background image

Antibiotics                                                  Dr. Ali Ismail                                                 pharmacology  

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 

 

Antimicrobials

: 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- 

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. 

  

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.) 

2- Spectrum 
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. 
  
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 


background image

property of broad specification should not be confused with a free license for broad-
nonspecific use. 

Classification according to chemical structure 

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

 

 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 ( tetracyclins, aminoglycosides, macrolids,  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 


background image

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 

 

 
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 


background image

 

 

 

 

Using and avoiding antibacterial drugs  
Antibacterials 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. 
  6. Genetic traits. 


background image

  
Combination therapy  in  special situations 
- Extend the antimicrobial spectrum especially in Initial empiric therapy 
-Mixed infections or severe infections:  
-To prevent the emergence of resistance: 
 
Duration of  therapy: 
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. 
 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) 

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

  

Penicillinase-Resistant Penicillins 
Methicillin, Cloxacillin, Oxacillin, Nafcillin, Dicloxacillin 
  
Extended-Spectrum Penicillins 
Ampicillin , Amoxicillin,  
  
Anti-Pseudomonal Pencillins  
Carbenicillin, Ticarcillin, Piperacillin 


background image

  
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 

 

is the drug of choice in streptococcal, pneumococcal, gonococcal, and eningococcal infections. 
 It is also used in anthrax, diphtheria, gas gangrene, leptospirosis, syphilis, tetanus, yaws, and 
in the treatment of lyme disease in children.  
It is inactivated by the gastric fluids, and absorption from the gut is low; therefore it is  given 
by injection. 
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- 

Benzathine penicillin

a 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. 

Indications: 

Benzylpenicillin

    mainly indicated for the treatment for:  

throat infections 
 otitis media, 


background image

streptococcal endocarditis 
 meningococcal and pneumococcal meningitis (if caused by susceptible microorganism)  
prophylactic agent after limb amputation.  
Also it is used in combination with other agents if more than one organism are suspected. 

 
 

Phenoxymethyl penicillin 

 

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.  
It should not be used for meningococcal or gonococcal infections. 
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. 

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. 

Methicillin is  toxic and didn’t used medicinally  

These drugs used in combination with ampicillin: ampicillin with cloxacillin or flucloxacillin  

and amoxicillin with cloxacillin

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.

 


background image

Extended-Spectrum Penicillins also called  (aminopenicillins):  

including ampicillin,  amoxicillin  

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

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. 

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). 

 Antipseudomonal penicillins are similar to the aminopenicillins in structure but have either a 

carboxyl group or urea group instead of the amine. 

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. 

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

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 

Klebsiella

Enterobacter

Citrobacter

All antipseudomonals are destroyed by β-lactamases. 

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.  

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 




رفعت المحاضرة من قبل: Mubark Wilkins
المشاهدات: لقد قام 8 أعضاء و 117 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