background image

1

 

 

ANTIBIOTICS 
Cell Wall Synthesis Inhibitors 
Beta-lactam antibiotics: 
Drugs  with  structure  containing  a  beta-lactam  ring;  include  the  penicillins  and  cephalosporins. 
This ring must be intact for antimicrobial action. 
 
Beta-lactamases: 
Bacterial  enzymes  (penicillinases,  cephalosporinases)  that  hydrolyze  the  lactam  ring  of  certain 
penicillins and cephalosporins. 
 
Penicillin- binding proteins: 
Bacterial  cytoplasmic  membrane  proteins  that  acts  as  the  initial  receptors  for  penicillins  and 
other beta-lactam antibiotics. 
 
Peptidoglycan ,Murein: 
Chain of polysaccharides and polypeptides that are Cross-linked to form the bacterial cell wall.  
 
Selective Toxicity: 
More toxic to the invader (bacteria) than to the host ; a property of useful antimicrobial drugs. 
    
Transpeptidases: 
Bacterial enzymes involved in the cross-linking of linear peptidoglycan chains, the final step in 
cell wall synthesis. 
 
# Penicillins and cephalosporins are the major antibiotics that 
inhibit bacterial cell wall synthesis. 
 
# Vancomycin, fosfomycin, and bacitracin also inhibit cell wall synthesis but for various reasons 
are not nearly as important as the beta-lactam drugs. 
 
# The selective toxicity of the these drugs is mainly due to specific action on the synthesis of a 
cellular structure that is unique to the microorganism. 
 

Penicillins 

A- Classification: 

it  has 4 – membrane lactam ring  , first drug in this group was pencillin G . there are many types of pencillins 
available like  
pencillin include following subtypes :- 
=narrow spectrum p like benzyle pencillin , phenoxymethyl pencillin , phenethicilin . 
=antistaphylococal p (B-lactamase resistance)like cloxacillin , flucloxacillin , methicillin . 
=braod spectrum p  like ampicillin , amoxycillin, bacapicillin , talampicillin, pivampicillin , mezlocillin . 
=anti-pseudomonal p include :- 
        -carboxypencillin (carbencillin , carpicillin, ticarcillin , temocillin ). 
        -ureidopencillin(azlocillin, piperacillin ).   

B- Pharmacokinetics: 
# Pencill. Vary in their resistance to gastric acid and therefore vary in their oral bioavailability. 


background image

2

 

 

#  They  are  usually  excreted  unchanged  in  the  urine  via  glomerular  filtration  and  tubular 
secretion. 
# Ampicillin and nafcillin are excreted partly in the bile. 
# Procaine and benzathine forms of penicillin G are administrated im  
# Most penicillins cross the blood-brain barrier only when the meninges are inflammed. 
 
C-Mechanismof Action and Resistance: 
# Beta-lactam antibiotics are bactericidal drugs. 
# They act to inhibit cell wall synthesis by the following steps: 
(1)binding of the drug to specific receptors PBPs. 
(2)inhibition of transpeptidase enzymes. 
 (3)activation of autolytic enzymes that cause lesions in the bacterial cell wall. 
# Enzymatic hydrolysis of the beta-lactam ring results in loss of antibacterial activity. 
# The formation of beta-lactamases (penicillinases) by most 
staph. and many gram-negative organisms is thus a major mechanism of bacterial resistance. 
#  Inhibitors  of  these  bacterial  enzymes  (eg.  Clavulanic  acid,  sulbactam,  tazobactam)  are 
sometimes used in combination with penicillins to prevent their inactivation. 
 
D. Clinical uses: 
1. Narrow spectrum, penicillinase- susceptible agents:    
(penicillin G) 
- Streptococci.                  - Meningococci. 
- Gram positive bacilli.                 - Spirochetes. 
 
2- Very narrow spectrum, penicillinase- resistant drugs: 
- includes methicillin, nafcillin & oxacillin. 
- used in the treatment of staphylococcal infections. 
- MRSA(Methicillin resis tant staph.) are resistant to members of this subgroup. 
 
3- Wider spectrum, penicillinase-susceptable drugs: 
a. Ampicillin and amoxicillin: 
-  Their  indications  similar  to  penicillin  G  as  well  as  infections  due  to  enterococci,  Listeria 
monocytogenes,
 E. coli, Proteus merabilis, Haemophilus influenzae , & Moraxella catarrhalis 
though resistant strains occur. 
-  When  used  in  combination  with  inhibitors  of  penicillinases  (  clavulanic  acid,  etc.)  their 
antibacterial activity is enhanced. 
 
b- Piperacillin and ticarcillin: 
- Have activity against several G- rods including pseudomonas, enterobacter and in some cases 
Klebsiella spp. 
 
E. Toxicity: 
1. Allergy
: include urticaria, severe pruritus, fever, joint 
swelling, haemolytic anemia, nephritis, & anaphylaxis. 
- Methicillin causes nephritis more than others. 


background image

3

 

 

- Nafcillin is associated with neutropnia. 
 
