Mecanisme de actiune a substantelor antibacteriene

Mecanisme de actiune a substantelor antibacteriene

Metodele de studiu privind mecanismele de actiune ale AS si DF sunt:

studiul dinamicii inglobarii;

determinarea efectelor litice sau de pierdere a constituientilor celulari;

studiul efectelor asupra modelului membranar;

detectarea inhibitiei activitatii enzimelor;

studiul efectelor asupra proceselor de biosinteza macromoleculara;

examinarea microscopica a celulelor expuse actiunii biocidelor.

Efectele nocive ale substantelor antibacteriene se exercita pe mai multe cai:

prin modificari de permeabilitate la nivelul peretelui celular si membranei citoplasmatice;

prin denaturarea unor constituienti celulari esentiali (proteinele);

prin blocarea gruparilor functionale active ale enzimelor si interferenta cu metabolismul producator de energie;

inhibitia competitiva prin analogie sterica, a reactiilor de biosinteza.

Uneori, aceiasi substanta isi poate exercita actiunea, pe una sau pe mai multe cai, dar una dintre acestea reprezinta calea principala de actiune.

Oricare ar fi tipul de celula microbiana, actiunea substantelor antimicrobiene se desfasoara dupa o secventa comuna de evenimente. Interactiunea cu suprafata celulei poate modifica semnificativ viabilitatea (de exemplu, glutaraldehida), dar cei mai multi agenti antimicrobieni sunt activi dupa ce patrund in celula.

Mecanismele actiunii antisepticelor si dezinfectantilor asupra protozoarelor nu au fost investigate, datorita dificultatii cultivarii unor protozoare in conditii de laborator (de exemplu, Criptosporidium). Diferitele stadii ale ciclului de dezvoltare (de exemplu, trofozoitii si chistii) ilustreaza modul in care schimbarile fiziologice si citologice influenteaza raspunsul la antiseptice si dezinfectanti.

Antisepticele si dezinfectantele se folosesc pe scara larga in spitale si in alte locatii, pentru aplicatii locale si pentru dezinfectarea suprafetelor expuse. Ele constituie o parte esentiala a practicilor de control al infectiilor si contribuie la prevenirea infectiilor nosocomiale^*.

Infectiile nosocomiale sunt produse de tulpini de microorganisme cu circulatie limitata in mediul spitalicesc, rezistente la tratamentul cu antibiotice si cu agenti chimioterapeutici, ca rezultat al unei presiuni selective constante.

Substante antibacteriene active prin modificari de permeabilitate

Substantele din aceasta categorie (sapunurile, detergentii) produc modificari fizico-chimice, care duc la pierderea permeabilitatii selective a membranelor celulare, astfel incat membrana citoplasmatica nu mai retine in interiorul celulei, moleculele utile (aminoacizi, nucleotide, coenzime, ioni) si nici nu poate opri patrunderea din exterior a unor substante nocive.

Sapunurile isi datoresc efectul antimicrobian, actiunii acizilor grasi nesaturati (oleic, linoleic, linolenic) din compozitia lor. Actiunea lor se exercita asupra constituientilor lipidici ai membranelor celulare, care astfel devin mai permeabile. Datorita capacitatii lor emulsionante, sapunurile determina, prin spalare, o reducere masiva a numarului microorganismelor pe suprafata tegumentului.

Detergentii sunt compusi organici tensioactivi, obtinuti prin sinteza chimica, din materii prime derivate din petrol. Molecula lor este asemanatoare aceleia a sapunurilor, dar au proprietati fizice si chimice superioare.

Molecula agentilor tensioactivi este asimetrica: contine o regiune hidrofila si una hidrofoba (lipofila sau liposolubila). Molecula detergentilor se leaga atat de apa, cat si de moleculele organice nepolare. Molecula amfipatica a detergentilor se orienteaza cu capatul hidrofob, spre materialul organic, iar cu capatul hidrofil, spre apa. Efectul detergentilor este udarea, desorbtia, emulsionarea, suspensionarea si stabilizarea particulelor dizlocate de pe o suprafata (Fig. 74). Rezultatul este detergenta (sau curatirea). La contactul cu o suprafata lipidica sau cu interfata ulei-apa, moleculele detergentului se adsorb pe aceasta suprafata, prin gruparile lor hidrofobe, iar cele hidrofile raman in apa.

