Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Фармакодинамика антибиотиков — особый случай фармакодинамических исследований 11
1.1. Фармакокинетико-фармакодинамические исследования в клинике 11
1.2. Фармакокинетико-фармако динамические исследования in vivo на инфицированных животных 18
1.3. Фармакокинетико-фармако динамические исследования in vitro 19
Глава 2. Динамические системы in vitro
2.1. Воспроизведение моноэкспоненциального фармакокине-тического профиля антибиотика в динамической системе (имитация одномоментного внутривенного введения) 21
2.2. Одновременное воспроизведение фармакокинетических профилей двух антибиотиков, характеризующихся неодинаковыми значениями экспоненты 23
2.3. Трудности, возникающие при использовании динамических систем, и пути их решения 26
2.4. Применение динамических систем 27
Глава 3. Прогнозирование эффекта антибиотиков в отношении чувствительных к ним бактерий 28
3.1. Оценка антимикробного эффекта антибиотика 28
3.2. Зависимость «концентрация - эффект» и прогнозирование эффективных концентраций антибиотика 34
Глава 4. Прогнозирование способности антибиотиков предотвращать селекцию резистентных бактерий 44
Глава 5. Даптомицин, ванкомицин и рифампицин: фармакокинетика у человека и фармакодинамика в динамических системах in vitro 54
5.1. Даптомицин 54
5.1.1. Фармакокинетика даптомицина у человека 56
5.1.2. Фармакодинамика даптомицина в динамических системах in vitro 56
5.1.3. Селекция резистентных бактерий к даптомицину 57
5.1.4. Фармакодинамика даптомицина при сочетанном применении с другими антибиотиками 60
5.2. Ванкомицин 63
5.2.1. Механизм возникновения резистентности у бактерий к ванкомицину 65
5.2.2. Фармакокинетика ванкомицина у человека 65
5.2.3. Фармакодинамика ванкомицина в динамических системах 66
5.2.4. Селекция резистентных бактерий к ванкомицину 67
5.3. Рифампицин 69
5.3.1. Механизм возникновения резистентности у бактерий к рифампицину 71
5.3.2. Фармакокинетика рифампицина у человека 71
5.3.3. Фармакодинамика рифампицина в динамических системах 72
5.3.4. Селекция резистентных бактерий к рифампицину 72
Глава 6. Материалы и методы исследования
6.1. Бактериальные штаммы, оценка МІЖ иМПКм 75
6.2. Моделируемые фармакокинетические профили 78
6.3. Динамическая система in vitro.
6.3.1. Динамическая система для воспроизведения моноэкспоненциального снижения-концентрации антибиотика 81
6.3.2. Динамическая система для одновременного воспроизведения фармакокинетических профилей двух антибиотиков 82
6.4. Количественная оценка антимикробного эффекта 84
6.5. Анализ зависимости антистафилоккового эффекта 0ТПФК24/МГЖ 85
6.6. Анализ зависимости селекции резистентных мутантов S. aureus от ПФК24/МПК 85
Глава 7. Фармакодинамика даптомицина и ванкомицина: кинетика гибели клеток & aureus и развитие резистентности в динамической системе, моделирующей in vitro фармакокинетику антибиотиков 87
7.1. Методические подходы к оценке антистафилококкового эффекта даптомицина и<ванкомицина 87
7.1.1. Кинетические кривые гибели/роста S. aureus под действием даптомицина и ванкомицина 87
7.1.2. Зависимость антистафилококкового эффекта от ПФКо-оо/МПК 90
7.2. Фармакодинамика даптомицина и ванкомицина при моделировании фармакокинетических профилей, наблюдаемых после
многократного введения антибиотиков 93
7.2.1. Кинетические кривые гибели S. aureus под действием даптомицина и ванкомицина 93
7.2.2. Количественный анализ зависимости антистафилококкового эффекта даптомицина и ванкомицина отПФК24/МГЖ 98
7.3. Устойчивость S. aureus к даптомицину и ванкомицину при моделировании их фармакокинетических профилей in vitro 101
7.3.1. Селекция мутантов S. aureus, резистентных к даптомицину- и ванкомицину 101
7.3.2. Зависимость селекции мутантов S. aureus, резистентных к даптомицину и ванкомицину, от моделируемого значения ПФК24/МПК 105
Глава 8. Фармакодинамика даптомицина и его способность к предотвращению селекции резистентных стафилококков при сочетанном применении с рифампицином 115
