background image

 

 

 

                                                                                                                                                           

 L1

 

 

History 

 

1.  Early  1900s:  Paul  Erlich  -Concepts  of 

Chemotherapy  and  selective  toxicity  Salvarsan  
for Syphilis      

2.  Fleming (1928) and  Florey and Chain (1939) – 

penicillin  

3.  1935: Gehard Domagk - sulfa drugs 
4.  1944: Waksman - streptomycin 

  

 

Chemotherapy: 

 is  the  use  of  chemical  agents  (either  synthetic  or  natural)  to  destroy  infective  agents 
(microorganisms’ i.e bacteria, fungus and viruses, protozoa, and helminthes) and to inhibit the 
growth of malignant or cancerous cells.  Characterised by  selective toxicity depends on the 
existence of exploitable biochemical difference between the parasite and the host cell. 

Antimicrrobials: 

 are chemical agents (synthetic/natural) used for the treatment of infections by suppressing or 
destroying the causative microorganisms (bacteria, mycobacteria, fungi, protozoa, or viruses). 

Antibiotics:

  

are substances produced by various species of microorganisms (bacteria, fungi, actinomycetes) 
that suppress the growth of other microorganisms. 

Classification of antibacterial drugs 

1)  Agents 
ⱴ  Bacteriostatic  agents:  Agents  that  inhibit  the  growth  of  the  microorganisms  by 

producing reversible changes. This delay in the growth will give the immune system the 
chance to get rid of the microorganism. 

ⱴ  Bactericidal agents: Agents that kill the microorganism.  

(Being  a  bactericidal  or  a  bacteriostatic  agent  depends  on  the  mechanism  of  action  of  the 
antibacterial agent and on its concentration.) 

 

 

Antibiotics 


background image

 

 

2)  Spectrum 

ⱴ  Narrow spectrum: The range of activity for agents that kill the micro-organism is 

small. It affects 1-2 classes of microorganisms only. For example, Penicillin-G 
affects G+ve organisms and Neisseriae. 

ⱴ  Broad spectrum: The range of activity extends to many micro-organisms. For 

example, Tetracyclines depress G+ve, Gve, Rickettsiae and Chlamydiae. Separation 
between narrow and broad spectrum activity is not clear due to the emergence of 
many resistant strains due to the overuse of these antibiotics. Broad spectrum 
antibiotics should be restricted to treatment of specific infections caused by a few 
organisms or even a single species of organism. The property of broad specification 
should not be confused with a free license for broad-nonspecific use. 

Classification according to chemical structure 

ⱴ  Beta-lactam ( penicillins and cephalosporins) 
ⱴ  Aminoglycosides 
ⱴ  Tetracyclins 
ⱴ  Chloramphenicol 
ⱴ  Macrolids 
ⱴ  Quinolines 
ⱴ  sulfanomides 

Classification according to mode of action 

Mechanisms of antimicrobial drug action: 

1.  Inhibition of cell wall synthesis ( beta-lactams) 

Beta lactams contain β- ring which is an analogue of  
D-alanyl-D-alanine  on  peptide  side  chain  of 
peptidoglycan  à  inhibits  transpeptidase  from 
crosslinking Peptidoglycan + binds penicillin binding 
proteins à activation of autolysins 

Bacitracin, 

Vancomycin, 

Cycloserine: 

Block 

peptidoglycan synthesis  

  

 

 

 

 

 

 


background image

 

 

2. 

Cell membrane function inhibitors (polypeptides):

 

Polymxin B:   interact with phospholipids to increase permeability and decrease    osmotic 
integrity and  leakage on intracellular components 

3. Inhibition of protein synthesis (tetracycline, aminoglycosides, macrolides, 
chloramphenicol)

 

a.  Tetracyclins: reversible binding to the 30s subunit of ribosome ànd  inhibit     binding of 

aminoacyl tRNA to ribosome à inhibition of protein synthesis 

b.  Aminoglycosides: irreversible binding to the 30s subunit of ribosome  and inhibit protein 

synthesis and causes misreading of mRNA 

c.  Macrolids: reversibly binds  50s subunit of the ribosome à inhibits translocation during 

protein synthesis 

d.  Chloramphenicol:  binds  to    50s  subunit  of  the  ribosome  à  inhibits  transpeptidation 

during protein synthesis 

 

4- Inhibition of nucleic acid synthesis ( quinolines, rifampicin) 

a.  Quinolines:  inhibits DNA gyrase à inhibition of DNA  replication. 
b.  Rifampicin: inhibits DNA- dependent  RNA polymerase à inhibition of RNA synthesis 

 


background image

 

 

5. Antimetabolites ( sulfonamides, trimethoprim) 

 

a.  sulfonamides:  competes  with  p-aminobenzoic  acid  for  binding      to  the  enzyme       

dihydropteroate synthetase à no folic acid synthesis à no   nitrogenous base synthesis 

b.  Trimethoprim: dihydrofolate reductase inhibitor 

 

Using and avoiding antibacterial drugs  

Antibacterial are valuable drugs if used appropriately. They are very effective in treating 
infections if used in appropriate doses, at appropriate intervals and for the appropriate 
period of time against sensitive microorganisms. 

Anti-infective agents should be used only when: 

a.  A significant infection has been diagnosed or is strongly suspected. 
b.  An established indication for prophylactic therapy exists. 

Abuse of these agents causes superinfections, cross-sensitivity and cross resistance, resulting 
in inappropriate treatment and in consequent adverse reaction in addition to wastage of 
money. 