Fig. 74. Molecula de detergent se orienteaza cu gruparea hidrofoba spre materialul organic

Astfel orientate, moleculele detergentului formeaza un strat (o solutie) de continuitate intre cele doua medii insolubile (lipide-apa), ceea ce determina efectul de "udare", ca rezultat al scaderii tensiunii superficiale.

Pe baza sarcinii sau absentei ionizarii gruparii hidrofile, detergentii sunt de patru tipuri: cationici, anionici, neionici si amfoterici. Cei neionici nu au calitati dezinfectante, iar uneori pot chiar sa favorizeze cresterea bacteriilor si fungilor.

Monoglicerida acidului stearic Lauratul de sodiu

(detergent neionic) (detergent anionic)

Detergentii anionici sunt saruri de Na si K ale acizilor grasi superiori. Au efect bactericid scazut, deoarece prin disociere elibereaza un anion organic, cu toxicitate redusa, respins de sarcina neta negativa a suprafetei bacteriene. Sunt mai eficienti fata de bacteriile Gram negative.

Detergentii cationici (Cetavlon, Cetazol, Bromocet) sunt saruri de amoniu quaternar, care contin patru grupari organice legate de un atom de azot.

Cetilpiridinium clorid (detergent cationic)

Prin disociere, detergentii cationici elibereaza un cation organic toxic. Compusii amoniului quaternar actioneaza asupra structurii membranei, pe care o dezorganizeaza. Bacteriile isi pierd sarcina electronegativa, prin adsorbtia ionilor pozitivi. Substantele lipidice din peretele celular si cele din membrana sunt solubilizate. Numerosi constituienti citoplasmatici parasesc celula, iar substanta activa patrunde in interior si denatureaza proteinele si acizii nucleici.

Sarurile quaternare de amoniu lizeaza sferoplastii si protoplastii suspendati in solutie de sucroza. Sunt sporostatici (inhiba dezvoltarea celulei vegetative din sporul germinat, dar nu procesul de germinare propriu-zisa). Au efect micobacteriostatic, dar nu micobactericid. Compusii amoniului quaternar se folosesc pentru dezinfectia preoperatorie a tegumentului intact, se aplica pe membranele mucoase.

Detergentii cationici sunt bactericizi fata de toate categoriile de bacterii, chiar si fata de M. tuberculosis, deoarece dizolva invelisul lipidic al suprafetei lor. Eficienta lor este diminuata de materialele fibroase, de apa, de ionii de Ca²⁺ si Mg²⁺. Oxideaza obiectele de metal, daca nu se adauga un agent antioxidant (nitritul). Viabilitatea sporilor nu este afectata. Nu sunt toxici pentru organismul uman si nu irita tesuturile. Se folosesc ca antiseptici tegumentari. Actiunea lor este neutralizata de sapunuri si fosfolipide.

Detergentii neionici (polieteri si esteri poliglicerici) nu au actiune bactericida. Adaugati in mediile nutritive sunt chiar metabolizati de unele microorganisme. Unii dintre ei (Tween 80) sunt folositi ca agenti de dispersare ai celulelor bacteriene, pentru a favoriza cresterea si multiplicarea lor. Concentratiile mici de polisorbat (Tween) modifica permeabilitatea membranei externe a bacteriilor Gram negative.

Tween 80

Agentii amfoterici cumuleaza proprietatile de detergent ale compusilor anionici, cu proprietatile antimicrobiene ale compusilor cationici. Activitatea lor ramane constanta la o variatie larga de pH. Din aceasta categorie fac parte compusii din seria Tego.

Substante care actioneaza prin denaturarea proteinelor

Substantele din aceasta categorie produc modificari fizico-chimice ale coloizilor citoplasmatici, stopeaza activitatea enzimelor si precipita sau coaguleaza proteinele celulare.

Fenolul (acidul carbolic) este cel mai vechi dezinfectant cunoscut (Lister l-a folosit in l867). La concentratii mici este bactericid, deoarece produce denaturarea si chiar precipitarea proteinelor celulare. Este iritant si produce coagularea proteinelor tisulare. Aceleasi efecte le produc si derivatii sai (crezolul, crezil-acetatul).

