抗菌药物PKPD与临床应用

抗菌药物的PK PD 临床应用 2016 8 4 细菌 人体 RESISTANCE PHARMACODYNAMICS INFECTION IMMUNITY ADR PHARMACOKINETICS 抗生素 抗菌药物与其他药物不同之处在于其作用靶点不是人体的组织器官 而是致病菌 药物 人体 致病菌是确定抗菌药物给药方案的三要素 药代动力学 PK 与药效动力学 PD 是决定三要素相互关系的重要依据 过去对PK与PD多是分割看待 近年来国外关于PK PD研究工作已得到许多学者的关注 抗菌药物PK PD理论成为临床优化给药方案的重要依据 选择抗菌药时需考虑的因素 药物 对细菌MIC 感染部位浓度 结果 药动学吸收 分布 代谢 排泄 给药方案 药效学 临床效果细菌清除患者依从性耐受性耐药产生 抗菌药物临床治疗的目的是要根除致病菌 同时尽量避免ADR和耐药菌株的生成 1 抗菌药物的药物代谢动力学 临床药动学是研究药物在人体内的吸收 分布 代谢和排泄随时间的变化过程 并以动力学原理和数学方程式加以描述 为了定量描述药物体内过程的规律 常采用房室模型理论来模拟人体 房室模型是进行药动学分析的一种抽象概念 把人体拟做若干个房室组成的一个完整系统 根据药物在体内动力学的特点 可分为一房室 二房室或多房室 但并不特定指某个器官或组织 最常用者为一室和二室 一室模型是假设药物进入人体后立即均匀分布到全身各组织和体液中 在同一房室中达到动态平衡 然后药物自此室中消除 二室模型是将人体模拟为中央室和周边室 药物进入人体时先进入中央室 再向周边室分布 常用的药动学参数 血药峰浓度 指给药后所能达到的最高血药浓度 Cmax 达峰时间 指给药后达到血药峰浓度所需要的时间 Tmax 药时曲线下面积 药物浓度数据 纵坐标 对时间 横坐标 作图 该曲线下面积 反映药物进入人体后其浓度随时间变化的动态曲线 AUC代表药物在血液中相对的量 AUC 生物利用度 指药物从某制剂吸收进入血液循环的程度和速度 通常以Cmax和Tmax表示吸收速度 吸收程度以AUC表示 F 半衰期 指体内药量消除一半所需的时间 T1 2 表观分布容积 指血药浓度与给药剂量或体内药量间的一个比值 Vd 清除率 机体消除药物的速率的另一种表示方法 CL 当药物的Vd 1L kg时 则说明药物的组织浓度低于血浆浓度 当药物的Vd 1L kg时 则说明药物的组织浓度高于血浆浓度 g mL Cmax AUC T1 2 Tmax 抗菌药物的体内过程 任何抗菌药物 除口服或局部应用不吸收外 给药后在体内均具有吸收 分布和排泄过程 部分药物尚可在体内代谢 吸收 不同的抗菌药物其吸收程度和吸收速率各不相同 口服及肌注给药者均有吸收过程 一般在口服后1 2小时 肌注后0 5 1小时药物吸收入血达血药峰浓度 头孢氨苄 头孢拉定 头孢克洛 头孢丙烯 阿莫西林 氯霉素 克林霉素 利福平 比嗪酰胺 多西环素 异烟肼 复方磺胺甲恶唑 氟胞嘧啶 甲硝唑 氟喹诺酮类的某些品种 如氧氟沙星 加替沙星 莫西沙星等 以上药物口服后均可吸收给药量的80 90 大多数青霉素可被胃酸破坏 青霉素V例外 口服氨苄西林 笨唑西林后仅吸收给药量的30 40 四环素类的吸收受金属离子钙 镁 铝等的影响 除多西环素外 其吸收一般低于给药量的60 70 药物由给药部位进入血液循环的过程 分布 进入血液循环的药物迅速分布至组织和除血以外的体液中 并到达感染部位 一般而言 血供丰富的组织 如肝 肾 肺组织中的药物浓度较高 而在血供差的部位 如脑 骨 前列腺等组织中浓度较低 某些部位存在生理屏障 如血脑屏障的存在使大多数药物的脑脊液浓度偏低 药物的Vd 1L kg 该药的组织浓度高于血药浓度 在体内分布广泛 有利于组织或感染病灶内细菌的清除 药物从给药部位吸收入血 再由血液循环运送到机体各组织 间质液或细胞液中称为分布 