由于大量應用抗菌藥物,特別是毫無節制的不合理應用所致的耐藥,使尋找并克服細菌耐藥方法成為刻不容緩的艱巨任務。美國學者Zhao等首先提出了細菌耐藥防突變濃度(MPC)和突變選擇窗(MSW)理論,為優化抗菌藥物治療方案和限制耐藥突變菌株選擇性增殖提供了新思路,也為新藥開發提出了新要求。
一、細菌耐藥MPC和MSW
1. 概念
MPC是防止第一步耐藥突變菌株選擇性增殖所需的最低抗菌藥濃度。在此濃度下,病原菌必須同時發生兩步以上的突變才能生長;或是在一個菌群中,對第一步耐藥變異菌株的最小抑菌濃度(MIC)。MSW指MIC與MPC之間的濃度范圍,在此范圍內,耐藥菌株可以被選擇性富集(圖1)。MSW越寬,越容易出現耐藥菌株;反之,MSW越窄,產生耐藥菌株的可能性越小。
2. 理論依據
1990年Baquero最早提出,抗菌藥物存在一個最易出現耐藥突變菌株的危險濃度范圍,但未得到證實。1999年Dong等在對結核分枝桿菌和金黃色葡萄球菌的研究中,確認存在這種濃度范圍。該研究發現,隨著瓊脂平板中喹諾酮類藥物濃度增加,平板中菌落數量出現兩次明顯下降。MIC99時,由于抗菌藥抑制或殺滅了大量野生型敏感性細菌的生長,菌落數出現第一次下降;之后菌落數維持在一個相對穩定的平臺期,DNA核酸序列分析發現,平臺期生長的是耐藥選擇突變菌株(第一步突變菌),隨著藥物濃度進一步增加,菌落數出現第二次明顯下降,直到濃度增高至某一限度時,瓊脂中再無菌落生長,提示該濃度可抑制最不敏感的、發生第一步突變菌株的生長,該濃度即為MPC。顯然,當藥物濃度在MIC和MPC之間時,耐藥突變菌株才被選擇性富集擴增。MIC和MPC之間的這個濃度范圍就是MSW。
細菌發生耐藥突變并在菌群中獲得選擇性優勢生長,是細菌產生耐藥的必需條件。細菌自發突變頻率很低,僅為10-7(10-8~10-6),細菌數量達到1014時,才可能出現同時發生兩次耐藥突變的菌株。由此推斷,當感染部位的菌群數量低于兩次突變所需要的細菌數量時,耐藥突變菌株發生第二次突變的可能性極小。由于臨床實際中,人體感染部位細菌數量可達到1010CFU,但不可能達到1014CFU,因此不會出現二次突變菌株。MPC、MSW理論就是通過抑制最不敏感、發生一次耐藥突變菌株的選擇性富集擴增,限制細菌耐藥的進一步發展。
二、MPC、MSW與PK/PD的比較
藥代動力學(PK)研究的是體內藥物濃度的持續時間,藥效學(PD)研究的是藥物濃度與抗菌效應的關系。既往僅根據PK參數決定抗菌藥的給藥方案,但隨著耐藥現象越來越嚴重,PD參數也就顯得尤為重要。PD參數用以決定防止耐藥的給藥方案。PK參數可將抗菌藥血藥濃度持續的時間量化,其中較重要的參數是曲線下面積(AUC)。AUC與MIC結合就有了量化的抗菌藥抗菌活性PK/PD參數——AUC24/MIC,它可用來評價抗菌藥對敏感細菌的累積殺傷力。但PK/PD參數僅從濃度上反映抗菌活性,沒有包括時間因素,即未對濃度在MSW內的時間加以限定。因此傳統的PK/PD治療策略以治愈疾病而非阻止耐藥為目標,以體外測定抑制敏感細菌的MIC作為衡量抗菌藥物抗菌活性的指標,認為在抗菌藥物濃度低于MIC時易誘導產生耐藥突變菌株,從而導致細菌耐藥發生。而MSW是一種新PK/PD模式,將藥物濃度、作用時間和抗菌活性結合起來,直接預測抗菌藥引起細菌耐藥突變菌株選擇的發生,以指導制定最佳給藥方案。可見,傳統PK/PD模式與MSW理論存在本質上的差異。隨著MPC研究的不斷深人,MSW理論日益受到臨床重視,許多研究者試圖建立PK/PD參數與耐藥的關系,以期指導治療。
Campion等利用體外PK/PD模擬環丙沙星在不同濃度下對甲氧西林耐藥金黃色葡萄球菌(MRSA)的殺菌與耐藥選擇作用。結果發現,當藥物濃度始終處于MSW,而AUC/MIC值偏低時,細菌出現低水平耐藥菌;但當AUC/MIC>100,而MSW>60%時,細菌變異出現該水平耐藥菌株;只有當藥物濃度始終高于MPC時才未發現耐藥細菌。該結果表明,要避免用藥過程中出現細菌耐藥,除須滿足獲得治療效果的AUC/MIC外,還要盡可能保持藥物濃度在MPC以上。