Nghiên cứu các thông số trong công nghệ sản xuất thuốc kháng sinh ampicilline sodium

Đứng trước nhu cầu như thế, chúng tôi đã nghiên cứu quy trình công nghệ sản xuất chất kháng sinh Ampicillin sodium, được tổng hợp từ Ampicillin Trihydrate và Sodium hydrate, có các tính

- - -

NGUYỄN MINH THI

NGHIÊN CỨU CÁC THÔNG SỐ TRONG CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT THUỐC KHÁNG SINH AMPICILLIN SODIUM

CHUYÊN NGÀNH : CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

MÃ SỐ NGÀNH : 2.10.00

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP HỒ CHÍ MINH, THÁNG 12 NĂM 2006

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

- - -

NGUYỄN MINH THI

NGHIÊN CỨU CÁC THÔNG SỐ TRONG CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT THUỐC KHÁNG SINH AMPICILLIN SODIUM

CHUYÊN NGÀNH : CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

MÃ SỐ NGÀNH : 2.10.00

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP HỒ CHÍ MINH, THÁNG 12 NĂM 2006

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học :

- TS PHAN ĐÌNH TUẤN

- ThS HOÀNG MINH NAM

Cán bộ chấm nhận xét 1 :

Cán bộ chấm nhận xét 2 :

Luận văn Thạc sĩ được bảo vệ tại HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ – TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HỒ CHÍ MINH

Ngày tháng năm 2007

TP Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2007

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên : NGUYỄN MINH THI Phái : Nam

Ngày, tháng, năm sinh : 12/04/1978 Nơi sinh : Tỉnh Khánh HòaChuyên ngành : Công nghệ Hóa học MSHV : 00504127

I TÊN ĐỀ TÀI : Nghiên cứu các thông số trong công nghệ sản xuất thuốc kháng

sinh Apicillin Sodium

II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG :

1 Nghiên cứu tốc độ quá trình hoà tan giữa Ampicillin trihydrate bởi dung dịch NaOH hoặc NaHCO3

2 Đề xuất quy trình công nghệ tổng hợp chất kháng sinh Ampicillin Sodium từ nguồn nguyên liệu chính là : Ampicillin trihydrate và dung dịch NaOH tinh khiết hoặc dung dịch NaHCO3 tinh khiết

III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ :

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ :

V HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN :

TS PHAN ĐÌNH TUẤN

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM NGÀNH BỘ MÔN QUẢN LÝ NGÀNH

Nội dung và đề cương luận văn Thạc sĩ đã Hội đồng Chuyên ngành thông qua Ngày tháng năm 2007

PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH KHOA QUẢN LÝ NGÀNH

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc đến các thầy giáo hướng dẫn là TS PHAN ĐÌNH TUẤN và ThS HOÀNG MINH NAM về việc đã tận tình hướng dẫn, cũng như tạo mọi điều kiện tốt nhất để tôi có thể hoàn thành luận văn

Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến Bộ môn Máy và Thiết Bị, Bộ môn Công nghệ Hoá Lý, Bộ môn Công nghệ Hóa Thực Phẩm đã tạo mọi thuận lợi để tôi thực hiện tốt công việc nghiên cứu trong thời gian vừa qua

Xin chân thành cảm ơn Ban Tổng Giám Đốc Công ty CP Hóa – Dược Phẩm MEKOPHAR, các anh chị đồng nghiệp đã luôn động viên, góp ý, cũng như tạo mọi điều kiện vật chất, tinh thần và thời gian để tôi hoàn thành công trình nghiên cứu này

Tôi xin cảm ơn gia đình, bạn bè và tất cả những người thân đã luôn hiểu, ủng hộ, thông cảm và chia xẻ mọi khó khăn trong lúc tôi thực hiện luận văn của mình

Kính chào,

Nguyễn Minh Thi

ABSTRACT

Ampicilin Trihydrate is a simple orally-administered drug, convenient and easy to use However, this medicine is hardly dissolved in water and the effect and treatment dosage depend on the absorption level through the bowel This drug is easy to be destroyed by bowel ferment, less effective and slowly absorbed Many diseases in the digestive system affect to the medicine absorption, as other factors like foods, other medicines do With injective drug, this restriction is overcome because the drug can be directly injected into blood, which could ensure an enough concentration, little loss, and a rapid effect

It is necessary to develop a substance that has similar function to Ampicillin trihydrate but is dissolvable in water (injectable drug form), to serve better in treatment This thesis focused on the researches for a technological process to synthesize the interferon (antibiotic) Ampicillin Sodium from Ampicillin Trihydrate The following problems have been solved:

1 Study the kinetics of the dissolving process of Ampicillin trihydrate by alkaline solution

2 Set up a technology to produce the Ampicillin Sodium which could satisfy Vietnam pharmaceutical standards as well as the Biritish Pharmaceutical standards and the basic standards of the production companies

TÓM TẮT

Ampicillin Trihydrate – Là loại thuốc uống nên đơn giản, thuận lợi, dễ dùng Tuy nhiên, là loại thuốc khó tan trong nước, hiệu quả và liều lượng chữa trị cần thiết phụ thuộc vào mức độ hấp thu qua đường ruột, dễ phân hủy bởi men đường ruột, thuốc bị hao hụt nhiều, hấp thu chậm Có nhiều bệnh ở bộ máy tiêu hóa ảnh hưởng đến độ hấp thu này, cũng như một số yếu tố khác như thức ăn và các thuốc khác cũng đưa vào theo đuờng uống Với thuốc tiêm thì hạn chế đó được khắc phục vì thuốc sẽ tiêm trực tiếp vào máu, đủ nồng độ đặc trị, ít hao hụt, tác dụng nhanh hơn Do đó vấn đề đặt ra là tạo một chất có chức năng tương tự như Ampicillin Trihydrate nhưng có khả năng tan trong nước (dạng thuốc tiêm) nhằm phục vụ tốt hơn trong việc điều trị Đứng trước nhu cầu như thế, chúng tôi đã nghiên cứu quy trình công nghệ sản xuất chất kháng sinh Ampicillin sodium, được tổng hợp từ Ampicillin Trihydrate và Sodium hydrate, có các tính năng tương tự như Ampicillin trihydrate và đáp ứng một số yêu cầu đặt ra (về mặt hóa học) theo tiêu chuẩn Dược Việt Nam III Trong điều kiện và thời gian có hạn, đề tài nghiên cứu các thông số trong công nghệ sản xuất thuốc kháng sinh Ampicillin sodium của chúng tôi gồm hai phần :

- Nghiên cứu tốc độ phản ứng hòa tan giữa Ampicillin trihydrate và dung dịch NaOH hoặc NaHCO3

- Đ ề xuất quy trình công nghệ tổng hợp chất kháng sinh Ampicillin sodium và sản phẩm đạt một số tiêu chuẩn cần thiết về mặt hóa học : cảm quan, độ ẩm, pH, hàm lượng

