人類與微生物的戰(zhàn)爭:抗生素簡史 1929年9月,當英國皇家陸軍醫(yī)療隊隊長亞歷山大·弗萊明(Alexander Fleming)度假歸來時,他發(fā)現自己實驗室中的一個培養(yǎng)基被污染了,培養(yǎng)基中長滿了霉菌。對于當時的實驗條件而言,培養(yǎng)基被污染是很常見的事情,然而,這個被污染的培養(yǎng)基卻引起了弗萊明的興趣,因為他發(fā)現,霉菌菌落的周圍沒有葡萄球菌菌落——也就是說,霉菌將其周圍的葡萄球菌殺死了!弗萊明認為霉菌產生了某種物質,這種物質會殺死葡萄球菌,而葡萄球菌是戰(zhàn)爭中大部分被感染士兵死亡的主要原因。弗萊明將霉菌提純后進行培養(yǎng),發(fā)現這種霉菌就是青霉菌,故他將霉菌所分泌的這種能夠殺死葡萄球菌的化學物質命名為青霉素(penicillin)。遺憾的是,弗萊明未能將青霉素提取出來。 青霉素的結構 弗萊明與青霉素的故事一直激勵著人們尋找提純青霉素的方法。后來,經過英國牛津的兩位科學家弗洛里(Howard Florey)和錢恩(Ernst Chain)的不懈努力,青霉素終于被提純并被大量制造。在1943年,美國開始了青霉素的工業(yè)化生產,截至1945年6月,青霉素的年產量已達到6469億單位。青霉素在戰(zhàn)爭中挽救了無數士兵的生命,因此,1945年的諾貝爾生理學及醫(yī)學獎被授予弗洛里和錢恩。 在青霉素的發(fā)明之后,人們對抗生素的研究也變得越來越熱,不斷有新的抗生素被發(fā)現: 1943年,美國微生物學家瓦克斯曼(Selman Abraham Waksman)在放線菌中分離出了后來被用于治愈肺結核的鏈霉素,該成就為瓦克斯曼贏得了1952年的諾貝爾生理學及醫(yī)學獎。另外,抗生素一詞antibiotic也是由瓦克斯曼提出。 1947年,美國植物病理學家大衛(wèi)·戈特利布分離出了氯霉素。 1948年,意大利科學家朱塞佩·布羅楚(Giuseppe Brotzu)發(fā)明了頭孢菌素。 …… 時至今日,近萬種抗生素被發(fā)現、分離,并被工業(yè)化制造,其中有將近100種被用于治療人類的感染性疾病??梢哉f,在感染性疾病的治療領域里,抗生素扮演著不可或缺的角色,而在人類與細菌斗爭的漫長歲月里,抗生素已經開啟了偉大的征程。 抗生素:你用對了嗎? 如今,抗生素已經被廣泛用于感染性疾病的治療。在歐美國家,抗生素的使用指征非常嚴格,而在我國,通過直接購買或者醫(yī)生處方得到抗生素則相對容易,抗生素更容易被濫用。 按照對細菌的作用,抗生素被分為4類: 第一類,繁殖期殺菌藥,如β-內酰胺類(包括了鼎鼎大名的青霉素類抗生素和頭孢菌素類抗生素,這兩個類別的抗生素里又有更細的分類)、萬古霉素。 第二類,靜止期殺菌藥,如氨基糖苷類、喹諾酮類、利福霉素類(包括了肺結核治療的重要藥物利福平)。 第三類,速效抑菌劑,如四環(huán)素類、氯霉素類、林可霉素、大環(huán)內酯類。 在這四類藥物里,目前使用得最為普遍的抗生素仍然是繁殖期殺菌藥,另外三類抗生素在一些特殊感染中也會大放異彩。 對于種類繁多的抗生素,醫(yī)生如何根據疾病篩選合適的藥物是個重要的問題,這個問題不僅涉及到了抗生素的殺菌方式、不良反應和作用特點,還涉及到了治療成本、耐藥性等因素,是個非常復雜的問題,至今仍是感染性疾病治療領域的重要話題之一。 由于能夠輕易買到抗生素,所以抗生素的使用就成了一個大問題,不少患者買來抗生素,隨性地吃上幾天,等病情好了之后就停藥,甚至吃個一兩次就停藥,這實際上是一種錯誤的用法。錯誤的用法導致了疾病的遷延不愈甚至耐藥菌的出現??股氐氖褂脩撌亲懔?、足療程的。 抗生素究竟該怎么用?實際上,撇開患者的病情因素不談,抗生素的使用首先是根據抗生素的作用特點來的。