A. Georgopoulos
Univ.-Klinik für Innere Medizin I, Klin. Abt. für Infektionen und Chemotherapie, Medizinische Universität Wien
(Leiter: Univ.-Prof. DDr. W. Graninger)

• Schlüsselwörter
• Zusammenfassung
• Key-words
• Summary
• Einleitung
• Material und Methoden
• Ergebnisse und Diskussion

Zusammenfassung

Schwere Staphylokokken-Infektionen, insbesondere Infektionen, die durch Methicillin-resistente Staphylococcus aureus-Erreger hervorgerufen werden, werden oft mit einer Kombination von Antibiotika behandelt. So kann auch durch die Anwendung von zwei Antibiotika gleichzeitig die Wahrscheinlichkeit einer Resistenzentwicklung gesenkt werden. Durch die Kombination zweier Antibiotika versuchen wir eine Potenzierung der Wirkung im Sinne eines Synergismus der Einzelantibiotika zu erreichen.

In den vorliegenden Untersuchungen wurde Fosfomycin in Kombination mit ß-Laktam-Antibiotika auf ihre potenzierende Wirkung gegenüber einer großen Anzahl von Staphylococcus aureus-Erreger evaluiert. Hierbei konnte gezeigt werden, dass Fosfomycin in Kombination mit ß-Laktam-Antibiotika eine interessante Therapieoption von schweren Staphylokokkeninfektionen im Spital darstellen könnte. Über die klinische Relevanz dieser Daten kann eine Entscheidung erst in der Klinik, beim Patienten getroffen werden, wenn dieser Antibiotikakombination mehr Beachtung geschenkt wird.

Summary

Severe staphyloccocal infections, especially infections caused by the methicillin-resistant Staphylococcus aureus pathogens are very often treated using a combination of antibiotics. This method of applying simultaneously 2 antibiotics reduces a possible development of resistance. Due to the fact that two antibiotics are combined we try to potentiate the effect (synergism) of a single antibiotic application. The potentiating effect of the simultaneous application of Fosfomycin and ß-lactam-antibiotics against a large number of Staphylococcus aureus strains could be evaluated in the present study. It could be shown that the combination of Fosfomycin and ß-lactam-antibiotics represents an interesting therapy option in case of severe staphylococcal infections inhospital settings. The clinical relevancy of these dates depends on the future use of this combination therapy in daily clinical practice.

Die Häufigkeit von Infektionen durch Gram-positive Keime hat in den letzten Jahren weltweit stark zugenommen. Erreger wie Methicillin-resistente Staphylokokken, Penicillin-resistente Pneumokokken oder Vancomycin-resistente Enterokokken sind unter den häufigsten Verursachern von nosokomialen Infektionen. Bei derartigen Infektionen steigt nicht nur die Morbidität und Mortalität, es fallen auch durch einen längeren Spitalsaufenthalt höhere Kosten an. Eine gezielte Kombinationstherapie könnte nicht nur zu einer Verkürzung der Behandlungsdauer und somit auch zu einer Kostensenkung führen, sondern die Wirkung eines Antibiotikums gegenüber den pathogenen Erregern verbessern.

In dieser Studie wurden klinische Isolate aus verschiedenen Staphylokokken-Infektionen von Spitalspatienten verwendet und in vitro in Kombination mit verschiedenen Antibiotika getestet.

Bakterienstämme: Es wurden insgesamt 104 Stämme – 91 Methicillin-empfindliche und 13 Methicillin-resistente-Staphylokokken (Staphylococcus aureus), die von Patienten aus dem AKH-Wien isoliert wurden, gesammelt. Alle klinischen Isolate wurden nach standardisierten Labormethoden kultiviert und identifiziert und bis zur Testung bei -196°C aufbewahrt.

Antibiotika: Für die Kombinationsprüfung wurden Fosfomycin, Amoxicillin/Clavulansäure, Cefuroxim und Imipenem verwendet. Die Antibiotika wurden nach Vorschrift des Herstellers im Aqua dest. als Standardkonzentration von 1.000 mg/ml gelöst und im flüssigen Stickstoff aufbewahrt. Aufgetaute Antibiotika wurden am selben Tag verwendet.

