Grundlagen

Grundlagen der Antibiotikatherapie

Die Grundprinzipien, die für alle antibakteriellen Klassen gelten: selektive Toxizität und bakterielle Zielstrukturen, Wirktyp und PK/PD-Index, Resistenz im Überblick sowie die Regeln rationaler Antibiotikatherapie.

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Dein roter Faden6 Punkte
  • Selektive Toxizität: Antibiotika greifen Strukturen an, die nur Bakterien besitzen oder die sich vom Wirt unterscheiden: Zellwand, 70S-Ribosom, De-novo-Folsäuresynthese, Gyrase und Topoisomerase IV.
  • Zellhülle: Die äußere Membran gramnegativer Erreger ist die wichtigste Permeabilitätsbarriere und erklärt etwa die Unwirksamkeit von Vancomycin gegen Gramnegative.
  • Wirktyp und PK/PD: Betalactame wirken zeitabhängig (T > MHK, verlängerte Infusion), Aminoglykoside konzentrationsabhängig mit langem postantibiotischem Effekt (einmal täglich), Fluorchinolone und Vancomycin AUC/MHK-abhängig.
  • Resistenz: natürlich oder erworben, über Inaktivierung, Target-Veränderung, verminderte Permeabilität oder Efflux; horizontaler Gentransfer und Selektionsdruck treiben die Ausbreitung, MRGN klassifiziert gramnegative Multiresistenz nach vier Leitgruppen.
  • Rationale Therapie: Proben vor der ersten Gabe, kalkuliert beginnen, nach Antibiogramm gezielt fortsetzen, deeskalieren, oralisieren und kurz behandeln.
  • Kombinationen und Stewardship: Synergismus (Betalactam plus Aminoglykosid, Sulfonamid plus Trimethoprim) nutzen, Antagonismus Bakteriostatikum plus Betalactam meiden; Antibiotic Stewardship begrenzt Resistenzen und Mikrobiomschäden.

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Orientierung

Antibiotika töten Bakterien ab oder hemmen ihr Wachstum. Für alle Klassen gelten dieselben Grundprinzipien: Zielstruktur, Wirktyp, PK/PD und Resistenz.

  • Antibiotikum: ursprünglich ein mikrobieller Naturstoff (Penicillin), heute für alle antibakteriellen Stoffe gebraucht, auch für halb- und vollsynthetische.
  • Chemotherapeutikum: im engeren Sinn ein vollsynthetischer Hemmstoff von Erregern (Sulfonamide, Fluorchinolone).
  • Antiinfektivum: Oberbegriff für Antibiotika, Virostatika, Antimykotika und Antiparasitika.
📖 Definition: Selektive Toxizität

Wirkung an einer Struktur, die nur der Erreger besitzt oder die sich von der des Wirts deutlich unterscheidet. Daraus folgt die große therapeutische Breite vieler Antibiotika.

Jede Anwendung selektiert resistente Erreger. Der rationale Einsatz (Indikation, Substanz, Dauer) ist deshalb selbst ein pharmakologisches Prinzip.

Die Bakterienzelle als Angriffsziel

Die Selektivität beruht auf Strukturen, die es im Menschen nicht oder in anderer Form gibt. Zuerst die Zellhülle:

A Grampositiv
  • dicke, vielschichtige Mureinschicht (Peptidoglykan) mit Teichonsäuren
  • keine äußere Membran, daher auch für große Moleküle wie Vancomycin erreichbar
B Gramnegativ
  • dünne Mureinschicht im Periplasma
  • äußere Membran mit Lipopolysaccharid (LPS), hydrophile Stoffe gelangen nur über Porine hinein

Die äußere Membran ist die wichtigste Permeabilitätsbarriere: Große Moleküle wie Vancomycin passieren die Porine nicht. Dazu kommen drei intrazelluläre Selektivitätsgrundlagen:

Zwei Querschnitte: links grampositiv mit dicker Peptidoglykanschicht über der Zytoplasmamembran, rechts gramnegativ mit dünnem Peptidoglykan im Periplasma und äußerer Membran mit Lipopolysaccharid und Porinkanälen.