以第一類抗生素的中流砥柱青霉素為例,作為一種時間依賴性抗生素,它只有在人體內的血藥濃度(plasma concentration)大于最低抑菌濃度(MIC,minimal inhibitory concentration)時才會起效,而血藥濃度>MIC的時間要超過用藥間隔時間的40%才能有治療效果(如果細菌本身不存在對青霉素的耐藥的話)。而抗生素進入人體后,是會不斷被消耗的,每經過一個半衰期,抗生素的血藥濃度就會減半,按照這個速度推算,抗生素在進入人體后4-5個半衰期內會被消耗殆盡。 這提示了我們什么呢?口服青霉素說明書上經常出現“一日兩次”或者“一日三次”字樣,而實際上,若要讓口服的青霉素真正起效,需要的服藥方式是“12小時1次”(對應“一日兩次”的藥物)或“8小時1次”(對應“一日三次”的藥物)!讓藥物按照規(guī)律地在各自的用藥間隔時間內完成血藥濃度的升高和降低過程,才能保證藥物最佳效果。 時間依賴性抗生素的血藥濃度變化曲線 除了給藥頻率以外,給藥方式也是藥物使用的一個注意要點。通常,醫(yī)生會選擇讓病人口服抗生素治療疾病,在處理嚴重疾病時,醫(yī)生才會選擇靜脈給藥。相對于口服給藥,靜脈給藥雖然能夠使藥物因避過了胃腸道吸收環(huán)節(jié)而迅速起效,但藥物對靜脈的刺激較大,并且可能會引起比較明顯的副作用。如果用藥不當,毒性反應會迅速表現出來。 細菌耐藥性:人類頭上的達摩克利斯之劍 隨著抗生素的使用,細菌的耐藥性問題也逐漸浮出水面。在曠日持久的拉鋸戰(zhàn)中,細菌與抗生素產生了微妙的平衡,抗生素對細菌的打擊導致了細菌的生物變異,一部分細菌因為基因的變化而產生了結構的變化,使得抗生素無法進入細菌的細胞內,從而使抗生素失效,還有一部分細菌產生了滅活酶,滅活酶破壞掉了進入感染組織的藥物。 耐藥性是感染性疾病治療失敗的主要原因,這也是重癥感染導致的患者死亡將會在從今往后很長一段時間內不會隨著抗生素的產生而終結的一個重要因素。細菌的耐藥性始終是懸在人類頭上的達摩克利斯之劍,從某種意義上說,細菌與人體、抗生素三者之間存在一種“道高一尺,魔高一丈”式的微妙平衡,這一平衡警示著人類自然的力量之大,或許有一日,人類會利用科學的力量打破這一平衡,但這一平衡被打破究竟會帶來怎樣的結果、置人類于何種境地,卻難以想象。 由于抗生素的濫用,細菌的耐藥性也越來越嚴重,多重耐藥甚至全耐藥的細菌已經出現。 2010年,英國媒體報道了南亞發(fā)現的超級細菌NDM-1,該細菌耐藥性極強;2013年,美國媒體報道了新的超級細菌LA-MASA。 顯微鏡下的NDM-1 面對細菌的“更新換代”,人類打擊細菌的方式也更加多樣化了。醫(yī)生會通過增加抗生素劑量或者聯用抗生素來增強療效,而藥物學家則會通過給藥物增加“武器”或者研發(fā)新的藥物來抗衡細菌的耐藥性。比如既然抗菌素會被滅活酶破壞,那么藥物學家就給抗生素增加“彈頭”——一些能破壞滅活酶的化學物質——使得抗生素在發(fā)揮原有作用的同時,用“彈頭”來破壞滅活酶,這些“彈頭”往往也會被寫在抗生素的名字里,比如阿莫西林克拉維酸鉀,阿莫西林部分就是抗生素,而克拉維酸鉀則是“彈頭”。 小結 抗生素與細菌之間的戰(zhàn)爭不會停止,而人類的身體作為這場戰(zhàn)爭的主戰(zhàn)場還要經受許多考驗,耐藥細菌所致的重癥感染依然可能導致死亡,而即使抗生素獲得了勝利,抗生素對人體產生的不良反應也仍然是巨大的,對于部分病情嚴重的患者而言,不良反應對本身已岌岌可危的軀體產生的打擊甚至可以置人于死地。 此外,這場戰(zhàn)爭會使抗生素與細菌雙方都不斷升級。顯然,抗生素的研發(fā)是滯后于細菌的變異速度的,但是,對于感染性疾病的治療前景,我們仍應保持樂觀,畢竟,作為一個生命力強盛的生物種群,人類也多次承受了黑死病等破壞力極強的傳染病的打擊。 |
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