2. Gastrointestinal disturbances: 
- Nausea and diarrhea may occur with oral penicillins, especially with ampicillin which has been 
implicated in pseudo- membranous colitis. 
-  Gastrointestinal upsets  may  be  caused by  direct  irritation or by  overgrowth of  gram-  positive 
organisms or yeasts. 
 
 

 

CEPHALOSPORINS:

 

A. Classification:

 

- Derivatives of 7-aminocephalosporanic acid and contain the beta-lactam ring structure.

 

- They are designated first-, second-, third-, or forth generation drugs according to the order of 
their introduction Into clinical use.

 

B. Pharmacokinetics:

 

- several are available for oral use but most administered parentrally.

 

- The major elimination is by renal excretion via active tubular secretion, some may undergo 
hepatic metabolism.

 

- Cefoperazone and ceftriaxone are excreted mainly in the bile.

 

-Most 1st &2nd generation do not enter the CSF fluid even when the meninges are inflammed.

 

C.Mechanism of Action and Resistance:

 

- They bind to PBPs on bacterial cell membrane to inhibit cell wall synthesis by mechanism 
similar to those of the penicillins.

 

- Cephalosporins are batericidal against susceptible organisms.

 

- Less susceptible to staph. Penicillinases.

 

- Some bacteria are resistant through the production of other beta-lactamases.

 

- Resistance may resulted from decrease in membrane permeability and fromchanges in PBPs.

 

- Methicillin resistant staph. are also resistant to most cephalosporins.

 

D. Clinical Uses:

 

1. First generation drugs:

 

- Cefazolin (parentral) & Cephalexin (oral) are examples of this subgroups.

 

- They are active against G+ cocci, including Staph. & Strept., E. coli @ K. pneumoniae.

 


background image

4

 

 

- Clinical uses include treatment of infections caused by these organisms and surgical 
prophylaxis in selected conditions.

 

- Have minimal activity against gram-negative cocci, enterococci, methicillin-resistant Staph, & 
most G-rods.

 

2. Second-generation drugs:

 

- Less active against G+ organisms than the 1st generation

 

drugs but have an extended G- coverage.

 

- Clinical uses include infections caused by Bacteroids fragilis (Cefotetan, cefoxitin) and by H. 
fluenzae or Morexella catarrhalis (cefuroxime, cefaclor).

 

3. Third Generation Drugs:

 

(Cefoperazone, Cefotaxime)

 

- increased activity against G- organisms resistant to other beta-lactam drugs and ability to 
penetrate the blood – brain barrier (excpet cefoperazone & cefixime).

 

- Most are active against enterobacter, providencia, Serratia marcescens and beta- lactamase 
producing strains of H. influenzae and Neisseria.

 

- Individual drugs also have activity against pseudomonas (cefazidime) & B. fragilis 
(ceftizixime).

 

- Drugs in this subclass should usually be reserved for treatment of serious infections eg.( 
bacterial meningitis).

 

- Ceftriaxone (parenteral) & cefixime (oral), currently drugs of choice in gonorrhea, are 
exceptions.

 

- Likewise, in acute otitis media, a single injection of ceftriaxone is an effective as 10-days 
course of treatment with amoxicillin or cefaclor.

 

4. Fourth-generation drugs:

 

- Cefipime is more resistant to beta-lactamases produced by G- organisms, including enterbacter, 
haemophilus, and neisseria.

 

- Cefipime combines the G+ activity of the 1st generation agents with the wider gram-negative 
spectrumof the 3

rd

 generation cephalosporins.

 

E. Toxicity:

 

1. Allergy:

 

- Cephalosporin cause a range of allergic reactions from skin rashes to anaphylactic shock. They 
occur less frequently with cephalosporin than with penicillins.

 

- Complete cross hypersensitivity between different cephalosporins should be assumed.

 


background image

5

 

 

- Cross- reactivity between penicillins and cephalosporins is incomplete (5-10 %).

 

- Patients with a history of anaphylaxis to penicillins should not be treated with cephalosporins.

 

2. Other adverse effects:

 

- They may cause pain at intramuscular injection sites and phlebitis after iv administration.

 

- Increase the nephrotoxicity when combined with aminoglycosides.

 

- Drugs containing a methylthiotetrazole group (cefoperazone, cefotetan, moxalactam) cause

 

hypoprothrombineamia and may cause disulfiramlike reactions with ethanol.

 

- Moxalactam also decreases platelet function and may cause severe bleeding.

 

Other Beta-lactam Drugs

 

 

 

A. Aztreonam:

 

- is a monobactam that is resistant to beta-lactamases produced by certain G- rods, including 
klebsiella, pseudomonas, and serratia.

 

- has no activity against G+ bacteria or anaerobes.

 

- It is an inhibitor of cell wall synthesis and synergistic with aminoglycosides.

 

- Administered iv and is eliminated via renal tubular secretion so its t ½ is prolonged in renal 
failure.

 

- Adverse effect include gasterointestinal upset with possible superinfection, vertigo and 
headache, & rare hepatotoxicity.

 

- Though skin rash may occur, there is no cross allergenicity with penicillins.