Zellhülle grampositiver und gramnegativer Bakterien im Vergleich.
  • Ribosom: bakteriell 70S (30S + 50S), eukaryot 80S (40S + 60S). Mitochondriale Ribosomen ähneln den bakteriellen, eine Grenze der Selektivität (Myelosuppression unter Linezolid).
  • Folsäuresynthese: Bakterien bilden Folsäure de novo aus p-Aminobenzoesäure, der Mensch nimmt sie mit der Nahrung auf. Die bakterielle Dihydrofolatreduktase (DHFR) ist für Trimethoprim um Größenordnungen empfindlicher als die humane.
  • DNA-Topologie: DNA-Gyrase und Topoisomerase IV sind bakterielle Typ-II-Topoisomerasen, die sich strukturell von den humanen unterscheiden.

Wirktyp und PK/PD

Wirktyp und PK/PD-Index bestimmen Dosierungsintervall und Infusionsdauer. Die pharmakokinetischen Parameter (Cmax, AUC) werden dabei auf die Empfindlichkeit des Erregers bezogen.

  • Bakterizidie: Abtötung der Erreger (Betalactame, Aminoglykoside, Fluorchinolone, Glykopeptide). Nötig, wo die Abwehr nicht ausreicht: Endokarditis, Meningitis, Neutropenie.
  • Bakteriostase: reversible Wachstumshemmung, die Elimination übernimmt das Immunsystem (Tetracycline, Makrolide, Linezolid). Die Einteilung hängt von Erreger und Konzentration ab.
📖 Definition: MHK

Minimale Hemmkonzentration: niedrigste Konzentration, die das sichtbare Wachstum eines Erregers in vitro hemmt. Über klinische Grenzwerte (Breakpoints) wird sie als S (sensibel bei Standarddosierung), I (sensibel bei erhöhter Exposition) oder R (resistent) bewertet.

Aus dem Verlauf der Abtötung über die Konzentration ergeben sich drei Wirktypen:

Konzentrations-Zeit-Kurve nach einer Gabe, horizontale Linie für die MHK; der Spitzenwert, der Zeitraum oberhalb der Linie und die Fläche unter der Kurve sind farbig hervorgehoben.

PK/PD-Indizes: cₘₐₓ/MHK, Zeit über der MHK (T > MHK) und AUC/MHK.
Wirktyp PK/PD-Index Beispiele Konsequenz
zeitabhängig Zeit über MHK (T > MHK) Betalactame häufige Gaben, verlängerte oder kontinuierliche Infusion
konzentrationsabhängig Cmax/MHK Aminoglykoside einmal täglich hoch
expositionsabhängig AUC/MHK Fluorchinolone, Vancomycin Gesamtexposition zählt, Vancomycin spiegelgesteuert (TDM)
  • Postantibiotischer Effekt (PAE): anhaltende Wachstumshemmung, nachdem der Spiegel unter die MHK gefallen ist, weil sich die Bakterien vom Schaden erst erholen müssen. Ausgeprägt bei Aminoglykosiden und Fluorchinolonen, bei Betalactamen gegen Gramnegative kaum (Ausnahme Carbapeneme).
Prüferinnenfrage
Warum gibt man Aminoglykoside einmal täglich, Betalactame aber gern als verlängerte Infusion?
Antwort anzeigen

Aminoglykoside töten konzentrationsabhängig, ein hoher Spitzenspiegel relativ zur MHK maximiert die Abtötung, und der lange postantibiotische Effekt überbrückt das Intervall. Weil die Aufnahme in Niere und Innenohr sättigbar ist, ist eine hohe Einzelgabe zudem weniger toxisch als dauerhaft erhöhte Talspiegel. Bei Betalactamen ist die Abtötung schon bei wenigen Vielfachen der MHK gesättigt, entscheidend ist die Zeit über der MHK, und der PAE ist kurz.