8.1. Обоснование оптимальной длительности многократного введения даптомицина, необходимой для селекции резистентных стафилококков 116
8.2. Фармакодинамика даптомицина при его сочетанном применении с рифампицином 119
8.3. Устойчивость S. aureus к даптомицину при его сочетанном применении с рифампицином 122
Глава 9. Обсуждение результатов исследования 129
Выводы 142
Список литературы
- Фармакокинетико-фармако динамические исследования in vivo на инфицированных животных
- Одновременное воспроизведение фармакокинетических профилей двух антибиотиков, характеризующихся неодинаковыми значениями экспоненты
- Зависимость «концентрация - эффект» и прогнозирование эффективных концентраций антибиотика
- Прогнозирование способности антибиотиков предотвращать селекцию резистентных бактерий
Введение к работе
Актуальность проблемы. Широкое распространение антибиотико-устойчивых возбудителей инфекционных заболеваний диктует необходимость создания новых антибиотиков, способных воздействовать не только на чувствительные, но и на резистентные бактерии. Это обстоятельство потребовало внести серьезные коррективы в методологию фармакодинамических исследований, в частности предусмотреть возможность прогнозирования и предотвращения процессов селекции резистентных мутантов при различных режимах введения антибиотика. Именно поэтому для достижения указанных целей все чаще применяются динамические системы, которые позволяют изучать фармакодинамику антибиотиков in vitro и оценивать их эффективность при фармакокинетически обусловленных изменениях концентрации препаратов [Фирсов А.А. и соавт., 1989; Bergan Т. 1986; Blaser J., Zinner S.H. 1987; Firsov А.А. et al., 2007]. Благодаря использованию таких систем оказалось возможным успешно прогнозировать эквиэффективные уровни и дозы новых фторхинолонов [Firsov А.А. et al., 1998 и 2000; Vostrov S.N. et al., 2000]; а также установить зависимость селекции резистентных стафилококков [Фирсов А.А. и соавт., 2003; Firsov А.А. et al., 2003], пневмококков [Zinner et al., 2003] и псевдомонад [Tarn V.H. et al., 2005] от отношения площади под фармакокинетической кривой в пределах 24 ч (ПФК24) фторхинолона к его МІЖ (ПФК24/МПК). Кривые зависимости резистентности к фторхинолонам от ПФК24/МПК по своей форме напоминали гауссову кривую, что согласуется с недавно выдвинутой гипотезой об «окне селекции мутантов» (ОСМ - «mutant selection window») [Zhao X., Drlica К., 2001]. Согласно этой гипотезе селекция устойчивых мутантов наиболее вероятна, когда концентрации антибиотика попадают в ОСМ, ограниченный снизу уровнем МПК, а сверху - минимальной концентрацией, предотвращающей рост устойчивых мутантов (МГЖМ - MP С).
В связи с этим проверка гипотезы ОСМ для антибиотиков других групп, в частности новых липо- и гликопептидов, а также оценка их фармакодинамических свойств в динамических системах in vitro весьма актуальны.
Цель работы. Прогнозирование антистафилококкового эффекта нового липопептидного антибиотика даптомицина при моделировании его терапевтических концентраций, а также прогнозирование способности даптомицина предотвращать селекцию резистентных мутантов при моно- и комбинированной терапии.
Для достижения этой цели предстояло решить следующие задачи:
Выбрать оптимальный метод количественной оценки антимикробного эффекта на примере анализа кинетики гибели и вторичного роста стафилококков под действием липопептидного антибиотика даптомицина и гликопептидного антибиотика ванкомицина в динамической системе in vitro.
Установить зависимость антистафилококкового эффекта даптомицина и ванкомицина от моделируемого значения ПФК24/МПК на основе сравнительного изучения их фармакодинамики.
3. Оптимизировать условия выявления резистентных стафилококков in
vitro и установить зависимость их селекции от ПФК24/МПК даптомицина (при
его введении отдельно и в сочетании с рифампицином) и ванкомицина.