Agentii antimicrobieni de tip fenolic s-au folosit pentru proprietatile antiseptice, dezinfectante sau conservative, in functie de compus. Adeseori s-au denumit "otravuri protoplasmatice generale" (McDonnell, 1999), dar sunt activi si fata de membrana.

Fenolul induce pierderea progresiva a constituientilor intracelulari, inclusiv eliberarea K⁺, indiciul major al leziunii membranare. Se considera ca fenolul actioneaza la punctul de separare a celulelor fiice pereche. Celulele tinere sunt mai sensibile. Fenolii sunt antifungici si antivirali. Actiunea antifungica se datoreaza lezarii membranei plasmatice si pierderii constituientilor citoplasmatici.

Fenolul si crezolii au proprietati analgezice (fig. 75). Se folosesc sub forma de spray ca antiseptice si analgezice pe membranele mucoase (ale urechii, nasului, gatului). Sunt foarte stabili la incalzire si uscare si isi pastreaza activitatea in prezenta materialului organic. Fata de sporii bacterieni au o eficienta moderata.

In dilutie de 5%^o, fenolul este folosit ca prezervant pentru diferite preprate biologice. Prin conventie internationala, activitatea fenolului este considerata ca etalon, in raport cu care se apreciaza activitatea antibacteriana a diferitelor substante.

Fig. 75. Structura agentilor antibacterieni care apartin grupului fenolic.

Fenolii sunt mai activi in amestec cu sapunurile, care maresc solubilitatea lor si favorizeaza penetrarea in substrat.

Adaugarea unui halogen (clor) sau a unui compus organic stimuleaza activitatea microbicida a fenolilor.

Difenolii sunt derivatii hidroxi-halogenati a doua grupari fenolice conectate prin diferite legaturi. Au spectru larg de eficacitate, sunt sporostatici, dar au activitate scazuta fata de Ps. aeruginosa si fungi. Triclozanul si hexaclorofenul sunt cele mai folosite biocide din acest grup: in sapunurile antiseptice si in solutiile dezinfectante pentru maini. Ambele au efecte cumulative si persistente asupra tegumentului.

Triclosanul are activitate in special fata de bacteriile Gram pozitive. Eficienta fata de bacteriile Gram negative si levuri poate sa creasca prin efectul de formulare: de exemplu, in asociatie cu EDTA, determina cresterea permeabilitatii membranei externe. Efectul primar se produce, probabil, asupra membranei citoplasmatice, deoarece inhiba inglobarea nutrientilor, iar concentratiile mari bactericide produc cresterea ampla a permeabilitatii si eliberarea rapida a componentelor celulare.

Hexaclorofenul (difenol halogenat) este bacteriostatic la dilutii foarte mari. In combinatie cu un sapun este un dezinfectant eficace al pielii. Daca este absorbit pe cale tegumentara este toxic. Nu are miros iritant, este un bun deodorant, ceea ce explica utilizarea sa ca deodorant comercial si pentru producerea sapunurilor, inainte de a fi interzis, datorita neurotoxicitatii la copii. Mecanismul de actiune consta in inhibitia catenei transportoare de electroni, al carei sediu structural este membrana citoplasmatica, efectul fiind bactericid.

Hexaclorofenul

Clorhexidenul este probabil cel mai folosit biocid in scopul producerii antisepticelor utilizate pentru curatirea mainilor, dar si ca dezinfectant si conservant. Este un inlocuitor eficient al hexaclorofenului. Are eficienta cu spectru larg. Activitatea antibacteriana este dependenta de pH si este mult diminuata in prezenta materiei organice.

Clorhexidenul

Clorhexidenul este un agent bactericid, deoarece traverseaza peretele celular sau membrana externa, prin difuzie pasiva si actioneaza asupra membranei citoplasmatice, perturband-i permeabilitatea. Nu este sporicid. Efectul asupra germinarii este minim, dar inhiba cresterea.

Micobacteriile sunt, in general, foarte rezistente la clorhexiden.

Alexidina difera chimic de clorhexiden, pentru ca are grupari terminale etil-hexil. Are actiune mai rapid bactericida, deoarece altereaza mai rapid permeabilitatea.

Esterii alkilati ai acidului hidroxibenzoic sunt conservanti ai alimentelor si medicamentelor. Nu sunt toxici, deoarece sunt hidrolizati rapid.