MỤC LỤC

Lời cảm ơn i

Abstract ii

Tóm tắt .iii

Mục lục .iv

Danh mục các bảng .vii

Danh mục các hình viii

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN 4

1.1 Đại cương về chất kháng sinh 4

1.1.1 Lịch sử ứng dụng chất kháng sinh trong điều trị bệnh 4

1.1.2 Những khái niệm cơ bản và đặc điểm tính chất 5

1.1.3 Vai trò của chất kháng sinh 6

1.1.4 Phân loại chất kháng sinh 7

1.1.5 Cơ chế tác dụng của chất kháng sinh 7

1.1.7 Sự kháng kháng sinh của vi sinh vật 9

1.1.7.1 Hiện tượng và bản chất 9

1.1.7.2 Cơ chế của sự kháng kháng sinh 10

1.2 Chất kháng sinh thuộc họ β - lactam 11

1.2.1 Đặc điểm chung và cơ chế tác dụng 11

1.2.2 Các Penicillin tự nhiên 12

1.2.2.1 Cấu trúc hóa học 13

1.2.2.2 Hoạt tính kháng khuẩn 15

Luận văn thạc sĩ

1.2.2.3 Đặc điểm sản xuất 17

1.2.3 Các Penicillin tổng hợp 18

1.2.4 Các Cephalosporin 19

1.2.4.1 Cấu trúc hóa học 19

1.2.4.2 Hoạt tính kháng sinh 22

1.2.5 Một số chất kháng sinh khác thuộc họ β - lactam 24

1.2.6 Một số phương pháp kiểm tra và định lượng các chất kháng sinh thuộc họ β - lactam (chủ yếu là penicillin) 26

1.3 Chất kháng sinh Ampicillin 28

1.3.1 Chất kháng sinh Ampicillin (gốc) 28

1.3.2 Chất kháng sinh Ampicillin trihydrate 30

1.3.3 Chất kháng sinh Ampicillin sodium 31

1.4 Cơ chế phản ứng tạo Ampicillin sodium 33

1.5 Các phương pháp tách ẩm 34

1.5.1 Phương pháp chung 34

1.5.2 Phương pháp sấy thăng hoa 36

1.5.2.1 Cơ sở lý thuyết 37

1.5.2.2 Những định luật cơ bản của sấy thăng hoa 38

1.5.2.3 Một số lĩnh vực ứng dụng phương pháp sấy thăng hoa 42

CHƯƠNG 2 : NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 44

2.1 Nghiên cứu tốc độ tốc độ quá trình hoà tan Ampicillin trihydrate bởi dung dịch kiềm 44

2.2 Thử nghiệm nghiên cứu quy trình công nghệ tổng hợp chất kháng sinh Ampicillin Sodium 45

2.3 Quá trình sấy thăng hoa của sản phẩm 49

Luận văn thạc sĩ

CHƯƠNG 3 : KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 50

3.1 Nghiên cứu tốc độ quá trình hoà tan Ampicillin trihydrate bởi dung dịch kiềm 50

3.1.1 Kết quả và nhận xét 50

3.1.1.1 Quá trình hòa tan Ampicillin trihydrate bằng dung dịch NaHCO3 50

3.1.1.2 Quá trình hòa tan Ampicillin trihydrate bằng dung dịch NaOH 53

3.1.2 Tính toán tốc độ quá trình 56

3.1.2.1 Tính toán đối với dung dịch NaHCO3 58

3.1.2.2 Tính toán đối với dung dịch NaOH 59

3.1.2.3 Ứng dụng tính toán quá trình hòa tan một hạt Ampicillin trihydrate, trong môi trường có khuấy trộn, với tác nhân phản ứng NaOH 62

3.2 Thử nghiệm nghiên cứu quy trình công nghệ tổng hợp chất kháng sinh Ampicillin sodium 66

3.2.1 Kết quả khảo sát 66

3.2.2 Đề xuất quy trình công nghệ tổng hợp Ampicillin sodium 70

CHƯƠNG 4 : KẾT LUẬN 73

PHỤ LỤC 75

TÀI LIỆU THAM KHẢO 91

Luận văn thạc sĩ

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Tên các penicillin khi gắn các mạch nhánh khác nhau

Bảng 1.2 Tên các cephalosporin khi gắn các mạch nhánh khác nhau

Bảng 1.3- Một số tiêu chuẩn Ampicillin theo tiêu chuẩn Dược Việt Nam Bảng 1.4- Một số tiêu chuẩn Ampicillin sodium trong Dược Điển BP và TCCS

Bảng 3.1 - Lượng biến thiên Ampicillin trihydrate theo thời gian xuống dung dịch NaHCO 3 5% kL tinh khiết

Bảng 3.2- Lượng biến thiên Ampicillin trihydrate theo thời gian xuống dung dịch NaHCO 3 10% KL tinh khiết

Bảng 3.3 - Lượng biến thiên Ampicillin trihydrate theo thời gian xuống của dung dịch NaOH 0,5 N tinh khiết

Bảng 3.4 - Lượng biến thiên Ampicillin trihydrate theo thời gian xuống dung dịch NaOH 1 N tinh khiết

Bảng 3.5 - Lượng biến thiên Ampicillin trihydrate theo thời gian xuống dung dịch NaOH 2 N tinh khiết

Bảng3.6- Kết quả kiểm định sự tương hợp theo chuẩn số Uyncốcxơn giữa tính toán lý thuyết và thực nghiệm

Bảng3.7- Kết quả đạt được một số thông số chính trong nghiên cứu quy trình công nghệ tổng hợp Ampicillin sodium

Bảng 3.8- Kết quả kiểm nghiệm sản phẩm Ampicillin sodium NC theo TCCS

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1- Các tác giả giải thưởng Nobel y học năm 1945 về công trình

penicillin

Hình 1.2- Nấm Penicillium

Hình 1.3- Cấu trúc của penicillin và sản phẩm của sự thủy phân

Hình 1.4- Cơ chế tổng hợp mucopeptit của thành tế bào vi khuẩn và vị trí tác động của penicillin (theo Stromininger – 1965)

Hình 1.5- Cơ chế tranh chấp men transpeptidaza của penicillin

Hình 1.6- Mô hình cấu trúc vỏ khuẩn gram dương và gram âm

Hình 1.7- Cấu trúc phân tử Imipenem

Hình 1.8- Cấu trúc phân tử Aztreonam

Hình 1.9- Cấu trúc phân tử Ampicillin

Hình 1.10- Cấu trúc phân tử Ampicillin trihydrat

Hình 1.11- Cấu trúc phân tử Ampicillin sodium

Hình 1.12- Sự biến đổi trạng thái trong giản đồ p - t

Hình 1.13- Sự phụ thuộc cường độ bốc bay nước đá theo nhiệt độ hỗn hợp hơi – khí với áp suất khác nhau

Hình 1.14- Sự phụ thuộc cường độ bốc bay nước đá theo hiệu số nhiệt độ với

áp suất khác nhau

Hình 1.15- Sự phụ thuộc cường độ bốc hơi theo áp suất

Hình 1.16- Sự phụ thuộc của ΔP ngt theo nhiệt độ bề mặt hệ ngưng tụ khi nhiệt độ sản phẩm không thay đổi

Hình 1.17 Ví dụ về các lĩnh vực đã áp dụng phương pháp sấy thăng hoa Hình 2.1 - Mô hình thí nghiệm nghiên cứu tốc độ quá trình hòa tan

Hình 2.2- Sơ đồ quy trình công nghệ tổng hợp chất KS Ampicillin sodium Hình 3.1- Giản đồ biến thiên khối lượng các viên nén Ampicillin trihydrate theo thời gian đi qua của dung dịch NaHCO 3 có các nồng độ khác nhau Hình 3.2 Giản đồ biến thiên khối lượng các viên nén Ampicillin trihydrate theo thời gian đi qua của dung dịch NaOH có các nồng độ khác nhau Hình 3.3- So sánh thực nghiệm và lý thuyết biến thiên khối lượng Ampicillin trihydrate theo thời gian đi qua của dung dịch NaHCO 3 5% KL Hình 3.4- So sánh thực nghiệm và lý thuyết biến thiên khối lượng Ampicillin trihydrate theo thời gian đi qua của dung dịch NaHCO 3 10% KL Hình 3.5- So sánh thực nghiệm và lý thuyết biến thiên khối lượng Ampicillin trihydrate theo thời gian đi qua của dung dịch NaOH 0,5N

Hình 3.6- So sánh thực nghiệm và lý thuyết biến thiên khối lượng

Ampicillin trihydrate theo thời gian đi qua của dung dịch NaOH 1N Hình 3.7- So sánh thực nghiệm và lý thuyết biến thiên khối lượng Ampicillin trihydrate theo thời gian đi qua của dung dịch NaOH 2N

