【word】 抗厌氧菌药物PK/PD研究方法概述
抗厌氧菌药物PK,PD研究方法概述
90中国抗生素杂志2012年2月第37卷第2期
文章编号:1001—8689(2012)02—0090—04
抗厌氧菌药物PK/PD研究方法概述
曹钰然梁旺施耀国张菁
(复旦大学附属华山医院抗生素研究所,卫生部抗生素临床药理重点实验室,上海200040)
摘要:随着抗菌药物药动学(PKlL)和药效学(PD)的不断发展,PK/PD研究在抗菌药的药效学评价,给药
的制定和优化以
及细菌耐药性等方面的作用日趋重要,必不可少.目前国内外发
了大量抗菌药物PK/PD的研究文献,但由于厌氧菌培养条件
的苛刻性,限制了抗厌氧菌药物的PK/PD研究.本文综述近年来发表的为数不多的有关抗J犬氧菌药物的PK/PD研究文献,介
该类药物PK/PD体外研究,动物和人体内研究方法,为国内今后开展此方面的研究提供参考.
关键词:厌氧菌;药动学/药效学;模型
中图分类号:R969文献标识码:A
OverviewthePK/PDresearchmethodsofanti-anaerobicdrugs
CaoYu—ran,LiangWang,ShiYao-guoandZhangJing
(InstituteofAntibioticsHua—shanHospital,FudanUniversity&KeyL
aboratoryof
ClinicalPharmacologyofAntibiotics,MinistryofHealth,Shanghai200040)
AbstractWiththerapidlydevelopmentofpharmacokineticsandpharmacodynamicsofantimicrobial
pharmacodynamic(PK/PD)isplayin agents,thefieldofpharmacokinetic—
ganimportantroleinantimicrobialeffect
evaluation,dosageregimendefinitionanddrugtoleranceofantibiotics.Sofar,alargenumberofPK/PDresearch
literaturesabouttheantimicrobialdrugshavebeenpublishedathomeandabroad.butthestrictcultureconditionsof
anaerobeslimittheanti—anaerobicdrugPK/PDstudy.0nthebasisofthefeW
PK/PDliteraturesaboutanti—anaerobic
drugs,thePapersummarizedthePI</PDresearchmethodsofanti—anaero
bes,introducedtheinvitrostudies,animal
modelsandhumansresearchmethods,referencedforthedomesticfutureresearchonthisaspect.
KevwordsAnaerobes;Pharmacokinetics/pharmacodynamics;Modeling
药动学(PK)主要研究机体对药物作用的动态变
化,如药物在体内的吸收,分布,代谢与排泄连续
变化的过程,这个体内过程可用血药浓度一时问曲线
定量地表现出来;药效学(PD)主要研究药物对机体
的作用,反映药物的生物学效应及临床疗效,如药
物剂量对临床疗效的影响等.j~PK*IJPD两者结合起
来可用于探讨浓度.时问.效应三者之问的关系,能够
更全面和准确的预测和描述一定的给药方案下药物
的效应随时闾变化的规律.
Eagle最早提出了抗菌药PK/PD这一概念,但是
这一概念在当时并没有引起足够重视,直到19世纪
70年代后期,Craig等在啮齿类动物实验的基础上扩
大了PK/PD这一概念_lJ.目前关于抗菌药的PK/PD研
究有很多Iz一】,方法主要有体外MIC测定法和杀菌曲
线法,动物感染模型和人体研究法,通过这些研究
方法获得该抗菌药的PI(/PD参数(C…,/MIC,AUC24/
MIC或%T>MIC),进而评价该药的抗菌效果,或获
得该抗菌药物对目标病原菌体内达到最大杀菌效果
收稿日期:2011-04—06
基金项目:国家科技部”国家科技重大新药创制”专项资助(No.2008ZX09312—010)
作者简介:曹钰然,女,生于1988年,在读硕士研究生,主要从事抗菌药物临床药理研究.E-mail:yuranl188@sina.corn
通讯作者,E—mail:zhangj61@fudan.edu.cn
抗厌氧菌药物PK/PD研究方法概述曹钰然等
的PK/PD靶值,据此制定或调整该药给药方案.