骨组织 克林霉素林可霉素磷霉素利奈唑胺氟喹诺酮类的大多数品种 前列腺 氟喹诺酮类 红霉素 SMZ 甲氧苄啶 四环素 脑脊液 脑脊液中药物浓度达到10倍MIC时 脑膜炎 氯霉素 磺胺嘧啶 异烟肼 氟胞嘧啶 甲硝唑等 笨唑西林 红霉素 克林霉素 酮康唑 两性霉素B等 抗菌药物血脑屏障的穿透性 注 1 尚不能达到对铜绿假单胞菌脑膜炎的治疗浓度 2 高剂量时亦不能达到对青霉素高度耐药肺炎链球菌脑膜炎治疗浓度 3 由于可致癫痫发作 避免用于脑膜炎患者 浆膜腔和关节腔 抗菌药物全身用药后可分布至各体腔和关节腔中 局部药物浓度可达血药浓度的50 100 因此除有包裹性积液或脓腔壁厚者外 一般不需要腔内局部注入药物 胎儿循环 抗菌药物可穿过血 胎屏障 自母体进入胎儿体内 抗菌药物血 胎盘屏障穿透性 代谢 部分抗菌药物在体内代谢 代谢物可保持原有抗菌活性 或抗菌活性减弱或消失 氯霉素 氯霉素单葡萄糖醛酸酯异烟肼 磺胺药 乙酰化代谢产物利福平 乙酰化头孢噻肟 乙酰头孢噻肟 肝微粒体细胞色素P 450酶系统是促进药物生物转化的主要酶 称之肝药酶 肝药酶易受药物的诱导或抑制或激活如许多大环内酯类 如红霉素 和氟喹诺酮类 如依诺沙星 对肝药酶有抑制作用 利福平则有对肝药酶激活 加速代谢 排泄 大部分抗菌药物主要经肾排泄 部分药物由肝胆系统排泄 并可形成肝肠循环 自粪中排出药物的一部分 此外 口服吸收差的药物大部分可自粪中排出体外 抗菌药物除了自胆汁排泄外 尚可分泌至唾液 泪液 支气管分泌物 痰液 乳汁等 尿排泄 青霉素类 头孢菌素类和碳青霉烯类大多品种 氨基糖苷类药物主要经肾排泄 大环内酯类 林可霉素类等非主要经肾排泄 但也可在尿中达到较高浓度 磺胺类药物 呋喃妥因 喹诺酮类的大多数品种等化学合成药亦在尿中达到较高浓度 肾功能减退时 主要经肾排泄的药物消除半衰期 T1 2 延长 应适当调整剂量 胆汁排泄 大环内酯类 林可霉素类 利福平 头孢哌酮 头孢曲松等主要或部分经肝胆系统排泄 氨基糖苷类 氨苄西林 哌拉西林等在胆汁中可达一定浓度 但氯霉素 主要经肾排泄的头孢菌素类如头孢唑林 头孢他啶等以及万古霉素等则在胆汁中的浓度低 23 粪排泄 某些经肝胆系统排泄 并有肝肠循环的药物如红霉素 四环素类 利福平等粪便的药物浓度较高 可达50 600mg L 2 抗菌药物的药效动力学 药效学定义 是药物对机体的作用 着重于研究剂量与药理效应作用关系 即药物对机体的生理 生化及病理生理等功能影响 也就是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 抗菌药物药效学的重要指标 最低抑菌浓度 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 MIC 最低杀菌浓度 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 需要进行菌落计数 MBC 抗生素后效应 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 PAE MIC MBC参数的不足 MIC和MBC反映的是抗菌药的抗菌活性或抗菌潜能 只表明抗菌药物在某一浓度点的活性 不能体现抗菌药物杀菌的动态过程以及不同浓度抗菌药物的抗菌过程 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 杀菌曲线 是抗菌药物药效动力学曲线 以药物作用时间为横坐标 以细菌计数为纵坐标描记的时效曲线 曲线一般分三个时相 延迟期 杀菌期和恢复再生长期 可比较不同抗菌药物的杀菌速度和持续时间 延迟期 速度 杀菌期 持续时间 恢复再生长期 细菌计数 药物作用时间 抗生素杀菌曲线 联合药敏指数 FIC B药 FIC指数 MICA药联用 MICA药单用 MICB药联用 