероральном приеме аминогликозидов 80–90% препарата выводится с фекалиями в неизмененном виде. T1/2 из крови у взрослых при нормальной функции почек составляет примерно 2–2,5 ч; у детей это время больше (в связи с незрелостью механизмов экскреции): у новорожденных первых дней жизни T1/2 может составлять до 15–18 ч, укорачиваясь к 21 дню жизни до 6 ч. При почечной недостаточности период полувыведения может возрастать до 70 ч и более.
Спектр активности
Антимикробный спектр аминогликозидов включает большой спектр аэробных грамотрицательных бактерий, некоторые грамположительные бактерии (главным образом стафилококки) и микобактерии. В инфицированном организме аминогликозиды действуют только на внеклеточно расположенные микроорганизмы.
Аминогликозиды активны в отношении:
Большинства Entrobacteriaceae:
- Escherichia coli.
- Proteus spp.
- Citrobacter spp.
- Enterobacter spp.
- Klebsiella spp.
- Providencia spp.
- Serratia spp.
- Salmonella spp.
- Shigella spp.
Acinetobacter spp.
Pseudomonas spp.
P. aeruginosa.
Yersinia pestis.
Francisella tularensis.
Brucella spp.
Staphylococcus aureus (кроме метициллинорезистентных штаммов S.aureus).
S. Epidermidis.
Стрептомицин и канамицин действуют на M.tuberculosis, в то время как амикацин более активен в отношении M.avium и других атипичных микобактерий.
Стрептомицин и гентамицин действуют на энтерококки.
Стрептомицин активен против возбудителей чумы, туляремии, бруцеллеза.
Степень активности и широта спектра варьируют в зависимости от препарата и свойств штаммов. Отдельные аминогликозиды различаются по активности и спектру действия. Аминогликозиды I поколения (стрептомицин, канамицин) проявляют наибольшую активность в отношении M. tuberculosis и некоторых атипичных микобактерий. Мономицин менее активен по действию на некоторые грамотрицательные аэробы и стафилококки, но активен в отношении некоторых простейших.
Все аминогликозиды II и III поколения (в особенности тобрамицин ), в отличие от аминогликозидов I поколения, активны в отношении Pseudomonas aeruginosa.
Спектр противомикробного действия сизомицина подобен таковому гентамицина, но сизомицин более активен, чем гентамицин, в отношении разных видов Proteus spp., Pseudomonas aeruginosa, Klebsiella spp., Enterobacter spp.
Спектиномицин активен in vitro в отношении многих грамположительных и грамотрицательных микроорганизмов, но клиническое значение имеет его активность в отношении гонококков, включая штаммы, резистентные к пенициллину.
Одним из наиболее эффективных аминогликозидов является амикацин. Амикацин - производное канамицина А с наиболее широким по сравнению с другими аминогликозидами спектром действия, включая аэробные грамотрицательные бактерии (Pseudomonas aeruginosa, Klebsiella spp., Escherichia coli и др.) и Mycobacterium tuberculosis. Амикацин устойчив к действию ферментов, инактивирующих другие аминогликозиды, и может оставаться активным в отношении штаммов Pseudomonas aeruginosa, устойчивых к тобрамицину, гентамицину и нетилмицину . По некоторым данным, при эмпирической терапии ургентных состояний амикацин наиболее предпочтителен, так как к его действию чувствительны более 70% штаммов грамотрицательных и грамположительных бактерий. В то же время применять другие аминогликозиды при тяжелых состояниях следует только после подтверждения чувствительности выделяемых микроорганизмов к гентамицину и другим ЛС этой группы, иначе терапия может быть неэффективной.
К аминогликозидам умеренно чувствительны или устойчивы Streptococcus spp., большинство внутриклеточных микроорганизмов, устойчивы анаэробы: Bacteroides spp., Clostridium spp.
Изепамицин (IV поколение аминогликозидов) дополнительно активен в отношении Aeromonas spp., Citrobacter spp., Listeria spp., Nocardia spp.
Аминогликозиды неактивны в отношении:
S.pneumoniae.
S.maltophilia.
B.cepacia.
Анаэробов (Bacteroides spp., Clostridium spp. и др.).