Hình 3.8- Biến thiên giá trị k 1 theo nồng độ dung dịch NaOH

MỞ ĐẦU

Trong suốt tiến trình phát triển của nhân loại, trên con đường hoàn thiện mình, loài người luôn luôn phải đấu tranh để vượt qua mọi trở ngại, thách thức khác nhau Bệnh tật chính là một trong số các trở ngại đó và có rất nhiều bệnh có nguyên nhân do vi sinh vật gây ra Từ rất xa xưa trong lịch sử, bằng con đường tìm tòi, khám phá và tích lũy kinh nghiệm thực tiễn, con người đã phát hiện và ứng dụng hiệu quả rất nhiều nguồn dược liệu động vật và thực vật dưới dạng các bài thuốc cổ truyền trong các cộng đồng dân cư vào mục đích điều trị y học Sự phát triển về vi sinh vật nói chung và vi sinh vật công nghiệp nói riêng, với bước ngoặt lịch sử là phát minh vĩ đại về chất kháng sinh Penicillin của Alexander Flaming (1928) đã mở ra một kỷ nguyên mới trong y học : khai sinh

ra ngành công nghệ sản xuất chất kháng sinh và ứng dụng chất kháng sinh vào điều trị cho người, góp phần to lớn vào việc điều trị các bệnh nhiễm khuẩn nhờ đó hạ đáng kể tỷ lệ tử vong và nâng cao tuổi thọ của con người Thuật ngữ “chất kháng sinh” được mô tả đầy đủ và chính thức trong báo cáo chi tiết về Penicillin của ông

Theo đó, ngay thập kỷ 40 và 50 của thế kỷ XX đã ghi nhận những bước tiến vượt bậc của ngành công nghệ sản xuất kháng sinh non trẻ, với sự kiện khám phá ra hàng loạt chất kháng sinh như : griseofulvin (1939), gramicidin S (1942), streptomycin (1943), bacitracin (1945), cloramphenicol và polumycin (1947), clotetracylin và cephalosporin (1948), neomycin (1949), oxytetracyclin và nystatin (1950), erythromycin (1952), cycloserin (1954), amphotericin B và vancomycin (1956), metronodazol, kanamycin và rifamycin (1957),…

Ngày nay, chất kháng sinh có vai trò hết sức quan trọng đối với việc chăm sóc sức khỏe con người và ngành công nghệ sản xuất chất kháng sinh là một trong số ít ngành công nghiệp mang lại hiệu quả kinh tế rất lớn Ngoài ra, ngày nay chất kháng sinh còn mở rộng ứng dụng thêm vào các lĩnh vực kinh tế và khoa học khác, thí dụ : ứng dụng trong chăn nuôi để phòng và chữa bệnh cho gia súc, gia cầm và để kích thích sinh trưởng của động vật, nhất là động vật còn non; sử dụng trong trồng trọt để phòng và chống các bệnh thực vật; bảo quản thực phẩm; bảo vệ môi trường; nghiên cứu khoa học; nghiên cứu các vấn đề lý thuyết trong sinh vật học hiện đại;…

Hàng năm thế giới tiêu thụ một lượng đáng kể các chất kháng sinh (trong năm 1995 riêng thị trường các nước tư bản tiêu thụ khoảng 20.000 tấn) Với xu thế về sản lượng công nghiệp của các sản phẩm nhóm này liên tục tăng trong suốt mấy chục năm qua và vai trò tiên phong trong nghiên cứu tìm kiếm các chất kháng sinh mới cũng như tiềm lực sản xuất chất kháng sinh trong những năm cuối thế kỷ XX phải kể đến ba cường quốc công nghiệp hàng đầu là Mỹ, Anh, Nhật Bản Và ngày nay có thêm một số quốc gia : Đức, Pháp, Hàn Quốc,…

Để đáp ứng nhu cầu chăm sóc y tế cho hơn tám mươi triệu dân, Việt Nam có nhu cầu lớn về các loại kháng sinh; trong khi đó hiện tại hầu như chúng ta vẫn phải nhập khẩu Với mục tiêu từng bước tiếp cận công nghệ hiện đại và tiến tới sản xuất một phần kháng sinh trong nước; đồng thời, bài học kinh nghiệm từ thực tiễn ứng dụng điều trị cũng cho thấy nhu cầu nghiên cứu, sản xuất các chất kháng sinh đã biết với các đặc tính ưu việt hơn – các dẫn xuất của chúng và tìm kiếm phát hiện các kháng sinh mới vẫn luôn là vấn đề mang tính thời sự và rất cấp thiết, đặt ra không chỉ ở thời điểm hiện tại mà cả trong tương lai Nghiên cứu các thông số trong công nghệ sản xuất thuốc kháng sinh Ampicillin sodium của chúng tôi cũng không ngoài mục tiêu trên

Ampicillin Trihydrate – Là loại thuốc uống nên đơn giản, thuận lợi, dễ dùng Tuy nhiên, là loại thuốc khó tan trong nước, hiệu quả và liều lượng chữa trị cần thiết phụ thuộc vào mức độ hấp thu qua đường ruột, dễ phân hủy bởi men đường ruột, thuốc bị hao hụt nhiều, hấp thu chậm Có nhiều bệnh ở bộ máy tiêu hóa ảnh hưởng đến độ hấp thu này, cũng như một số yếu tố khác như thức ăn và các thuốc khác cũng đưa vào theo đường uống Với thuốc tiêm thì hạn chế đó được khắc phục vì thuốc sẽ tiêm trực tiếp vào máu, đủ nồng độ đặc trị, ít hao hụt, tác dụng nhanh hơn Do đó vấn đề đặt ra là tạo một chất có tính năng tương tự như Ampicillin Trihydrate nhưng có khả năng tan trong nước (dạng thuốc tiêm) nhằm phục vụ tốt hơn trong việc điều trị Đứng trước nhu cầu như thế, chúng tôi đã nghiên cứu quy trình công nghệ sản xuất Ampicillin sodium, được tổng hợp từ nguồn nguyên liệu chính là Ampicillin trihydrate, có các tính năng tương tự như Ampicillin trihydrate và đáp ứng một số yêu cầu đặt ra (về mặt hóa học) theo tiêu chuẩn Dược Việt Nam III, Dược BP và Tiêu Chuẩn Cơ Sở Trong điều kiện và phạm vi giới hạn, đề tài nghiên cứu các thông số trong công nghệ sản xuất thuốc kháng sinh Ampicillin sodium của chúng tôi gồm hai phần :

- Nghiên cứu tốc độ quá trình hòa tan Ampicillin trihydrate bởi dung dịch NaOH hoặc NaHCO3

- Đề xuất quy trình công nghệ tổng hợp chất kháng sinh Ampicillin sodium đạt một số tiêu chuẩn cần thiết về mặt hóa học : cảm quan, định tính, độ ẩm, pH, hàm lượng

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN 1.1 ĐẠI CƯƠNG VỀ CHẤT KHÁNG SINH

1.1.1 Lịch sử ứng dụng chất kháng sinh trong điều trị bệnh [12]

Các nhà nghiên cứu đầu tiên phát hiện tiềm năng trị bệnh của các sản phẩm về vi trùng như là tác nhân trị bệnh là Pasteur và Jonbert, mà các khảo sát và dự đoán của họ được công bố năm 1877 Họ công bố rằng khuẩn que than lớn rất nhanh khi chủng ngừa vào trong nước tiểu vô trùng nhưng yếu nhiều và chết sớm nếu vi khuẩn “chung” này của không khí được đưa vào nước tiểu với cùng thời điểm trên Thực nghiệm này trên động vật cho các kết quả tương tự Họ xác nhận trên thực tế rằng sinh vật duyệt sinh vật trong các loài bậc thấp hơn, ngay cả nhiều hơn trong các động vật và thực vật bậc cao hơn và đi đến một kết luận kinh ngạc rằng khuẩn que than có thể được thực hiện trên động vật ở số lượng lớn và nó không có triệu chứng bệnh miễn là các vi khuẩn “bình thường” được cho vào ở cùng thời điểm Sự khảo sát này cuốn hút một hứa hẹn rất quan trọng cho việc điều trị bệnh Suốt giai đoạn cuối thế kỷ 19 và những năm đầu thế kỷ

