background image

Sunday 8 / 3 / 2015

 

©Ali Kareem 2014-2015

 

Name

:

______________________________                                                                

Class

:

_______________________________ 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

مكتب اشور لالستنساخ

 

ANTI-MICROBIAL DRUGS

     

Lecture 12 

 

Total lectures NO. 44 

 

Dr. Haidar Al-Shakarchi

 


background image

Pharmacology 

Anti-Microbial Drugs 6 

 

Dr. Haidar Al-Shakarchi 

Lec. 12 

 

Fluroroquinolones (DNA gyrase inhibitors): 

  The important quinolones are synthetic fluorinated analogs of nalidixic Acid. 
  Introduction of the first fluorinated quinolones, norfloxacin, was rapidly followed 
by development of other members of this group. 
 
Mechanism of Action: 
  The Fluoroquinolones enter the bacterium by passive diffusion through water-
filled proteins channels (porins) in the outer membrane. Once inside the cell, they 
inhibit the replication of bacterial DNA by interfering with the action of DNA 
gyrase (topoisomerase II) and topoisomerase IV during bacterial growth and 
reproduction. 
Topoisomerase II changes the configuration of DNA by nicking, pass through and 
resealing mechanism. 
Topoisomerase IV is implicated in the process of segregating newly replicated 
DNA.  
Binding of the quinolone to both the enzyme and DNA forms a ternary complex 
that inhibits the resealing step, and can cause cell death by inducing cleavage of the 
DNA .In gram-negative org. the inhibition of DNA gyrase is more significant than 
that of topoisomerase IV, whereas in gram-positive org., the opposite is true. 
 
Antimicrobial Spectrum: 
   All the Fluroroquinolones are bactericidal. Like aminoglycosides, quinolones 
exhibit concentration dependent killing. Bactericidal activity becomes more 
pronounced as the serum drug concentration increases to approximately 30 fold the 
MIC. In general, they're effective against gram –ve organisms such as 
Enterobacteriacea, Pseudomonas species, Haemophilus influenzae, Moraxella 
catarrhalis, Legionellaceae, Chlamydia and Mycobacteria
 (except for 
Mycobacterium avium intracellular complex). They're effective for the treatment 
of gonorrhea but not syphilis. The newer agents also have good activity against 
gram +ve organisms such as Streptococcus pneumonia. Some of those have 
activity against some anaerobes like Bacteriodes fragilis
 
 
 


background image

Pharmacology 

Anti-Microbial Drugs 6 

 

Dr. Haidar Al-Shakarchi 

Lec. 12 

 

Classification of the Fluroroquinolones: 

1.  First generation (Nalidixic Acid): 

It's non-fluorinated quinolones with a narrow spectrum of susceptible 
microorganisms, has a moderate gram –ve activity usually confined to the 
urinary tract. 

2.  Second generation (Ciprofloxacin, Norfloxacin, Ofloxacin) 

They have activity against systemic aerobic gram –ve infections, and also 
have some activity against gram +ve and atypical organisms such as 
Chlamydia, Mycoplasma and Legionella, which spend part or all of their 
life cycle inside a host cell.  

3.  Third generation (Levofloxacin, Gatifloxacin, Sparfloxacin) (LGS) 

These agents retain expanded gram –ve activity and show improved activity 
against atypical organisms and specific gram +ve bacteria

4.  Fourth generation (Moxifloxacin): 

This agent shows improved gram +ve coverage, maintains gram –ve 
activity and gains anaerobic coverage. 

 

Clinical uses of Ciprofloxacin: 

1.  Urinary tract infections even when caused with multi-stage resistant 

bacteria such as Pseudomonas. 

2.  Bacterial Diarrhea caused by Shigella, Salmonella, toxigenic E. coli or 

Campylobacter. 

3.  Typhoid fever
4.  Gonorrhea due to penicillinase producing and non-penicillinase producing 

strains. 