Научная новизна работы. В результате проведенных исследований:
1. Теоретически обоснован интегральный метод количественной оценки
антимикробного эффекта даптомицина и ванкомицина в динамической системе,
моделирующей их фармакокинетику у человека, по площади между кривыми
гибели/вторичного роста бактерий в присутствии антибиотика и их роста в его
отсутствие (интенсивность эффекта - параметр Те)-
2. Впервые установлена инвариантная относительно бактериального
штамма и антибиотика зависимость антистафилококкового эффекта
даптомицина и ванкомицина, выраженного параметром Те, от отношения ПФК24/МІЖ.
3. Разработаны новые методические подходы к выявлению in vitro
даптомицино- и ванкомицинорезистентных мутантов Staphylococcus aureus и
установлена зависимость их селекции от моделируемого значения ПФК24/МПК.
На основе зависимости от ПФК24/МПК численности колоний S. aureus, резистентных к антибиотику, или изменений в МІЖ после многократного введения даптомицина и ванкомицина установлено, что наибольшие потери в чувствительности к ним стафилококков, а также максимальная селекция резистентных мутантов происходят при значениях ПФК24/МІЖ, равных 32-64 ч, которые ниже терапевтических.
Доказана принципиальная возможность подавления селекции дапто-мицинорезистентных мутантов S. aureus при сочетанном применении даптомицина с рифампицином.
Научно-практическая значимость работы.
1. Интегральный метод количественной оценки антимикробного эффекта,
апробированный для даптомицина и ванкомицина, может быть использован
при фармакодинамическом изучении других гликопептидов.
2. Благодаря инвариантности зависимости между 1Е и ПФК24/МІЖ
относительно- бактериального- штамма она может быть использована- для-
прогнозирования действия гликопептидов на репрезентативные штаммы S.
aureus, в частности на те, для которых МІЖ равна М1Ж5о или М1Ж9о- По
результатам такого прогноза, эффективность даптомицина в терапевтических
дозах примерно равна эффективности ванкомицина.
3. Разработанные методические подходы к выявлению и прогнозированию селекции мутантов S. aureus, резистентных к даптомицину и ванкомицину, по величине ПФК24/МІЖ могут быть использованы и для других гликопептидов.
4. Продемонстрированное подавление селекции даптомицинорезистентных мутантов при сочетанном применении даптомицина с рифампицином является предпосылкой для испытаний указанной комбинации в клинике.
Фармакокинетико-фармако динамические исследования in vivo на инфицированных животных
Описанные в предыдущем разделе сложности, возникающие при фармакодинамическом изучении антибиотиков в клинике, стимулировали возврат к экспериментам на инфицированных животных. Сознавая серьезность проблемы межвидовой экстраполяции данных, связанной, в частности, с гораздо более быстрой элиминацией лекарственных средств у животных по сравнению с таковой у человека, W.A. Craig предложил использовать мышей с перевязанными мочеточниками [Andes D., Craig W.A., 2002; Craig W.A., 2004]. Это позволило принципиально изменить фармакокинетические профили антибиотиков у животных и на этом фоне установить важные взаимосвязи между выживаемостью инфицированных животных и отношениями ПФК24/МПК или СМакс/МПК и Г Мпк- Тем не менее, упомянутая методика «управления» фармакокинетикой препаратов у животных весьма не надежна, поскольку не может быть стандартизирована. С этой точки зрения гораздо более перспективной представляется попытка «превратить» животное в человека в фармакокинетическом отношении, описанная в работах с крысами [Woodnutt G., Berry V., 1999] или кроликами [Mizen L. et al., 1989; Piroth L. et al., 1999;. Woodnutt G. et al., 1988]. Потерю антибиотика, обусловленную его слишком быстрой элиминацией, было предложено компенсировать путем непрерывного добавления препарата в режиме экспоненциальных инфузий. Таким образом, оказалось возможным воссоздать в крови животных такие же фармакокинетические профили, что и у человека. Такой подход к изучению фармакодинамики антибиотиков кажется очень остроумным, однако и у него есть свои недостатки. В первую очередь, это сложность системы дозирования, что влечет за собой значительную вариабельность в воспроизведении. необходимых режимов дозирования: Кроме того,- длительность. таких экспериментов-ограниченна (опутанное-шлангами, и обездвиженное животное может быть использовано в течение суток, максимум - двух), что-препятствует" моделированию более длительных курсов антибиотикотерапии, которые характерны для клинической практики.