20, nhiều chất kháng trùng được chứng nhận trong các mẻ cấy khuẩn và ngay cả một số được thử cho việc điều trị nhưng bị loại bỏ bởi vì có tính độc cao

Thời kỳ phát triển của phương pháp hoá trị liệu kháng trùng bắt đầu với việc khám điều trị sử dụng Sulfanimid năm 1936 Thời kỳ “vàng” của kháng sinh bắt đầu với việc sản xuất ra penicillin năm 1941, khi mà hợp chất này được sản xuất lượng lớn và đầu tiên được làm sẵn cho khả năng điều trị nhất định, ít nhất 30% người bệnh chữa trị ở bệnh viên thời bây giờ nhận một hay nhiều đợt chữa trị bằng kháng sinh và hàng triệu tiềm ẩn nhiễm khuẩn gây tử vong bị chặn đứng Tuy nhiên, vào thời điểm trên, hầu hết người chữa trị dùng sai mục đích các tác nhân này Một hậu quả duy nhất khá phổ biến là sự kháng lại của tác

nhân gây bệnh, mà điều này kích thích mạnh nhu cầu liên tục tăng về các thuốc mới Các nhân tố này đã đóng góp quan trọng đến việc tăng giá trị việc chăm sóc theo y học

1.1.2 Những khái niệm cơ bản và đặc điểm tính chất [1,7,12]

Kháng sinh là chất được tạo ra từ nhiều loại vi sinh vật ( vi khuẩn, nắm mốc,…) mà ngay ở nồng độ thấp nó có thể ngăn chặn sự phát triển của các vi sinh vật khác và cuối cùng có thể diệt chúng Tuy nhiên, công dụng phổ biến thuật ngữ kháng sinh thường mở rộng bao gồm các tác nhân kháng khuẩn tổng hợp như là sulfonamid và quinolone không đi từ các vi khuẩn Ngoài ra, đối với các chất có nguồn gốc là sinh vật và trước đây vẫn được sản xuất bằng con đường sinh tổng hợp, nhưng ngày nay người ta đã sản xuất chúng bằng con đường tổng hợp hóa học và đương nhiên lúc này chúng không còn là sản phẩm của cơ thể sống nữa thì vẫn gọi là chất kháng sinh Chẳng hạn như Chloramphenicol, ampicillin, amoxicillin,… là những chất kháng sinh đang được sản xuất bằng phương pháp tổng hợp hóa học

Chất kháng sinh có tính chất tác dụng chọn lọc Mỗi chất kháng sinh chỉ có tác dụng đối với một nhóm vi sinh vật nhất định Chẳng hạn penicillin chỉ có tác dụng đối với một số đại diện của vi khuẩn gram dương mà không có tác dụng đối với vi khuẩn gram âm, với nấm mốc và với một số nhóm vi sinh vật khác

Khả năng tác dụng của chất kháng sinh phụ thuộc vào nồng độ Với nồng độ quá nhỏ, một số chất kháng sinh không những không có tác dụng ức chế sinh trưởng của vi sinh vật mà ngược lại trong nhiều trường hợp còn kích thích vi sinh vật phát triển nữa

Chất kháng sinh không phải là những chất thuần nhất về phương diện hóa học, chúng có thể là một chất kiềm, là axít hoặc trung tính, hoặc có thể là hợp chất bay hơi hay là một polipeptit, chúng có thể tiết vào môi trường xung quanh

và tích lũy ở đó hoặc tích lũy trong tế bào và chỉ thoát ra khi tế bào đã bị phân hủy

Các kháng sinh khác nhau rõ rệt về các đặc tính lý, hoá và dược lý, phổ kháng khuẩn, và cơ chế hoạt động Kiến thức về cấu tạo phân tử của vi khuẩn nấm mốc và mô hình virút, đã làm thuận tiện cho tiến triển các giải pháp tạo các hợp chất mà có thể can thiệp vào chu kỳ sống của vi sinh vật

1.1.3 Vai trò của chất kháng sinh [8]

Để chống đỡ với vi khuẩn và virút các loại, cơ thể sử dụng bốn hàng rào :

9 Hàng rào da niêm mạc bao phủ, cùng dịch tiết

9 Hàng rào biểu mô và tổ chức liên kết

9 Hàng rào bạch huyết

9 Hàng rào máu

Ở mỗi chặng đề kháng đó, các phản ứng tự vệ được điều hòa phối hợp bằng hệ thống thần kinh thực vật (Reilly) và hoócmôn, trong đó trục tuyến yên – vỏ thượng thận đóng vai trò quan trọng nhất (Selye)

Song song với các hoạt động chống đỡ của các hàng rào nói trên, cơ thể còn huy động cả một hệ thống miễn dịch tham gia Các kháng thể được sản xuất một phần nhằm chống đỡ với nhiễm khuẩn trước mắt, một phần quan trọng nhằm chống lại nhiễm khuẩn tái phát

Để giúp cơ thể chống đỡ được với nhiễm khuẩn nhanh chóng và hiệu quả hơn, các kháng sinh đã ra đời và được sản xuất ngày càng nhiều về số lượng và chủng loại Các kháng sinh thực sự đã thay đổi tiên lượng của rất nhiều bệnh nhiễn khuẩn, góp phần to lớn vào việc giảm tỷ lệ tử vong, nâng cao tuổi thọ

Hiệu quả ứng dụng điều trị của mỗi chất kháng sinh được xác định qua việc xem xét hàng loạt các chỉ tiêu khác nhau, trong đó một số chỉ tiêu chính là : hoạt tính kháng sinh đặc hiệu, phổ kháng khuẩn, đáp ứng phản hồi của mầm

bệnh với kháng sinh đó, phản ứng phụ của thuốc, đường cấp thuốc, sự chuyển hóa thuốc trong cơ thể, đường hướng đào thải thuốc và tương tác qua lại giữa các loại thuốc khi sử dụng phối hợp Tuy nhiên phải biết cách sử dụng chất kháng sinh sao cho an toàn và hiệu quả nhất

1.1.4 Phân loại chất kháng sinh [1,2,8,11]

Có nhiều sự sắp xếp đã đưa ra để phân loại và hợp thành nhóm các tác nhân kháng khuẩn, tất cả bị vướn bởi các quan điểm đối nghịch và ít nhiều trùng lập, như :

Phân chia kháng sinh ra làm hai loại lớn tùy theo nguồn gốc :

- Kháng sinh nguồn gốc nấm mốc và vi khuẩn

- Kháng sinh có nguồn gốc hóa học

Căn cứ và tác dụng trị bệnh có thể chia kháng sinh thành 3 loại chính :

- Kháng sinh kháng khuẩn (được sử dụng rộng rãi)

- Kháng sinh trị nấm

- Kháng sinh chống ung thư

Hoặc theo lý thuyết, người ta phân loại tính chất kháng khuẩn của kháng sinh : diệt khuẩn, tĩnh khuẩn (giảm sinh lý) và kìm khuẩn (kháng sinh tích tụ trong tế bào khuẩn) Nhưng các tính chất này phụ thuộc vào nồng độ thuốc, chủng khuẩn, cơ địa người bệnh – Trong điều trị lâm sàng, rất khó điều trị

Về phương diện cơ chế tác dụng có thể chia làm ba loại :

- Tác động trên sự tổng hợp các mucopeptit của thành vi khuẩn

- Tác động trên màng của bào tương

- Tác động trên sự tổng hợp các axít nucleic và protein

1.1.5 Cơ chế tác dụng của chất kháng sinh [7,10]

Các chất kháng sinh có thành phần hoá học hết sức khác nhau, do đó không thể có một cơ chế tác dụng chung của các chất kháng sinh đối với tất cả

các loại vi sinh vật, cơ chế tác dụng của mỗi chất kháng sinh lên vi sinh vật một khác Thậm chí cùng một chất nhưng điều kiệân tác động khác nhau thì cơ chế cũng có thể không giống nhau