MICB药单用FIC0 5 1相加效应FIC 1 2无关效应FIC 2拮抗效应 左氧沙星与头孢硫脒联用对粪肠球菌 n 30 浓度 累积抑菌率曲线 注 左氧沙星单用 左氧沙星联用 头孢硫脒单用 头孢硫脒联用 累积抑菌率 独特组方 舒普深有效针对不动杆菌感染 舒普深是头孢哌酮和舒巴坦的复合制剂 体外研究表明 头孢哌酮联合舒巴坦对不动杆菌具有协同和相加抗菌作用 头孢哌酮联合舒巴坦 对61 的不动杆菌菌株表现出抗菌协同作用 对39 的不动杆菌菌株表现出相加作用 舒巴坦具有内源性抗菌活性 可以直接抑制不动杆菌 协同作用相加作用 抗生素后效应PAE 对于G 球菌 所有抗生素都有PAE 对于G 菌 干扰蛋白和核酸合成的抗菌药都有较长的PAE 短PAE或无PAE见于 内酰胺类对G 菌 例外的是碳青霉烯类 有1 2小时PAE 两性霉素 氟胞嘧啶对真菌也有PAE 但三唑类抗真菌药物没有PAE 抗生素后效应PAE 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 抗生素后促白细胞效应 PLAE 指细菌与抗菌药物短暂接触后 产生非致死性损伤 由于细菌形态改变 可增加吞噬细胞的识别 趋化和吞噬作用 从而产生抗菌药物与吞噬细胞协同杀菌效应 使细菌恢复再生长时间延长 PLAE是抗生素体内PAE时间较长的主要机制 CraigWA EurJClinMicrobilsInfectDis 1993 12 Suppl1 6 8 MPC 防细菌变异浓度 药物的临界浓度值 高于该值 选择性耐药的变异菌株增殖发生率很小实验表明MPC通常高于MIC4 8倍应用MPC值 能预测在达到根除感染目的同时 兼顾防止耐药性的产生 JosephM Blondeauetal Antimicro AgentsandChemotherapy Feb 2001 p 433 438 突变选择窗 MSW 的概念 MSW是以MPC为上界 MIC为下界的浓度范围MSW越窄 产生耐药菌株的可能性越小 10亿中有2个 10亿中有200个 10亿中有20000个 耐药突变株的选择性扩增 野生株 耐药突变株 免疫功能受损 免疫功能健康 感染被清除 播散 爆发流行 MIC 39 在自身免疫系统的帮助下 感染被清除 X 感染被清除 MPC 耐药突变株的选择性扩增 野生株 耐药突变株 MPC临床应用 如何避免细菌耐药 对于氟喹诺酮药物 浓度处于MSW的时间依次为左氧氟沙星 莫西沙星 小时 抗生素血药浓度 抗生素血药浓度 MPC90 2ug ml 小时 MIC90 0 125ug ml WiseR ClinDrugInvest 1999 17 365 387 BlondeauJMetal AntimicrobAgentsChemother 2001 45 433 438 HansenGTetal AntimicrobAgentsChemother 2003 47 440 441 左氧氟沙星 血药浓度 MSW的时间为0小时 莫西沙星 血药浓度 MSW的时间 18小时 莫西沙星400mg血清浓度与MPC的关系 对于肺炎链球菌 WiseR ClinDrugInvest 1999 17 365 387 BlondeauJMetal AntimicrobAgentsChemother 2001 45 433 438 HansenGTetal AntimicrobAgentsChemother 2003 47 440 441 时间 h 血清浓度 mg L 莫西沙星的血清浓度在18小时内高于对肺炎链球菌的MPC90 有效预防耐药发生 MPC 制订给药方案 1 选用具有两种不同作用靶位的药物 如莫西沙星和加替沙星作用于DNA旋转酶和拓扑异构酶VI 或采用MPC值接近MIC值得药物 目的是消除突变选择窗以减少耐药突变株的产生 如采用只有一个作用靶位的抗菌药 