厌氧菌是指一类只能在低氧分压的条件下生
长,而不能在空气和(或)10%二氧化碳浓度下的同体
培养基表面生长的细菌.厌氧菌广泛存在于人体皮
肤和腔道的深部粘膜表面,它们属于条件致病菌,
大多数对人体无害,但在组织缺血,坏死或者需氧
菌感染等情况下会诱发感染,如腹腔内感染_8_】,牙
周炎flo],皮肤感染…]及血流感染f】2】等.这种混合感
染有很高的发病率和致死率,需要有效的抗需氧菌
和厌氧菌的药物进行治疗.常见的引起这些感染的
厌氧微生物有脆弱拟杆菌,产气荚膜梭菌,消化链
球菌和革兰阳性厌氧球菌等.由于厌氧菌自身生长
条件方面的限制,使得厌氧菌PK/PD研究的操作较
为严格,与需氧菌研究有部分差别.本文就抗厌氧
菌药物PK/PD的研究方法做了综述,主要指出了与
需氧菌PK/PD研究上的差异性,为国内今后开展此
方面的研究提供参考.
1体外研究方法
1.1MIC测定
MIC是指能抑制细菌生长的最低抗菌药物浓
度,是体外衡量抗菌药抗菌效果最常用的指数.
MIC测定方法常用NCLS推荐的肉汤稀释法,琼脂稀
释法和E试验法,对于厌氧菌而言,与需氧菌的最主
要区别是培养基的选择和培养条件.文献显示,厌
氧菌M1C测定中较常用的培养基为含5%无菌去纤维
蛋白羊血的布鲁氏杆菌厌氧肉汤或含5%马血,维生
素K和血晶素的布鲁氏杆菌琼脂;整个操作均需在
厌氧环境下进行,培养条件为85%N,5%H和10%
CO的厌氧手套箱或厌氧培养室Il0,”.另外,厌氧
菌的培养时间常为48h,而像大肠埃希菌等需氧菌一
般只需在5%的需氧条件下培养24h.
由于体外研究中MIC的测定是在培养肉汤中进
行的,而体内细菌是在血液,细胞间液,尿,渗出
液,脓液等环境下生长的,因此,得到的MIC值可
能与体内真实值有差别.
1.2体外杀菌曲线
相对MIC,杀菌曲线而言能更好的描述抗菌效
果随时间的变化过程,通过不同药物浓度下细菌
logCFU随时问的变化,直观地反映药物的抗菌效
果,描述药物抗菌作用随浓度或时问变化的特征.
Spangler等【20]建立了一种可在厌氧室外进行震荡
操作的体外杀菌曲线法,来研究曲伐沙星与其他抗
菌药的抗厌氧菌效果.该方法主要是用一种带有橡
胶隔片的螺旋盖试管来进行研究,其中橡胶隔片是
主要部件,起到隔离空气的作用,可以使厌氧菌在
震荡培养过程中满足厌氧条件的要求.White等I21]在
研究亚胺培南和美罗培南对脆弱拟杆菌的杀菌曲线
时,是在厌氧室中进行震荡操作的.还有用到一种
反应导管【22]来研究了利奈唑胺的杀菌曲线,该装置
比较简单,操作方便.此外,也有用管行瓶[23.]来进
行杀菌曲线的研究.
虽然研究的具体装置不同,但厌氧菌的杀菌曲
线的研究和MIC测定一样,操作均需在厌氧条件下
进行,细菌计数时选用布氏琼脂培养基.
1.3体@PK/PD模型
MIC和体外杀菌曲线均是在静态情况下观察固
定浓度的抗菌药物对细菌的作用,而体外PK/PD模
型则可以在体外装置模拟抗菌药物体内药代动力学
过程的基础上动态观察药物对细菌的作用.
目前最常用的抗菌药物体外PK/PD模型由1个
培养基储存容器,1个废液收集容器和1个中央室组
成,血管外给药模型要增加一吸收室来模拟抗菌药
物的吸收过程.各个容器通过乳胶管相连接,由蠕
动泵将储存器中的新鲜培养基泵入中央室,同时中
央室中有相同体积的含药肉汤流出进入废液收集
器,这样可保持中央室中
物的体积恒定,模拟
药物在体内的消除过程.对于厌氧菌而zs.】,实验
开始前要将厌氧菌用厌氧肉汤过夜培养,整个操作
过程要在厌氧室中进行,保持厌氧室中85%N,5%
H和10%CO的厌氧环境.吸收室和中央室温度维持
在37?,室内肉汤用磁力搅拌器搅拌,中央室通过
不断喷洒氮气来维持厌氧环境,一般厌氧肉汤中都
含有二硫苏糖醇和盐酸半胱氨酸,以维持厌氧菌的
生长.
