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PL Toutain; Ecole Vétérinaire de Toulouse 1
Le site d’infection
P.L. TOUTAIN
ECOLENATIONALEVETERINAIRE
T O U L O U S E
Update mars 2012
Pour aller sur notre site si vous avez récupéré nos diapositives ailleurs
PL Toutain; Ecole Vétérinaire de Toulouse 2
Les 3 questions auxquelles on doit répondre avant d’entreprendre une antibiothérapie
1. Où se trouve le site d’action de l’antibiotique (biophase)
2. Où est localisé le pathogène: en intra- ou en extracellulaire ?
3. Quelle est la signification thérapeutique des concentrations tissulaires?
PL Toutain; Ecole Vétérinaire de Toulouse
Ispaïa 2010 -3
Q1: où est localisé le pathogène
PL Toutain; Ecole Vétérinaire de Toulouse 4
Le site d’infection
• Point de départ: toujours tissulaire
• La bactériémie: présence transitoire de bactéries dans le sang correspondant au passage du pathogène du foyer initial d’infection vers la circulation
• La voie sanguine assure la diffusion de l’infection
• La multiplication du pathogène dans le sang est minimale ou nulle
PL Toutain; Ecole Vétérinaire de Toulouse 5
Le cas des mammites
Pathogènes LaitCanaux
Parenchyme VacheInf.systèmique
Streptococcus agalactiae
+++ - -
Streptococcus spp +++ + -Staphylococcus aureus + +++ -Staphylococcus spp +++ - -Coliformes + - +++Mycoplasmes, autres GN
- - +++
6
Localisation des pathogènes
Liquide interstitielsLa plupart des pathogènes
•S. Pneumoniae, E. Coli, Klebsiella
•Mannhemia ; Pasteurella
• Actinobacillius pleuropneumoniae •Mycoplasma hyopneumoniae
•Bordetalla bronchiseptica
Cellule(le plus souvent des phagocytes)
• Mycoplasma (some)• Chlamydiae• Brucella• Cryptosporidiosis• Listeria monocytogene• Salmonella• Mycobacteria• Rhodococcus equi
PL Toutain; Ecole Vétérinaire de Toulouse
Ispaïa 2010 -9
Q2: où est la biophase
PL Toutain; Ecole Vétérinaire de Toulouse 10
La concentration plasmatique libre de l’antibiotique est celle qui contrôle la concentration de la biophase
AUClibre plasma = AUC libre LEC (biophase)
AB Liée
AB Libre
LEC = biophase
Diffusion/perméabilité
CelluleCytosol
L
L
organites
Barrières-physiologiques: cerveau, prostate, rétine
-Pathologiques (caillot, abcès, …)
Bac
téri
e
AB liée
AB libre
PL Toutain; Ecole Vétérinaire de Toulouse 12
Activité des antibiotiques selon la localisation intra- ou extracellulaire du pathogène
Même quantité d’antibiotique ajoutée
Amoxicilline 0.94 ND non oui
Erythromycine 0.08 0.88 oui non
Clarithomycine 0.37 0.66 oui oui
Concentrations (µg/mL) Activité
S.aureus, legionella pneumonia, en suspension
Extracellaire Intracellulaire Extracellulaire
Scanglione et al. 1992
Legionella S. Aureus
Modèle in vitro où la même quantité d’antibiotique a été ajoutée pour voir l’efficacité sur Legionella (intracellulaire) ou sur S. aureus (extracellulaire) dans une suspension de macrophages, fibroblastes, PNN..;
PL Toutain; Ecole Vétérinaire de Toulouse 13
Dans les infections aiguës des tissus non spécialisés, et en absence
d’abcès, les concentrations plasmatiques libres en antibiotique sont similaires aux concentrations
dans la biophase et elles servent de marqueur d’exposition
PL Toutain; Ecole Vétérinaire de Toulouse 14
Les indices PK/PD sont tous basés sur des concentrations
plasmatiques libres et non tissulaires
PL Toutain; Ecole Vétérinaire de Toulouse 15
Conséquence de la localisation extracellulaire de la plupart des pathogènes: la non signification
thérapeutiques des concentrations tissulaires totales
• Comparison of tissue concentrations with MIC should be strongly discouraged (O. Cars 1997)
• The best surrogate marker is the plasma free antibiotic concentration
PL Toutain; Ecole Vétérinaire de Toulouse 16
2. Les sites subcellulaires d’infection pour les
pathogènes intracellulaires facultatifs & obligatoires
17
Les sites d’infection possibles
• 3 localisations possibles despathogènes
Extracellulaires
S. pneumoniaeE. coliKlebsiellaMannhemia; pasteurellaActinobacillius pleuropneumoniaeMycoplasma hyopneumoniaeBordetala bronchoseptica
Intracellular (facultatifs)
S. aureus (mammites)S. typhiListeriaMycobacterium tuberculosisStreptococcus suis
Intracellulaires (obligatoires)
ChlamydiaeRickettsiaBrucellaLawsonia intracellularis(enterite proliferative du porc)Rhodococcus equi
PL Toutain; Ecole Vétérinaire de Toulouse 18
Le site d’infection pour les pathogènes intracellulaires facultatifs
• Développement initial dans l’espace interstitiel
• Phagocytoses par les neutrophiles et les macrophages
• Survie du germe aux mécanismes de destruction des phagocytes
• Peuvent survivre dans les phagocytes (et même s’y multiplier)