Наряду с описанными выше проблемами технического характера фармакокинетические исследования препаратов на животных сами по себе являются весьма трудоемкими. Как правило, они предусматривают выяснение особенностей распределения препарата между кровью и периферическими тканями, его метаболизма и экскреции, биодоступности, накопления в организме при многократном введении и др. [Фирсов А.А. и соавт., 2005].
В связи с упомянутыми выше проблемами, характерными для исследований зависимости «концентрация - эффект» in vivo, были предприняты попытки установить такие зависимости in vitro. На сегодняшний день наиболее перспективным в этом отношении является использование динамических систем in vitro, которые позволяют исследовать кинетику гибели микроорганизмов при фармакокинетически обусловленных изменениях концентрации антибиотика. В отличие от традиционных исследований in vitro (определение МІЖ и МБК, изучение кинетики изменения численности микроорганизмов при постоянной концентрации антибиотика - статические условия) антимикробный эффект в динамической системе характеризуется комплексным влиянием сразу двух факторов — концентрации и времени экспозиции [Фирсов А.А. и соавт., 1985, 1989; O Grady F., Pennington ЛН., 1966; Ohya S. et al., 2001]. Иными словами, применение динамических систем позволяет оценивать антимикробный эффект при переменной концентрации антибиотиков в соответствии с ее фармакокинетически обусловленными изменениями, реализующимися in vivo при том или ином способе введения, дозе, интервале дозирования w т.д. Таким образом, с помощью динамической системы удается выявить влияние фармакокинетического фактора в развитии антимикробного эффекта [Ва В.В. et al., 2001; Blaser J., 1985 (a), 1985 (b); В laser J., Zinner S.H., 1987; Bonapace C.R. et al., 2002; Grasso S., 1985; Firsov A.A., Zinner S.H., 2001; MacGowan A. et al., 2000, 2001; Navashin S.M. et al., 1989; Sanfilippo A., Morvillo E., 1968].
Важно подчеркнуть, что описываемый подход предусматривает воспроизведение in vitro фармакокинетических профилей, наблюдаемых у человека и, следовательно, позволяет радикально решить проблему межвидового переноса данных. С помощью динамической системы возможно воспроизведение профилей, реализующихся в различных с фармакокинетической точки зрения тканях - мишенях, а значит, оценивать антимикробный эффект в зависимости от локализации инфекционного процесса, сравнивать эффективность разных антибиотиков, в частности, в условиях их комбинированного применения, имитировать изменения фармакокинетики препарата, наблюдаемые при патологических состояниях, и проч. [Blaser J., 1985 (b); O Grady F., Pennington J.H., 1966; White R.L., 2001].
Одновременное воспроизведение фармакокинетических профилей двух антибиотиков, характеризующихся неодинаковыми значениями экспоненты
Задача одновременного воспроизведения двух фармакокинетических профилей возникает при исследовании эффективности комбинаций антибиотиков. Для одновременного моделирования в динамической системе моноэкспоненциальных профилей двух антибиотиков, один из которых (а) характеризуется более высоким значением CIIV\, чем другой (Ь) предложена следующая динамическая система [Blaser J., 1985 (b)] (рис. 6).
В начальный момент времени в основную камеру (камера №1) динамической системы добавляются оба антибиотика в количестве, обеспечивающем заданные значения Ci a и С0 . Для воспроизведения необходимой скорости элиминации препарата а должно выполняться условие dCJdt = -(FJVl)Cu [7] Для того чтобы это не привело к нежелательно быстрому удалению препарата Ь, его ускоренную элиминацию можно компенсировать путем непрерывного добавления в камеру №1 динамической системы раствора препарата Ь. Выбор соответствующего режима подачи этого раствора осуществляется с учетом следующих соображений.