利用抗菌药体外PK/PD模型可以得出药物的PK/
PD参数,确定抗菌药物的杀菌作用模式,通过改变
剂量和给药间隔等结合菌落计数的结果找到药物的
PK/PD靶值.虽然抗菌药物PK/PD模型忽略了机体对
细菌和药物的作用,但是它在抗菌药PK/PD研究方
面仍然不失为一种有效的体外研究方法.
2体内研究方法
抗厌氧菌药物的动物感染研究法与其他细菌有
细微的差别,主要在于厌氧菌感染部位的组织处理
需在厌氧条件下进行,且组织匀浆液要选用厌氧布
鲁氏杆菌培养基培养;而其在人体内的研究方法与
其他细菌则基本无区别.
2.1动物感染模型
相比体外研究,药物在动物体内的杀菌过程
与人体内更加相似,是很好的临床前PK/PD研究方
法.动物模型可用于确定血清或血浆和组织浓度的
92中国抗生素杂志2012年2月第37卷第2期
关系,体内杀菌的时间过程,与剂量相关的PK/PD
参数以及这些PK/PD参数靶值【28】.
Thadepalli等[29】用脆弱拟杆菌引起的腹内感染
模型来研究莫西沙星的抗菌效果:小鼠腹内注射脓
肿混合物(脆弱拟杆菌,50%的无菌鼠排泄物和10%
的硫酸钡混悬剂),在小鼠腹内形成脓肿,引起感
染,实验组感染后皮下注射不同浓度的莫西沙星治
疗.停药后2天处死小鼠并解剖,腹内脓肿在无菌
条件下取出并用无菌生理盐水匀浆,匀浆液稀释后
用厌氧布鲁氏杆菌血琼脂培养基厌氧条件下培养,
计算CFU,绘出杀菌曲线,评价药物的抗菌效果.
Cisneros等[30】主要是在小鼠腹内感染后,取出盲肠内
容物来研究莫西沙星的抗厌氧菌效果.
Christiane等[31】用上述操作方法研究了莫西沙星
对需氧菌/厌氧菌混合感染的抗菌效果:小鼠尾静脉
注射一定CFU的大肠杆菌和脆弱拟杆菌,接种菌种
后,小鼠出现严重的全身感染,在肝和.肾组织中脓
肿形成较为明显.该实验将小鼠处死后,无菌条件
下解剖取出肝肾内容物,对肝肾内容物稀释后厌氧
培养.有时需要注射环磷酰胺等引起动物中性粒细
胞减少,造成免疫缺陷后再接种菌种【,.
有人总结厌氧菌感染最理想的动物模型常含有
这三个属性:?无特殊要求时,一般首选脆弱拟杆
菌作为感染菌株,因为它是厌氧菌里面最常见和最
耐药的菌株;?应该有一个衡量杀菌活性的直接指
标;?感染后最好能形成脓肿,因为脓肿中的大量
感染有机体更有利于评价药物的体内活性.
2.2健康志愿者及感染患者的体内研究方法
由于抗菌药在动物的代谢速度要显着快于在人
体内的代谢,且由于动物之间以及动物与人之间的
种属差异,在进行剂量种属换算时存在较多问
,
因此需要进行人体内的PK/PD研究即临床研究来准
确评价抗菌药的抗菌效果.
人体内PK/PD主要是在健康志愿者或适应症患
者中筛选出符合
的对象进行研究,一般采用多
中心随机双盲对照实验设计.Sprandel,】分别在健
康志愿者和重病患者中进行了甲硝唑及其羟基代谢物
的群体药物动力学研究,旨在建立一种群体PK/PD模
型,并获得药效靶点.采用一种代谢产物和零级速
度滴注的开放型四室模型模拟,得到药动学参数,
再结合药物的蛋白结合率,以体外PK/PD靶值为目
标,用蒙特卡罗模拟法比较给药方案的达靶效率.
3总结
体外MIC和杀菌曲线法以及动物和人体的体内
研究法是抗厌氧菌药物PK/PD研究的主要方法,每
种方法都有各自的优点和不足之处,三者结合起来
可以很好的评价抗厌氧菌药物的抗菌效果,制定或
优化抗厌氧菌药物的给药方案,包括合适的给药剂
量,问期和方法,以达到最大的体内杀菌效果,减
少耐药菌的产生.