PL Toutain; Ecole Vétérinaire de Toulouse 19
Les pathogènes intracellulaires obligatoires
– Sont incapables de se répliquer en dehors d’une cellule hôte
– La cellule assure le support nutritif pour la croissance du germe
PL Toutain; Ecole Vétérinaire de Toulouse 20
Localisation intracellulaire des pathogènes
Phagosome
Lysosome
Chlamydiae
Listeria
No fusion with lysosome
Phagolysosome
S.aureausBrucella
SalmonellaCoxiella burneti
pH=5.0
3
4
2
1
Fusion
pH=7.4
BB
B
B
B
B
B B
Cytosol
PL Toutain; Ecole Vétérinaire de Toulouse 21
Aspects cinétiques pour une antibiothérapie intracellulaire
1. Quels sont les antibiotiques qui passent dans les cellules ?
2. Où se localise l’antibiotique dans la cellule
3. Quelle est l’activité de l’antibiotique dans un milieu intracellulaire ?
4. Quelle est la coopération entre l’antibiotique et les mécanismes de défense des cellules (cytokines)?
PL Toutain; Ecole Vétérinaire de Toulouse 22
Localisation intracellulaire des antibiotiques
Phagolysosomevolume 1 to 5% of cell volume
pH=5.0
Macrolides (x10-50)Aminoglycosides (x2-4)
CytosolpH=7.4
Fluoroquinolones(x2-8)beta-lactams (x0.2-0.6)
Rifampicin (x2)Aminoglycosides (slow) Ion trapping for weak base
with high pKa value
PL Toutain; Ecole Vétérinaire de Toulouse 24
Activité des AB dans le milieu intracellulaire
Phagolysosome
Macrolides Aminoglycosides
CytosolpH=7.2
Fluoroquinolonesbeta-lactamsRifampicin
Aminoglycosides
Good Low or nul
28
Coopération de l’antibiotique avec les mécanismes de défense cellulaires
Dans l’endosomes: probable
Dans le phagosomes probable
Dans le cytosol• inprobable
Myéloperoxydase
acidité, protéines cationiques...
Cytosol
Dans le phagolysosome• Très variable
PL Toutain; Ecole Vétérinaire de Toulouse
Ispaïa 2010 -29
La question des concentrations tissulaires (totales) en
antibiotique
PL Toutain; Ecole Vétérinaire de Toulouse
Ispaïa 2010 -30
La communication des firmes pharmaceutiques sur les concentrations totales en antibiotique
dans un tissu
Nombreuses publications en MV pour promouvoir l’idée que les antibiotiques ayant des concentrations tissulaires totales élevées (quinolones et surtout, macrolides) sont
plus efficaces que ne le suggèrent les faibles concentrations plasmatiques
Tulathromycine
PL Toutain; Ecole Vétérinaire de Toulouse
Ispaïa 2010 -31
Ne pas confondre science, publicité rédactionnelle et marketing
Vrai mais les pathogènes ne sont pas là
PL Toutain; Ecole Vétérinaire de Toulouse
Ispaïa 2010 -32
Ne pas confondre science, publicité rédactionnelle et marketing pour la tildipirosine
PL Toutain; Ecole Vétérinaire de Toulouse
Ispaïa 2010 -33
Ne pas confondre science, publicité rédactionnelle et marketing pour la
marbofloxacine
PL Toutain; Ecole Vétérinaire de Toulouse 34
Considérations marketing
• Il est plus facile de promouvoir la vente d’un macrolide en vantant ses grandes concentrations tissulaires qu’en expliquant pourquoi de faibles concentrations plasmatiques sont efficaces
PL Toutain; Ecole Vétérinaire de Toulouse 35
Que disent les scientifiques?
PL Toutain; Ecole Vétérinaire de Toulouse 36
Statements such as ‘concentrations in tissue x h after dosing are much higher than the MICs for
common pathogens that cause disease’ are meaningless
Mouton & al JAC 2007
PL Toutain; Ecole Vétérinaire de Toulouse 37
Cliquer sur l’image pour télécharger tout l’article
Pourquoi une concentration tissulaire totale n’a pas de signification thérapeutique
• Elle est obtenue sur un homogénat tissulaire• l’AB n’est pas réparti de façon homogène dans un tissu
(LEC vs. intracellulaire) et à l’intérieur de la cellule, la répartition peut être très hétérogène (cytosol vs phagolysosome)
• Il en résulte qu’une concentration tissulaire totale peut tout aussi bien sous-estimer (bêtalactamines, aminoglycosides) que surestimer (quinolones, macrolides) les concentrations de la biophase (généralement extracellulaire
38
PL Toutain; Ecole Vétérinaire de Toulouse 40
Méthodes actuelles pour l’étude des concentrations tissulaires des
antibiotiques
PL Toutain; Ecole Vétérinaire de Toulouse 41
Microdialyse & ultrafiltration
PL Toutain; Ecole Vétérinaire de Toulouse 42
Qu’est-ce que la microdialyse ?
