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青霉素

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青霉素
青霉素的核心结构, "R"是一个可变的官能团
临床数据
Drugs.com Micromedex详细消费者药物信息
给药途径 静脉注射,肌肉注射,口服
合法状态
合法状态
  • 处方药(-only)
药代动力学数据
代谢 肝脏
生物半衰期 在0.5到56小时之间
排泄 肾脏
化学信息
化学式 C9H11N2O4S
摩尔质量 243.26 g·mol−1

青霉素(Penicillin,或音译盘尼西林)是指分子中含有青霉烷、能破坏细菌细胞壁并在细菌细胞的繁殖期起杀菌作用的一类抗生素,是由青霉菌中提炼出的抗生素。青霉素属于β-内酰胺类抗生素(β-lactams),β-内酰胺类抗生素包括青霉素、头孢菌素、碳青霉烯类、单环类、头霉素类等。青霉素是很常用的抗菌药品。但每次使用前必须做皮内测试,以防过敏。

青霉素是人类最早发现的抗生素[1],1928年英国伦敦大学圣玛莉医学院(现属伦敦帝国学院)细菌学教授弗莱明在实验室中发现青霉菌具有杀菌作用[2],1938年由牛津大学钱恩弗洛里希特利英语Norman Heatley(1911-2004)领导的团队提炼出来。弗莱明因此与钱恩和弗洛里共同获得了1945年诺贝尔生理医学奖。青霉素是一种半抗原(Hapten)。[3]

早期青霉素仍无法大量生产,弗莱明实验室一个月所生产的青霉素,仅能供一个病人治疗用,因此如何大量生产青霉素便成为重要关键。首先美国的研究团队设计出玉米浆培养液,可大量培养青霉菌,由原先的每毫升仅含4单位提升到40单位,赶上二次世界大战初期救治伤兵的需求。一日,研究人员玛莉·亨特(Mary Hunt)女士在伊利诺伊州的皮奥里亚市场发现一颗发霉的哈密瓜表皮长满青霉,她用这颗哈密瓜筛选出能大量分泌青霉素的菌株,其青霉素产量可达每毫升250单位。后来威斯康辛大学研究人员利用紫外光照射菌株使它产生突变,使其产量提升到2,500单位。许多研究团队纷纷加入菌种改良的计划,最后青霉菌已提升到每毫升可以生产5万单位的青霉素,使青霉素得以商业化生产。1945年,六千多亿单位的青霉素被生产出来。

分类

青霉菌
青霉菌
  1. 青霉素G类。如青霉素G钾、青霉素G钠、长效西林等。
  2. 半合成青霉素
  1. 耐酸青霉素 青霉素V
  2. 耐酶青霉素。如苯唑青霉素(新青Ⅱ号)、氯唑青霉素等。
  3. 广谱青霉素。如氨苄青霉素羟氨苄青霉素(阿莫西林)等。
  4. 抗绿脓杆菌的广谱青霉素。如羧苄青霉素、氧哌嗪青霉素、呋苄青霉素等。
  5. 氮咪青霉素(抗革兰阴性杆菌青霉素)。如美西林及其酯匹美西林等,其特点为较耐,对某些阴性杆菌(如:大肠杆菌克雷伯氏菌沙门氏菌)有效,但对绿脓杆菌效差[4]

药物机理及特点

青霉素类抗生素是β-内酰胺类中一大类抗生素的总称,它们具有相似的作用机理。

细菌一般都处于低渗(即外界的渗透压低于细菌体内部)的环境中,因而会自发地吸收外界的水分。为了防止细胞因吸水过多而膨胀炸裂,细菌在其细胞壁中合成一种名为肽聚糖的物质,以此抵抗细菌体的自发吸水膨胀。青霉素即作用于肽聚糖(peptidoglycan)的转化-合成过程中,阻止它的合成,进而导致细菌体失去抵抗渗透压的能力而胀破。[4]

由于β-内酰胺类作用于细菌的细胞壁,而人类细胞只有细胞膜无细胞壁,故对人类的毒性较小,除能引起严重的过敏反应外,在一般用量下,其毒性不甚明显,但它不能耐受耐药菌株(如抗药性金黄色葡萄球菌)所产生的,易被其破坏,且其抗菌谱较窄,主要对革兰氏阳性菌有效。青霉素G有钾盐、钠盐之分,钾盐不仅不能直接静注,静脉滴注时,也要仔细计算钾离子量,以免注入人体形成高血钾而抑制心脏功能,造成死亡。

构效关系

青霉素类药物构效关系简图
青霉素类药物构效关系简图

青霉素的构效关系[5]

  1. 具有环张力β-内酰胺环必须存在
  2. 自由型羧酸必须存在,通常保持离子态,以做钠或钾盐服用,另一用处是与目标酵素活化位之离胺酸残基的带有正电荷原子结合
  3. 双环系统必须存在
  4. 酰胺侧链必须存在
  5. 原子通常存在但不是必要
  6. 酰胺基相对于双环系统的立体组态是非常重要的

不良反应

1964年中国的一个无菌车间制作青霉素
1964年中国的一个无菌车间制作青霉素

青霉素类抗生素的毒性很小,是化疗指数最大的抗生素,但其青霉素类抗生素常见的过敏反应在各种药物中居首位,发生率最高可达5%~10%。为皮肤反应,表现皮疹、血管性水肿,最严重者为过敏性休克,多在注射后数分钟内发生,症状为呼吸困难、发绀、血压下降、昏迷、肢体强直,最后惊厥,抢救不及时可造成死亡。各种给药途径或应用各种制剂都能引起过敏性休克,但以注射用药的发生率最高。过敏反应的发生与药物剂量大小无关。对本品高度过敏者,虽极微量亦能引起休克。大剂量长时间注射对中枢神经系统有毒性(如引起抽搐、昏迷等),停药或降低剂量可以恢复。

使用青霉素类抗生素必须先做皮内试验。青霉素过敏试验包括皮肤试验方法(简称青霉素皮试)及体外试验方法,其中以皮内注射较准确。皮试本身也有一定的危险性,约有25%的过敏性休克死亡的病人死于皮试。所以皮试或注射给药时都应作好充分的抢救准备。在换用不同批号青霉素时,也需重作皮试。注射液、皮试液均不稳定,以新鲜配制为佳。而且由于自肾排泄,肾功能不良者,剂量应适当调整。此外,局部应用致敏机会多,且细菌易产生耐药性,故不提倡。

轶闻

2017年,阿德莱德大学澳大利亚古DNA研究中心(Australian Centre for Ancient DNA)的学者于“自然”期刊发表其研究,指出生存于旧石器时代的尼安德塔人即有使用青霉菌来抵抗牙痛的记录,也咀嚼含有水杨酸的杨树来当作阿司匹林[6][7]

参考资料

  1. ^ 张上淳. 何谓抗生素. 中华民国基层医疗协会. [2013-10-02]. 
  2. ^ 陈炳圣. 《万物简史》. 源桦. 2007. ISBN 986828421X. 
  3. ^ http://www.cicistudy.com/article.php?AID=299039[永久失效链接] 医学诺贝尔之路(1930):星光照耀奥地利。
  4. ^ 4.0 4.1 蔡秋帆、汤念湖、王耀宏合著. 药理学 2014. 新文京开发有限公司. 2014. 
  5. ^ Graham L. Patrick. An Introduction to Medicinal Chemistry. Oxford University Press. 2013. 
  6. ^ 5万年前就有“盘尼西林”...尼安德塔人用它治牙痛
  7. ^ Dental plaque DNA shows Neandertals used 'aspirin'. 阿德莱德大学. [2017-03-09]. 


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