Более того, резистентность S.pneumoniae, S.maltophilia и B.cepacia к аминогликозидам может быть использована при идентификации этих микроорганизмов.
Несмотря на то, что аминогликозиды in vitro активны в отношении гемофил, шигелл, сальмонелл, легионелл, клиническая эффективность при лечении инфекций, вызванных этими возбудителями, не была установлена, к тому же имеются другие активные и значительно менее токсичные препараты, эффективные при пероральном введении.
Показания к применению
Клиническое значение аминогликозидов определяется высокой активностью в отношении большинства аэробных грамотрицательных возбудителей. Их назначают эмпирически в виде монотерапии, но чаще в комбинации с бета-лактамами, антиаэробными препаратами в зависимости от локализации процесса и предполагаемых возбудителей при следущих заболеваниях:
o Госпитальные инфекции различной локализации.
o Сепсис.
o Интраабдоминальные инфекции.
o Послеоперационные гнойные осложнения.
o Подозрение на сепсис у больных с нейтропенией.
o Инфекционные эндокардиты.
o Тяжелые формы пиелонефрита.
o Инфицированные ожоги.
o Гнойные бактериальные менингиты. Аминогликозиды относятся к очень ограниченному числу антибактериальных препаратов, которые применяются для лечения вторичных гнойных бактериальных менингитов и эндолюмбально в дополнение к внутривенному введению. Лучше всего через ГЭБ при воспалении мозговых оболочек проникает амикацин.
o Септический артрит, вызванный грамотрицательными микроорганизмами.
o После операций на костях и суставах в комбинациях с бета-лактамными антибиотиками, антиаэробными препаратами по показаниям.
o Туберкулез - стрептомицин , канамицин (при устойчивости к стрептомицину).
o Опасные инфекционные заболевания – чума, туляремия, бруцеллез. Активность стрептомицина в отношении возбудителей чумы и туляремии позволяет применить его для лечения этих инфекций в виде монотерапии, а активность в отношении Brucella spp. - в комбинированной терапии бруцеллеза.
Активность гентамицина в отношении возбудителей чумы, туляремии, бруцеллеза признается не всеми авторами.
o Инфекции мочевыводящих путей, вызванные грамотрицательными микроорганизмами (P. Aeruginosa, Klebsiella spp., Citrobacter spp., Enterobacter spp.) при неэффективности других, менее токсичных антибиотиков.
o В офтальмологической практике аминогликозиды применяются при таких инфекционно-воспалительных заболеваниях глаз, как блефарит, конъюнктивит, кератоконъюнктивит, бактериальный кератит, дакриоцистит, увеит.
Применяют аминогликозиды также для профилактики послеоперационных и посттравматических инфекционных осложнений. Стрептомицин наиболее эффективен для лечения туберкулезных поражений глаз.
o Оториноларингология. Применяются при наружном отите ( неомицин ), при ринитах, ринофарингитах, синуситах при отсутствии повреждения перегородок ( фрамицетин ).
o В клинической практике спектиномицин используется в качестве альтернативного средства для лечения гонореи у больных, у которых наблюдается гиперчувствительность к пенициллину, или при устойчивости гонококков к пенициллину и другим лекарственным средствам.
o Аминогликозиды используются для профилактики инфекций у больных с нейтропенией и с целью профилактики и лечения микобактериоза, вызываемого M.avium intracellulare complex у больных с ВИЧ-инфекцией (липосомальная форма гетамицина).
o Назначаются при протозойных инфекциях. Паромомицин активен при амебной дизентерии и лейшманиозе, а также криптоспориоидозе.
Противопоказания
Наиболее распространенными противопоказаниями являются:
o Гиперчувствительность.
o Поражение VIII пары черепных нервов, вестибулярные нарушения, расстройства слуха.
o Нарушение выделительной функции почек.
o Развитие тяжелых нейтропенических реакций – опасность передозировки.
o Ступор, угнетение дыхания – возможность развития комы.
o Ботулизм, миастения, паркинсонизм – повышение риска развития нейромышечной блокады.
o Наличие реакций повышенной чувствительности к одному из аминогликозидов в анамнезе является противопоказанием к назначению других препаратов этой группы в связи с наличием перекрестной гиперчувствительности.