Для реализации необходимой скорости подачи раствора препарата b в камеру №1 необходима еще одна камера (№2), в которой в начальный момент времени создается та же концентрация (С2,ь), что и в камере 1 (Сі,ь)-Поскольку, как отмечено выше, концентрация препарата b в поступающем в камеру №1 растворе должна быть такой же, как в камере №1, соответствующие скорости изменения концентрации в обеих камерах должны быть одинаковы dC2,b/df = dCi,b/df. [12].
При воспроизведении в динамической системе моноэкспоненциального снижения концентрации антибиотика путем контролируемого разбавления среды, содержащей антибиотик, может происходить не только запланированное изменение его концентрации, но и вымывание клеток микроорганизма. В связи с этим прибегают к нескольким способам, позволяющим учесть или предотвратить вымывание клеток микроорганизма из основного сосуда динамической системы.
В принципе, кинетические кривые роста/гибели микроорганизма можно скорректировать с учетом фактора вымывания клеток. В самом простом случае воспроизведения в динамической системе моноэкспоненциального профиля антибиотика учесть вымывание клеток можно при помощи несложных математических операций. Однако их использование при воспроизведении более сложных фармакокинетических профилей (не приведены ввиду .их громоздкости) осложняется необходимостью нахождения вида корректирующего фактора, который можно определить только при проведении дополнительных исследований кинетики роста микроорганизмов при различных значениях FIV\ [Фирсов А.А. и соавт., 1989; Keil S., Wiedemann В., 1995; Murakawa Т. et al., 1980]. Вместе с тем; во многих случаях (когда FIV\ гораздо меньше константы скорости роста бактерий) такая коррекции просто не нужна [Firsov А.А. et al., 2002 (а)].
С другой стороны, наряду с описанными выше динамическими системами были предложены более сложные системы, которые позволяют предотвратить вымывание микроорганизмов из основного сосуда. С целью предотвращения нежелательного вымывания бактериальных клеток при непрерывном поступлении растворителя или раствора антибиотика в динамическую систему в ее конструкцию вносят дополнительные элементы, обеспечивающие фильтрацию [Фирсов А.А. и соавт., 1985; Firsov А.А. et al., 1990; Shah P.M., 1980, 1985] или диализ раствора антибиотика [Blaser J. et al., 1985 (a), 1985 (b); Sakamoto H. et al., 1980; Toothaker R.D. et al, 1982].
Кроме того, при использовании1 динамических систем, которые предусматривают дискретное поступление растворителя или раствора антибиотика в основной сосуд и удаление избытка раствора из него, для предотвращения потери части популяции клетки периодически осаждают на мембранном фильтре или отделяют центрифугированием, а затем ресуспендируют. Тем не менее, эти процедуры могут вносить существенную ошибку в получаемые таким образом результаты, в особенности, при низком содержании клеток в динамической системе.
Основная цель применения динамических систем это изучение фармакодинамики антимикробных препаратов. При этом, можно проследить влияние различных факторов на выраженность антимикробного эффекта изучаемого -антибиотика, задавая- -те или - иные исходные -условия- в эксперименте. Например, путем усложнения или упрощения конструкции системы, то есть, варьируя форму реализуемого фармакокинетического профиля, в зависимости от поставленных задач, можно проследить влияние на фармакодинамику антибиотика пути и способа введения антибиотика, дозы, скорости его элиминации, комбинации со вторым препаратом, параметров режима многократного введения. Кроме того, выраженность антимикробного эффекта препарата может зависеть от состава питательной среды и/или исходной микробной нагрузки, которые также можно варьировать. Опыт применения динамических систем для решения перечисленных выше задач достаточно велик, возможности таких подходов обобщены в обзорных работах [Bergan Т., 1986; Murakawa Т., 1993; Rybak M.J. et al., 2001].
Зависимость «концентрация - эффект» и прогнозирование эффективных концентраций антибиотика
Количественное выражение антимикробного эффекта необходимо для установления взаимосвязи «концентрация — эффект», а также прогнозирования эффективности антибиотика при терапевтических значениях его концентрации. На сегодняшний день работы, направленные на установление таких взаимосвязей в динамических системах in vitro, немногочисленны. Наиболее детально этот вопрос изучен на примере фторхинолонов, в частности, в работах, проведенных под руководством А.А. Фирсова [Firsov A.A. et al., 1997, 2000 (а), 2001, 2002 (а), 2002 (Ь)].
