Bakterielle Infektionen sind weit verbreitet und nach wie vor eine wesentliche Ursache für Krankheit und Sterblichkeit. Bakterielle Durchfallerkrankungen sind die Haupttodesursache bei Kindern weltweit, und Tuberkulose ist oft der tödliche Ausgang von Infektionskrankheiten. Der Einsatz antibakterieller Medikamente war eine der wichtigsten therapeutischen Errungenschaften des 20. Jahrhunderts, die den Verlauf vieler bakterieller Erkrankungen durch eine Senkung der Sterblichkeit (z.B. bei bakterieller Meningitis und bakterieller Endokarditis) und Morbidität erheblich veränderten. Andererseits gehören Antibiotika heute zu den am häufigsten ohne ausreichende Begründung verschriebenen Mitteln. Dies liegt zum Teil daran, dass viele von ihnen ein hohes Maß an Sicherheit aufweisen. Dies führt zu deren unsachgemäßer Verwendung, z.B. bei viralen Infektionen. Darüber hinaus werden einige der alten, seit langem entdeckten Antibiotika als Wachstumsförderer bei Nutztieren eingesetzt, deren Fleisch vom Menschen verzehrt wird, wodurch das Antibiotikum in subtherapeutischen Dosen in die menschliche Nahrungskette gelangt. Als Folge des übermäßigen Antibiotikaeinsatzes wird das globale Problem der Antibiotikaresistenz immer dringlicher. Besonders besorgniserregend ist die Ausbreitung von Methicillin-resistenten Staphylokokkeninfektionen sowohl in Krankenhäusern als auch in der Bevölkerung.
Mechanismus der Wirkung von Antibiotika
Im Idealfall blockieren antibakterielle Arzneimittel lebenswichtige Funktionen von Bakterien, ohne die entsprechenden Funktionen der Wirtszellen zu beeinflussen. Wenn man sagt, dass Antibiotika eine selektive Toxizität aufweisen, ist damit gemeint, dass sie lebenswichtige Funktionen von Bakterien stören, ohne (oder mit minimaler) Auswirkung auf die Zellen des infizierten Organismus.
Die Ursache für diese Selektivität liegt darin, dass Bakterien eine spezialisierte und anders aufgebaute Zellwand besitzen, während die Zellen von Säugetieren eine gewöhnliche Zellmembran aufweisen. Daher stellen Substanzen, die die Synthese oder Integrität der bakteriellen Zellwand beeinträchtigen, für Bakterien toxisch, aber für die Wirtszellen ungefährlich sind. In ähnlicher Weise dient die prokaryotische bakterielle Ribosomen (70S) als gutes Ziel für antibakterielle Präparate, da sie sich deutlich von den Ribosomen der Eukaryoten (80S) unterscheiden.
Die Hemmung des Bakterienwachstums und ihr Absterben hängen von der Konzentration des Antibiotikums ab. Die minimale Hemmkonzentration (MHK) ist die niedrigste Konzentration, bei der das Bakterienwachstum gehemmt wird. Wenn man die Konzentration über die MHK hinaus erhöht, erreicht man in der Regel eine Konzentration, die die Bakterien abtötet (der Begriff „abtötet“ bedeutet, dass die Zahl der lebenden Bakterien im Inokulum um den Faktor 1000 (log103,0) oder 99,9% reduziert wird). Die niedrigste Konzentration des Antibiotikums, die erforderlich ist, um die Bakterien abzutöten, wird als minimale bakterizide Konzentration (MBK) bezeichnet. In der Regel liegt die MBK 2- bis 8-mal höher als die MHK.
Antibiotika können sich synergistisch, antagonistisch oder indifferent zueinander verhalten. Eine synergistische Kombination erhöht den antibakteriellen Effekt deutlich über den eines einzelnen, potentesten Antibiotikums hinaus. Eine antagonistische Kombination führt zu einer schwächeren Hemmung des Bakterienwachstums als das potenteste Einzelantibiotikum. Eine indifferente Kombination zeigt weder synergistische noch antagonistische Effekte.
Die bakterizide Wirkung einiger Antibiotika hängt von ihrer Konzentration ab, während andere zeitabhängig wirken. Eine konzentrationsabhängige Abtötung bedeutet, dass die bakterizide Aktivität mit steigender Konzentration des Antibiotikums zunimmt. Bei zeitabhängiger Abtötung erhöht sich die bakterizide Aktivität kaum, wenn die Konzentration über die MBK hinaus ansteigt; stattdessen hängt die Abtötung davon ab, dass die Konzentration des Antibiotikums möglichst lange über der MBK gehalten wird.
Selbst nach Absetzen des Antibiotikums bleibt die normale Replikation der Bakterien oft für eine gewisse Zeit beeinträchtigt.
Häufig gestellte Fragen
Wie wirken Antibiotika auf Bakterien?
Antibiotika stören lebenswichtige Funktionen der Bakterien, ohne dabei die Zellen des infizierten Organismus zu beeinflussen. Dies ist möglich, da Bakterien eine spezialisierte Zellwand besitzen, die sich deutlich von der Zellmembran der Säugetierzellen unterscheidet.
Was ist der Unterschied zwischen bakteriostatischen und bakteriziden Antibiotika?
Bakteriostatische Antibiotika hemmen lediglich das Bakterienwachstum, während bakterizide Antibiotika die Bakterien abtöten. Die Einteilung hängt von der minimal notwendigen Konzentration ab – bakterizide Antibiotika müssen in höheren Konzentrationen als die minimale Hemmkonzentration vorliegen.
Wie wird die Wirksamkeit von Antibiotika-Kombinationen beurteilt?
Antibiotika-Kombinationen können sich synergistisch, antagonistisch oder indifferent zueinander verhalten. Eine synergistische Kombination verstärkt den antibakteriellen Effekt deutlich, eine antagonistische Kombination schwächt ihn ab, und eine indifferente Kombination zeigt weder Synergismus noch Antagonismus.
Warum ist die Konzentration des Antibiotikums wichtig?
Die Hemmung des Bakterienwachstums und ihr Absterben hängen von der Konzentration des Antibiotikums ab. Höhere Konzentrationen als die minimale Hemmkonzentration führen in der Regel zum Abtöten der Bakterien.
Wie lange wirken Antibiotika nach Absetzen noch nach?
Selbst nach Absetzen des Antibiotikums bleibt die normale Replikation der Bakterien oft für eine gewisse Zeit beeinträchtigt.