They should not be used in the following cases: 

1.  To treat all infections (e.g. viral infections or nonspecific inflammation). 
2.  For minor infections (e.g. superficial bruises). 
3.  For cases  need surgical  opening and draining  such as abscess 

Superinfection (suprainfection):  

Is the appearance of both microbiological and clinical evidence of a new infection with 
pathogenic microorganisms or fungi not sensitive to the used drugs during antimicrobial 
treatment of a primary disease. The body's natural resistance is compromised, making it 
more susceptible to secondary infections by more dangerous strains. 


background image

 

 

Bacterial resistance:

 

Antimicrobial agents are loosing their effectiveness because of the spread of drugresistant 
strains. Therefore, there might come a time when such agents are no longer useful to combat 
diseases. 

Mechanisms of resistance to antibiotics 

1.  Production of enzymes that inactivate the drug (eg. β -lactamase, which inactivates 

beta lactam antibiotics; acetyl transferases, which inactivate chloramphenicol; kinases 
and other enzymes, which inactivate aminoglycosides. 

2.  Alteration of the drug-binding site: this occurs with penicillins, aminoglycosides and 

erythromycin. 

3.  Reduction of drug uptake by the bacterium: eg. Tetracyclines 
4.  Alteration of enzymes: eg. Dihydrofolate reductase becomes insensitive to 

trimethoprim. 

Reasons for antibiotic resistance 

1. Misuse of antibiotics selects for resistance mutants. Misuse includes: 

a.  Using outdated, weakened antibiotics 
b.  Using antibiotics for viral infection like common cold and other inappropriate 

conditions 

c.  Use of antibiotics in animal feed 
d.  Failure to complete the prescribed regiment  

Selecting anti-infective agent: 

a.  The spectrum of activity  of the antiinfective agent: It should be active against 

the causative pathogen. This can be known by carrying the susceptibility tests or by a 
good clinical experience in treating a given syndrome that will help in suggesting a 
potential effective agent. 

b.  Patient factors: These factors play a very important role in the selection of a specific 

anti-infective agent, determination of the appropriate drug dosage and route of 
administration,...etc. Those factors include: 

1) History of drug allergy or adverse 

reactions. Anaphylaxis or reactions due to immunoglobulin E (IgE) may be life 
threatening when taking penicillins.  

2) Age: A drug’s pharmacokinetic properties vary widely in patients of different age 

groups. 

3) Underlying disease: -A pre-existing kidney and liver disease, CNS disorder. 

Neuromuscular  disorders. 

4) Immunological status: Patients with impaired immune system require a bactericidal 

agent rather than a bacteriostatic one. 

5) Pregnancy and lactation. 


background image

 

 

6) Genetic traits. 

Combination therapy in special situations 

ⱴ  Extend the antimicrobial spectrum especially in Initial empiric therapy 
ⱴ  Mixed infections or severe infections:  
ⱴ  To prevent the emergence of resistance: 

Duration of therapy: 

ⱴ  Acute cases: Treatment of acute uncomplicated infections generally should continue 

until the patient has been a febrile and asymptomatic for at least 72 hours (minimum 
5 days in most cases). Other cases as in Strep. throat (Streptococcal pharyngitis) 
should be treated for 7-10 days. Some infections require a proof of eradication by 
culture. 

ⱴ  Chronic cases: Treatment of chronic infections (e.g., endocarditis, osteomyelitis) may 

require a longer duration (4 to 6weeks), with a follow-up culture analysis afterwards. 

Cell wall inhibitors: 

Beta lactams (penicillins  and cephalosporins) 

ⱴ  Penicillins: 

Chemical structure: 

Three components: A thiazolidine ring, the β-lactam ring (responsible for their activity), and a 
side chain   (determines in large part to antibacterial spectrum and pharmacologic properties 
of a particular penicillin) 

 

Classification of Penicillins 

ⱴ  Natural Penicillins 
-  Penicillin G (benzylpenicillin)                        
-  Penicillin G benzathine, 
-  phenoxymethyl penicillin) 

  

ⱴ  Penicillinase-Resistant Penicillins 

-  Methicillin, Cloxacillin, Oxacillin, Nafcillin, Dicloxacillin 


background image

 

 

ⱴ  Extended-Spectrum Penicillins 

-  Ampicillin , Amoxicillin,  

ⱴ  Anti-Pseudomonal Pencillins  

-  Carbenicillin, Ticarcillin, Piperacillin 

ⱴ  ß-Lactamase Combinations 

-  Ampicillin- Cloxacillin  
-  Amoxillin-clavulanic acid, 
-  Ampicillin-sulbactam,  
-  Ticarcillin-clavulanic acid 

Natural penicillins:  

Benzylpenicillin  & Phenoxymethyl penicillin 

These two are known as the natural penicillins. They are the first two penicillins that were 
discovered and are still in use. Natural penicillins are narrow spectrum antibiotics and are 
only active against facultative gram-positive cocci, rods and gram-negative cocci. Several 
anaerobic gram-negative rods are sensitive to penicillin, with the notable exception of 
Bacteroides fragilis

Benzyl penicillin  

ⱴ  Is the drug of choice in streptococcal, pneumococcal, gonococcal, and eningococcal 

infections. 

ⱴ  It is also used in anthrax, diphtheria, gas gangrene, leptospirosis, syphilis, tetanus, 

yaws, and in the treatment of lyme disease in children.  

