Diapositive 1

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ECOLE NATIONALE VETERINAIRE T O U L O U S E
Le site dinfection
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P.L. TOUTAIN
Update Mai 2013
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Les 3 questions auxquelles on doit répondre avant
dentreprendre une antibiothérapie

1. Où se trouve le site daction de lantibiotique
   (biophase)
2. Où est localisé le pathogène en intra- ou en
   extracellulaire ?
3. Quelle est la signification thérapeutique des
   concentrations tissulaires?

3
Q1 où est localisé le pathogène
4
Le site dinfection

• Point de départ toujours tissulaire
• La bactériémie présence transitoire de
  bactéries dans le sang correspondant au passage
  du pathogène du foyer initial dinfection vers
  la circulation
• La voie sanguine assure la diffusion de
  linfection
• La multiplication du pathogène dans le sang est
  minimale ou nulle

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Le cas des mammites
Pathogènes Lait Canaux Parenchyme Vache Inf.systèmique
Streptococcus agalactiae - -
Streptococcus spp -
Staphylococcus aureus -
Staphylococcus spp - -
Coliformes -
Mycoplasmes, autres GN - -
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Les sites dinfection possibles
Intracellulaires (obligatoires) Chlamydiae Ricket
tsia Brucella Lawsonia intracellularis (enterite
proliferative du porc) Rhodococcus equi

• 3 localisations possibles despathogènes

Extracellulaires S. pneumoniae E.
coli Klebsiella Mannhemia pasteurella Actinobacil
lius pleuropneumoniae Mycoplasma
hyopneumoniae Bordetala bronchoseptica
Intracellular (facultatifs) S. aureus
(mammites) S. typhi Listeria Mycobacterium
tuberculosis Streptococcus suis
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Localisation des pathogènes

• Liquide interstitiels
• La 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
• Lawsonia

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Le site dinfection extracellulaire

• La pupart des pathogènes sont extracellulaires
• Ils se multiplient en dehors de la cellule c.à.d
  dans lespace interstitiel
• Ces pathogènes peuvent être phagocytés par des
  macrophages ou des neutrophiles professionnels

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Les bactéries extracellulaires

• Peuvent se multiplier en dehors des cellules.
• Elles causent la maladie par 2 mécanismes
  principaux.
• Induction dune inflammation .
• Elles produisent des toxines (possibilité de
  choc septique).
• Endotoxines.
• Exotoxines.
• Les mécanismes de défense visent à éliminer la
  bactérie et à neutraliser les effets des toxines

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Q2 où est la biophase
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La concentration plasmatique libre de
lantibiotique est celle qui contrôle la
concentration de la biophase

• Barrières
• physiologiques cerveau, prostate, rétine
• Pathologiques (caillot, abcès, )

AB Liée AB Libre
Bactérie
Cellule Cytosol
AB liée AB libre
Diffusion/perméabilité
L
LEC biophase
L
organites

• AUClibre plasma AUC libre LEC (biophase)

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Conséquence de la localisation extracellulaire
des pathogènes La concentration plasmatique
libre de lantibiotique est celle qui contrôle la
concentration de la biophase
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• Dans les infections aiguës des tissus non
  spécialisés, et en absence dabcès, les
  concentrations plasmatiques libres en
  antibiotique sont similaires aux concentrations
  dans la biophase et elles servent de marqueur
  dexposition

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Les indices PK/PD défficacité (AUC/CMI,TgtCMI
et Cmax/CMI) sont tous basés sur des
concentrations plasmatiques libres et non
tissulaires
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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

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Les sites subcellulaires dinfection pour les
pathogènes intracellulaires facultatifs
obligatoires
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Le site dinfection pour les pathogènes
intracellulaires facultatifs

• Développement initial dans lespace interstitiel
• Phagocytoses par les neutrophiles et les
  macrophages
• Survie du germe aux mécanismes de destruction des
  phagocytes
• Peuvent survivre dans les phagocytes (et même
  sy multiplier)
• Condition de pH acide

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Les pathogènes intracellulaires obligatoires

• Sont incapables de se répliquer en dehors dune
  cellule hôte
• La cellule assure le support nutritif pour la
  croissance du germe

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Localisation intracellulaire des pathogènes
Fusion
Lysosome
B
3
pH7.4
Phagosome
Phagolysosome
B
4
B
1
B
S.aureaus Brucella Salmonella Coxiella
burneti pH5.0
B
B
B
2
Chlamydiae
B
No fusion with lysosome
Listeria
Cytosol
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Aspects cinétiques pour une antibiothérapie
intracellulaire

1. Quels sont les antibiotiques qui passent dans les
   cellules ?
2. Où se localise lantibiotique dans la cellule
3. Quelle est lactivité de lantibiotique dans un
   milieu intracellulaire ?
4. Quelle est la coopération entre lantibiotique et
   les mécanismes de défense des cellules
   (cytokines)?