5.  Legionellosis  
6.  Resistant TB
7.  Eradication of Meningococci from carriers. 
8.  Prophylaxis and treatment of Anthrax
9.  Resistant Respiratory infections (not pneumonia or sinusitis). 
10. Pseudomonal infections associated with cystic fibrosis

   


background image

Pharmacology 

Anti-Microbial Drugs 6 

 

Dr. Haidar Al-Shakarchi 

Lec. 12 

 

Resistance 

A. Altered target: resistance is frequently associated with mutations in both 

bacterial DNA gyrase and Topoisomerase IV. 

B. Decreased accumulation: 

a.  Decreased number of porin proteins in the outer membrane of the 

resistant cell, thereby impairing access of the drug to the intracellular 
topoisomerase. 

b.  Energy-dependent efflux system in the cell membrane. 

Pharmacokinetics: 

1.  Absorption: Ingestion of the fluoroquinolones with sucralfate, antacids 

containing aluminum or magnesium, or dietary supplements containing iron, 
zinc, or calcium can interfere with the absorption of these anti-microbial 
drugs. 

2.  Fate: Achieved plasma levels of free norfloxacin are insufficient for 

treatment of systemic infections. All the fluoroquinolones distribute well 
into all tissues and body fluids. Penetration into CSF is low for ofloxacin. 
They are excreted by the renal route. 

Adverse Effects: 

1.  Gastrointestinal: the most common adverse effects are nausea, vomiting and 

diarrhea. 

2.  CNS problems: the most common CNS effects are headache and dizziness or 

light headedness. 

3.  Photosensitivity:  patients  taking  fluoroquinolones  are  advised  to  avoid 

excessive sunlight and to apply sun creams. 

4.  Connective  tissue  problems:  fluoroquinolones  should  be  avoided  in 

pregnancy,  in  nursing  mothers,  and  in  children  under  18  years  of  age 
because  articular  cartilage  erosion  (arthropathy)  occurs  in  immature 
experimental  animals.  However,  children  with  cystic  fibrosis  who  receive 
ciprofloxacin have had few problems. In adults, they can infrequently cause 
ruptured tendons.  

5.  Contraindications:  moxifloxacin  prolong  the  QT  interval  and,  thus,  should 

not be used in patients who are predisposed to arrhythmias. 


background image

Pharmacology 

Anti-Microbial Drugs 6 

 

Dr. Haidar Al-Shakarchi 

Lec. 12 

 

6.  Drug  Interactions:  the  effect  of  antacids  and  cations  on  the  absorption  of 

these agents was considered above. Ciprofloxacin and ofloxacin can increase 
the serum levels of theopylline by inhibiting its  metabolism. 

 

Folic Acid Antagonists: 

       Coenzymes containing folic acid are required for the synthesis of purines and 
pyrimidines  (precursors  of  RNA  and  DNA)  and  other  compounds  necessary  for 
cellular growth and replication. Therefore in the absence of folic acid, cells cannot 
grow  or  divide.  Humans  cannot  synthesize  folic  acid  and,  thus,  must  obtain 
preformed  folate  as  vitamin  from  the  diet.  In  contrast,  many  bacteria  are 
impermeable  to  folic  acid,  and  therefore  must  rely  on  their  ability  to  synthesize 
folate de novo. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Sulfonamides: 

        Sulfa  drugs  differ  from  each  other  not  only  in  their  chemical  and  physical 
properties but also in their pharmacokinetics. 

 

Inhibition of tetrahydrofolate synthesis by sulfonamides and trimethoprim. 


background image

Pharmacology 

Anti-Microbial Drugs 6 

 

Dr. Haidar Al-Shakarchi 

Lec. 12 

 

Mechanism of action: 

           Folic acid is synthesized from p-aminobenzoic acid (PABA), pteridine, and 
glutamate.  All  sulfonamides  are  synthetic  analogs  of  PABA.  Because  of  their 
structural similarity to PABA, the sulfonamides compete with this substrate for the 
bacterial  enzymes,  dihydropteroate  synthetase.  They  thus  inhibit  the  synthesis  of 
bacterial folic acid and, thereby, the formation of its essential co-factor forms. The 
sulfa drugs, including co-trimoxazole are bacteriostatic. 