ⱴ  It is inactivated by the gastric fluids, and absorption from the gut is low; therefore it is  

given by injection. 

ⱴ  In addition to the use of Pen. G as sodium or potassium salts (soluble Pen. G), it is also 

available in two other salts that are commonly used.  

They are:  

a-  Procaine penicillin: a sparingly soluble salt of benzylpenicillin. It is used in 

intramuscular 
depot preparations that provide therapeutic tissue concentrations for up to  24 hrs. It 
is the preferred choice for the treatment of syphilis, but neurosyphilis requires special 
consideration. 

b-  b- Benzathine penicillina benzylpenicillin salt with a very low solubility, giving a 

prolonged action after intramuscular injection. Its duration of action is 20 days. 

Phenoxymethyl penicillin (Pen. V) 

Has a similar antibacterial spectrum as Pen. G, but it is less active. It is gastric acid stable 
so it is suitable for oral administration. It should not be used for serious infections because 
absorption can be unpredictable and plasma concentrations are variable. 


background image

 

 

Indications: 

Benzylpenicillin    mainly indicated for the treatment for:  

ⱴ  throat infections 
ⱴ  otitis media 
ⱴ  Streptococcal endocarditis 

 meningococcal and pneumococcal meningitis (if caused by susceptible 
microorganism)  

ⱴ  prophylactic agent after limb amputation.  
ⱴ  Also it is used in combination with other agents if more than one organism are 

suspected. 
 

Phenoxymethyl penicillin  

ⱴ  Is indicated principally for  

respiratory tract infections in children, for Streptococcal tonsillitis and for continuing 
treatment after one or more injections of Pen. G when clinical response has begun.  

ⱴ  It should not be used for meningococcal or gonococcal infections. 
ⱴ  It is used prophylactically against rheumatic fever following streptococcal infections. 

Contraindications: 

They are contraindicated in the case of hypersensitivity to any of the penicillins or 
cephalosporins.  
Procaine penicillin is also contraindicated in the case of hypersensitivity 
to procaine or any other “caine type” local anesthetic. 

Penicillinase resistance penicillins (Antistaphylococcal penicillins) 

Cloxacillin, dicloxacillin,  flucloxacillin and  methicillin  

Most staphylococci are now resistant to  benzylpenicillin because they produce 
 penicillinases. 

ⱴ  Cloxacillin and flucloxacillin are not affected by such enzymes, so they are effective  

in infections caused by penicillin resistant staphylococci, but they are less potent than  
Pen. G against penicillin sensitive microorganisms.  and generally ineffective against  
G-ve bacteria and  methicillin resistant staphylococci.  
The  only difference between cloxacillin and flucloxacillin is that flucloxacillin has a 
higher bioavailability than cloxacillin after oral administration.  
Another two examples. 

ⱴ  Methicillin is  toxic and didn’t used medicinally  

These drugs used in combination with ampicillin: ampicillin with cloxacillin or 
flucloxacillin  and amoxicillin with cloxacillin. 


background image

 

 

ⱴ  Cloxacillin: prepared as capsules and suspension.  Flucloxacillin: Not available in a 

separate formulation, but as combination with ampicilin in capsules. 

Indication

Cloxacillin and flucloxacillin are indicated for the treatment of infections caused by 

penicillinase producing Staphylococci. Methicillin is  toxic and not used medicinally. 

Extended-Spectrum Penicillins also called  (aminopenicillins):  

Including ampicillin, amoxicillin and (bacampicillin and pivampicillin), which are esters of 
ampicillin. 

ⱴ  Aminopenicillins are active against some G+ve and G-ve organisms but inactivated by 

penicillinases, including those produced by Staphylococcus aureus, and by common G-
ve bacilli such as Escherichia coli
The majority of Staphylococci, 50% of E. coli strains and 15% of Haemophilus 
influenzae 
strains are now resistant. 

ⱴ  Amoxicillin is a derivative of ampicillin that differs only by one hydroxyl group. Unlike 

ampicillin it can be given 3 times daily without regard to food.  Ampicilline is given 4 
times daily and its absorption affected by the presence of food in the stomach, so it 
should be taken one hour before or two hours after the meal). 

Indication:

 

They are principally indicated for the treatment of chronic bronchitis and mild ear infections, 
both of which are usually due to Streptococcus pneumoniae and Haemophilus influenzae. 
They are also indicated for: urinary-tract infections, otitis media, sinusitis, chronic bronchitis, 
invasive salmonellosis, and gonorrhea. 
Amoxicillin is also used for typhoid fever and endocarditis prophylaxis.  

Antipseudomonals 

Include both carboxypenicillins (carbenicillin and ticarcillin) and ureidopenicillins (piperacillin, 
azlocillin, and mezlocillin). 

ⱴ  Antipseudomonal  penicillins  are  similar  to  the  aminopenicillins  in  structure  but  have 

either a carboxyl group or urea group instead of the amine. 

ⱴ  The  major  advantage  of  carboxypenicillins  is  their  activity  against  Pseudomonas 

aeruginosa (one of the major pathogens responsible for nosocomial pneumonia) and 
certain indole-positive Proteus species that are resistant to aminopenicillins. Ticarcillin 
is stronger against P. aeruginosa and Enterobacter species than carbenicillin. 