• La microdialyse est une technique mis en œuvre pour évaluer la concentration libre d’une substance (antibiotique) dans un liquide biologique qui baigne le pathogène (biophase)
PL Toutain; Ecole Vétérinaire de Toulouse 43
Microdialyse: Principe • La sonde de microdialyse se comporte sur le plan
des échanges avec le milieu extracellulaire comme un capillaire sanguin
•There is an exchange of substances via extracellular fluid
•Diffusion of drugs is across a semipermeable membrane at the tip of an MD probe implanted into the ISF of the tissue of interest.
PL Toutain; Ecole Vétérinaire de Toulouse 44
Qu’avons-nous appris des études de microdialyse?
PL Toutain; Ecole Vétérinaire de Toulouse 45
Similarité des concentrations libres de la substances (Moxifloxacine) et des
concentrations dans les liquides interstitels du muscle et du tissu adipeux
Muller AAC, 1999 Time (h)
Total (plasma, muscle)free (plasma)interstitial muscleinterstitial adipose tissue
2 6 10 12 30 4020
100
1000
Co
nce
ntr
ati
on
(n
g/m
L)
PL Toutain; Ecole Vétérinaire de Toulouse 46
Qu’avons-nous appris des études de microdialyse en cas d’inflammation?
47
Tissue concentrations of levofloxacin in inflamed and healthy subcutaneous adipose tissue
Methods: Free Concentrations measured by microdialysis after
administration of a single intravenous dose of 500 mg.
Results:The penetration of levofloxacin into tissue appears to be unaffected by local inflammation.Same results obtained with others quinolones
Hypothesis: Accumulation of fibrin and other proteins, oedema, changed pH and altered capillary permeability
may result in local penetration barriers for drugs
Bellmann & al Br J Clin Pharmacol 2004 57
Inflammation
No inflammation
PL Toutain; Ecole Vétérinaire de Toulouse 48
Qu’avons-nous appris des études de microdialyse en cas d’inflammation?
• Une inflammmation aiguë a peu d’influence sur la pénétration tissulaire des antibiotiques
• “These observations are in clear contrast to reports on the increase in the target site availability of antibiotics by macrophage drug uptake and the preferential release of antibiotics at the target site a concept which is also used as a marketing strategy by the drug industry” Muller & al AAC May 2004
PL Toutain; Ecole Vétérinaire de Toulouse 49
La question des concentrations pulmonaires en antibiotique
PL Toutain; Ecole Vétérinaire de Toulouse 51
Free muscle concentrations of cepodoxime were similar to free lung concentration and therefore provided a surrogate measure
of cefpodoxime concentraion at the pulmonary target site
Liu et al., JAC, 2002 50 Suppl: 19-22.
Cefpodoxime at steady state: plasma vs. ISF (muscle & Lung)
Plasma
Free plasma
Muscle Lung
PL Toutain; Ecole Vétérinaire de Toulouse 52
PL Toutain; Ecole Vétérinaire de Toulouse 53
The blood-alveolar barrier
The alveolar epithelial cells would not be expected to permit passive diffusion of
antibiotics between cells, the cells being linked by tight junctions
•Fenestrated pulmonary capillary bed• expected to permit passive diffusion of antibiotics with a molecular weight 1,000
Epithelial lining fluid
ELF
ISF
Capillarywall
AlveolarEpithelium
Thigh junctions
space
Alveolarmacrophage
ABAB
ISF
Capillarywall
AlveolarEpithelium
Thigh junctions
space
Alveolarmacrophage
ABAB
ISF
Capillarywall
AlveolarEpithelium
Thigh junctions
space
Alveolarmacrophage
ABAB
AlveolarAlveolarAlveolar
PL Toutain; Ecole Vétérinaire de Toulouse 54
Conclusion 1: In acute infections, in non-specialized tissues (no
barrier), where there is no abscess formation, free serum levels of
antibiotics are good predictors of free levels in tissue fluid and must
be used to establish PK/PD indices
PL Toutain; Ecole Vétérinaire de Toulouse 55
• Conclusion 2 : Currently, no equivalent recommendation has been published with tissular concentration as PK input and that, for any tissue or any type of infection including intracellular infection.
PL Toutain; Ecole Vétérinaire de Toulouse 56
Some statements on total tissular concentrations
• For veterinary medicine (Apley, 1999)– people who truly understand tissue
concentration work in corporate marketing departments
• For human medicine (Kneer, 1993)– tissular concentrations are inherently inaccurate – tissular concentrations studies little contribute to
the understanding of in vivo efficacy and optimal dosing
PL Toutain; Ecole Vétérinaire de Toulouse 57
Tissue concentrations
According to EMEA
"unreliable information is generated from assays of drug concentrations in whole tissues (e.g. homogenates)"
EMEA 2000