Побочные действия
К основным побочным действиям относят:
o Ототоксичность. Проявляется понижением слуха, шумом, звоном или ощущением «заложенности» в ушах.
Факторы риска: пожилой возраст, исходное нарушение слуха, большие дозы, длительные курсы лечения, одновременное применение других ототоксичных препаратов.
o Нефротоксичность. Нефротоксический эффект может проявляться повышенной жаждой, значительным увеличением или уменьшением количества мочи, понижением клубочковой фильтрации и повышением уровня креатинина в сыворотке крови .
Факторы риска: исходные нарушения функции почек, пожилой возраст, высокие дозы, длительные курсы лечения, одновременное применение других нефротоксичных препаратов ( амфотерицин В , полимиксин В , ванкомицин , петлевые диуретики, циклоспорин ).
o Нейромышечная блокада. Проявления: угнетение дыхания вплоть до полного паралича дыхательных мышц.
Факторы риска: исходные неврологические заболевания (паркинсонизм, миастения), одновременное применение миорелаксантов, нарушение функции почек.
o Вестибулярные расстройства. Могут проявляться головокружением, нарушением координации движений. Риск вестибулярных нарушений особенно велик при применении стрептомицина : необратимые вестибулярные расстройства возникают у 20% больных, принимавших стрептомицин по 500 мг 2 раза в сутки в течение 4 нед.
o Неврологические нарушения - энцефалопатия и парестезия. Стрептомицин может вызвать поражение зрительного нерва.
o Аллергические реакции – кожные сыпи - возникают редко.
o Местные реакции (флебит при внутривенном введении) отмечаются редко.
Лекарственное взаимодействие
К основным лекарственным взаимодействиям относят:
o Аминогликозиды нельзя вводить в одном шприце или инфузионной системе с другими лекарственными препаратами из-за возможной физико-химической несовместимости.
o Антибиотики-аминогликозиды фармацевтически несовместимы с пенициллинами, цефалоспоринами, гепарином натрия, хлорамфениколом (выпадают в осадок).
o Нельзя назначать одновременно, а также в течение 2–4 недель после терапии аминогликозидами, ототоксичные (фуросемид, этакриновая кислота, полимиксины, гликопептиды, ацетилсалициловая кислота и др.) и нефротоксичные (метициллин, уреидо- и карбоксипенициллины, полимиксины, ванкомицин, цефалоспорины I поколения, ацикловир, ганцикловир, амфотерицин В, препараты платины и золота, декстраны - Полиглюкин, Реополиглюкин, индометацин и др.) средства.
o Миорелаксанты усиливают вероятность паралича дыхания.
o Индометацин, фенилбутазон и другие НПВС, нарушающие почечный кровоток, могут замедлять выведение аминогликозидов из организма с возникновением специфических побочных эффектов.
o При одновременном и/или последовательном применении двух и более аминогликозидов (неомицин, гентамицин, мономицин и тобрамицин, нетилмицин, амикацин) их антибактериальное действие ослабляется (конкуренция за один механизм «захвата» микробной клеткой), а токсические эффекты усиливаются.
o При одновременном применении со средствами для ингаляционного наркоза, в том числе метоксифлураном, курареподобными препаратами, опиоидными аналгетиками, магния сульфатом и полимиксинами для парентерального введения, а также при переливании больших количеств крови с цитратными консервантами усиливается нервно-мышечная блокада.
Особые указания
Применение при беременности
Все аминогликозиды проходят через плаценту, иногда создавая значительные концентрации в пуповинной крови и/или околоплодных водах, и могут оказывать нефротоксическое действие на плод (концентрация аминогликозидов в крови плода составляет 50% уровня в крови матери). Есть данные, что некоторые аминогликозиды (стрептомицин, тобрамицин) вызывали снижение слуха, вплоть до полной необратимой двухсторонней врожденной глухоты у детей, матери которых получали аминогликозиды в период беременности. Данных о применении других аминогликозидов во время беременности недостаточно, адекватных и строго контролируемых исследований применения у человека не проведено. В связи с этим применение аминогликозидов при беременности возможно только по жизненным показаниям, когда антибиотики других групп не могут быть использованы или оказались неэффективны.