Đặc tính và cơ chế tác dụng của chất kháng sinh trước hết phụ thuộc vào bản chất hoá học của từng chất Các chất có bản chất hoá học khác nhau thì ảnh hưởng khác nhau lên vi sinh vật kiểm định, còn các chất có bản chất hoá học gần giống nhau thì có hoạt phổ tượng tự như nhau

Cơ chế tác dụng của các chất kháng sinh có thể được biểu hiện ở ba hướng chủ yếu sau đây:

- Làm ngưng tổng hợp thành (màng) tế bào hoặc làm tan thành tế bào vi khuẩn

do đó phá huỷ tính chất thẩm thấu của tế bào (hay chất kháng sinh ức chế tổng hợp thành tế bào vi khuẩn) Thuộc nhóm này bao gồm có penicilin, cefalosporin, bacitracin, vancomicin, riztozetin, o-carbami-D-cerin và D-ciclocerin Trong số các chất này chỉ có penicilin là được nghiên cứu nhiều hơn cả

- Ảnh hưởng tới quá trình tổng hợp protein của vi khuẩn thuộc nhóm này đã được nghiên cứu gần 70 chất, trong số đó có streptomicin, canamicin, neomicin, các tetraciclin cloramphenicol, eitromicin vv… Người ta chia ra làm các chất kháng sinh dẫn tới tổng hợp protein bất thường và các chất phong bế tổng hợp protein

- Ảnh hưởng đối với axit nucleic Cụ thể là phá huỷ sự trao đổi của ADN và ARN Axít nucleic có trong thành phần của tất cả thế giới sinh vật, từ virut tới động vật bậc cao Do đó, nếu chất kháng sinh ức chế sinh tổng hợp axít nucleic thì không những chúng tiêu diệt vi sinh vật mà còn gây độc cả đối với tế bào động vật Hiện nay người ta đã biết có khoảng 20 chất phá hủy sự trao đổi ARN và 16 chất phá hủy trao đổi AND, như : actinomicin, mitomicin, novobiocin,…

1.1.6 Sự kháng kháng sinh của vi sinh vật [5,7,10]

1.6.1.1 Hiện tượng và bản chất

Hiện tượng mầm bệnh vẫn còn sống sót sau khi đã điều trị kháng sinh được gọi là hiện tượng kháng thuốc, trên phương diện kiểm nghiệm, vi sinh vật gây bệnh được coi là kháng lại kháng sinh nếu nồng độ kìm hãm tối thiểu MIC (Minimum Inhibitory Concentration) hay nồng độ diệt khuẩn tối thiểu MBC (Minimum Bactericidal Concentration) của chất kháng sinh kiểm nghiệm in vitro trên đối tượng này cao hơn nồng độ điều trị tối đa cho phép đối với bệnh nhân Từ thực tiễn điều trị cho thấy, lịch sử vấn đề kháng thuốc của vi khuẩn sinh vật gây bệnh gần như đồng hành với lịch sử ứng dụng chất kháng sinh và vấn đề này có xu hướng xuất hiện ngày càng thường xuyên, với mức độ ngày càng trầm trọng hơn

Khả năng kháng thuốc của vi sinh vật gây bệnh có thể được hình thành ngẫu nhiên trong quần thể, nghĩa là khả năng này đã được hình thành ở mầm bệnh ngày khi chúng chưa tiếp xúc với môi trường chứa chất kháng sinh Dạng kháng thuốc này được gọi là khả năng đề kháng sinh học

Tuy nhiên, khả năng kháng thuốc của vi sinh vật gây bệnh thường xuất hiện phổ biến hơn nhiều sau khi chúng đã tiếp xúc với kháng sinh, vì vậy trường hợp này còn được gọi là khả năng đề kháng điều trị

Một thực tế đáng quan ngại khác là xu thế sử dụng tuỳ tiện chất kháng sinh trong chăn nuôi, đặc biệt là bổ sung vào khi chếâ biến thức ăn gia súc, gia cầm nuôi lấy thịt, trứng, sữa Kết quả khi người tiêu dùng sử dụng các sản phẩm này, một mặt họ phải tiếp nhận phần dư lượng kháng sinh trong sản phẩm; nhưng mặt khác, nguy hiểm hơn là các loài vi sinh vật kháng thuốc trong các sản phẩm thực phẩm thuộc nhóm này có ưu thế tồn tại, phát triển cao hơn và các plasmid kháng thuốc của chúng lại đang ở trong trạng thái hoạt hoá Các loài vi

sinh vật kháng thuốc này, sau khi xâm nhập được vào cơ thể, chúng có thể truyền khả năng kháng thuốc cho các vi sinh vật gây bệnh, với tần suất cao hơn rất nhiều so với ngoài tự nhiên, tương tự như trường hợp nêu trên

1.6.1.2 Cơ chế của sự kháng kháng sinh

Cơ chế của sự kháng kháng sinh rất đa dạng và thường khác nhau với từng chủng vi sinh vật Một số loài vi sinh vật có khả năng kháng thuốc tự nhiên với một số kháng sinh nhất định Do thuốc này không có tác dụng lên chúng (thí dụï như nấm, virus, nguyên sinh động vật, do trên thành tế bào không có lớp peptidoglucan nên không chịu tác động của các kháng sinh nhóm β-lactam) Còn nhìn chung, các chủng vốn nhạy cảm với chất kháng sinh lại trở nên kháng thuốc thường xảy ra khi chúng thu nhận được một trong các đặc tính mới như : có khả năng làm vô hoạt hay phá huỷ chất kháng sinh (bằng cách tổng hợp ra các enzym ngoại bào làm phá vỡ cấu trúc của chất kháng sinh hay liên kết với chất kháng sinh để tạo ra dạng kém hiệu lực kháng sinh hơn), có thể tự điều chỉnh khả năng hấp thu của màng tế bào chất làm giảm hoặc ngăn ngừa chất kháng sinh xâm nhập vào trong tế bào chất, có khả năng làm biến đổi cấu trúc phân tử của nơi hoặc vị trí mà chất kháng sinh tác dụng vào, hay chúng có thể tự điều chỉnh thay đổi đường hướng trao đổi chất để vô hiệu hoá tác dụng của chất kháng sinh đó

Bên cạnh hai hiện tượng kháng thuốc nêu trên, trong thực tiễn còn tồn tại hiện tượng kháng chéo (hay kháng nhóm), nghĩa là một chủng khi đã kháng lại chất kháng sinh nhất định thì chúng cũng có khả năng kháng luôn một số chất kháng sinh khác cùng nhóm cấu trúc hay có các đặc tính tương đồng với chất kháng sinh ấy, thí dụ như một số chủng vi sinh vật gây bệnh đã kháng được penicillin thì cũng có trường hợp kháng luôn nhiều kháng sinh β-lactam khác

Để khắc phục hiện tượng kháng thuốc của vi sinh vật gây bệnh, giải pháp trực quan và đơn giản là sử dụng các dạng kháng sinh mới Tuy nhiên, việc tìm kiếm, phát hiện và sản xuất ra một kháng sinh mới là cả một khối lượng công việc khổng lồ, tiêu tốn rất nhiều thời gian, nhân lực và tiền bạc Đồng thời, để sự kháng thuốc xảy ra cũng đồng nghĩa với việc phải trả giá bằng sức khoẻ và tính mạng của bệnh nhân Chính vì vậy mọi nỗ lực nhằm hạn chế xuất hiện khả năng kháng thuốc càng trở nên cần thiết và hiệu quả, trong đó, trước hết cần triệt để tôn trọng ba nguyên tắc sử dụng thuốc kháng sinh là:

- Chỉ định điều trị kháng sinh đúng (làm kháng sinh đồ để chọn đúng kháng sinh thích hợp để chỉ định điều trị: dùng thuốc đúng liều, đúng phác đồ, đủ thời gian điều trị, chú ý phát hiện sớm dấu hiệu kháng thuốc)