ⱴ  Against anaerobes and Gram-positive organisms, carboxypenicillins generally have the 

same  spectrum  of  activity  as  penicillin  G.  However,  they  are  substantially  weaker  in 
comparison with penicillin G. 


background image

 

 

10 

ⱴ  Ureidopenicillins have greater activity against P. aeruginosa compared to carbenicillin 

and  ticarcillin.  Piperacillin  is  the  most  potent  of  the  extended-spectrum  penicillins 
against  Pseudomonas.  The  spectrum  of  piperacillin  and  mezlocillin  is  extended  to 
include KlebsiellaEnterobacterCitrobacter

ⱴ  All antipseudomonals are destroyed by β-lactamases. 
ⱴ  The extended-spectrum penicillins are not used in the treatment of infections caused 

by Gram-positive bacteria because penicillin  G and aminopenicillins are  more potent 
against these organisms.  

ⱴ  Antipseudomonals penicillins may be used in combination with Aminoglycosides. 

Note:  

The natural  penicillins  was originally used as  units. International Unite= 0.6 microgram 
(0.0006 milligram) of penicillin ( 1 mg = 1670 IU) . Synthetic and semisynthetic penicillins in 
mg … 
 

 

Side effects  of Penicillins: 

-  Hypersensitivity and   anaphylactic shock  

Hypersensitivity is one of the most important adverse reactions to penicillins. The 
frequency of allergic reactions to all penicillins ranges from 0.7% to 10%. The 
manifestations of penicillin allergy include maculopapular or morbilliform rash, fever, 
urticaria, exfoliative dermatitis, swelling of the throat, difficulty breathing, 
eosinophilia, serum sickness, Stevens-Johnson syndrome, and anaphylactic shock 
(0.004% to 0.015%) 

-  Pain in injection 
-  GI: diarrhea, nausea, vomiting, pseudo membranous colitis (rare). 
-  CNS: convulsive seizures. 
-  Skin: pruritus, urticaria, or other skin  eruptions. 
-  Hematological: hemolytic anemia, thrombocytopenia, purpura, eosinophilia, 

leukopenia, agranulocytosis. 

-  Others: superinfections 
-   

First generation

 

ⱴ  Cefazolin IM, IV,  
ⱴ  Cephalothin IM, IV, 
ⱴ  Cephapirin IM, IV,  
ⱴ  Cefadroxil IV, PO  
ⱴ  Cephalexin PO,  
ⱴ  Cephradine PO 

 


background image

 

 

11 

 Activity 

1.  Staph. aureus - excellent activity against b-lactamase-producing strains 

Not effective against methicillin-resistant Staph. aureus & epidermidis 

2.  Streptococci - excellent activity versus Streptococcus sp. Not effective against 

penicillin-resistant Strep. Pneumoniae 

3.  Other Gm + bacteria - excellent activity except for Enterococcus sp
4.  Moderate activity against gram negative bacteria. Susceptible organisms include: E. 

coli, Proteus mirabilis Indole + Proteus sp. (many strains resistant) , Haemophilus 
influenzae 
(some strains resistant), Neisseria sp. (some gonococci resistant) 

Indication 

1.  Upper respiratory tract infections due to Staph. and Strep. 
2.  Lower respiratory tract infections due to susceptible bacteria e.g. Strep. pneumoniae 

in penicillin-allergic patient  

3.  Uncomplicated urinary tract infections (Cephalexin) 
4.  Surgical prophylaxis for orthopedic and cardiovascular operations (cefazolin preferred 

because of longer half-life) 

5.  Staphylococcal infections of skin and skin structure 

Second Generation 

ⱴ  Cefuroxime IM, IV                             
ⱴ  Cefuroxime axetil PO  
ⱴ  Cefamandole IM, IV                               
ⱴ  Cefaclor PO  
ⱴ  Cefoxitin IM, IV                                      

ⱴ  Cefdinir PO  
ⱴ  Cefonicid IM, IV                                     
ⱴ  Cefprozil PO  
ⱴ  Cefotetan IM, IV  
ⱴ  Cefmetazole IV 

 
Activity 

1.  Expanded activity against gram negative bacilli. Still have excellent activity against 

gram positive (Staph. and Strep.) bacteria. 

Activity for Gram negative bacteria    

  Neisseria sp. (some gonococci  resistant)  
  H. influenzae (including some ampicillin-resistant strains) 
  Moraxella catarrhalis (some resistance esp. to cefaclor),  
  E. coli, Proteus mirabilis, 
   Indole + Proteus (some strains resistant) Morganella morganii (some strains 

resistant),  

  Klebsiella  pneumonia,  
  Serratia sp. (many strains resistant)  


background image

 

 

12 

2.  Anaerobic infections - (Cefoxitin & Cefotetan only)  

 moderate activity against Bacteroides fragilis group.   
Good activity for other  Bacteroides  sp., Peptostreptococcus, Fusobacterium, 
Clostridium sp. 

Indications 

1.  Community-acquired pneumonia - Cefuroxime is widely used for empiric therapy.  
2.  Skin and soft tissue infection 
3.  Urinary tract infections 
4.  Upper respiratory tract infections (otitis media, sinusitis).  
5.  Mixed aerobic & anaerobic infections  
6.  Surgical prophylaxis - Cefoxitin or cefotetan are widely used in cases where mixed 

aerobic & anaerobic infections may occur, esp. intra-abdominal, colorectal, and 
gynecologic operations.  For cardiovascular and orthopedic procedures, cefuroxime 
and others may be used, but cefazolin is cheaper and appears to work well. 