宜采用联合用药或宜调整给药方案 使药物浓度高于MPC的时间尽量延长 2 3 抗菌药物PK PD基本研究理论 研究PK PD的意义 自20世纪90年代以来 抗菌药物药动学 PK 和药效学 PD 两者相结合 PK PD 研究 对抗菌药物给药方案的优化 防止细菌耐药性产生及临床合理应用抗菌药起到了重要指导作用 抗菌药物的分类 浓度依赖型 此类药物通常具有较长的抗菌药后续作用 即抗生素后效应 PAE 即药物浓度愈高 杀菌活性愈强 PAE是指抗生素或抗菌药作用于细菌一定时间停止接触后 其抑制细菌生长的作用仍可持续一段时间 此时间 h 即为PAE 时间依赖型 无明显PAE 药物浓度在一定范围内与杀菌活性有关 通常在药物浓度达到对细菌MIC的4 5倍时 杀菌速率达饱和状态 药物浓度继续增高时 其杀菌活性及速率并无明显改变 但杀菌活性与药物浓度超过细菌MIC时间的长短有关 血或组织内药物浓度低于MIC值时 细菌可迅速重新生长繁殖 时间依赖型 有明显PAE 其杀菌作用呈现持续效应 各种抗菌药物对不同病原菌具有不同的抗菌活性和药动学 PK 特点 因此其临床疗效亦同 动物实验及临床研究结果显示 抗菌药的体内杀菌活性可以分为以下几种类型 浓度依赖性药物 氨基糖苷类 氟喹诺酮类 两性霉素B 打达托霉素 甲硝唑等 其对致病菌的杀菌作用取决于峰浓度 而与作用时间关系不密切 可以通过提高Cmax来提高临床疗效 但Cmax不能超过最低毒性剂量 对于治疗窗比较窄的氨基糖苷类药物尤应注意 用于评价浓度性药物杀菌作用的参数主要有 SBA 血清杀菌活性 FBAAUC0 24 MIC AUIC Cmax MIC等 SBA或FBA 指给药后在18 24h内可以杀灭99 9 细菌的最大血清或体液稀释倍数 它与血药浓度成正比 与MBC成反比 是反映PK PD的综合参数 研究表明 对于细菌性心内膜炎 菌血症 中性粒细胞减少伴发热等严重感染 峰值SBA应大于8 临床治疗方有效 FBA可反映给药后脑脊液 胸腹水 胆汁 胰液 尿液等体液杀菌效价 为控制局部感染设计给药方案的参考依据 1 王睿主编 临床抗菌治疗手册 第一版 人民军医出版社 1994 79 822 LorianV AntibioticsinLaboratoryMedicine 4thedit Williams Wilkins AUC24 MIC AUIC 指给药24h内的AUC与MIC比值 氟喹诺酮类或氨基糖苷类药物对G 杆菌的AUIC应至少125SIT 1h 对G 球菌则为30SIT 1h SIT seruminhibitorytitre SchentagJJ JChemother1999Dec 11 6 426 39ListerPD etal JAntimicrobChemother1999Jan 43 1 79 86 应注意AUC与MIC的比值 如体外MIC值过高 而该药24hAUC面积小增加药物剂量 提高其AUC面积会带来毒副作用 尤其是氨基糖苷类抗菌素 Cmax MIC 氨基糖苷类和氟喹诺酮类药物Cmax MIC至8 10之间 临床才能达到较高有效率 时间依赖性抗菌药物 评价本类抗菌药物的PK PD相关参数为T MIC 时间依赖性药物T MIC大于给药间隔时间的50 临床疗效较好 超过MIC90浓度维持时间 h 占给药间隔时间的百分率用 T MIC表示 T MIC若 40 50 可达满意杀菌效果 T MIC若 60 70 表示杀菌效果很满意 当血药浓度 致病菌4 5MIC时 其杀菌效果便达到饱和程度 继续增加血药浓度 杀菌效应也不再增加 这类药有 内酰胺类抗生素包括青霉素类 头孢菌素类 碳青霉烯类 氨曲南等 阿奇霉素 克拉霉素 四环素 万古霉素等糖肽类 克林霉素 利奈唑胺 时间依赖性抗生素 T MIC的临界值 CraigWA ClinInfectDis 1998 26 1 12 T MIC与疗效的关系 对于 内酰胺类药物 