Antibiotikum

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von altgriechisch: anti (αντί) - gegen, bios (βίος) - Leben

Abkürzung: AB
Englisch: antibiotic

Definition

Antibiotika, kurz AB, sind Substanzen, die einen hemmenden Einfluss auf den Stoffwechsel von Mikroorganismen haben und so deren Vermehrung oder Weiterleben unterbinden.

In der Regel werden Antibiotika als Arzneistoffe zur lokalen oder systemischen Therapie bakterieller Infektionskrankheiten definiert. Einige Substanzklassen kommen auch als Immunsuppressiva oder Zytostatika zum Einsatz.

Nomenklatur

Der Begriff "Antibiotikum" hat seit der Einführung zahlreiche Bedeutungsänderungen erfahren. Ursprünglich wurde er nur für niedermolekulare Substanzen verwendet, die von Mikroorganismen selbst synthetisiert wurden.

Zähner (1965) definiert Antibiotika in der Biologie als Substanzen biogenen Ursprungs, die eine selektive Toxizität gegenüber anderen Organismen (bzw. deren Zellen) aufweisen. Dieser Definition nach sind etliche weitere Toxine höherer Organismen ebenfalls als Antibiotika zu betrachten (z.B. Ricin, Colchicin).^[1]

Im engeren Sinn gehören zu den Antibiotika nur solche Stoffe, die spezifisch gegen Prokaryoten wirken. Die Archaea sind ausgeschlossen, da aus dieser Domäne keine Pathogene bekannt sind und sie darüber hinaus strukturelle und physiologische Unterschiede zu den Bakterien aufzeigen. Für Infektionen mit anderen Mikroorganismen existieren, auch begrifflich, abgegrenzte Wirkstoffgruppen: Virostatika bei Viren, Antimykotika bei Pilzen, Antiprotozoika bei Protozoen und Anthelminthika bei Würmern. Sie gehören zusammen mit den Antibiotika der Gruppe der Antiinfektiva an.^[2] Zwischen diesen Wirkstoffgruppen gibt es jedoch Überschneidungen.

Im weiteren Sinne wird der Begriff "Antibiotikum" für alle Substanzen verwendet, die gegen Mikroorganismen jedweder Form (Bakterien, Pilze und Protozoen) wirksam sind, unabhängig davon, ob sie hoch- oder niedermolekular, natürlicher oder synthetischer Herkunft sind. Als neuer Sammelbegriff wurde für diese Bedeutung der Name Antiinfektivum eingeführt, der jedoch wenig gebräuchlich ist.

Herkunft

Antibiotika werden als natürliche Sekundärmetabolite von Bakterien, Pilzen und höheren Organismen (z.B. Pflanzen, Amphibien, Manteltieren) gebildet. Sie dienen zum Beispiel der Abwehr von Infektionen oder schalten direkte Konkurenten im Ressourcenwettbewerb aus. Zur Arzneimitteltherapie verwendet man Substanzen, die entweder vollsynthetisch, teilsynthetisch oder biotechnologisch gewonnen werden.

Sie werden meist von Pilzen oder Bakterien produziert, deren Antibiotikaproduktion und -spektrum durch Modifizierungen im Vergleich zu den Wildstämmen gesteigert wurde. Dies wurde durch Manipulationen auf allen Ebenen der Genexpression möglich (DNA, RNA, Protein, Metabolit).^[3]

Einteilung

Antibiotika lassen sich nach verschiedenen Gesichtspunkten unterteilen:

...nach chemischer Struktur

Aminocumarine
Aminoglykosid-Antibiotika (Aminoglykoside)
Beta-Laktam-Antibiotika (β-Laktame)
Chinolon-Antibiotika (Chinolone)
Diaminopyrimidine (Trimethoprim)
Glykopeptid-Antibiotika (Glykopeptide)
Lincosamid-Antibiotika (Lincosamide)
Lipopeptid-Antibiotika (Lipopeptide)
Makrolid-Antibiotika (Makrolide)
Ketolid-Antibiotika (Ketolide)
Nitroimidazol-Derivate (Nitroimidazole)
Polypeptid-Antibiotika (Polypeptide)
Oxazolidinon-Antibiotika (Oxazolidinone)
Sulfonamid-Antibiotika (Sulfonamide)
Streptogramin-Antibiotika (Streptogramine)
Tetrazyklin-Antibiotika (Tetrazykline)
Weitere