Resistenz

Resistent ist ein Erreger, der therapeutisch erreichbare Konzentrationen überlebt. Hier nur die Prinzipien, die konkreten Mechanismen stehen auf den Klassenseiten.

  • Natürliche Resistenz: gilt für eine ganze Art, weil Target oder Zugang fehlen (Mykoplasmen ohne Zellwand gegen Betalactame, Gramnegative gegen Vancomycin, Enterokokken gegen Cephalosporine).
  • Erworbene Resistenz: betrifft einzelne Stämme einer empfindlichen Art, durch Mutation oder Aufnahme von Resistenzgenen.

Die Mechanismen lassen sich vier Typen zuordnen:

  • Inaktivierung: enzymatische Spaltung oder Modifikation (Betalactamasen, aminoglykosidmodifizierende Enzyme). ESBL und Carbapenemasen bei den Betalactamase-Inhibitoren.
  • Target-Veränderung: veränderte Penicillin-bindende Proteine (MRSA), Methylierung der 23S-rRNA, veränderte Zellwandbausteine (VRE), Gyrasemutationen.
  • Verminderte Permeabilität: Verlust von Porinen der äußeren Membran.
  • Efflux: aktiver Auswärtstransport durch Membranpumpen, spezifisch (Tetracyclin-Pumpen) oder als Multidrug-Pumpen gegen mehrere Klassen zugleich.

Resistenzgene liegen oft auf Plasmiden und Transposons und werden horizontal weitergegeben (Konjugation, Transformation, Transduktion), auch über Artgrenzen. Jede Gabe übt Selektionsdruck aus: Empfindliche Keime sterben, resistente vermehren sich.

Die MRGN-Klassifikation der KRINKO ordnet multiresistente gramnegative Stäbchen (Enterobacterales, Pseudomonas aeruginosa, Acinetobacter baumannii) nach Resistenz gegen vier Leitgruppen: Acylureidopenicilline, Cephalosporine der 3./4. Generation, Carbapeneme, Fluorchinolone. 3MRGN sind gegen drei, 4MRGN gegen alle vier resistent.

Rationale Antibiotikatherapie

Rationale Therapie heißt: so breit wie nötig beginnen, so schmal und kurz wie möglich fortsetzen.

  1. Probengewinnung: Blutkulturen und Material vom Infektionsort vor der ersten Gabe.
  2. Kalkulierte Therapie: Beginn vor dem Erregernachweis, gewählt nach wahrscheinlichem Erregerspektrum, Infektionsort, lokaler Resistenzlage und Risikofaktoren.
  3. Gezielte Therapie: nach Erreger und Antibiogramm, der In-vitro-Empfindlichkeitsprüfung des Isolats (S/I/R).
  4. Deeskalation: Umstellung auf das schmalste wirksame Mittel, Absetzen überflüssiger Kombinationspartner.
  5. Oralisierung und Dauer: bei klinischer Stabilität Wechsel auf oral gut bioverfügbare Substanzen (Fluorchinolone, Cotrimoxazol, Doxycyclin, Linezolid), Dauer so kurz wie wirksam.

Kombinationen brauchen eine Begründung:

  • Synergismus: Betalactam + Aminoglykosid (Zellwandschaden erleichtert die Aufnahme, Endokarditis), Sulfonamid + Trimethoprim (sequenzielle Blockade).
  • Spektrumserweiterung, Resistenzvermeidung: kalkulierte Therapie schwerer Infektionen, Tuberkulose.
  • Antagonismus: Bakteriostatikum + Betalactam, weil Betalactame nur auf wachsende Zellen wirken.
  • Antibiotic Stewardship (ABS): strukturierte Programme im Krankenhaus (Infektiologie, Mikrobiologie, Klinische Pharmazie), die Auswahl, Dosis, Applikation und Dauer optimieren. Ziel: bessere Heilung, weniger Resistenzen, UAW und Kosten.
  • Kollateralschäden am Mikrobiom: Breitspektrum-Antibiotika stören die Darmflora → Diarrhö, Candidosen, Selektion resistenter Keime und Clostridioides-difficile-Infektion.