Third Generation

 

ⱴ  Cefotaxime IM, IV                      
ⱴ  Cefixime PO  
ⱴ  Ceftizoxime IM, IV                     
ⱴ  Ceftibuten PO  

ⱴ  Ceftriaxone IM, IV                     
ⱴ  Cefpodoxime axetil PO  
ⱴ  Ceftazidime IM, IV  
ⱴ  Cefoperazone IM, IV 

Activity  

Prototype drugs are Cefotaxime (IV) and Cefixime (oral). Ceftazidime (for Ps  aeruginosa 
1) Further expansion of Gm negative spectrum to include  

  E. Coli 
  Proteus mirabilis (indole –) Proteus vulgaris (indole +) 
  Klebsiella pneumonia  
  Morganella morganii, 
  Providencia retgerri,  
  Citrobacter freundii,  
  Serratia marcescens, 
  Pseudomonas aeruginosa, (Ceftazidime) 
  Enterobacter  
  Stenotrophomonas  maltophilia (Cefoperazone & Ceftazidime only) Acinetobacter  

2) In general, activity toward Gm + bacteria is reduced  

Indications: 

1.  Gram negative septicemia & other serious Gm – infections 
2.  Pseudomonas aeruginosa infections (Ceftazidime - 90% effective) 


background image

 

 

13 

3.  Gram negative meningitis - Cefotaxime, Ceftriaxone, Cefepime. For empiric therapy add 

vancomycin ± rifampin to cover resistant Strep. Pneumoniae 

4.  Gonorrhea - Single shot of Ceftriaxone is drug of choice. Oral cefixime and ceftibuten are 

also OK. 

5.  Complicated urinary tract infections, pyelonephritis 
6.  Osteomyelitis - Ceftriaxone in home health care situations 
7.  Lyme disease - ceftriaxone in home health care situations 

Fourth  generation 

cefepime IM, IV 

Activity 

-  With similar activity against gram-positive organisms as first-generation 

cephalosporins. 

-  Bu they  are  more active against G –ve and  have a greater resistance to beta-

lactamases than the third generation cephalosporins.  

Indications: 

1.  Pneumonia: Treatment of moderate-to-severe pneumonia                                         
2.  Febrile Neutropenia: Empiric therapy in febrile neutropenic patients.                                                                                               
3.  Urinary Tract Infections.                                                                                                                 
4.  Treatment of uncomplicated skin and skin structure infections.                                                                   
5.  Treatment of complicated intra-abdominal infections; use in combination with 

metronidazole  

Fifth generation 

Ceftaroline IV  

Activity 

-  Enhanced coverage of G+ve organisms: MRSA, S. pneumonia, and E. faecalis …                             
-  Similar gram negative coverage to third- and fourth-generation agents , does not 

cover  Pseudomonas, limited anti-anaerobes activity. 

Indications: 

1.  Community-acquired bacterial pneumonia                                                                                              
2.  Indicated for acute bacterial skin and skin structure infections, including MRSA 

Pharmacokinetics:  

  Cephalexin, cephradine, cefaclor, cephadroxil, cefuroxime axetil and cefixime are 

absorbed after oral administration and can be given orally.  

  Most of the remaining cephalosporins are given parenterally.  
  Cefixime is the only third generation cephalosporin available in oral dosage form.  


background image

 

 

14 

  They are well distributed in the body.  Adequate CSF concentrations are mainly 

achieved with third generation cephalosporins.  

  Cephalosporins cross the placenta and they are found in higher concentration in 

synovial fluid and pericardial fluid.  

  Cephalosporins are variably bound to plasma proteins, cefazolin is maximally bound 

(85%).  
 They are mainly excreted in urine by glomerular filtration and tubular secretion.  

  Probenecid decreases the tubular secretion and increase plasma level of 

cephalosporins.  

  Dose adjustment is necessary in chronic renal failure.  
  Cephalothin, cephapirin and cefotaxime are metabolized and their metabolites are 

excreted in urine.  

 

Cephoperazone and ceftriaxone are mainly excreted in bile, therefore can safely be 
given in CRF without dosage adjustments.

 

Side effects of cephalosporins:  

ⱴ  Hypersensitivity reactions to cepalosporins are the most common side effects, 

reaction appear to be identical to those caused by penicillin.  

ⱴ  More commonly maculopapular rash develops, usually after several days of therapy 

immediate reactions such as anaphylaxis, bronchospasm and urticaria are also 
observed. 

ⱴ  There is cross reactivity between penicillin and cephalosporins due to structural 

resemblance. 

ⱴ  Cephalosporins should be avoided in patients allergic to penicillin.  
ⱴ  Cephalosporins may produce nephrotoxicity, that is more common with cephaloridine 

(it is not used now a days).  

ⱴ  High dose of cephalothin produces renal tubular necrosis.  
ⱴ  Risk of nephrotoxicity is increased when cephalosporins are administered with other 

potential nephrotoxic agents (Aminoglycosides and Vancomycin).  

ⱴ  Diarrhea occurs frequently with cefoperazone because of greater biliary excretion.  
ⱴ  Pain and local irritation occurs after I/M injection.  
ⱴ  Some cephalosporins like cefamandole, moxalactam, cefoperazone, cefotetan 

frequently produce hypoprothrombinemia & bleeding disorders that can be prevented 
by administration of vitamin K.  

ⱴ  Cefamandole, cefoperazone, cefotetan and moxalactam can also cause severe 

disulfiram like reaction.  
  