В одной из них для установления взаимосвязи между концентрацией ципрофлоксацина и его эффектом в - отношении штамма Escherichia coli было использовано 12 различных параметров антимикробного эффекта [Firsov А.А. et al., 1997]. Значения каждого из этих параметров сопоставляли с варьируемой в широком диапазоне величиной ПФКо-оо антибиотика (двукратное введение с 12-часовым f интервалом).
Как видно на рис. 9, графики зависимости трех из четырех параметров, характеризующих начальную стадию развития эффекта, от ПФКо-оо имеют нерегулярную форму: вместо ожидаемого систематического снижения 79о%, 799% и 799,9% по" мере возрастания ПФКо-оо — вторичные максимумы: Четвертый параметр, А:еіЬ, в этом смысле кажется предпочтительным, однако и здесь после первоначального подъема следует труднообъяснимое снижение кс\ъ при более высоких значениях ПФК0.оо, хотя в дальнейшем db снова возрастает (в идеале, величина &еіь должна неуклонно расти).
Графики зависимости параметров, характеризующих антимикробный эффект на промежуточной стадии его развития (Alg iVMHH и tMim), от ПФКо-оо представлены на рис. 10. Как видно на рисунке, зависимость Alg NMm от ПФК0-оо оказалась достаточно четкой: чем больше ПФКо-оо, тем больше Alg7VM1II1.
В противоположность этому, значения параметра ґмин при увеличении ПФКо-оо изменялись хаотично, то возрастая, то понижаясь, в результате определенной взаимосвязи между ПФКо-о, антибиотика и tumi не обнаруживалось.
Как видно на рисунке, по крайней мере, для большей части диапазона моделируемых значений ПФК0.оо, величина Alg Nx систематически возрастала. Еще более регулярным выглядит график зависимости параметра ТЕ от ПФКо-оо, поскольку увеличение ПФКо-оо во всем диапазоне значений приводит к систематическому увеличению 7.
Подобные четкие зависимости антимикробного эффекта от ПФКо-оо были характерны и для интегральных параметров (AUBC, ААС, АВВС и 7Е), характеризующих эффект в целом (рис. 12). Так, увеличение ПФКо-оо приводило к закономерному снижению значений AUBC или повышению значений ААС, АВВС или 1Е.
Весьма вероятно, что ограничения в применимости некоторых параметров, опирающихся на отдельные точки (Г9о%, Т99%, T99$%, Alg NMmi, /мин, Alg 7Vt, ГЕ) или фрагменты (ке\Ъ) кинетической кривой, для выявления зависимости антимикробного эффекта от концентрации антибиотика обусловлены недостаточной точностью этих параметров.
Применимость того или иного параметра для установления зависимости «концентрация - эффект» определятся не только регулярностью формы соответствующих графиков, но и чувствительностью данного параметра к изменениям ПФКо-оо. Относительно малой чувствительностью характеризовались параметры Г9о%, TWo и 7Л,9,9%: при 1000-кратном увеличении ПФКо-оо ципрофлоксацина значения TgQ%, Т99% и 7/99,9% менялись незначительно. За исключением параметра Гмин, для которого никакой зависимости от ПФК0-оо не наблюдалось, параметры &еіь, Alg NMm, Alg Nx и ТЕ характеризовались достаточно высокой чувствительностью к изменению ПФКо-оо для большей части изученного диапазона. Вместе с тем, при высоких значениях ПФКо-оо значения перечисленных параметров за исключением ГЕ изменялись слабо. Среди интегральных параметров самым чувствительным к ПФК0-оэ был параметр /Е. Значения остальных параметров (AUBC, АА С и ABB С) гораздо сильнее менялись при низких значениях ПФКо-оо, чем при высоких, когда наблюдалось кажущееся насыщение эффекта, вызванное недостаточной чувствительностью параметров к изменению ПФ .,». Результаты анализа зависимости «концентрация — эффект» подтверждают выводы, сделанные в предыдущем разделе о том, что среди всех параметров наиболее предпочтительным для: характеристики антимикробного эффекта является параметр /Е- В-дальнейшем, выводы О преимуществе параметра /Е перед, остальными при построении зависимостей «концентрация — эффект» были подтверждены в І экспериментах как с однократным: или двукратным, так и с многократным введением фторхинолонов в, динамической системе in vitro [Firsov А;А. et al., 2001, 2002 (a), 2002(b)]l
