베타락탐계 항생제(beta-lactam antibiotics)
<베타 락탐계 항생제>
JNKIM
항생제의 역사는 베타 락탐계 항생제로부터 시작되었고, 지금까지도 베타 락탐계 항생제는 항생제를 이용한 치료의 근간이 되고 있습니다. 이러한 베타 락탐계 항생제에 대한 단편적인 지식은 흔히 접할 수 있지만, 베타 락탐계 항생제에 대한 전체적인 리뷰를 할 수 있는 기회는 흔치 않았습니다. 이번 감염내과 실습 때 교수님께서 총체적 리뷰 강의를 해주신 덕분에 베타 락탐계 항생제의 분류와 특성, 그리고 각 균에 대한 항생제 사용법과 그 이유에 대해 알 수 있었습니다.
베타 락탐 항생제는 다음과 같이 분류됩니다. 베타 락탐계 항생제로는 크게 Penicillins, Cephalosporins, Carbapenem, Monobactam이 있습니다.
가장 유명한 항생제인 Penicillin은 β-lactamase-susceptible과 β-lactamase-resistant로 나눌 수 있습니다. 일부 균들은 β-lactamase를 생성하여 penicillin의 베타락탐 구조를 파괴하여 초기 Penicillin에 대한 내성을 획득하였습니다. 이 때문에 페니실린을 β-lactamase에 무력화되는지 여부에 따라 나눈 것입니다. β-lactamase-susceptible은 우선 가장 기본적이고 그람 양성균에 대한 효과를 보이는 Narrow-spectrum penicillin과 그람 음성균에도 효과를 보이는 Enteric-active penicillin(Ampicillin, Amoxicillin), 그리고 pseudomonas 균에도 효과를 보이는 Enteric-acitve and antipseudomonal(Piperacillin, Ticarcillin)로 다시 나눌 수 있습니다. β-lactamase-resistant 항생제는 주로 그람 양성균에 효과를 보이는 antistaphlyococcal(Methicillin, Oxacillin, Nafcillin) 그룹과, 주로 그람 음성균에 효과를 보이는 combined with β-lactamase inhibitors 그룹으로 나눌 수 있습니다. Combined with β-lactamase inhibitors는 말 그대로 β-lactamase-susceptible penicillin을 β-lactamase inhibitors과 함께 투여하여 β-lactamase를 가진 균에도 효과를 보이도록 한 것입니다.
Cephalosporin은 개발 단계에 따라 1세대, 2세대, 3세대, 그리고 4세대로 나누어집니다. 1세대 Cephalosporin(Cefazolin)은 β-lactamase-resistant penicillin과 동등한 위치를 가진다고 볼 수 있습니다. 1세대는 주로 그람 양성균(즉 MSSA)에 대해 효과를 보입니다. 2세대 Cephalosporin은 1세대에 비해 그람 음성균에 대한 효과가 더욱 증대된 약제입니다. 하지만 그람 양성균에 대한 효과는 1세대보다 떨어집니다. 2세대는 Haemophilus-active(Cefuroxime)와 Bacteroides-active(Cefoxitin)로 나뉩니다. Haemophilus-active는 주로 호흡기의 그람 음성균에 대해 효과를 보이며, Bacteroides-active는 위장관계의 그람 음성균에 대해 효과를 보이므로 같은 2세대 cephalosporin이라도 상황에 맞게 사용할 수 있어야 합니다. 3세대 Cephalosporin은 그람 음성균에 의해 생산되는 β-lactamase에 안정하여 그람음성균에 대한 항균력이 더욱 강화되었습니다. 또한 2세대에 비해 Blood-brain-barrier를 잘 통과한다는 특성을 가지고 있습니다. 3세대 Cephalosporin은 Extended-spectrum(Ceftriaxone, Cefotaxime, Ceftizoxime 삼형제) 그룹과 Extended-spectrum and antipseudomonal(Ceftazidime, Cefoperazone) 그룹으로 나뉩니다. Extended-spectrum의 경우 G(-)균에 대한 효과는 2세대와 크게 다르지 않지만 G(+)인 MSSA에 대한 항균력이 크게 강화되어 1세대 cephalosporin과 유사해졌습니다. 반면 Extended-spectrum and antipseudomonal의 경우 MSSA에 대한 항균력은 1세대보다 훨씬 떨어집니다. 그대신 G(-) 균에 대한 효과가 극대화되어 Pseudomonas까지도 상대할 수 있습니다. 같은 Extended-spectrum and antipseudomonal 그룹이라도 Pseudomonas에 대한 효과는 Ceftazidime이 Cefoperazone보다 뛰어납니다. 대신 Cefoperazone은 sulbactam이라는 β-lactamase inhibitor를 같이 사용할 수 있어서 (Sulperazone) 혐기성 균에 대한 항균력을 가집니다. 4세대 Cephalosporin(Cefepime)은 3세대의 Extended-spectrum 그룹과 Extended-spectrum and antipseudomonal 그룹의 강점을 합쳐놓은 약제입니다. G(+) 균에 대해서는 Cefotaxime 정도의 효과를, G(-) 균에 대해서는 Ceftazidime 정도의 효과를 보입니다.