Medien: Alle Untersuchungen wurden mit Mueller-Hinton-Bouillon plus 25 mg/l Glucose-6-Phosphat als Wachstumsmedium durchgeführt. Zur Kultivierung der Bakterien wurden Columbia-Agarplatten mit 5% Hammelblut verwendet.

Herstellung des Inoculums: Die Bakterien wurden auf Blutagarplatten ausgestrichen und über Nacht bei 37°C inkubiert und am nächsten Tag mit Mueller-Hinton-Bouillon suspendiert, um nach McFarland eine Dichte von 0,5 zu erreichen. Dieses Inoculum, 1 bis 3 x 10 CFU/ml entsprechend, wurde neulich zehnfach verdünnt, damit das endgültige Inoculum 1 bis 3 x 10 CFU/ml ergibt.

Kombinationsprüfung: Die Effektivität eines einzelnen Antibiotikums wird gewöhnlich an der geringsten Dosis, die kein Bakterienwachstum mehr zulässt (MHK: minimale Hemmkonzentration), gemessen. Als Arbeitsmethode wurde die Checkerboard-Technik angewendet, bei der zwei Antibiotika miteinander kombiniert werden und das Ergebnis immer zwischen Synergismus und Antagonismus liegt. Bei Checkerboard, der am meisten verwendeten Methode, werden die unterschiedlichen Konzentrationen der beiden Antibiotika auf Mikrotiterplatten aufgebracht. Verdünnungsreihen von Antibiotikum A entlang der x-Achse und Verdünnungsreihen von Antibiotikum B entlang der y-Achse der Platte werden angesetzt. Nach der Inkubationszeit werden die einzelnen Proben auf Wachstum bzw. Trübung überprüft. Für die Kombinationstestung sind vier verschiedene Werte von Bedeutung, nämlich MHK von Antibiotikum A allein, Antibiotikum B allein, Antibiotikum A + B in Kombination und das Wachstum des Keimes ohne Antibiotikum. Die Auswertung der Ergebnisse erfolgt mittels Isobologramm, wobei wir hier von der Definition der Additivität ausgehen. Das Ergebnis ist gleich der Summe der Wirkungen der einzelnen Antibiotika oder die der Antibiotika verhält sich so, als wäre sie mit sich selbst kombiniert (ein Teil Antibiotikum A plus zwei Teile Antibiotikum B ist gleich wie drei Teile Antibiotikum A). Ist das Ergebnis besser als bei Additivität, so sprechen wir von Synergismus – ist es schlechter, von Antagonismus. Die graphische Isobalogrammauswertung von zwei Substanzen in der Kombination entspricht der Auswertung mit Hilfe des FIC-Index. Der FIC-Index (Fractional Inhibitory Concentration) wird aus der minimalen Hemmkonzentration (MHK) wie folgt berechnet:

Diese Quotienten stellen Fraktionen wirkungsäquivalenter Konzentrationen dar. Wenn sich die FIC-Werte zu 1 summieren, besteht ein additives Verhalten (Add). Ist die Summe kleiner als 1, liegt Synergismus (Syn) vor. Sind die Werte zwischen 1 und 2, besteht Indifferenz (Ind), und Werte, die größer als 2 sind, zeigen Antagonismus (Ant). Ein FIC-Wert von 0,5 entspricht einer vierfachen MHK-Reduktion von jedem Antibiotikum der Kombination und bedeutet, dass beide Antibiotika einen synergistischen Effekt zeigen.