T MIC的时间达到40 50 细菌的清除率可达85 以上 青霉素或头孢菌素治疗试验性动物肺炎链球菌肺炎 T MIC的时间达到40 50 动物的存活率可达90 100 CralgWA DlagnMicrobiolInfectionDis1996 25 213 217 PK PDparameters g mL Cmax MIC TimeaboveMIC BC MIC升高 时间依赖性抗生素 T MIC明显缩短 54 MIC对抗生素PD的影响 MIC升高 浓度依赖性抗生素 Cmax MICAUC0 24h MIC明显降低 时间依赖性且PAE较长的抗菌药物 阿奇霉素 克拉霉素 四环素 万古霉素等糖肽类 克林霉素 利奈唑胺 主要评价指标 AUC MICT MICT1 2PAE如氟康唑 AUC0 MIC 20可获得较好疗效 CraigWA Beijinginternationalsymposiumonantibiotics postcongressofthe7thWPPCCID 2000 PK PD相关性模式图 血药浓度 0 01224 1 10 Cmax Cmax MIC AUC MIC MIC T MIC Sub MIC PAE mg L 时间 h 4 PK PD对不同类抗菌药物给药方案的指导意义 PK PD研究与给药方案的制定与优化 优良方案 最有效地清除细菌最大程度地减少不良反应避免细菌发生耐药性方便用药 氨基糖苷类药物的PK PD研究 氨基糖甙类抗生素对治疗细菌引起的严重感染有很好的疗效 其抗菌谱广 抗菌活性强 然而由于其耳 肾毒性较大 限制了其在临床的广泛应用 低浓度易诱导适应性耐药 高浓度不易选择耐药 高剂量少次数给药可避免耐药 61 氨基糖苷类日剂量单次给药 1 氨基糖苷类属于浓度依赖型抗生素 氨基糖苷类Cmax MIC与临床疗效呈正相关 Cmax MIC为8 10或更高时 可明显降低氨基糖苷类抗生素治疗G 杆菌败血症的病死率和显著改善该类药物治疗G 杆菌医院获得性肺炎的疗效 2 在日剂量不变的情况下 单次给药可以获得较多次给药更高的Cmax 使Cmax MIC比值增大 从而明显提高抗菌活性和临床疗效 3 但应注意Cmax不得超过最低毒性剂量 应注意单次投药最大剂量 氨基糖苷类PK PD特性与给药方案 氨基糖苷类1日1次给药和1日量3次给药比较 Cmax MIC 8 10PAE 0 75 7 5h有效率 90 耐药突株 减少肾 耳毒性 谷浓度 氟喹诺酮类抗菌药 氟喹诺酮类抗菌药与氨基糖苷类抗生素同属于浓度依赖性抗菌药物 且具有较长的抗生素后效应 评价氟喹诺酮类抗菌药疗效最主要的参数为Cmax MIC AUC MIC研究表明对革兰阴性菌的24小时AUC MIC比值应在100以上 对肺炎链球菌的24小时AUC MIC比值应达25 63 Cmax MIC达8 10较为合适 给药间隔时间可参考Cmax MIC AUC MIC T1 2 和PAE 多数为日剂量1 2次给药 氟喹诺酮类的AUC24 MIC的比值 抗肺炎链球菌 CS 环丙沙星敏感菌 MIC 4ug mlCR 环丙沙星耐药菌 MIC 4ug ml 氟喹诺酮类AUC MIC的有效范围30 55 Lacyetal AntimicrobiolAgents Chemotherapy PK PD与喹诺酮耐药 不同的作用机制使喹诺酮与青霉素 头孢菌素及大环内酯类药物之间无交叉耐药 以往的喹诺酮类耐药可能与低AUIC值相关 CiproAUIC16 对肺炎链球菌 为取得良好的细菌清除率及防止耐药性产生 建议AUIC范围 60 120 内酰胺类抗生素 内酰胺类抗生素包括青霉素类 头孢菌素类 氨曲南等 为时间依赖性抗菌药物 T MIC是评定该类药物疗效的重要参数 要达到最大抗菌作用 应使T MIC为给药间隔40 50 以上 T1 2为1 2小时的 内酰胺类抗生素如氨曲南 头孢唑