Farmacologia dos Agentes Antibióticos e Quimioterápicos Antibacterianos

Revisão dos principais mecanismos de ação dos fármacos e a resposta bacteriana

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Objetivos deste módulo

Após o encerramento, os alunos deverão estar capacitados a compreender os mecanismos de ação dos agentes antibióticos e quimioterápicos antibacterianos e a importância da compreensão do antibiograma.

Declaro que não há nenhum conflito de interesses entre o curso e fabricantes de produtos demonstrados em aula.

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Programa do Módulo

1. Introdução à farmacologia dos agentes antibacterianos

2. Classificação dos fármacos antibacterianos

3. Farmacocinética e farmacodinâmica dos agentes antibacterianos

4. Mecanismo de ação dos fármacos antibacterianos 1. Fármacos que atuam na parede celular

2. Fármacos que atuam como inibidores das beta-lactamases

3. Fármacos que atuam na permeabilidade da membrana celular bacteriana

4. Fármacos que atuam na síntese protéica bacteriana

5. Fármacos que interferem na replicação do DNA bacteriano

6. Fármacos que atuam na DNA Girase

7. Fármacos que atuam na síntese do ácido tetraidrofólico

5. O antibiograma 1. Conceitos básicos

1. Concentração inibitória mínima

2. Escolha dos fármacos

3. PK/PD

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1. Introdução à farmacologia dos agentes antibacterianos 1.a) Revisando a estrutura celular bacteriana

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Características principais

1. Material genético

a) Livre e disperso no citoplasma

2. Configuração genética

a) DNA único e circular

3. Replicação

a) Fissão binária

4. DNA Extra-cromossônico

a) Plasmídios

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1. Capsula 2. Outer membrane 3. Periplasm and Cell wall 4. Cytoplasmic (inner) membrane 5. Cytoplasm 6. Ribosome 7. Reserve food supplies 8. Chromosome 9. Mesosome

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Características principais

5. Síntese protéica a) Ausência de retículo endoplasmático

b) Ribossomos livres no citoplasma

a) Subunidades 50S e 30S

6. Produção de energia a. Cadeia de transporte de elétrons

b. Ausência de mitocôndrias

7. Envelope celular a. Membrana plasmática

i. Membrana lipoprotéica – regula transporte

b. Parede celular

i. Presente i. Traz rigidêz

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1. Introdução à farmacologia dos agentes antibacterianos 1.b) Revisando a formação da Parede Celular Bacteriana

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PAREDE CELULAR BACTERIANA: Desenho esquemático básico

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PAREDE CELULAR BACTERIANA: Foto vs desenho esquemático

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1. Introdução à farmacologia dos agentes antibacterianos 1.c) Revisando a Coloração de Gram e compreendendo seu princípio

Quem foi Hans Christian Joachim Gram? Médico bacteriologista e farmacologista dinamarquês nascido

Professor em Copenhagen, pioneiro no estudo sobre a reação em que se submetem bactérias, inicialmente, à coloração por violeta-de-genciana e, em seguida, à solução de lugol. Filho de Frederik Terkel Julius Gram

M.D pela Universidade de Copenhague (1878).

Assistente na universidade e médico residente no Hospital Municipal de Copenhague, o Kommunehospitalet, e defendeu sua tese de doutorado (1882).

Viajou pela Europa (1883-1885), estudando farmacologia e bacteriologia em Strassburg, Marburg e Berlim.

Habilitou-se em farmacologia na Universidade de Copenhague, sendo Privatdozent (1886-1889).

Tornou-se (1891) lecturer de farmacologia, e depois professor.

Aposentou-se (1900) da farmacologia para se tornar professor ordinário de patologia e terapia (1900-1923), quando se aposentou da universidade e passou a estudar história da medicina.

Publicou os quatro volumes de Klinisk-therapeutiske Forelæsninger (1902-1909) e morreu em Copenhagen.

Desenvolveu o método de coloração de bactérias em 1884

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Descrição do Método de Gram

Consiste no tratamento sucessivo de um esfregaço bacteriano, fixado pelo calor, com os reagentes cristal violeta, iodo, etanol-acetona e fucsina básica.