ⱴ  Alcohol and alcohol containing medication must be avoided.  
ⱴ  Superinfections are observed mainly with second and third generation cephalosporins. 
ⱴ  Thrombophlebitis is observed after I/V injections 

 


background image

 

 

15 

β-lactamase Inhibition  

1.  Sulbactam (ampicillin-sulbactam).  
2.  Clavulanic acid (amoxicillin-clavulanate, Augmentin; ticarcillin-clavulanate, Timentin).  
3.  Tazobactam (pipercillin-tazobactam, Zosyn).  

Monobactams 

Aztreonam 

-  Aztreonam- a monocyclic β−lactam relatively resistant to β−lactamases. Spectrum 

similar to gentamycin. Active against Gram negative rods and resist β-lactamase.  

-  It is effective in treating Gram-negative urinary tract infections, lower respiratory tract, 

skin, intraabdominal, gynecologic infections and septicemia. 

-  It is administered either IV or IM. 
-  It  is excreted in the urine.  
-  Has a low immunogenic potential. A safe alternative in patients  allergic to penicillins 

and cephalosporins. 

Carbapenems: 

Carbapenems are synthetic β-lactams. Imipenem, meropenem and ertapenem are the 
available drugs of this group. 

Imipenem   

1.  Unique pharmacologic problem: After imipenem is removed from the circulation by 

glomerular filtration and secreted, it is metabolized by a renal peptidase which is 
located on the brush border of the proximal renal tubules. The metabolites are 
nephrotoxic.  

2.  To overcome this problem, a specific peptidase inhibitor, cilastin, was synthesized, 

which totally blocks the metabolism of imipenem in the kidney, thus blocking toxicity. 
Cilastin has no antimicrobial activity.  

3.  Compound drug is imipenem-cilastin combination (Primaxin).  
4.  Particular toxicity is seizures, primarily in renal failure or in the face of ongoing or 

preceding brain injury. 

Other Inhibitors of Cell-Wall Synthesis 

Vancomycin 

Vancomycin, a glycopeptide, is active only against gram-positive bacteria, including ß-
lactamase producing staphylococci and those resistant to nafcillin and methicillin  
Vacomycin is an inhibitor of bacterial cell wall synthesis by preventing peptidoglycan 
elongation and cross-linking.  


background image

 

 

16 

The resistance to the antibacterial action of vancomycin is due to a modification of its 
peptidoglycan binding site, a modification that reduces binding affinity.  

Vancomycin acts synergistically with gentamicin and streptomycin (aminoglycosides) against 
E. faecium and E. faecalis isolates not resistant to aminoglycosides. 

Vancomycin is not absorbed after oral administration. Slow I.V infusion is employed for 
treatment of systemic infections or prophylaxis. Oral administration,  is only employed for the 
treatment of antibiotic induced colitis due to Closteridium difficile when metronidazole has 
proven ineffective. 

Major Clinical Use  

-  Sepsis   
-  Endocarditis due to methicillin resistant staphylococci  
-  Methicillin-susceptible Staph isolates would be more effectively treated with 

methicillin than vancomycin.  

-  Treatment alternative enterococcal endocarditis.: Vancomycin with gentamycin: for 

patient allergic to penicillin.  

-  Vancomycin incombination with cefotaxime, ceftriaxone or rifampim: appropriate for 

treatment of mennigitis when the suspected infecting agent is thought/known to be 
highly penicillin resistant.  

Adverse effect:  

Fever and  chills  

Phlebitis at the infusion site. Flushing and  shock results from histamine release.  
Dose related hearing loss has occurred in patients with renal failure. Ototoxicity  more 
common when vancomycin is administered with another drug that can also produce these 
effects. 

 

Protein synthesis inhibitors 

Aminoglycosides 

ⱴ  -The aminoglycosides include streptomycin, neomycin, kanamycin, amikacin, 

gentamicin, tobramycin, sisomicin, netilmicin, and others.  

ⱴ  Structure—All aminoglycosides consist of central six-membered aminocyclitol ring 

linked to two or more aminosugar residues by glycosidic bonds.  

Mechanism of Action 

Aminoglycosides are irreversible inhibitors of protein  synthesis, but the precise mechanism 
for bactericidal activity is not known. The initial event is passive diffusion via porin channels 
across the outer membrane.  


background image

 

 

17 

Inside the cell, aminoglycosides bind to specific 30S-subunit ribosomal proteins.  

Protein synthesis is inhibited by aminoglycosides in at least three ways 

(1) interference with the initiation complex of peptide formation; 
(2) misreading of mRNA, which causes incorporation of incorrect amino acids into the 

peptide and results in a nonfunctional or toxic protein     

(3) breakup of polysomes into nonfunctional monosomes. These activities occur more or 

less simultaneously, and the overall effect is irreversible and lethal for the cell. 

Spectrum of Activity and clinical uses: 

Clinical Uses 

-  Aminoglycosides are mostly used against gram-negative enteric bacteria [Klebsiella 

species: an aminoglycoside (gentamicin + an antipseudomonal penicillin), Yersinia 
pestis,  Francisella  tularensis,  and  brucella  species  (gentamicin  or  streptomycin  + 
doxycycline).  Pseudomonas  aeuroginosa:  infections  in  immunocompromised 
patients and in burn victims: (tobramycin  + anti-pseudomonal penicillin)]. 

-  Streptomycin is   used for tuberculosis. 
-  Aminoglycosides  used in combination with a β-lactam antibiotic to extend coverage 

to  include  potential  gram-positive  pathogens  and  to  take  advantage  of  the 
synergism between these two classes of drugs.  