Antibacterial Spectrum: 

1.  Sulfa  drugs  are  active  against selected  enterobaceria in  the urinary  tract  and 

nocardia. 

2.  Sulfadiazine,  in  combination  with  the  dihydrofolate  reductase  inhibitor 

pyrimethamine,  is  the  preferred  form  of  treatment  for  toxoplasmosis  and 
chloroquine-resistant malaria. 

3.  Many  strains  of  formerly  susceptible  species,  including  meningococci, 

pneumococci, streptococci, staphylococci, and gonococci, are now resistant. 

Resistance: 

         Resistance is generally irreversible and may be due to: 

1.  An altered dihydropteroate synthetase. 
2.  Decreased cellular permeability to sulfa drugs. 
3.  Enhanced production of natural substrate, PABA. 

Pharmacokinetics 

   Sulfonamides can be divided into three major groups: 

1.  Oral absorbable agents: 

1.  Short acting agents, e.g. sulfisoxazole. 
2.  Medium acting agents, e.g. sulfadiazine, sulfamethoxazole. 

*sulfadiazine+pyrimethamine               toxoplasmosis 

           3. Long acting agents, e.g. sulfadoxine. 

                       *sulfadoxine+pyrimethamine=(Fansidar)            malaria. 


background image

Pharmacology 

Anti-Microbial Drugs 6 

 

Dr. Haidar Al-Shakarchi 

Lec. 12 

 

          After  oral  administration,  most  sulfa  drugs  are  well  absorbed  via  the  small 
intestine.  They  are  bound  to  serum  albumin.  Sulfa  drugs  penetrate  well  into  CSF 
even in the absence of inflammation. They can also pass the placental barrier and 
enter  fetal  tissues.  The  sulfa  drugs  are  acetylated,  primarily  by  in  the  liver.  The 
product retains the toxic potential to precipitate at neutral or acidic PH. This causes 
crystalluria  (stone  formation)  and  therefore  potential  damage  to  the  kidney. Sulfa 
drugs  are  eliminated  by  glomerular  filtration.  The  sulfonamides  may  also  be 
eliminated in breast milk. 

2.   Oral non-absorbable agents: e.g. sulfasalazine. Sulfasalazine is reserved for 

the treatment of chronic inflammatory bowel disease (e.g. Crohn’s disease, 
or  ulcerative  colitis).  Local  intestinal  flora  split  sulfasalazine  into 
sulfapyridine  and  5-aminosalicylate,  with  the  latter  exerting  the  anti-
inflammatory  effect. Absorption of  the sulfapyridine  can lead  to toxicity  in 
patients who are slow acetylators. 

3.  Topical agents e.g. sodium sulfacetamide, silver sulfadiazine. The former is 

effective treatment for bacterial conjunctivitis while the latter is preferred for 
prevention of infection of burn wounds. 

Adverse effect: 

1.  Crystalluria:  nephrotoxicity  develops  as  a  result  of  crystalluria.  Adequate 

hydration  and  alkalinization  of  urine  prevent  the  problem  by  reducing  the 
concentration  of  drug  and  promoting  its  ionization.  Sulfisoxazole  and 
sulfamethoxazole are less liable to cause crystalluria. 

2.  Hypersensitivity: hypersensitivity reactions, such as rashes, angioedema, and 

Stevens-Johnson syndrome, are fairly common. 

3.  Hemopoietic Disturbances: hemolytic anemia is encountered in patients with 

glucose  6-phosphate  dehydrogenase  deficiency.  Granulocytopenia  and 
thrombocytopenia can also occur. 