Baseado na capacidade das paredes celulares de bactérias Gram-positivas de reterem o corante cristal violeta durante um tratamento com etanol-acetona enquanto que as paredes celulares de bactérias Gram-negativas não o fazem.

– São classificadas de gram-positivas as que retêm, a despeito de tratamento pelo álcool , a coloração adquirida, e de gram-negativas as que não a conservam.

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Coloração de Gram: Princípio da Técnica

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Gram 1: Violeta – 60” - Cora peptidoglicano e protoplasma

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Gram 2: Lugol – 60” - Agente fixador (complexo corante/iodo)

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Após formar complexo…

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Gram 3: Álcool Acetona – 10” - Agente “descorante”

Água Corrente...

Após água corrente…

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•Dissolve estrutura lipídica da membrana externa das Gram-negativas, removendo o complexo cristal violeta-iodo. •Provoca fechamento dos espaços do peptidoglicano por desidratação da parede celular das Gram-negativas, retendo o complexo e mantendo a coloração por impermeabilidade.

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Gram 4: Safranina – 30” - Cora porção lipídica (membrana)

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Ao final...

Ao microscópio: E. coli + S. aureus

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Ao final... Bactérias velhas, parede agredida, etc.

Ao microscópio: E. coli + S. aureus

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1. Introdução à farmacologia dos agentes antibacterianos 1.d) Formação da Parede Celular bacteriana

Gram-positivas Gram-negativas

NAM= Ácido N-Acetil-Murâmico

NAG = N-Acetil-Glucosamida

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PAREDE CELULAR BACTERIANA: Desenho esquemático molecular

Parede celular: composição

Estrutura rígida que recobre a membrana citoplasmática e confere forma às bactérias.

Constituída por: – ácido diaminopimérico (DPA) – ácido murâmico – ácido teicóico – aminoácidos, carboidratos e lipídeos.

• formam substâncias poliméricas complexas

Peptideoglicano (também chamada de mucopeptídeo ou mureína) forma a estrutura rígida da parede.

Protege a célula, mantém a pressão osmótica intrabacteriana, impedindo o rompimento da célula devido à entrada de água

Funciona como suporte de antígenos somáticos bacterianos.

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Formação da parede celular

Ocorre em três fases principais.

– 1) Síntese de monômeros de mureína a partir de aminoácidos e de unidades de açúcares;

• Intracelular, ocorre no citoplasma

– 2) Polimerização dos monômeros de mureína em polímeros de peptidoglicano lineares;

• Mediada por lipídios e ocorre na membrana citoplasmática,

– 3) Ligação cruzada dos polímeros em redes bidimensionais e redes tridimensionais

• Extracelular, ocorre no espaço periplasmático entre a membrana citoplasmática e a camada de mureína. (Se a bactéria não tivesse parede celular, não existiria o espaço periplasmático.

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1- Formação do monômero de Mureína

1. G-1-P é acetilada e conjugada a nucleotídeo de difisfato de uridina (UDP) formando Uridina Difosfato N-acetilglicosamina (UDP-NAG)

2. Adição de Fosfoenolpiruvato (PEP) pela enol-piruvato-transferase (MurA)

3. Redução do produto pela MurB

4. Formação do Uridina Difosfato N-Ácido Acetilmurâmico (UDP-NAM)

5. As enzimas MurC, MurD e MurE adicionam sequencialmente os aminoácidos L-alanina (A), D-glutamato (dE) e L-Lisina (K) ao UDP-NAM.

6. Alanina Racemase converte a L-alanina em D-alaninia, e a D-ala sintetase forma o dipeptídeo d-Ala-d-Ala, que é adicionado ao tripeptídeo A-dE-K pela MurF, resultando em uma molécula de UDP-NAM ligada a cinco aminoácidos (Peptídeo de Park).

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1

2 3 4 5 6

2- Polimerização dos monômeros de Mureína

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1. Complexo NAM-pentapeptídeo é transferido do UDP para o carreador de peptídeos (Bactoprenol) pela enzima MraY. NAG é adicionada pela MurG.