Pharmakologische Angriffspunkte

Die Klassen lassen sich nach ihrer Zielstruktur ordnen, von außen nach innen.

Schema einer Bakterienzelle mit beschrifteten Zielstrukturen: Zellwand (Fosfomycin, Glykopeptide, Betalactame), Membran (Polymyxine, Daptomycin), 30S- und 50S-Ribosom, Folsäuresynthese (Sulfonamide, Trimethoprim), DNA (Fluorchinolone, Nitroverbindungen).

Angriffspunkte der Antibiotika an der Bakterienzelle, von der Zellwand bis zur DNA.
Angriffspunkt Klasse Prinzip
Zellwand, frühe Stufe Fosfomycin hemmt MurA, ersten Schritt der Mureinsynthese
Zellwand, Bausteine Glykopeptide binden D-Ala-D-Ala, blockieren Einbau und Vernetzung
Zellwand, Quervernetzung Betalactame acylieren Penicillin-bindende Proteine (Transpeptidasen)
Zytoplasmamembran Membranaktive Antibiotika Polymyxine, Daptomycin zerstören die Membranintegrität
30S-Ribosom Aminoglykoside Fehlablesung der mRNA, bakterizid
30S-Ribosom Tetracycline blockieren Aminoacyl-tRNA an der A-Stelle
50S-Ribosom Makrolide und Lincosamide blockieren Translokation bzw. Peptidyltransfer
50S-Ribosom Oxazolidinone verhindern den 70S-Initiationskomplex
Folsäuresynthese Folsäureantagonisten Sulfonamide hemmen Dihydropteroat-Synthase, Trimethoprim DHFR
DNA-Topologie Fluorchinolone hemmen Gyrase und Topoisomerase IV → Doppelstrangbrüche
DNA nach Aktivierung Nitroverbindungen bakterielle Nitroreduktion → reaktive Intermediate schädigen DNA
💡 Merke

Das Target bestimmt den Wirktyp: Zellwand, Membran und DNA meist bakterizid, Ribosom meist bakteriostatisch, mit den Aminoglykosiden als bakterizider Ausnahme.

Teste dich

Teste dich mit 9 Karten
wie in der mündlichen Prüfung iBei „Prüferin fragt“ antwortest du erst selbst, laut oder im Kopf, deckst dann die Antwort auf und hakst ab, welche Kernpunkte du genannt hast. Danach kommen Nachfragen wie in der echten Prüfung. Die übrigen Karten (Zuordnen, Reihenfolge, Warum, Richtig oder falsch) prüfen das Wissen, das du dafür brauchst.

Aussage 1

Die Kombination aus Sulfonamid und Trimethoprim ist synergistisch, weil beide nacheinander geschaltete Schritte der bakteriellen Folsäuresynthese hemmen.

Sulfonamide hemmen die Dihydropteroat-Synthase, Trimethoprim die DHFR. Diese sequenzielle Blockade wirkt synergistisch.

Aussage 2

Zu den vier Leitgruppen der MRGN-Klassifikation gehören die Aminoglykoside.

Die vier Leitgruppen sind Acylureidopenicilline, Cephalosporine der 3./4. Generation, Carbapeneme und Fluorchinolone.

Aussage 3

Die MHK ist die niedrigste Konzentration, bei der ein Erreger in vitro abgetötet wird.

Die MHK ist die niedrigste Konzentration, die das sichtbare Wachstum in vitro hemmt. Über die Abtötung sagt sie nichts aus.

Aussage 4

Mykoplasmen sind von Natur aus gegen Betalactame resistent, weil ihnen die Zellwand fehlt.

Ohne Mureinzellwand fehlt das Target der Betalactame. Das ist eine natürliche, artspezifische Resistenz.

Aussage 5

Bei Betalactamen ist die Zeit, in der die Konzentration über der MHK liegt, der entscheidende PK/PD-Index.

Betalactame wirken zeitabhängig. Daher häufige Gaben oder verlängerte bzw. kontinuierliche Infusion.

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