Carbapenem(Imipenem, Meropenem, Ertapenem)은 항균 스펙트럼이 가장 넓은 항균제로 대부분의 G(+), G(-) 및 혐기성 균에 모두 항균력을 가집니다.
Monobactam(Aztreonam)은 G(-)에 대한 항균력이 좋으며 G(+)에는 항균력이 약합니다. 페니실린 제제와 교차과민반응이 없습니다.
위와 같은 내용을 바탕으로 대표적인 균에 대해 항생제를 어떻게 써야하는지 생각해볼 수 있습니다.
Stapyhlococcus aureus는 대표적인 G(+) 균입니다. 우선 narrow-spectrum penicillin을 쓰고 효과가 없을 때는 β-lactamase-resistant antistaphylococcal penicillin인 oxacillin, 그리고 이와 동등한 레벨에 있는 1세대 cephalosporin을 사용하게 됩니다. 여기에도 효과가 없는 MRSA의 경우 작용 기전에 다른 Vancomycin(그럼 양성균에만 효과)을 사용합니다.
Escherichia coli는 대표적인 G(-) 균입니다. 먼저 그람 음성균에도 효과를 보이는 페니실린 중 가장 기본이 되는 Ampicillin을 사용하고 효과가 없을 시에는 beta-lacatamase resistant이며 그람 음성균에도 효과를 보이는 ampicillin +b-lactamase inhibitor 또는 그람 음성균에도 효과를 보이는 2세대 cephalosporin을 사용합니다. 효과가 없을 경우 3세대 cephalosporin을 사용하고 여전히 효과가 없을 시에는 Carbapenem을 사용합니다.
Streptococcus pneumoniae는 그람 양성균이지만 그람 음성균의 성질도 약간 보이는 특이한 균입니다. 교수님께서는 그람 양성균은 주로 stratified squamous epithelium에 살고 그람 음성균은 주로 columnar epithelium에 사는데 Streptococcus pneumoniae는 columnar epithelium으로 이루어진 respiratory tract에 주로 서식하고 있기 때문에 그람 음성균의 성질도 조금은 가지는 것 같다고 말씀하셨습니다. 항생제에 대해 그람 음성균과 같은 반응도 약간은 보이므로, 처음에는 Penicillin이나 amoxicillin을 사용합니다. 그 후에는 1세대 cephalosporin이 아니라, 그람 음성균에 주로 효과를 보이는 3세대 cephalosporin을 사용합니다. 3세대 extended-spectrum cephalosporin 3세대 중 Ceftizoxime만이 나머지 Cefotaxime이나 Ceftriaxone에 비해 Pneumococcus에 대한 효과가 떨어지는 것으로 알려져있습니다. 3세대 cephalosporin도 효과가 없는 경우는 다시 G(+)에 효과가 있는 Vancomycin을 사용합니다.
Pseudomonas의 경우 처음에는 antipseudomonal penicillin인 piperacillin을 사용하고 그 후에는 piperacillin + b-lactamase inhibitor 혹은 antipseudomonal effect가 있는 3세대 cephalosporin인 ceftazidime을 사용합니다. 여전히 반응이 없을 때는 carbapenem을 사용합니다.
베타락탐계 약제에 대한 전반적인 이해가 없이 각 균에 대한 항생제 치료 순서를 외우는 것은 사상누각을 쌓는 것에 지나지 않습니다. 단순해 보이는 표나 치료 순서 알고리즘에 숨어있는 의미를 파악해야만 그 지식을 온전히 자기 것으로 만들 수 있습니다. 아직은 많이 부족하지만 이번 기회를 통해 조금이나마 항생제에 대한 이해의 폭을 넓힐 수 있었습니다.
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