- Không lạm dụng kháng sinh khi chưa cần thiết (không lạm dụng “điều trị phòng ngừa” bằng thuốc kháng sinh, nghiêm cấm bệnh nhân tự chỉ định điều trị thuốc kháng sinh thay bác sĩ)

- Nghiêm cấm sử dụng tràn lan chất kháng sinh trong chăn nuôi và giám sát chặt chẽ việc sử dụng kháng sinh trong thú y

1.2 CHẤT KHÁNG SINH HỌ β - LACTAM [6,7]

1.2.1 Đặc điểm chung và cơ chế tác dụng

Là những chất kháng sinh có nguồn gốc từ nấm mốc, chúng chiếm một tỷ lệ khá lớn Việc phát hiện ra các chất kháng sinh từ nguồn gốc nấm mốc được xem là cơ sở đầu tiên cho lĩnh vực khoa học nghiên cứu và ứng dụng chất kháng sinh, mà lịch sử là khám phá và phát triển chất kháng sinh Penicillin

Về phương diện hóa học các chất này có một nhân gồm hai vòng, trong đó một vòng là bêtalactam và một chuỗi ngang

Các betalacatm tác động bằng cách ngăn cản sự hình thành mucopeptit ở màng vi khuẩn Chất mucopeptit này gần như là bộ xương của vi khuẩn vì làm

cho vi khuẩn có một số đặc tính cơ học Chỉ có các vi khuẩn mới có kiểu bộ xương như vậy Vì vậy, betalactam có tác dụng khá đặc hiệu, chỉ trên vi khuẩn mà không ảnh hưởng gì đến các tế bào khác, do đó độc tính đối với cơ thể không đáng kể [10]

Mặc dù có nguồn gốc từ nấm mốc, được phát hiện rất sớm và chiếm tỷ lệ cao, nhưng đa số chưa được sử dụng nhiều trong thực tiễn bởi vì chúng có độ độc

tương đối cao Do đó chúng ta chỉ giới hạn xem xét một vài chất phổ biến nhất : 1.2.2 Các Penicillin tự nhiên [5,8,12]

Chất kháng sinh penicillin được phát hiện tình cờ vào năm 1928 : trong khi làm vệ sinh phòng thí nghiệm của mình, Alexander Fleming đã chú ý đến một hộp petri nuôi Staphylocccus bị nhiễm nấm mốc Penicillium notatum có xuất hiện hiện tượng vòng vi khuẩn bị tan xung quanh khuẩn lạc nấm Khi ông cấy nấm mốc trên thử nghiệm lại trên một số loài vi khuẩn gây bệnh khác thì vẫn thấy hiện tượng tương tự Từ đó ông kết luận là nấm mốc đã tiết ra môi trường một chất nhất định làm tan vi khuẩn và ông đã sử dụng ngay tên giống nấm Penicillin để đặt tên cho chất kháng sinh này (1929)

Tuy nhiên, lịch sử khám phá và phát triển ứng dụng tuyệt vời vào việc kháng khuẩn điều trị bệnh đã được ghi nhận bởi nhóm những nhà nghiên cứu vĩ đại : Fleming; Florey; Abraham; Chain

Sir Howard WalterFlorey

4 Thể bình; 5 Bào tử tràn

1 Cuống; 2 Khuẩn ty khí sinh; 3 Cuống thể bình;

1.2.2.1 Cấu trúc hóa học [12]

HN C

0

R

A B

HN C

R + 6-Aminopenicillanic Acid Penicilloic Acid

1 Vị trí hoạt động của penicillin

2 Vị trí hoạt động của amid

A Vòng Thiazolidin

B Vòng β−lactam

Cấu trúc cơ bản của penicillin như miêu tả hình 1.6, bao gồm một vòng Thiazolidine (A) kết nối với một vòng β-lactam (B) gắn liền với một chuỗi mạch nhánh (R)

Hình 1.3- Cấu trúc của penicillin và sản phẩm của sự thủy phân

Trung tâm của chính penicillin được qui định cấu trúc chủ yếu cho hoạt động sinh học : sự vận chuyển trao đổi chất và biến đổi hóa học của sự phân chia này của phân tử là nguyên nhân làm mất hết các hoạt động kháng khuẩn đặc trưng, tất cả các phản ứng nhằm làm hỏng cấu trúc không gian của ba nguyên tử carbon không đối xứng, hoặc mở vòng betalactam, hoặc vòng thiazolidin đều là mất tính kháng khuẩn của penicillin Mạch nhánh (R) quyết định nhiều đặc tính kháng khuẩn và dược lý của một loại riêng penicillin, có lẽ dây ngang R càng dài thì khả năng kháng khuẩn giảm

Bảng 1.1 Tên các penicillin khi gắn các mạch nhánh khác nhau

Mạch nhánh Tên không độc

CH COOR

Carbenicillin (R = H) Carbenicillin indanyl (R = 5-indanol)

S

CH COOH

CH NHCO N

NH 2

Ampicillin (R = H) Amoxicillin (R = OH)

CH NHCO N

N O

O

C 2 H 5

Piperacillin

1.2.2.2 Hoạt tính kháng khuẩn [7,12]

Penicillin ức chế tổng hợp một số axít amin có trong thành phần mucopeptit của thành tế bào và ức chế tổng hợp các hợp chất polime trong thành phần tế bào khuẩn, mà không ảnh hưởng đến các thành phần polysacarit, lipit và protein Penicillin rất hữu hiệu trong các giai đoạn khuẩn đang tăng trưởng

Quá trình tổng hợp thành tế bào là một chuỗi phản ứng sinh hóa với sự tham gia của nhiều men Do cấu hình lập thể giống nhau giữa penicillin và một tiền thể của thành tế bào, penicillin tranh chấp men transpeptidaza của tiền thể và do đó không còn men để tham gia quá trình sinh hóa nữa Hơn nữa các tiền thể khi tích lũy ở nguyên sinh chất sẽ tạo nên áp lực thẩm thấu lớn làm vỡ tế bào vi khuẩn

Hình 1.4- Cơ chế tổng hợp mucopeptit của thành tế bào vi khuẩn

và vị trí tác động của penicillin (theo Stromininger – 1965)

UTP UDP ⎯ NưAxG

NưAxGư1ưp

CH2⎯CH⎯CO2H

⏐ OPO2H UDP ⎯ NưAxMur

4 giai đoạn liên kết axít amin UDP ⎯ NưAxMurưpentapeptit

1ưPhotpholipit 2ưUDP NưAxG DisacaritưPentapeptit

Pentaglixin hoạt hóa DisacaritưPentapeptitưPentaglixin

Mucopeptit + Dưalamin

Chuỗi Mucopeptit (thể nhận)

Vị trí tác động của penicillin

Hình 1.5- Cơ chế tranh chấp men transpeptidaza của penicillin

C N

S RCONH

RCONH

Penicillin đều có tác dụng vào các khuẩn gram dương, tác dụng yếu với khuẩn gram âm, còn các khuẩn khác thay đổi theo từng chất Sở dĩ penicillin chỉ tác dụng với các vi khuẩn gram dương mà ít có tác dụng với các vi khuẩn gram âm cũng là do phụ thuộc vào tỷ lệ các thành phần polysacarit, lipit và protein của tế bào khuẩn và vì vỏ tế bào của chúng có bọc phospholipid Thành tế bào

vi khuẩn gram dương chứa 11 – 20% đường amin, còn thành tế bào vi khuẩn gram âm chỉ chứa 0 – 5% (Holloway, 1992)

Hình 1.6- Mô hình cấu trúc vỏ khuẩn gram dương và gram âm

Lờn penicillin do plasmid và do đột biến : tiết penicillinaz của khuẩn là mất tác dụng của penicillin Trong những năm gần đây, đã phát minh ra chất kháng betalacatamaz như clavulanic axít, sulbactam, tazobactam,… bảo toàn hoạt tính của penicillin và caphlosporin; lờn thuốc loại nhiễm thể : vi khuẩn đã thay đổi cơ chế tổng hợp mucopeptid làm cho penicillin không còn tác dụng nữa; Lờn thuốc chéo giữa các penicillin hoặc cephalosprin