...nach Wirksamkeit

Bakteriostatische Antibiotika hemmen das Wachstum bzw. die Vermehrung von Bakterien, töten diese aber nicht.
Bakterizide Antibiotika hemmen das Wachstum und töten außerdem die Erreger ab. Hierbei unterscheidet man weiter:
- Primäre bzw. absolute Bakterizide, die gegen ruhende und proliferierende Bakterien wirksam sind
- Sekundäre bzw. degenerative Bakterizide, die nur gegen proliferierende Bakterien wirksam sind

... nach Wirkort bzw. Mechanismus

Die Antibiotika können nach ihrem Angriffspunkt bzw. Wirkmechanismus in folgende Gruppen eingeteilt werden:

Hemmung der Zellwandsynthese
- Beta-Laktam-Antibiotika (β-Laktame)
- Glykopeptid-Antibiotika
Interferenz mit der bakteriellen DNA bzw. RNA
Hemmung der bakteriellen Proteinbiosynthese
Interferenz mit der Tetrahydrofolsäure-Synthese
- Sulfonamide
- Trimethoprim

Antituberkulotika

Die chemisch unterschiedlich zusammengesetzten Antibiotika zur Behandlung der Tuberkulose werden auch zur Gruppe der Antituberkulotika zusammengefasst. Sie sind vor allem gegen Bakterien der Gattung Mycobacterium, die Auslöser der Tuberkulose, gerichtet.

Übersicht der Antibiotikagruppen

Die folgende Tabelle gibt einen Überblick der wichtigsten Antibiotikagruppen mit Beispielen, Wirkspektrum und Anwendungsart (o = oral, p = parenteral).^[4]