Знание: зависимости «концентрация?- эффект» для каждого, антибиотика позволяет сравнивать антимикробные эффекты препаратов: (например, уже применяемого в клинической, практике и нового находящегося, на стадии доклинического изучения) при одинаковых значениях их концентраций, ШФК или?:ПФК/МИК; Болеетого, установление такой: зависимости дает возможность; прогнозировать антимикробный; эффект; нового- антибиотика при терапевтических! значениях, его концентрации:. Кроме тогоj, если: допустить, что терапевтическое значение ПФК24/МПК для «старого», антибиотика; обеспечивает приемлемый эффект, становится, возможным прогнозировать эквиэффективное; т.е. обеспечивающее: такой же антимикробный эффект, значение ПФК24/МГПС для- нового препарата. Примеры подобного анализа зависимости «концентрация; — эффект» представлены в работах со фторхинолонами [Firsov А.А., Zinner S.H., 1998; Firsov A.A. et al., 199 2000 (а), 2000 (b), 2000 (с), 2001, 2005; Vostrov S:N. et al., 2000; Zinner S.H. et al., 2004; Lacy M.K. et al., 1999; Lister P:D:, Sanders C.C., 1999 (a), 1999 (b); Madaras-Kelly K.J: etal.,Л 996; Wiedemann B:,1998]i
Прогнозирование способности антибиотиков предотвращать селекцию резистентных бактерий
Большинство фармакодинамических исследований с использованием динамических систем in vitro направлень на изучение процессов гибели/роста клеток бактерий, чувствительных к воздействующему на них антибиотику. Однако в бактериальной популяции, кроме клеток чувствительных к антибиотику (чувствительная субпопуляция), могут присутствовать резистентные клетки (устойчивая субпопуляция). До. недавнего времени наблюдения за кинетикой их роста/гибели в динамических системах in vitro были немногочисленными и носили случайный характер [Вlaser, J. et al., 1987; Dudley M.N. et al., 1987; Madaras-Kelly K.J. et al., 1996 (a); Madaras-Kelly K.J. et al., 1996 (b); Marchbanks G.R. et al., 1993]. Кроме того, в связи с недостаточным диапазоном моделируемых концентраций антибиотика, не удалось установить взаимосвязь между концентрацией антибиотика и селекцией устойчивых к нему бактерий. Недостаточные знания о-причинах появления в бактериальной популяции устойчивых клеток, а также условий, влияющих на их селекцию, тормозили развитие исследований в этом направлении. Лишь в последнее время стали появляться работы, направленные на установление взаимосвязи между концентрацией-антибиотика-(или ИФК/МПК) и селекцией устойчивых к нему микроорганизмов [Aeschlimann J.R. et al., 1999; Coyle E.A. et al., 2001; Klepser M.E. et al., 2001; Lacy M.K. et al., 1999; Lee L-J. et al, 1997; MacGowan A.P. et al., 2003; Madaras-Kelly K.J., Demasters T.A., 2000; Peterson M.L. et al., 1999, 2002; Ross G.H. et al., 2001; Thorburn C.E., Edwards D.I., 2001; Wright D.H. et al., 2002; Zhanel G.G. et al., 2001]. Несмотря на это, четкую зависимость резистентности от ПФК/МПК установить не удалось. Возможно, это было вызвано тем, что во многих случаях воспроизводили только терапевтические концентрации изучаемого антибиотика, которые нередко оказывались достаточными для подавления как чувствительных, так и резистентных клеток [Aeschlimann J.R. et al., 1999; Coyle E.A. et al., 2001; Lacy M.K. et al., 1999; Lee L-J. et al., 1997; MacGowan A.P. et al., 2003; Peterson M.L. et al., 1999, 2002; Ross G.H. et al, 2001; Thorburn C.E., Edwards D.I., 2001; Wright DiH. et al., 2002; Zhanel G.G. et al., 2001]. Еще одним недостатком планирования экспериментов была малая продолжительность наблюдения за динамикой селекции резистентных бактерий (нередко 1-2 дня [Coyle Е.А. et al., 2001; Klepser М.Е. et al., 2001; Lacy M.K. et al., 1999; Madaras-Kelly K.J., Demasters T.A., 2000; Peterson M.L. et al., 1999, 2002; Ross G.H. et al., 2001; Wright D.H. et al., 2002; Zhanel G.G.. et al., 2001]), часто не позволявшая обнаружить изменения в чувствительности клеток к антибиотику, которые происходят значительно позднее ( 3 дней). Постановка экспериментов с относительно низкой исходной численностью бактериальных клеток 10 КОЕ/мл (при такой посевной дозе спонтанных мутантов могло просто не быть) также могла стать причиной неуспеха [Coyle Е.А. et al., 2001; Lacy M.K. et al., 1999].