Tabelle 1: Minimale Hemmkonzentration in mg/L gegenüber MSSA (n=91) Bakterien/ Stämme Fosfomycin Amox./Clav. Cefuroxim Imipenem 3653 1864 2322 2399 1796 1785 1983 2080 3265 2446 2490 3400 2300 1844 1756 3805 3405 4186 1588 1961 2466 2310 2074 2498 2407 EPI0231 2255 1812 1614 2364 3815 3655 3588 2930 2607 2442 2009 2615 1734 3801 2474 2468 2459 2067 1846 2060 2223 2805 2252 2375 2779 3423 1682 1562 1486 1501 1564 2803 3542 2928 2807 3792 2849 3022 2278 3566 3013 3014 3422 2169 1996 2283 2213 2289 1584 2797 2029 1953 1675 2154 2161 2089 2019 2139 1849 1848 2331 2505 2804 2400 ATCC 2921 0,125 2 0,125 0,5 0,125 0,25 0,125 0,125 0,25 2 0,25 0,5 2 0,06 0,125 0,125 0,125 0,125 0,125 0,125 0,25 1 0,5 2 0,25 1 0,25 0,125 0,5 0,5 0,25 0,125 2 0,125 0,25 0,125 0,25 0,5 0,5 0,25 1 0,5 1 1 0,5 0,5 0,25 0,25 0,5 0,125 0,25 0,125 1 1 0,5 1 0,125 0,5 0,5 0,5 0,25 1 0,5 0,5 0,5 0,25 1 0,25 0,5 0,125 0,25 0,25 0,25 0,06 0,5 0,5 0,06 0,125 2 0,5 0,125 0,25 0,125 0,25 1 1 0,06 0,5 0,25 0,5 0,5 0,06 0,125 0,5 1 1 1 0,06 0,5 0,06 2 2 0,125 0,06 0,5 1 0,5 0,06 0,06 2 0,06 1 0,125 1 0,5 1 0,5 0,5 0,5 1 0,5 1 0,5 1 0,06 0,125 1 0,06 32 2 0,5 1 1 1 1 0,5 0,5 1 0,125 0,5 1 0,06 1 0,5 2 0,06 1 1 1 0,5 1 0,125 0,5 0,125 0,5 0,5 4 2 1 0,125 0,06 1 0,125 1 1 0,5 1 1 1 2 0,06 0,06 1 1 1 0,5 1 0,06 1 1 2 0,25 0,25 1 1 1 0,25 0,5 0,25 0,25 0,25 1 1 1 1 0,5 0,5 1 0,5 0,5 1 1 1 1 1 1 1 1 0,5 0,5 1 1 0,5 0,5 1 0,5 0,5 0,5 0,5 2 1 1 1 0,5 0,5 1 1 0,5 0,5 0,5 0,5 1 1 1 0,5 0,5 0,5 0,5 1 0,5 0,5 1 0,5 1 1 0,5 1 2 1 0,5 0,5 0,5 1 1 0,5 0,5 1 1 1 0,5 1 0,5 0,5 1 0,5 1 0,5 0,5 0,25 0,25 0,5 0,5 1 0,015 0,015 0,015 0,01 0,015 0,015 0,015 0,015 0,015 0,015 0,015 0,015 0,015 0,015 0,015 0,015 0,015 0,015 0,015 0,015 0,015 0,015 0,015 0,015 0,015 0,015 0,015 0,015 0,015 0,015 0,015 0,015 0,015 0,015 0,015 0,015 0,015 16 0,015 0,015 0,015 0,015 0,015 0,015 0,015 0,015 0,015 0,015 0,015 0,015 0,015 0,015 0,015 0,015 0,015 0,015 0,015 0,015 0,015 0,015 0,015 0,015 0,015 0,015 0,015 0,015 0,015 0,015 0,015 0,015 0,015 0,015 0,015 0,015 0,015 0,015 0,015 0,015 0,015 0,015 0,015 0,015 0,015 0,015 0,015 0,015 0,015 0,015 0,015 0,015 0,015

Die Ergebnisse der Empfindlichkeitsprüfungen der getesteten Antibiotika gegenüber Staphylococcus aureus sind in den Tabellen 1 bis 3 zusammengefasst und dargestellt. Die Wirkung von Fosfomycin mit den hier kombinierten ß-Laktamen gegenüber MSSA in vitro sind in den Tabellen 4 und 5 zusammengefasst. Wie aus den Tabellen 1 bis 3 eindeutig hervorgeht, zeigt Fosfomycin gegenüber Staphylokokken und auch gegenüber MRSA eine sehr gute Wirksamkeit. Die Anzahl der In vitro-Studien über Kombinationswirkungen von Fosfomycin mit ß-Laktam-Antibiotika sind sehr gering. Fosfomycin wird jedoch bei Spitalsinfektionen sehr häufig mit ß-Laktam-Antibiotika in Kombination empfohlen und angewendet. In dieser Studie sollten unter experimentellen Bedingungen mehr Kenntnisse über die Kombinationsmöglichkeiten und Wirkungen von Fosfomycin mit ß-Laktam-Antibiotika gewonnen werden. Im Speziellen sollte hier vergleichend die Wirkung von Fosfomycin mit Amoxicillin/Clavulansäure oder mit einem Cephalosporin der 2. Generation, nämlich Cefuroxim, bzw. mit Imipenem gegenüber Staphylokokken in vitro evaluiert werden.