Gruppe	Beispiele	p/o	Wirkspektrum
Penicilline
Penicilline	Benzylpenicillin (= Penicillin G) Phenoxymethylpenicillin	p/o	Wirksam gegen Streptokokken inkl. Pneumokokken
Aminopenicilline	Amoxicillin	o	Penicillin-Wirkspektrum Wirksam gegen Enterokokken und einige wenige gramnegative Erreger ohne Betalaktamase-Produktion Nicht wirksam gegen Staphylokokken und Anaerobier mit Betalaktamase-Produktion
Aminopenicilline	Ampicillin	p/o
Aminopenicilline / Betalaktamase-Inhibitoren	Amoxillin / Clavulansäure	p/o	Penicillin-Wirkspektrum Wirksam gegen Enterokokken und einige gramnegative Erreger mit Betalaktamase-Produktion
Aminopenicilline / Betalaktamase-Inhibitoren	Ampicillin / Sulbactam	p/o
Acylaminopenicilline	Azlocillin	p	Wirksam im grampositiven Bereich inkl. Enterokokken Nicht wirksam gegen Betalaktamaseproduzierende Staphylokokken Wirksam gegen gramnegative Erreger ohne Betalaktamase-Produktion Unterschiedliche Aktivität gegen Pseudomonaden
	Mezlocillin	p
	Piperacillin	p
Acylaminopenicilline / Betalaktamase-Inhibitoren	Piperacillin / Tazobactam	p	Wirksam im grampositiven Bereich inkl. Enterokokken Wirksam gegen einige gramnegative Erreger mit Betalaktamase-Produktion Aktivität gegen Pseudomonaden
Acylaminopenicilline / Betalaktamase-Inhibitoren	Piperacillin / Sulbactam	p
Isoxazolylpenicilline	Dicloxacillin	o	Wirksam gegen grampositive Erreger mit Betalaktamase-Produktion (Staphylokokken-Penicilline)
	Flucloxacillin	p/o
	Oxacillin	p/o
Cephalosporine
Gruppe 1	Cefazolin	p	Wirksam gegen grampositive und einige wenige gramnegative Bakterien Stabil gegenüber Penicillinasen aus Staphylokokken Instabil gegenüber Betalaktamasen gramnegativer Bakterien
	Cefalexin	o
	Cefadroxil	o
	Cefaclor	o
Gruppe 2	Cefuroxim	p/o	Gut wirksam gegen grampositive und gramnegative Bakterien Stabil gegenüber Penicillasen aus Staphylokokken und den meisten Betalaktamasen gramnegativer Bakterien
Gruppe 3a	Cefotaxim	p/o	Deutlich besser wirksam als Gruppe 1 und 2 gegen gramnegative Bakterien Stabil gegenüber zahlreichen Betalaktamasen gramnegativer Bakterien Schwächer wirksam gegen einige grampositive Bakterien Unwirksam gegen Enterokokken, gegen Staphylokokken schwach wirksam
	Ceftriaxon	p
	Ceftibuten	o
	Cefixim	o
Gruppe 3b	Ceftazidim	p	Wirkungsspektrum wie Cephalosporine Gruppe 3a Zusätzlich gute Wirksamkeit gegen Pseudomonaden
Gruppe 3b	Cefepim	p
Carbapeneme
	Imipenem / Cilastatin	p	Breites Wirkspektrum im grampositiven und gramnegativen Bereich inkl. Anaerobier
	Meropenem	p
	Ertapenem	p
	Doripenem	p
Glykopeptide
	Vancomycin	p	Wirksam gegen Streptokokken inkl. Enterokokken Wirksam gegen Staphylokokken inkl. MRSA
	Teicoplanin	p
Fluorchinolone
Gruppe 1	Norfloxacin	o	Im wesentlichen auf Harnwegsinfektionen beschränkte Indikation Wirksam im gramnegativen Bereich
Gruppe 2	Ofloxacin	p/o	Teilweise systemisch anwendbar, breite Indikation Stärker wirksam gegen gramnegative Erreger als Gruppe 1, teilweise mit Aktivität gegen Pseudomonas Begrenzt wirksam gegen Pneumokokken, Staphylokokken und "atypische" Pneumonieerreger (Chlamydien, Mykoplasmen, Legionellen)
Gruppe 2	Ciprofloxacin	p/o
Gruppe 3	Levofloxacin	p/o	Gut wirksam im gramnegativen und grampositiven Bereich inkl. Pneumokokken, Staphylokokken, Streptokokken Gute Aktivität gegen "atypische" Pneumonieerreger (Chlamydien, Mykoplasmen, Legionellen)
Gruppe 4	Moxifloxacin	o	Ähnliches antibakterielles Wirkspektrum wie Gruppe 3 mit verbesserter Aktivität gegen Anaerobier
Makrolide
Ältere Makrolide	Erythromycin	o	Wirksam gegen "atypische" Pneumonieerreger (Chlamydien, Mykoplasmen, Legionellen) Wirksam gegen Streptokokken inkl. Pneumokokken Keine ausreichende Aktivität gegen Haemophilus influenzae
Neuere Makrolide	Azithromycin	o	Wirkspektrum wie ältere Makrolide mit verbesserter Aktivität gegen Haemophilus influenzae Telithromycin wirkt auch bei Erythromycin-resistenten Pneumokokken
	Clarithromycin	o
	Roxithromycin	o
	Telithromycin	o
Aminoglykoside
	Amikacin	p	Wirksam gegen Enterobakterien Wirksam gegen Pseudomonaden (v.a. Tobramycin)
	Gentamicin	p
	Tobramycin	p
Tetracycline
	Doxycyclin	p/o	Wirksam gegen "atypische" Pneumonieerreger (Chlamydien, Mykoplasmen, Legionellen) Zunehmende Resistenz bei Pneumokokken
Diaminopyrimidine
Trimethoprim mit oder ohne Sulfonamid	Trimethoprim ebenso wirksam wie Cotrimoxazol (hier evtl. Nebenwirkung durch den Sulfonamidanteil)	o	Wirksam gegen verschiedene grampositive und gramnegative Bakterien Wirksam bei eitriger Bronchitis, Reisediarrhö, Pneumocystis jiroveci Bei Harnwegsinfektionen Resistenzen

Resistenzen

Ein wichtiger Aspekt für den Einsatz von Antibiotika ist die Antibiotikaresistenz. Durch verschiedene Anpassungsprozesse gelingt es Mikroorganismen, eine Widerstandsfähigkeit gegenüber Antibiotika aufzubauen, die dann zu einem Wirkverlust dieser Substanzen führt. Diese können z.B. strukturelle Änderungen der durch Antibiotika angegriffenen Zellkomponenten, die Entwicklung von Antibiotika-spaltenden Enzymen (Beta-Laktamase) oder die Umgehung der angegriffenen Stoffwechselschritte (Bypass) sein. Eine wichtige Rolle bei der Verbreitung von Resistenzen spielt der horizontale Gentransfer, bei dem Resistenzgene zwischen Bakterien gleicher oder unterschiedlicher Art untereinander weitergegeben werden.