Кроме методических ошибок, допущенных при планировании экспериментов, были допущены и ошибки другого рода. Так, при анализе экспериментальных данных исследователи пытались установить линейную связь между концентрацией антибиотика и селекцией устойчивых к нему клеток микроорганизма - чем выше ПФК/МПК, тем меньше селекция [MacGowan A.P. et al., 2003]. Гораздо более сложная форма зависимости резистентности от концентрации антибиотика была недавно предсказана X. Zhao и К. Drlica (2001). Изучая природу возникновения резистентности у бактерий к фторхинолонам и причины, способствующие ее развитию, эти авторы выдвинули гипотезу о существовании диапазона концентраций антибиотика, в пределах которого наиболее вероятна селекция устойчивых клеток, а за его границами - нет. Этот диапазон концентраций, названный авторами «окном селекции мутантов» (ОСМ - «mutant selection window») снизу ограничен МІЖ антибиотика к данному микроорганизму, а сверху — минимальной концентрацией, предотвращающей рост устойчивых мутантов (МПКМ - МРС). Таким образом, чем дольше концентрация антибиотика находится в интервале между МІЖ и МПКМ, тем более вероятна селекция устойчивых мутантов в бактериальной популяции.
На сегодняшний день эта концепция имеет широкое распространение, и существование ОСМ подтверждается экспериментальными данными, полученными в динамических системах in viti o со фторхинолонами [Фирсов А.А. и соавт., 2004; Firsov А.А. et ah, 2003]. В перечисленных работах авторы пытались выявить взаимосвязь между концентрацией фторхинолона и селекцией устойчивых к нему мутантов (опираясь на гипотезу о существовании ОСМ), а также прогнозировать значения ПФК24/МПК, предотвращающие селекцию резистентности. В одной из этих работ исследовали процессы селекции резистентных стафилококков при моделировании многократного введения 4 фторхинолонов в течение трех суток [Firsov А.А. et al., 2003]. Моксифлоксацин, гатифлоксацин и левофлоксацин вводили с интервалом между введениями 24 ч, а ципрофлоксацин -12 ч. Для каждого из антибиотиков моделируемые отношения ПФК24/МГЖ варьировали в широких пределах так, чтобы соответствующие им значения максимальной концентрации были близкими к их МПК в отношении штамма S. aureus (нижняя граница ОСМ); превышали МІЖ, но не МПКм; были выше МГЖм (верхняя граница ОСМ). В результате, воспроизводимые фармакокинетические профили для каждого фторхинолона отличались не только значениями ПФК24/МГЖ, но и долей времени от всего интервала дозирования (измеряется в %), в течение которого концентрация антибиотика находилась внутри ОСМ - ТЬсм (рис. 15).
В течение эксперимента динамику чувствительности S. aureus к воздействующему на него фторхинолону оценивали путем ежедневного определения МІЖ в интервале времени от 0 до 72 ч. Как показатель изменения чувствительности стафилококка к воздействующему на него антибиотику к концу опыта для всех четырех фторхинолонов использовали отношение значения МІЖ в конце эксперимента (через 72 ч - МГЖ72) к его исходному значению (МІЖо) - МІЖ72/МГЖ0. Зависимость МПК.72/МПК0 от моделируемого значения ПФК24/МІЖ показана на рис. 16.