Thành tế bào người và động vật không có cấu tạo như thành tế bào vi khuẩn (không có mucopeptit với axít muracic) do đó ngay ở nồng độ cao, penicillin cũng không độc đối với người và động vật Một số biến chứng khác khi dùng penicillin là do các nguyên nhân khác

1.2.2.3 Đặc điểm sản xuất [5,7]

Nhiều penicillin tự nhiên có thể được tạo ra lệ thuộc vào sự kết hợp hóa học của phương cách lên men sử dụng để cấy penicillin Penicillin G (benzylpenicillin) hay penicillin V, thường dùng dưới dạng muối natri Có thể tổng hợp được, nhưng trong công nghiệp người ta vẫn lấy từ muối cấy penicillium notatum Penicillin G (benzyl penicillin) có hoạt động kháng khuẩn tuyệt vời nhất của nhóm này và là penicillin tự nhiên duy nhất dùng vào việc chữa bệnh Kháng tập trung vào các khuẩn gram dương, tuy nhiên không có hoạt tính kìm hãm β-lactamas Hiện nay con đường kinh tế hơn cả và được triển khai trong sản xuất lớn lại là chỉ lên men trực tiếp thu penicillin G ( hoặc penicillin V) làm nguyên liệu, để từ đó tổng hợp ra các penicillin bán tổng hợp khác Ngoài

ra, bằng con đường bán tổng hợp từ penicillin G ( hoặc penicillin V), có thể sản xuất ra một số dẫn xuất β-lactam có giá trị cao như các cephalosprin bán tổng hợp hay các penicillin có hoạt tính kìm hãm β-lactamas, men penicillinaza do một số tụ cầu tiết ra

1.2.3 Các penicillin tổng hợp [5,7,8]

Việc phân lập được 6-aminopenicillanic axít có thể dễ dàng tạo ra được nhiều chế phẩm penicillin bán tổng hợp khác nhau bằng cách gắn vào nhân cơ bản này những chuỗi ngang khác nhau, thường bằng hai con đường : acyl hóa trực tiếp 6-aminopenicillanic axít theo phương pháp hóa học hay sử dụng enzym acylaza vi khuẩn Tuy nhiên, enzym acylaza thường thể hiện đồng thời cả hai hoạt tính synthetaza va hydrolaza, thay đổi phụ thuộc vào điều kiện phản ứng, nên cở sở công đoạn này người ta lại áp dụng phổ biến con đường acyl hoá trực tiếp theo phương pháp tổng hợp hoá học

Tiêu biểu có ba nhóm :

1/ Các penicillin tổng hợp kháng được với men penicillinaza : đây là nhóm quan trọng nhất, chuỗi ngang của một số penicillin tổng hợp bảo vệ vòng β-lactam chống lại tác động của penicillinaza, một số chất kháng sinh của nhóm này: methicillin, oxacillin, cloxacillin

2/ Các chất đồng đẳng tổng hợp của penicillin V : Các penicillin tổng hợp này cũng không hơn gì penicillin V (oracillin) Tuy có cho nồng độ trong máu cao hơn nhưng hoạt tính chống vi khuẩn với cùng một nồng độ nhất định thì thường kém hơn penicillin G Thường chỉ dùng trong nhiễm khuẩn gram dương nhẹ hoặc vừa và trong phòng thấp khớp cấp, viêm cầu thận do nhiễm liên cầu khuẩn, không có tác dụng trên các chủng tiết ra penicillinaza

3/ Penicillin phổ rộng : Ampicillin, tác dụng trên cầu khuẩn gram dương và một số trực khuẩn gram âm Samonella, Shigella, trực khuẩn coli, proeus Không có tác dụng trên vi khuẩn tiết ra penicillinaza và trực khuẩn mủ xanh Một số dẫn chất : melampicillin, privampicillin, amoxicillin

* Ghi chú :

- Đơn vị sinh học : các penicillin thiên nhiên được định chuẩn bằng đơn

vị sinh học, ký hiệu là U (unité) hay U.I (Unité internationale)

1 U tương ứng với 0,560 mcg penicillin G

1.2.4.1 Cấu trúc hóa học [12]

Cephalosporin C bao gồm một chuỗi nhánh nhận được từ aminoadipic axít, mà nó được làm đặc lại với một hệ vòng dihydrothizin β-lactam (7-aminocephalosporanic axít) Các hợp chất 7-aminocephalosporanic axít được ổn định tương đối trong axít loãng và kháng cao với penicillnase bất chấp tính tự nhiên của các chuỗi nhánh của chúng và ái lực của chúng cho enzym này

D-α-Cephalosporin C có thể bị thủy phân bởi axít tạo ra 7- aminocephalosporanic axít Hợp chất này được làm thay đổi tiếp theo bằng cách thêm vào các chuỗi nhánh để tạo cả họ kháng sinh Cephalosporin, thể hiện đó là sự thay đổi tại vị trí 7 của vòng β-lactam được gắn liền với sự thay đổi trong hoạt động kháng khuẩn và sự thay đổi tại vị trí 3 của vòng dihydrothiazin được gắn liền với sự thay đổi trong sự trao đổi chất và các đặc tính dược động lực của thuốc này

Các cephamycin tương tự như các cephalosporin, nhưng có một nhóm methoxy tại vị trí 7 của vòng β-lactam của nhân 7-aminocephalosporanic axít Cấu trúc phân tử biểu diễn cephalosporin và cephamycin được thể hiện ở Bảng 1.2

Bảng 1.2 Tên các cephalosporin khi gắn các mạch nhánh khác nhau [12]

N S

COO

-R2

H N C

R1

O O

7 4 1

CH2OC

CH3O

Thế hệ thứ hai

CH

NH2

CH OH

S

C C

H2NC HOOC O

H2C

CH2S

CH2COOH

⎯

- u Cefoxitin là Cephamycin : có nhóm –OCH3 tại

vị trí 7 của nhân Cepha

- v Cefuroxime axetil là ester acetyloxyethyl của cefuroxime

- uu Loracarbef là Carbacephem có một C thay S

ở vị trí 1 của nhân

H2N

C N OCH N

S

H2N

C N OCH N

S

H2N

C N OCH

N

S

H2N

C N OCH

–COOCH(CH3) - OCOOCH(CH3)2

tại ví trí 4 của nhân

C N OC(C

H2C+N

H3C

⎯

1.2.4.2 Hoạt tính kháng khuẩn [10]

Các cephalosporin và cephamycin ngăn cản sự tổng hợp màng tế bào vi khuẩn bằng cách khóa các enzym transpeptidaz và carboxypeptidaz Điều quan trọng là cephalosporin phải thấm qua lớp vỏ ngoài để kết dính với protein chuyên biệt ở màng bào tương rồi từ đó mới phát huy tác dụng Các receptor betalactam binding protein thay đổi theo từng chủng khuẩn Khả năng diệt khuẩn của cephalosporin phụ thuộc vào ái lực với các receptor này

Ở thời điểm khuẩn chuẩn bị phân bào, tốc độ tổng hợp murein của vỏ tế bào khuẩn lên cao độ Đó là lúc cephalosporin phát huy tác dụng Nếu khuẩn ở tình trạng trì trệ và không cần tổng hợp thêm murein, cephalosporin không có dịp phát huy tác dụng

Tuy nhiên mức độ kháng khuẩn của các cephalosporin được thể hiện theo sự phân loại các thế hệ của chúng :

i Cephalosporin I :

Tác dụng với khuẩn gram dương, gần giống với penicillin G Vì thế người

ta thường dùng cephalosporin I khi bệnh nhân không dung nạp penicillin Tiếc rằng cephalosporin I đắt hơn nhiều

Trị nhiễm Klebsiella nặng (IV) – Gây viêm phổi

Một số chất tiêu biểu : Cefadroxil (Oracefal), Cefalexin (Keflex), Cefalothin (Keflin),…

ii Cephalosporin II :