2. Aminoácidos são adicionados a partir do tRNA.

3. Complexo BP-Glicano é transportado ao espaço periplasmático

4. Transglucosidases unem monômeros de mureína

3- Ligação cruzada

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Aceptor N-acetilglucosamina-muramico-pantapeptídeo

Polimerização

Polímeros de N-acetil-glicosamina-muramico-peptídeo

Transpeptidação

PEPTIDOGLICANO

Transglicosidades

Transpeptidases Carboxipeptidases Endopeptidases

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Ácido N-acetil murâmico + Aminoácidos Ácido Murâmico pentapeptídeo

N-acetil glicosamina

Polímeros de N-acetil-glicosamina-muramico-peptídeo

N-Acetilglucosamina (NAG)

Ácido N-Acetilmurâmico (NAM)

Aminoácidos de cadeia lateral

Transpeptidase

Ligação peptídica

LEGENDA

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Polímeros de N-acetil-glicosamina-muramico-peptídeo

Peptidoglicano Transpeptidase

N-Acetilglucosamina (NAG)

Ácido N-Acetilmurâmico (NAM)

Transpeptidase

Ligação peptídica

LEGENDA

Aminoácidos de cadeia lateral

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1. Introdução à farmacologia dos agentes antibacterianos 1.e) PBP

1.f) Anel betalactâmico

1.e) PBPs

Penicillin Binding Proteins

1972 – Suginaka, Blumberg e Strominger

Receptor de ação dos beta-lactâmicos

Situadas na face externa da membrana citoplasmática

Atividades enzimáticas: • Transpeptidases

• Carboxipeptidases

• Endopeptidases

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Fundamentais na 3ª etapa da síntese do peptidoglicano

• Divisão, formação dos septos e alongamento

• Novas moléculas

• Incorporação ao pré-existente

Dividem-se em 7 frações: • Peso Molecular

As principais são: • 1A, 1Bs, 2 e 3 (pequena quantidade)

• 1C : Adicional e raramente encontrada em E. coli

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PBP 1A e 1Bs

Transpeptidase e transglicosidase

Alongamento celular

1Bs: • + importante na formação do peptidoglicano

• Alongamento e divisão

• Penicilinas e Cefalosporinas

1A: • Substituta da 1Bs em mutantes carentes

• Penicilinas, Cefalosporinas, Amidinopenicilinas, Aztreonam, Tienamicina e Ácido Clavulânico

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PBP 2

Transpeptidase e Carboxipeptidase

Conformação e formato – BGN • Regula formação da cadeia do mucopeptídeo

• Participa do alongamento – introdução do peptidoglicano no local adequado

Responsável pela manutenção da forma • Na sua ausência ou inibição:

– Novos segmentos de mucopeptídeo formação de septos grandes células redondas lise

• Amidinopenicilinas, Tienamicina, Ácido Clavulânico e Cefotaxima

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PBP 3

Carboxipeptidase e Transglicosidase

Responsável pela formação do peptidoglicano septo multiplicação

• Na sua ausência ou inibição:

– Continuação do crescimento celular formação de longos filamentos sem divisão septal lise

• Penicilinas e Cefalosporinas

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1.f) Anel Beta-lactâmico

Anel betalactâmico

– Estrutura análoga

• Sítio de ação – Transpeptidases

C

N

S

C

C

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Programa do Módulo

1. Introdução à farmacologia dos agentes antibacterianos

2. Classificação dos fármacos antibacterianos

3. Farmacocinética e farmacodinâmica dos agentes antibacterianos

4. Mecanismo de ação dos fármacos antibacterianos 1. Fármacos que atuam na parede celular

2. Fármacos que atuam como inibidores das beta-lactamases

3. Fármacos que atuam na permeabilidade da membrana celular bacteriana

4. Fármacos que atuam na síntese protéica bacteriana

5. Fármacos que interferem na replicação do DNA bacteriano

6. Fármacos que atuam na DNA Girase

7. Fármacos que atuam na síntese do ácido tetraidrofólico

5. O antibiograma 1. Conceitos básicos

1. Concentração inibitória mínima

2. Escolha dos fármacos

3. PK/PD

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2. Classificação dos Fármacos Antibacterianos

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2.1- Por classe

Antibióticos

Quimioterápicos

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Agentes Antibióticos

São aqueles obtidos de forma natural, por extração.