Resistenzen können sich gegenüber mehreren Antibiotikaklassen gleichzeitig entwickeln - man spricht dann von Multiresistenz. In manchen Fällen können Infektionen nicht mehr mit den üblicherweise eingesetzten Wirkstoffen behandelt werden und erfordern den Einsatz sogenannnter Reserveantibiotika.

Wechselwirkungen

Wichtige Beispiele zu Interaktionen von Antibiotika mit anderen Arzneimitteln und deren Folgen sind in der folgenden Tabelle dargestellt.^[5]

Antibiotika	Komedikation	Folge
Penicilline	Saure Pharmaka, z.B. Probenecid, Salicylate, Indometacin, Sulfinpyrazon, Phenylbutazon	Verminderung der tubulären Penicillin-Sekretion, erhöhte Krampfneigung bei hoher Dosierung
Cephalosporine	Nephrotoxische Substanzen, z.B. Aminoglykoside	Verstärkung der Nephrotoxizität, vor allem bei eingeschränkter Nierenfunktion
Fluorchinolone Ciprofloxacin, Levofloxacin, Moxifloxacin	Nichtsteroidale Antiphlogistika	Erhöhte Krampfneigung
	Mineralische Antazida, H2-Rezeptor-Antagonisten	Verminderung der Resorption von allen Chinolonen mit Wirkungsverlust
	Warfarin	Verstärkung der Warfarin-Wirkung. Manche Fluorchinolone hemmen die hepatische Elimination der R-Form des Warfarins.
	Substanzen, die das QT-Intervall verlängern (Terfenadin)	Gesteigertes Risiko ventrikulärer Arrythmien, besonders Torsades de pointes
Makrolide	Theophyllin	Gefahr einer Theophyllin-Intoxikation durch reduzierten Theophyllin-Metabolismus
	Mutterkornalkaloide	Gefahr eines Ergotismus durch kompetitive Hemmung des hepatischen Abbaus der Mutterkornalkaloide
	Carbamazepin	Gefahr von Carbamazepin-Überdosierungserscheinungen (z.B. Übelkeit, Erbrechen) durch herabgesetzte Carbamazepin-Metabolisierung
	Ciclosporin A	Erhöhte Nephrotoxizität durch reduzierten Metabolismus von Ciclosporin
	Statine (besonders Simvastatin, Lovastatin und Atorvastatin)	Rhabdomyolyse
	Warfarin	Verstärkte Blutungsgefahr durch reduzierte Warfarin-Metabolisierung
	Substanzen, die das QT-Intervall verlängern (Terfenadin)	Gesteigertes Risiko ventrikulärer Arrythmien, besonders Torsades de pointes
	Proteaseinhibitoren und nichtnukleosidische Hemmstoffe der reversen Transkriptase	Verstärkung der Nebenwirkungen
Tetracycline (Doxycyclin)	Barbiturate, Phenytoin, Carbamazepin	Beschleunigter Tetracyclin-Abbau durch Enzyminduktion
	Substanzen mit hoher Proteinbindung, z.B. Sulfonylharnstoffe, Cumarin-Analoga (z.B. Phenprocoumon)	Wirkungsverstärkung von stark proteingebundenen Substanzen. Das etwa zu 95% an Plasmaproteine gebundene Doxycyclin verdrängt diese Komedikamente aus ihrer Proteinbindung.
	Carbamazepin	Gefahr von Carbamazepin-Überdosierungserscheinungen (z.B. Übelkeit, Erbrechen) durch herabgesetzte Carbamazepin-Metabolisierung
	Ciclosporin	Erhöhte Nephrotoxizität durch reduzierten Metabolismus von Ciclosporin
	Phenprocoumon, Warfarin	Verstärkte Blutungsgefahr durch reduzierte Metabolisierung
Glycylcycline (Tigecyclin)	Orale Antikoagulanzien (Warfarin)	Gelegentlich erhöhte INR-Werte
Linezolid	MAO-Hemmer (Moclobemid)	Blutdruckanstieg, Serotonin-Syndrom
Daptomycin	Mit Myopathie assoziierte Arzneimittel (Statine)	Erhöhte CPK-Werte, Rhabdomyolyse
Lincosamide	Nicht-depolarisierende Muskelrelaxanzien	Verstärkte neuromuskuläre Blockade mit Atemdepression
Glykopeptide	Nephro- oder ototoxische Pharmaka, z.B. Aminoglykoside, Amphotericin B, Ciclosporin, Cisplatin, Schleifendiuretika	Gesteigertes Risiko von Nieren- und/oder Gehörschäden
Aminoglykoside	Nicht depolarisierende Muskelrelaxanzien	Begünstigung/ Auslösung/ Potenzierung einer neuromuskulären Blockade
Aminoglykoside	Nephro- oder ototoxische Pharmaka, z.B. Vancomycin, Colistin, Amphotericin B, Ciclosporin, Cisplatin, Schleifendiuretika	Gesteigertes Risiko von Nieren- und/oder Gehörschäden
Rifampicin	Substrate des Cytochrom-P450-Systems und der P-Glykoproteine	Durch Induktion erhöhte Clearance der Arzneimittel und dadurch reduzierte Wirkung