 

B. Imipenem and meropenem:

 

- They are carbapenems ( chemically different from penicillins but retaining the beta-lactam ring 
structure) with low susceptibility for beta-lactamases.

 

- The drug have wide activity against G+ cocci ( including some penicillin resistant 
pneumococci), G- rods, & anaerobes.

 

- It is administered parenterally and is especially useful for infections caused by organisms 
resistant to other antibiotics. It is currently the drug of choice for infection due to enterobacter.

 

- Imipenem is rapidly inactivated by renal dehydropeptidase I and is administered in fixed 
combination with cilastatin, an inhibitor of this enzyme.

 

- Cilastatin increases the plasma t ½ of imipenem and inhibits the formation of a potentially 
nephrotoxic metabolite.

 


background image

6

 

 

- Adverse effect of Imipenem-cilastatin include gastrointestinal distress, skin rash, and, at very 
high plasma levels, CNS toxicity( confusion,

 

encephalopathy, seizures).

 

- There is partial cross- allerginicity with the penicillins.

 

- Meropenem is similar to imipenem except that it is not metabolized by renal dehydropeptidase 
and is less likely to cause seizures.

 

C. Beta-lactamase Inhibitors:

 

- Clavulanic acid, sulbactam, and tozabactam are used in fixed combinations with certain 
hydrolyzable penicillins.

 

- They are most active against plasmid encoded betalactamases such as those produced by 
gonococci, streptococci , E coli, and H influenzae.

 

- They are not good inhibitors of inducible chromosomal beta- lactamases formed by 
enterobacter and pseudomonas.

 

OTHER INHIBITORS OF CELL

 

 

 

WALL SYNTHESIS

 

A. Vancomycin:

 

- It is a bactericidal glycoprotein that binds to the D- Ala D-Ala terminal of the nascent 
peptidoglycan pentapeptide side chain and inhibits transglycosylation.

 

- This action prevents elongation of the peptidoglycan chain and interferes with cross- linking.

 

- Resistance involves a decrease affinity of vancomycin for the binding site due to the 
replacement of the terminal D-Ala by D-lactate.

 

- Vancomycin has a narrow spectrum of activity and is used for serious infections caused by 
drug-resistant gram-positive, including methicillin resistant staphylococci ( MRSA ), penicillin 
resistant pneumococci, and c. difficile.

 

- Vancomycin resistant enterococci have emerged recently, a potentially serious clinical problem 
since such organisms usually exhibit multiple drug resistance.

 

- Likewise, strains of MRSA have been reported with intermediate resistance to vancomycin, 
leading to treatment failures.

 

- Vancomycin is not absorbed from the GI tract and may be given orally for bacterial 
enterocolitis.

 

- When given parenterally, vancomycin penetrate most tissues and is eliminated unchanged in 
the urine.

 

- Dosage modification is mandatory in patients with renal impairment.

 


background image

7

 

 

- Toxic effects of vancomycin include chills, fever , phlebitis, ototoxicity.

 

- Rapid iv infusion may cause diffuse flushing (“ red man syndrome”).

 

 

 

B. Fosfomycin:

 

- It is an antimetabolite inhibitor of cytosolic enolpyrovate transferase.

 

- This action prevents the formation of N- acetylmuramic acid , an essential precursor molecule 
for peptidoglycanchain formation.

 

- Resistance to fosfomycin occurs via decreased intracellular accumulation of the drug.

 

- Fosfomycin is excreted by the kidney, with urinary levels exceeding the (MICs) for many 
urinary tract pathogens.

 

- In a single dose , the drug is less effective than a 7- day course of treatment with 
fluoroquinolones.

 

- With multiple dosing, resistance emerges rapidly and diarrhea is common.

 

- Fosfomycin may be synergistic with beta- lactam andquinolone antibiotics in specific 
infections.

 

C. Bacitracin:

 

- It is a peptide antibiotic that interfer with a late stage in cell wall synthesis in G+ organisms.

 

- Have a marked nephrotoxicity so it is limited to topical use.

 

D. Cycloserine:

 

- Is an antimetabolite that blocks the incorporation of D- Ala into the pentapeptide side chain of 
the peptidoglycan.

 

- Potential neurotoxic ( tremors, seizures, Psychosis), cycloserine is only used to treat 
tuberculosis caused by organisms resistant to first-line anti-tuberculosis drugs.

 

E- Daptomycin :

 

Daptomycin is a novel cyclic lipopeptide with spectrum similar to vancomycin but active against 
vancomycin-resistant strains of enterococci and staphylococci. The drug is eliminated via the 
kidney. Creatine phosphokinase should be monitored since daptomycin may cause myopathy.

 

 




رفعت المحاضرة من قبل: Bahaa
المشاهدات: لقد قام عضو واحد فقط و 156 زائراً بقراءة هذه المحاضرة








تسجيل دخول

أو
عبر الحساب الاعتيادي
الرجاء كتابة البريد الالكتروني بشكل صحيح
الرجاء كتابة كلمة المرور
لست عضواً في موقع محاضراتي؟
اضغط هنا للتسجيل