São posteriormente purificados e liofilizados

Penicillium notatum Penicilina

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Vancomicina

Agentes Quimioterápicos

São aqueles obtidos de forma artificial, quimicamente.

São posteriormente liofilizados

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2.2. Por ação

Bactericidas

Bacteriostáticos

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Ácido nalidíxico

a. Bactericidas

São fármacos que atuam nas bactérias, as destruindo irreversivelmente, mesmo após a queda das doses terapêuticas.

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Streptomyces erythreus Eritromicina

b. Bacteriostáticos

São fármacos que atuam bloqueando a replicação bacteriana de forma reversível, sendo que estas voltam a se replicar após a queda da CIM.

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2.3. Classificação Química

Penicilinas e combinações

Cefalosporinas

Monobactâmicos

Carbapenêmicos

Macrolídeos

Quinolonas

Tetraciclinas

Sulfonamidas

Glicopeptídeos

Aminoglicosídeos

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Outros

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Amplo Espectro

Espectro Reduzido

2.4. Segundo Espectro de Ação 52

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Interferem na Síntese da Parede Celular

Interferem na Permeabilidade da membrana citoplasmática.

Interferem na Síntese Protéica

Interferem na Replicação do DNA

Inibem a Topoisomerase II (DNA girase)

2.5 Segundo Efeito Causado 53

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2.6 Segundo PK/PD

Classificação segundo a relação entre farmacocinética e farmacodinâmica:

1. Concentração-dependentes: • Aumentando a concentração (Cmax) acima da

concentração mínima necessária (CIM) para inibir o crescimento bacteriano (Cmax/MIC) maximiza a erradicação bacteriana.

• Em doses padronizadas os drogas concentração-dependentes são: Aminoglicosídeos, Fluoroquinolonas, Metronidazol e Colistina.

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2.6 Segundo PK/PD

Classificação segundo a relação entre farmacocinética e farmacodinâmica: – Tempo-dependentes:

• As drogas exibem atividade bactericida quando a concentração livre da droga permanece acima da MIC (f T>MIC) durante determinado tempo. – Beta-lactams (penicillinas, cefalosporinas,

monobactamicos, carbapenemicos); – Lincosaminas (clindamicina); – Macrolideos (eritromicina, clarithromycin); – Azalideos / Ketolideos (azitromicina, telitromicina); – Glicopeptides (vancomicina); – Oxazolidinonas (linezolida)

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Programa do Módulo

1. Introdução à farmacologia dos agentes antibacterianos

2. Classificação dos fármacos antibacterianos

3. Farmacocinética e farmacodinâmica dos agentes antibacterianos

4. Mecanismo de ação dos fármacos antibacterianos 1. Fármacos que atuam na parede celular

2. Fármacos que atuam como inibidores das beta-lactamases

3. Fármacos que atuam na permeabilidade da membrana celular bacteriana

4. Fármacos que atuam na síntese protéica bacteriana

5. Fármacos que interferem na replicação do DNA bacteriano

6. Fármacos que atuam na DNA Girase

7. Fármacos que atuam na síntese do ácido tetraidrofólico

5. O antibiograma 1. Conceitos básicos

1. Concentração inibitória mínima

2. Escolha dos fármacos

3. PK/PD

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Farmacocinética (PK) - Conceito

Farmacocinética: TEMPO

– Fármaco administrado

• Absorção – Distribuição

» Metabolismo

• Biotransformação

• Eliminação

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Farmacocinética (PK) - Fatores

Necessário compreender:

– Fatores físico-químicos envolvidos no transporte dos fármacos através das membranas

– Absorção, biodisponibilidade e vias de administração

– Distribuição nos tecidos

– Excreção

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PK

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Farmacodinâmica (PD) - Conceito

Farmacodinâmica: AÇÃO

Relação entre efeitos farmacológicos e a concentração do fármaco nos tecidos

– Plasma, pulmões, etc

A complexidade dos mecanismos de ação

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Relação PK/PD

TEMPO x AÇÃO

Período de ação terapêutica dos fármacos no organismo

Concentração Inibitória Mínima (MIC)