参考文献
[1]AmbrosePG,BhavnaniSM,RubinoCM,eta1.
Pharmacokinetics—pharmacodynamicsofantimicrobial
therapy:It’Snotjustformiceanymore[J].ClinInfectDis,
2007,44(1):79—86.
[2】MckellarOA,BruniSFS,JonesDG.Pharmacokinetic/
pharmacodynamicrelationshipsofantimicrobialdrugsused
inveterinarymedicine[J].JVetPharmacolTher,2004,
27(6):503—514.
f3]3LiuP’RandKH,ObermannH,eta1.Pharmacokinetic—
pharmacodynamicmodellingofantibacterialactivityof
cefrlodoximeandcefiximeininvitrokineticmodels[J]./ntJ
AntimicrobAgents,2005,25(2):120?129.
[4]SchmidtS,BarbourA,SahreM,eta1.PK/PD:newinsights
forantibacterialandantiviralapplications[J].CurrOpin
Pharmacol,2008,8(5):549—556.
[5]SCag1ioneF,ParaboniL.PharmacokinetiCS/
pharmacodynamicsofantibacterialsintheIntensive
CareUnit:settingappropriatedosingregimens[J].IntJ
AntimicrobAgents,2008,32(4):294一U19.
[6】CzockD,MarkertC,HartmanB,eta1.Pharmacokinetics
andpharmacodynamicsofantimicrobialdrugs[J].Expert
OpinDrugMetabToxicol,2009,5(5):475—487.
[7]MazzeiT.ThePharmacokineticsandPharmacodynamics
ofthecarbapenems:focusondofipenem[J].JChemother,
2010,22(4):219—225.
[8]LiCH,KutiJL,NightingaleCH,eta1.Population
pharmacokineticsandpharmacodynamicsofpiperacillin/
tazobactaminpatientswithcomplicatedintra—abdominal
infection[J].JAntimicrobChemother,2005,56(2):388—395.
[9]SeifertH,DalhoffA.Germanmulticentresurveyofthe
antibioticsusceptibilityofBacteroidesfragilisgroupand
Prevotellaspeciesisolatedfromintra—abdominalinfections:
resultsfromthePRISMAstudy[J]_JAntimicrobChemother,
2010,65(11):2405—2410.
[10]IzutaniN,ImazatoS,Noirieta1.Antibacterialeffects
ofMDPBagainstanaerobesassociatedwithendodontic
infections[J].InterEndodJr,2010,43(8):637-645.
[11]OdouMF’MullerC,Calvet,eta1.Invitroactivityagainst
抗厌氧菌药物PK/PD研究方法概述曹钰然等93
【15]
[16]
[17]
[18]
[19]
[20]
[21]
【22】
anaerobesofretapamulin,anewtopicalantibioticfor
treatmentofskininfections[J].JAntimicrobChemother,
2007,59(4):646—651.
BrookI.Theroleofanaerobicbacteriainbacteremia[J].
Anaerobe,2010,16(3):183—189.
CreditoKL,EdnieLM,AppelbaumPC.Comparative
antianaerobicactivitiesofdoripenemdeterminedbyMIC
andtime—killanalysis[J].AntimicrobAgentsChemother,
2008,52(1):365—373.
KatsandriA,AvlamisA,PantazatouA,eta1.Invitro
activitiesoftigecyclineagainstrecentlyisolatedGram-
negativeanaerobicbacteriainGreece,including
metronidazole—resistantstrains[J].DiagnMicrobiolInfect
Dis,2006,55(3):231-236.
GlupczynskiY,BerhinC,NizetH.Antimicrobial
susceptibilityofanaerobicbacteriainBelgiumas
determinedbyE—testmethodology[J].EurJClinMicrobiol
InfectDis,2009,28(3):261—267.
GoldsteinEJC,CitronDM,WarrenYA,eta1.Invitro
activityofmoxifloxacinagainst923anaerobesisolatedfrom
humanintra-abdominalinfections[J].AntimicrobAgents
Chemother,2006,50(1):148—155.
Behra-MielletJ,DubreuilL,CalvetL.Evaluationofthein
vitroactivityofe~apenemandnineothercomparatoragents
against337anaerobicbacteria[J]./ntJAntimicrobAgents,
2006,28(1):25—35.