Die Ergebnisse bestätigen derartige Kombinationsmöglichkeiten und im Falle von Amoxicillin/Clavulansäure sogar mit einer 20%igen synergistischen Wirkung. Die Kombination Fosfomycin mit Cefuroxim ist möglich, jedoch mit Imipenem wird die Kombinationswirkung – synergistische bzw. additive Wirkung – bis 60% bei MSSA vorteilhaft und auch bei MRSA stark ausgeprägt, nämlich bei 9 von 13 Bakterienisolaten wurde ein synergistischer Effekt festgestellt (Tabelle 3 und 4). Diese Ergebnisse bestätigen die gute Wirkung von Fosfomycin als Kombinationspartner als eine interessante Therapiemöglichkeit von Staphylokokkeninfektionen im Spitalsbereich. Der wesentliche Vorteil für die Anwendung derartiger Antibiotikakombinationen, nämlich Fosfomycin mit ß-Laktamen, wird leicht verständlich, da beide Kombinationspartner sowohl über ein breites Wirkspektrum, als auch über eine große therapeutische Breite verfügen.

Die Bedeutung von nosokomialen Infektionen durch Gram-positive Bakterien ist enorm. Multiresistente Erreger stellen oft ein großes therapeutisches Problem dar, weil es nur ein begrenztes Angebot an Antibiotika gibt und immer häufiger Studien über neu auftretende resistente Bakterien erscheinen. Das Ansteigen von Infektionen durch resistente Bakterien macht eine Kombinationsbehandlung immer wichtiger. Der Kostenfaktor und die niedrige Nebenwirkungsrate machen eine derartige Antibiotika-Kombination in vielen Fällen zu einer attraktiven Behandlungsoption. Die Entscheidung jedoch für das eine oder andere Antibiotikum mit Fosfomycin in Kombination muss in Abhängigkeit von der erwarteten Resistenzsituation und dem klinischen Bild des Patienten erfolgen.

Besten Dank an Ing. Waltraud Schmidt und Karin Stich für die ausgezeichnete medizinisch-technische Assistenz.

Tabelle 2: Minimale Hemmkonzentration in mg/L gegenüber MRSA (n=13) Bakterien/ Stämme Fosfomycin Amox./Clav. Cefuroxim Imipenem EPI 248 EPI 217        2182        1747        1787        3607        1965        2208 ......1663 EPI 223 EPI 192        2218        2086 32 16 128 2 0,5 4 4 1 2 32 2 8 32 64 32 64 64 16 64 32 64 64 16 64 64 8 4 256 128 256 256 128 4 256 256 256 256 >256 256 128 128 64 64 8 128 0,25 64 32 16 128 8 64 Tabelle 3: Bereich der minimalen Hemmkonzentration gegenüber Staphylococcus aureus in mg/L MSSA (n = 91) MSSA (n = 13) Fosfomycin 0,06 - 2 0,5 - 128 Amox./Clav. 0,06 - 32 8 - 64 Cefuroxim 0,25 - 2 4 - 256 Imipenem 0,015 - 16 0,25 - 128 Tabelle 4: Kombinationswirkung von Fosfomycin mit ß-Laktam-Antibiotikagegenüber MSSA, n=91, (%) Antibiotika Fosfomycin - Amox./Clav. Cefuroxim Imipenem Syn Add Ind Ant 19 (21) 17 (19) 55 (60) - 5 (5) 6 (7) 79 (87) 1 (1) 8 (9) 46 (50) 37 (41) - Tabelle 5: Kombinationswirkung von Fosfomycin mit ß-Laktam-Antibiotikagegenüber MRSA (n=13) Antibiotika Fosfomycin - Amox./Clav. Cefuroxim Imipenem Syn Add Ind Ant 4 2 7 - 3 2 8 - 9 2 2 -

Anschrift des Verfassers:
Univ.-Prof. DDr. Apostolos Georgopoulos
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