Labormedizin

Material

Für die Untersuchung des Wirkspiegels eines Antibiotikums benötigt man in der Regel Serum.

Hinweise

Die Bestimmung der Wirkspiegel ist nur in ausgewählten Fällen indiziert. Da stark schwankende Angaben zu therapeutischen und toxischen Bereichen existieren, sind die Angaben auf dem jeweiligen Befund maßgeblich.

Der Wirkspiegel folgender Antibiotika kann bestimmt werden:^[6]

Amikacin
Amoxicillin
Amphotericin B
Ampicillin
Aztreonam
Benzylpenicillin
Ceftazidim
Cephalosporine (Untersuchung diverser Präparate möglich, ggf. Rücksprache)
Chloramphenicol
Ciprofloxacin
Doxycyclin
Ethambutol
Flucytosin
Gentamycin
Griseofulvin
Isoniazid (INH)
Mefloquin
Metronidazol
Miconazol
Netilmycin
Ofloxacin
Oxacillin
Phenoxymethylpenicillin
Piperacillin
Protionamid
Pyrazinamid
Rifampicin
Sulfamethoxazol
Teicoplanin
Tetracyclin
Tobramycin
Trimethoprim
Vancomycin

Quellen

↑ Dingermann et al.: Pharmazeutische Biologie - Molekulare Grundlagen und klinische Anwendung, Springer Verlag, Frankfurt und München 2002.
↑ Thomas Herdegen: Kurzlehrbuch der Pharmakologie und Toxikologie. 2. Auflage, 2010. Thieme Verlag
↑ Sahm H., Antranikian G., Stahmann KP, Takors R.: Industrielle Mikrobiologie. Auflage 2013, Springer Spektrum
↑ F. Vogel, G. Herold: Innere Medizin - Eine vorlesungsorientierte Darstellung (2012, DocCheck Load)
↑ Klaus-Friedrich Bodmann, Béatrice Grabein und die Expertenkommission der Paul-Ehrlich-Gesellschaft für Chemotherapie e.V.: Empfehlungen zur kalkulierten parenteralen Initialtherapie bakterieller Erkrankungen bei Erwachsenen (Chemother J 2010;19:179–255)
↑ Laborlexikon.de; abgerufen am 03.02.2021

[1] Dingermann et al.: Pharmazeutische Biologie - Molekulare Grundlagen und klinische Anwendung, Springer Verlag, Frankfurt und München 2002.

[2] Thomas Herdegen: Kurzlehrbuch der Pharmakologie und Toxikologie. 2. Auflage, 2010. Thieme Verlag

[3] Sahm H., Antranikian G., Stahmann KP, Takors R.: Industrielle Mikrobiologie. Auflage 2013, Springer Spektrum

[4] F. Vogel, G. Herold: Innere Medizin - Eine vorlesungsorientierte Darstellung (2012, DocCheck Load)

[5] Klaus-Friedrich Bodmann, Béatrice Grabein und die Expertenkommission der Paul-Ehrlich-Gesellschaft für Chemotherapie e.V.: Empfehlungen zur kalkulierten parenteralen Initialtherapie bakterieller Erkrankungen bei Erwachsenen (Chemother J 2010;19:179–255)

[6] Laborlexikon.de; abgerufen am 03.02.2021

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