– Menor concentração do fármaco capaz de inibir o crescimento bacteriano

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Concentração Inibitória Mínima MIC

Determina-se através de técnicas laboratoriais – Diluição seriada em caldo

– Microdiluição em caldo

– Difusão em Ágar • Correlação entre diâmetro do halo e a MIC

– Disco-difusão em ágar

• Tiras graduadas – E Test™ (BioMerieux)

– M.I.C.E.™ (Oxoid)

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MIC – Diluição em caldo

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MIC – Microdiluição em caldo

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MIC – Microdiluição em caldo

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Disco-difusão em ágar 66

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Disco-difusão em ágar 67

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Disco-difusão em ágar 68

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Halo de sensibilidade vs. CIM – polêmico 69

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Difusão quantitativa em ágar 70

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Interpretando a Relação FC/FD (PK/PD)

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Farmacocinética e Farmacodinâmica – PK/PD

PK/PD

– Mais de 2600 referências no Medline®

– Torna-se impossível antibioticoterapia de excelência sem avaliação da relação PK/PD

– PK: Farmacocinética

• Relação entre tempo e dose

– PD: Farmacodinâmica

• Relação entre dose e efeito

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PK/PD

EMEA jan 1999 e jul 2000:

– Dose inadequada é importante razão para risco de resistência

– Recomendação de doses baseada em PK/PD são consideradas ideais

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O antibiótico no plasma

[ ] sérica variando com passar do tempo

Pico

Área abaixo da curva (AUC)

Tempo e concentração ZERO

depressão

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PK/PD

Pico / Queda

AUC / Tempo

Pico

depressão

> MIC

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PK/PD

Parâmetros de eficácia:

– Concentração

• Pico / MIC

– Tempo acima da MIC

– Efeitos pós-antibióticos

• Efeitos sub-MIC

• Efeitos de exposição sub-MIC

• Efeitos de resposta celular

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PK/PD e os atbs

Tempo

CIM

“Tempo – dependente”

dose dose

Concentr

ação

do A

ntibio

tico

CIM

Tempo dose dose

Concentr

ação

do A

ntibio

tico

“Concentração-dependente”

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CRS 2013

Santos Filho, L. et al. In: Brazilian Journal of Microbiology (2007) 38:183-193

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PK/PD e os atbs

Tempo dependente, pequeno efeito de concentração e mínimo efeito persistente:

– Beta-Lactâmicos

• Penicilinas

• Cefalosporinas

• Carbapenems

• Monobactams

– Clindamicina

– Oxazolidinona

– Macrolídeos

Tempo > MIC Otimizar a duração de exposição à droga

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S = ≤ 8 µg/ml (CLSI)

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Adap. by Ross et al. J Antimicrob Chemother. 2006 Nov;58(5):987-93.

Triângulos cheios, 2 g a cada 8 h; triângulos abertos, 1 g a cada 4h; círculos cheios, 1 g a cada 6h; círculos abertos, 2 g a cada 12h; e quadrados cheios, 1 g a cada 12 h.

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CRS 2013

PK/PD e os atbs

Tempo dependente, prolongado efeito persistente (AUC):

– Glicopeptídeos

– Tetraciclinas

– Azitromicina

– Streptograminas

– Fluconazol

AUC / MIC Otimizar a oferta de droga

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Concentração dependente, prolongado efeito persistente (AUC):

– Aminoglicosídeos

– Fluorquinolonas

– Daptomicina

– Ketolídeos

– Anfoterincina B

Pico e AUC / MIC Otimizar a oferta e concentração de droga Ex: para Fl-Quinolonas [pico]/MIC > 10

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CRS 2013

Dose dependente: – AMINOGLICOSÍDEOS*

– FLUOROQUINOLONAS*

– AZITROMICINA*

– METRONIDAZOL*

– QUETOLÍDEOS*

– TETRACICLINASO

– ESTREPTOGRAMINASO

– CLINDAMICINAO

– OXAZOLIDINONASO

– MACROLÍDEOSO

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MIC

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