-  -Penicillin+aminoglycoside  combinations  also  are  used  to  achieve  bactericidal 

activity in treatment of enterococcal endocarditis and to shorten duration of therapy 
for viridans streptococcal and some patients with staphylococcal endocarditis. 

Mechanisms of Resistance 

Three principal mechanisms have been established:  

1.  production of a transferase enzyme or other enzymes inactivates the aminoglycoside 

by adenylylation, acetylation, or phosphorylation.  

2.  There is impaired entry of aminoglycoside into the cell.  
3.  The receptor protein on the 30S ribosomal subunit may be deleted or altered by 

mutation. 

Pharmacokinetics 

-  Aminoglycosides are absorbed very poorly from  the intact gastrointestinal  tract, and 

almost the entire oral dose is excreted in feces after oral administration. However, the 
drugs may be absorbed if ulcerations are present.  

-  After  intramuscular  injection,  aminoglycosides  are  well  absorbed,  giving  peak 

concentrations  in  blood  within  30–90  minutes.  Aminoglycosides  are  usually 
administered  intravenously  as  a  30-  to  60-minute  infusion;  after  a  brief  distribution 
phase,  this  results  in  serum  concentrations  that  are  identical  with  those  following 
intramuscular injection.  


background image

 

 

18 

-  The normal half-life of aminoglycosides in serum is 2–3 hours, increasing to 24–48 hours 

in patients with significant impairment of renal function.  

-  Even after parenteral administration, concentrations of aminoglycosides are not high in 

most tissues.  

-  They  are  poorly  penetrated  CNS,  in  the  presence  of  active  inflammation,  however, 

cerebrospinal fluid levels reach 20% of plasma levels, and in neonatal meningitis, the 
levels may be higher. Intrathecal injection is required for high  levels in cerebrospinal 
fluid.  

-  All aminoglycosides are rapidly excreted into the urine, predominantly by glomerular 

filtration.  Accumulation  occurs  in  patients  with  renal  impairment,  it    requires  dose 
modification.  

-  All  aminoglycosides  are  ototoxic  and  nephrotoxic.  Ototoxicity  and  nephrotoxicity  are 

more  likely  to  be  encountered  when  therapy  is  continued  for  more  than  5  days,  at 
higher doses, in the elderly, and in the setting of renal insufficiency. Concurrent use with 
loop  diuretics  (eg,  furosemide,  ethacrynic  acid)  or  other  nephrotoxic  antimicrobial 
agents (eg, vancomycin or amphotericin) can potentiate nephrotoxicity and should be 
avoided  if  possible.  Ototoxicity  can  manifest  either  as  auditory  damage,  resulting  in 
tinnitus and high-frequency hearing loss initially, or as vestibular damage, evident by 
vertigo, ataxia, and loss of balance. 

-  Nephrotoxicity results in rising serum creatinine levels or reduced creatinine clearance, 

although  the  earliest  indication  often  is  an  increase  in  trough  serum  aminoglycoside 
concentrations. Neomycin, kanamycin, and amikacin are the most ototoxic agents. 

-  Streptomycin and gentamicin are the most vestibulotoxic. Neomycin, tobramycin, and 

gentamicin are the most nephrotoxic.  

-  In very high doses, aminoglycosides can produce a curare like effect with neuromuscular 

blockade  that  results  in  respiratory  paralysis.  This  paralysis  is  usually  reversible  by 
calcium gluconate (given promptly) or neostigmine.  

-  Hypersensitivity occurs infrequently. 

Streptomycin 

Streptomycin  was isolated from a strain of Streptomyces griseus.  

Clinical Uses  

ⱴ  Mycobacterial Infections: 
ⱴ  Streptomycin is mainly used as a second-line agent for treatment of tuberculosis. The 

dosage  is  0.5–1  g/d  (7.5–15  mg/kg/d  for  children),  which  is  given  intramuscularly  or 
intravenously.  It  should  be  used  only  in  combination  with  other  agents  to  prevent 
emergence of resistance. 

ⱴ  Nontuberculous Infections: 
ⱴ  In plague, tularemia, and sometimes brucellosis, streptomycin, 1 g/d (15 mg/kg/d for 

children), is given intramuscularly in combination with an oral tetracycline. 


background image

 

 

19 

ⱴ  Penicillin  plus  streptomycin  is  effective  for  enterococcal  endocarditis  and  2-week 

therapy of viridans streptococcal endocarditis. 

ⱴ  Gentamicin has largely replaced streptomycin for these indications. 
ⱴ  Streptomycin  remains  a  useful  agent  for  treating  enterococcal  infections,  however, 

because approximately 15%  of enterococcal isolates that are resistant  to gentamicin 
(and therefore resistant to netilmicin, tobramycin, and amikacin) will be susceptible to 
streptomycin. 

Adverse Reactions 

-  Fever, skin rashes, and other allergic manifestations may result from hypersensitivity to 

streptomycin. This occurs most frequently with prolonged contact with the drug either 
in patients who receive a prolonged course of treatment (eg, for tuberculosis).   

-  Pain at the injection site is common but usually not severe. The most serious toxic effect 

with streptomycin is disturbance of vestibular function-vertigo and loss of balance.  

-  Vestibular toxicity tends to be irreversible.  
-  Streptomycin  given  during  pregnancy  can  cause  deafness  in  the  newborn  and, 

therefore, is relatively contraindicated. 