4.  Kernicterus:  this  disorder  may  occur  in  newborns  because  of  sulfa  drugs 

displace  bilirubin  from  binding  sites  on  serum  albumins.  The  bilirubin  is 
then  free  to  pass  into  CNS,  because  the  baby’s  blood  brain  barrier  is  not 
fully developed. 

5.  Drug  Potentiation:  transient  potentiation  of  the  effect  of  tolbutamide  or 

warfarin results from their displacement from binding sites. 


background image

Pharmacology 

Anti-Microbial Drugs 6 

 

Dr. Haidar Al-Shakarchi 

Lec. 12 

 

6.  Contraindications:  due  to  danger  of  kernicterus,  sulfa  drugs  should  be 

avoided in newborns and infants less than two months of age, as well as for 
pregnant  women  at  term.  Sulfonamides  should  not  be  given  to  patients 
receiving methenamine for UTI. 

 

Trimethoprim: 

        Trimethoprim is a potent inhibitor of bacterial dihydrofolate reductase. 

Mechanism of action: 

        The  active  form  of  folate  is  tetrahydrofolate  acid  (THFA)  that  is  formed 
through reduction of dihydrofolate reductase. This enzymatic reaction is inhibited 
by  trimethoprim,  leading  to  decreased  availability  of  the  THFA  co-enzymes 
required for purine, pyrimidine, and amino acid synthesis. The bacterial reductase 
has a much stronger affinity for trimethoprim than does the mammalian enzyme. 

Note:  examples  of  other  drugs  that  function  as  folate  reductase  inhibitors  include 
pyrimethamine and methotrexate. 

Anti-bacterial Spectrum: 

         The  antibacterial  spectrum  of  trimethoprim  is  similar  to  that  of 
sulfamethoxazole. 

Resistence: 

         Resistance  in  gram  –ve  bacteria  is  due  to  the  presence  of  altered 
dihydrofolate reductase that has a lower affinity to trimethoprim. 

 

Pharmacokinetics: 

         The ½ life of trimethoprim is similar to that of sulfamethoxazole. However, 
because  the  drug  is  a  weak  base,  higher  concentrations  of  trimethoprim  are 
achieved  in  the  relatively  acidic  prostatic  and  vaginal  fluid.  The  drug  also 
penetrates the CSF. 


background image

Pharmacology 

Anti-Microbial Drugs 6 

 

Dr. Haidar Al-Shakarchi 

Lec. 12 

 

Adverse Effects: 

          Trimethoprim can produce the effects of folic acid deficiency. These effects 
include  megaloblastic  anemia,  leukopenia,  and  granulocytopenia.  These  blood 
disorders can be reversed by the simultaneous administration of folinic acid, which 
does not enter the bacteria. 

Co-trimoxazole: 

          The combination of trimethoprim with sulfamethoxazole (ratio 1.5) is called 
co-trimoxazole. The synergistic antimicrobial activity results from its inhibition of 
two sequential steps in the synthesis of THFA. 

Therapeutic Applications: 

1.  Pneumocystis Jiroveci Pneumonia: a common opportunistic infection caused 

by pneumocystis carinii complicating AIDs (given I.V.). 

2.  Listeriosis:  septicemia  and  meningitis  caused  by  listeria  monocytogenes 

(ampicillin or co-trimoxazole). 

3.  Prostate  and  urinary  tract  infections:  trimethoprim  concentrates  in  prostatic 

and vaginal fluids. 

4.  Respiratory infections: Haemophilus influenza and Legionella  pneumophilia. 
5.  GIT infections: shigellosis and non-typhoid salmonella. 
6.  Systemic salmonella infections: ampicillin or chloramphenicol resistant. 

 

Done by 

Ali Kareem 




رفعت المحاضرة من قبل: Abdalmalik Abdullateef
المشاهدات: لقد قام 19 عضواً و 243 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