Nhóm Cefuroxin : chúng có tác dụng với khuẩn gram dương như Cephalosporin I nhưng hoạt tính mạnh hơn với khuẩn gram âm : E Coli, K pneumoniae, P mirabilis,… không trị được Pseudomonas

Nhóm Cefoxitn : Hoạt tính kém với khuẩn gram dương và âm kỵ khí, nhưng tốt với bacterides

Một số chất tiêu biểu : Cefaclo (Ceclor), Cefamandol (Mandol), Cefuroxim (Zinnat)

iii Cephalosporin III :

Nhóm Moxalactam : trị Pseudomonas yếu; mạnh với khuẩn gram âm nhưng yếu với khuẩn gram dương

Do thấm vào dịch não tủy nên tất cả Cefalosporin thế hệ thứ 3 (trừ Cefoperazon và Cefixim) là thuốc tốt nhất trị viêm màng não do Meningococci, Pneumococci, H influenza

Trị nhiễm khuẩn nguồn gốc không rõ

Trị nhiễm khuẩn đề kháng Cephalosporin thế hệ thứ 1, 2

Trị liệu khởi đầu các nhiễm khuẩn hỗn hợp

Điều trị theo kinh nghiệm các nhiễm trùng đe dọa tính mạng do các vi khuẩn đề kháng

Một số chất tiêu biểu : Cetriaxon (Rocephin), Cefotaxim (Claforan), Cefoperazon (Cefobis),…

iv Cephalosporin IV :

Mạnh hơn cephalosporin III, với các khuẩn gram dương, gram âm, tràng cầu và Pseudomonas aeruginosa; đặc biệt trị được các khuẩn lờn cephalosporin khác

Một số chất tiêu biểu : chỉ mới có hai chất là cefepim và cefpirom

* Ghi chú : Hiện có nhiều cephalosporin, chúng tôi chỉ đề cập một số chất thông dụng, còn lại xếp vào “chất tương tự”

1.2.5 Một số chất kháng sinh khác thuộc họ β-lactam [12]

Các tác nhân với cấu trúc vòng β-lactam, nhưng không là penicillin cũng không là cephalosporin

Tiêu biểu là các Carbapenem

1/ Imipenem

Là tác nhân hoạt động nhất trong ống nghiệm kháng được rộng số loài vi khuẩn, bao gồm các vi sinh vật hiếu khí và kỵ khí Kết hợp với cilastatin, ngăn cản sự thối hóa mô bởi dipeptidas của ống thận Cấu trúc phân tử hình 1.7

Hình 1.7- Cấ u trúc phân tử Imipenem

N O

COOH

SCH2CH2NHCH NH

Cơ chế tác dụng : như các kháng sinh khác thuộc họ β-lactam, nó chặn đứng quá trình tổng hợp thành tế bào vi khuẩn và dẫn đến làm chết các vi sinh vật mẫn cảm Nó kháng lại sự thủy phân bởi hầu hết các β-lactamas

2/ Meropenem :

Là dimethlcarbamoyl pyrolidimyl dẫn xuất của thienamycin Không cần kết hợp với cilastatin, hoạt động trong ống nghiệm tương tự như Imipenem, với hoạt động kháng vài Pseud, aeruginosa kháng imipenem, nhưng ít hoạt động kháng cầu khuẩn gram dương Thực nghiệm điều trị với meropenem có hạn

C N

N

CH3

C HOOC

1.2.6 Một số phương pháp kiểm tra và định lượng các chất kháng sinh thuộc họ β-lactam (chủ yếu là các penicillin) [5]

Để kiểm tra và định lượng các chất kháng sinh thuộc họ β-lactam có thể áp dụng nhiều phương pháp khác nhau, trong đó một số phương pháp thường được sử dụng là:

a Phương pháp kiểm định sinh học : đây là phương pháp được áp dụng sớm

nhất để định tính và định lượng các hợp chất kháng sinh thuộc nhóm penicillin

Cơ sở của phương pháp này là dựa vào khả năng ức chế sự phát triển lên các chủng vi sinh vật nhạy cảm với penicillin, thường sử dụng là các chủ vi khuẩn Gram dương Để nhận biết định tính penicillin có thể sử dụng một trong các phương pháp là: cấy vuông góc trên mặt thạch, phương pháp đặt cột thạch đã cấy vi sinh vật kiểm tra hay phương pháp đặt giấy lọc đã thấm vi sinh vật kiểm tra lên trên hộp thạch nuôi vi sinh vật chỉ thị

Để định lượng, người ta thường áp dụng phương pháp đục lỗ trên thạch hay phương pháp khoanh giấy lọc và xác định kết quả bằng sử dụng thang so sánh dung dịch chuẩn, theo vòng kìm hãm tương đương Ưu điểm lớn của phương pháp này là thao tác đơn giản và cho hiệu quả tác dụng trực tiếp (hoạt tính kháng khuẩn biểu hiện ngay qua kích thước vòng kháng khuẩn) Tuy nhiên, phương pháp này tốn thời gian và sức lao động thủ công

b Phương pháp đo phổ hấp phụ:

Thường áp dụng bốn phương pháp sau cho các penicillin :

- Phương pháp iot: hoạt động dựa trên cơ sở axit penicillinanic tạo thành khi thủy phân penicillin bằng dung dịch kiềm hay nhờ enzym penicillinhydolaza, sẽ phản ứng với I- Lượng iot dư trong môi trường được xác định qua phổ hấp thụ cực đại của phức iot-tinh bột, đo ở bước sóng 620nm Phương pháp này dễ thực hiện, do nhu cầu về hoá chất và thiết bị đơn giản, song thường xuất hiện sai số vì

nhiều cấu tử khác trong môi trường cũng có khả năng phản ứng với I- ( hiện phương pháp này thường được áp dụng để hiện màu bản sắc ký giấy)

- Phương pháp axit cloroplatinic (có màu rượu vang đỏ) : dựa trên cơ sở axit penicillanic có khả năng phản ứng với thuốc thử cloroplatinic tạo ra sản phẩm không màu Tuy nhiên, thuốc thử cloroplatinic phản ứng đồng thời cả với các axit amin chứa lưu huỳnh Vì vậy, phương pháp này thường chỉ được sử dụng để hiện màu vòng penicillin quanh khuẩn lạc khi phân lập và tuyển chọn sơ bộ

- Phương pháp hydroxylamin: dựa trên cơ sở hydroxylamin dễ dàng phản ứng với penicillin để tạo thành axit hydroxylamic, axit này sẽ tạo phức bền với ion sắt và có thể trích ly được phức này bằng butanol Tuy nhiên, hydroxylamin cũng phản ứng cả với các hợp chất hữu cơ chứa nhóm chức – COOH khác trong môi trường

- Phương pháp thủy ngân – imidazol : dựa trên cơ sở imidazol phản ứng với penicillin làm mở vòng β-lactam và vòng thiazolidin, sản phẩm tạo thành sau khi đã mở vòng sẽ phản ứng với Hg+ tạo thành phức penicillianic-mercaptit thủy ngân, có phổ hấp thụ cực đại ở sóng 235-245nm

c Phương pháp sắc ký lỏng cao áp (HPLC) : sử dụng cột trao đổi ion để tách

mẫu và đo trực tiếp phổ hấp phụ tử ngoại Đây là phương pháp có độ chọn lọc cao, nhanh và chính xác nhất so với tất cả các phương pháp nêu trên Bên cạnh đó, phương pháp này còn cho phép xác định đồng thời nhiều thành phần khác nhau có trong mẫu phân tích Chính nhờ ưu điểm này, phương pháp HPLC được áp dụng để định lượng các chất kháng sinh họ β-lactam trong hầu hết các cơ sở công nghiệp

d Phương pháp enzym: là phương pháp mới được hoàn thiện trong thời gian

gần đây Phương pháp này thường sử dụng màng enzym penicillinaza cố định kết