 

Gentamicin 

Gentamicin is isolated from Micromonospora purpurea . It is effective against both gram-
positive and gram-negative organisms. 
C1a component of gentamicin. 

Antimicrobial Activity 

Gentamicin sulfate, 2–10 mcg/mL, inhibits in vitro many strains of staphylococci and 
coliforms and other gram-negative bacteria. It is active alone, but also as a synergistic 
companion with β-lactam antibiotics, against Escherichia coli Proteus Klebsiella 
pneumoniae, Enterobacter, Serratia 
Stenotrophomonas , and other gram-negative rods that 
may be resistant to multiple other antibiotics. Like all aminoglycosides, it has no activity 
against anaerobes. 

Clinical Uses 

-  Intramuscular or Intravenous Administration 
-  Gentamicin is used mainly in severe infections (eg, sepsis and pneumonia) caused by 

gram-negative  bacteria  that  are  likely  to  be  resistant  to  other  drugs,  especially  
aeruginosa 
Enterobacter sp, Serratia marcescens Proteus sp, Acinetobacter sp, and 
Klebsiella sp. 

-  It usually is used in combination with a second agent because an aminoglycoside alone 

may not be effective for infections outside the urinary tract. For example, gentamicin 
should  not  be  used  as  a  single  agent  to  treat  staphylococcal  infections  because 
resistance develops rapidly. Aminoglycosides also should not be used for single-agent 


background image

 

 

20 

therapy  of  pneumonia  because  penetration  of  infected  lung  tissue  is  poor  and  local 
conditions of low pH and low oxygen tension contribute to poor activity. Gentamicin 5–
6  mg/kg/d  traditionally  is  given  intravenously  in  three  equal  doses,  but  once  daily 
administration is just as effective for some organisms and less toxic. 

-  Gentamicin,  in  combination  with  a  cell  wall-active  antibiotic,  is  also  indicated  in  the 

treatment of endocarditis caused by grampositive bacteria (streptococci, staphylococci, 
and enterococci). 

-  The synergistic killing achieved by combination therapy may achieve bactericidal activity 

necessary for cure or allow for the shortening of the duration of therapy.  

-  The doses of gentamicin  used for synergy against gram-positive bacteria are lower than 

traditional doses.  

-  Typically the drug is administered at a dose of 3 mg/kg/day in three divided doses. Peak 

levels should be approximately 3 mcg/mL, while trough levels should be < 1 mcg/mL. 
There  are  limited  data  to  support  administering  the  3-mg/kg  dose  as  a  single  daily 
injection in the treatment of streptococcal endocarditis. 

-  Topical and Ocular Administration 
-  Creams,  ointments,  and  solutions  containing  0.1–0.3%  gentamicin  sulfate  have  been 

used for the treatment of infected burns, wounds, or skin lesions and in attempts to 
prevent intravenous catheter infections.  

-  Intrathecal Administration 
-  Meningitis  caused  by  gram-negative  bacteria  has  been  treated  by  the  intrathecal 

injection of gentamicin sulfate, 1–10 mg/d. 

Adverse Reactions 

  Nephrotoxicity is usually reversible and mild. It occurs in 5–25% of patients receiving 

gentamicin for longer than 3–5 days 

  Ototoxicity, which tends to be irreversible, manifests itself mainly as vestibular 

dysfunction. 

  Occurs in 1–5%  patient receiving gentamicin for more than 5 days.  
  Hypersensitivity reactions to gentamicin are uncommon.  

Tobramycin 

Tobramycin has almost the same antibacterial spectrum as gentamicin with a few exceptions. 
Gentamicin is slightly more active against S marcescens , whereas tobramycin is slightly more 
active against P aeruginosa Enterococcus faecalis is susceptible to both gentamicin and 
tobramycin, but E faecium is resistant to tobramycin.  
Kinetic and side effects, like gentamicin  

Amikacin 

Amikacin is a semisynthetic derivative of kanamycin; it is less toxic than the parent molecule. 
It is resistant to many enzymes that inactivate gentamicin and tobramycin, and it therefore 
can be used against some microorganisms resistant to the latter drugs. Many gram-negative 


background image

 

 

21 

bacteria, including many strains of Proteus Pseudomonas Enterobacter , and Serratia , are 
sensitive.  

Netilmicin 

Netilmicin shares many characteristics with gentamicin and tobramycin, netilmicin may be 
active against some gentamicin-resistant and tobramycin-resistant bacteria. Dose and side 
effects are similar to  gentamicin. 

Neomycin and kanamycin 

Neomycin and kanamycin are closely related.  
Neomycin and kanamycin are now limited to topical and oral use. Neomycin is too toxic for 
parenteral use. Parenteral administration of kanamycin has also been largely abandoned.  
In preparation for elective bowel surgery, 1 g of neomycin is given orally every 6–8 hours for 
1–2 days, often combined with 1 g of erythromycin base. This reduces the aerobic bowel 
flora with little effect on anaerobes. 

Paromomycin  

Paromomycin has recently been shown to be effective against visceral leishmaniasis when 
given parenterally. 

Spectinomycin  

Spectinomycin is no longer available for use. 
It is active in vitro against many gram-positive and gram-negative organisms, but it is used 
almost solely as an alternative treatment for drug-resistant gonorrhea or gonorrhea in 
penicillin-allergic patients. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 




رفعت المحاضرة من قبل: Mubark Wilkins
المشاهدات: لقد قام 11 عضواً و 180 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