SilleyStephanB,GreifeHA,eta1.Comparativeactivityof
pradofloxacinagainstanaerobicbacteriaisolatedfromdogs
andcats[J].JAntimicrobChemother,2007,60(5):999—1003.
OdouMMullerC,CalvetL,eta1.Invitroactivityagainst
anaerobesofretapamulin,anewtopicalantibioticfor
treatmentofskininfections[J].JAntimicrobChemother,
2007.59(4):646—651.
SpanglerSK,JacobsMR,AppelbaumPC.Time?killstudy
oftheactivityoftrovafloxacincomparedwithciprofloxacin,
sparfloxacin,metronidazole,cefoxitin,piperacillin
andpiperacillin/tazobactamagainstsixanaerobes[J].J
AntimicrobChemother,1997,39Supp1.B:23—27.
WhiteRL,FriedrichLManduruM,eta1.Comparative
invitropharmacodynamicsofimipenemandmeropenem
againstATCCstrainsofEscherichiacoli,Staplococcus
aureusandBacteroidesfragilis[J].DiagnMicrobiolInfect
Dis,2001,39(1):39—47.
YagiBH,ZurenkoGE.Aninvitrotime—killassessmentof
linezolidandanaerobicbacteria[J].Anaerobe,2003,9(1):1-3.
[23】MilazzoI,BlandinoG,CaccamoF’ela1.Faropenem,anew
oralpenem:antibacterialactivityagainstselectedanaerobic
andfastidiousperiodontalisolates[J].JAntimierob
Chemother,2003,51(3):721—725.
[24】DosSantosKV’DinizCG,CoutinhoSC,eta1.Invitro
activityofpiperacillin/tazobactamandertapenemagainst
BacteroidesfragilisandEscherichiacoliinpureandmixed
cultures[J].JMedMicrobiol,2007,56(6):798—802.
[25]LewisRE,KlepserME,ErnstEL,eta1.Comparisonof
oralimmediate?release(IR)andextended—release(ER)
metronidazolebactericidalactivityagainstBacteroidesspp.
usinganinvitromodelofinfection[J].DiagnMicrobiol
InfectDis,2000,37(1):51-55.
[26]NoelAR,BowkerKE,MacGowanAPPharmacodynamics
ofmoxifloxacinagainstanaerobesstudiedinaninvitro
pharmacokineticmodel[J].AntimicrobAgentsChemother,
2005,49(10):4234—4239.
『271IbrahimKH,GundersonBW,HernsemED,ela1.
Pharmacodynamicsofpulsedosingversusstandarddosing:
InvitrometronidazoleactivityagainstBacteroidesfragilis
andBacteroidesthetaiotaomicron[J].AntimicrobAgents
Chemother,2004,48(11):4195—4199.
[28]AndesD,CraigWA.Animalmodelpharmacokineticsand
pharmacodynamics:acriticalreview[J]./ntJAntimicrob
Agents,2002,19(4Sp.Iss.SI):261—268.
【29]ThadepalliH,ChuahSK,GollapudiS.Therapeuticefficacy
ofmoxifloxacin,anewquinolone,inthetreatmentof
experimentalintra-abdominalabscessesinducedbyBacteroides
fragilisinmice[J].Chemother,2004,5O(2):76—80.
【30]CisnerosRL,OnderdonkAB.Antimicrobialefficacytestingof
moxifloxacinduringtheperitonitisandabscessformationstages
ofintra-abdominalsepsis:Acontrolledtrialintheratmodel[J].
CurrentTherapeuticResearch,2002,63(12):821—827.
[31】EckhardtC,FickweilerK,SchaumannR,eta1.Therapeutic
efficacyofmoxifloxacininamurinemodelofsevere
systemicmixedinfectionwithEscherichiacoliand
Baeteroidesfragilis[J].Anaerobe,2003,9(4):157-160.
[32】PucciMJ,ChengJJ,PodosSD,eta1.Invitroandinvivo
antibacterialactivitiesofheteroarylisothiazolonesagainst
resistantgram—positivepathogens[J].AntimierobAgents
1267. Chemother,2007,5l(4):1259—
【33】SprandelKA,DrusanoGL,HechtDw,eta1.Population
pharmacokineticmodelingandMonteCarlosimulation
ofvaryingdosesofintravenousmetronidazole【J】.Diagn
MicrobiolInfectDis,2006,55(4):303—309.
【【r【