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Localisation intracellulaire des antibiotiques
Phagolysosome volume 1 to 5 of cell volume pH5.0
Cytosol pH7.4
Fluoroquinolones(x2-8) beta-lactams
(x0.2-0.6) Rifampicin (x2) Aminoglycosides (slow)
Macrolides (x10-50) Aminoglycosides (x2-4)
Ion trapping for weak base with high pKa value
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Localisation intracellulaire des antibiotiques

• Les aminoglycosides, lincosamides et macrolides
  sont des bases faibles
• Leur localisation intracellulaire est
  principalement les phagolysosomes dont le pH est
  acide (? 50 des quantités dantibiotique alors
  que les phagolysosomes ne représentent que 2-5
  du volume cellulaire)

Barza Clin. Inf. Dis., 1994
23
Activité des AB dans le milieu intracellulaire
Phagolysosome
Cytosol pH7.2
Fluoroquinolones beta-lactams Rifampicin
Aminoglycosides Good
Macrolides Aminoglycosides
Low or nul
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Activité des antibiotiques dans les phagolysosomes

• Les bases faibles (macrolides, aminoglycosides)
  ont une activité très diminuées en milieu acide
  car elles deviennent ionisées et ne peuvent plus
  pénétrer dans le pathogène

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Activité des antibiotiques dans les phagolysosomes

• La Rifampine, la vancomycine, les quinolones, la
  clindamycine sont actives contre les pathogènes
  phagocytés par les granulocytes

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Quelle est la sensibilité des pathogènes
intracellulaires vis à vis des antibiotiques

• Dans le cytosol
• excellente

Dans lendosomes ?
Cytosol
Dans le phagosomes Probablement excellente

• Dans le phagolysosome
• Très variable

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La question des concentrations tissulaires
(totales) en antibiotique
28
La communication des firmes pharmaceutiques sur
les concentrations totales en antibiotique dans
un tissu
Nombreuses publications en MV pour promouvoir
lidée 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
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Ne pas confondre science, publicité
rédactionnelle et marketing
Vrai mais les pathogènes ne sont pas là
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Ne pas confondre science, publicité
rédactionnelle et marketing pour la tildipirosine
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Considérations marketing

• Il est plus facile de promouvoir la vente dun
  macrolide en vantant ses grandes concentrations
  tissulaires quen expliquant pourquoi de faibles
  concentrations plasmatiques sont efficaces

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Que disent les scientifiques?
33
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
34
Pourquoi une concentration tissulaire totale na
pas de signification thérapeutique

• Elle est obtenue sur un homogénat tissulaire
• lAB nest pas réparti de façon homogène dans un
  tissu (LEC vs. intracellulaire) et à lintérieur
  de la cellule, la répartition peut être très
  hétérogène (cytosol vs phagolysosome)
• Il en résulte quune concentration tissulaire
  totale peut tout aussi bien sous-estimer
  (bêtalactamines, aminoglycosides) que surestimer
  (quinolones, macrolides) les concentrations de la
  biophase (généralement extracellulaire

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Méthodes actuelles pour létude des
concentrations tissulaires des antibiotiques
36
Microdialyse ultrafiltration
37
Quest-ce que la microdialyse ?

• La microdialyse est une technique mis en œuvre
  pour évaluer la concentration libre dune
  substance (antibiotique) dans un liquide
  biologique qui baigne le pathogène (biophase)

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Microdialyse Principe

• La sonde de microdialyse se comporte sur le plan
  des échanges avec le milieu extracellulaire
  comme un capillaire sanguin

• Diffusion of drugs is across a semipermeable
  membrane at the tip of an MD probe implanted into
  the ISF of the tissue of interest.

• There is an exchange of substances via
  extracellular fluid

39
Quavons-nous appris des études de microdialyse?
40
Similarité des concentrations libres de la
substances (Moxifloxacine) et des concentrations
dans les liquides interstitels du muscle et du
tissu adipeux
1000
Concentration (ng/mL)
100
2
6
10
12
30
40
20
Time (h)
Muller AAC, 1999
41
Quavons-nous appris des études de microdialyse
en cas dinflammation?
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Tissue concentrations of levofloxacin in inflamed
and healthy subcutaneous adipose tissue
Hypothesis Accumulation of fibrin and other
proteins, oedema, changed pH and altered
capillary permeability may result in local
penetration barriers for drugs
Methods Free Concentrations measured by
microdialysis after administration of a single
intravenous dose of 500 mg.
Inflammation
No inflammation
ResultsThe penetration of levofloxacin into
tissue appears to be unaffected by local
inflammation. Same results obtained with others
quinolones
Bellmann al Br J Clin Pharmacol 2004 57
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Quavons-nous appris des études de microdialyse
en cas dinflammation?

• Une inflammmation aiguë a peu dinfluence 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

44
La question des concentrations pulmonaires en
antibiotique
45
Animal and human studies MD The issue of lung
penetration

• Lung MD require maintenance under anesthesia,
  thoracotomy (patient undergoing lung surgery)..
• Does the unbound concentrations in muscle that
  are relatively accessible constitute reasonable
  predictors of the unbound concentrations in lung
  tissue (and other tissues)?

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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
Cefpodoxime at steady state plasma vs. ISF
(muscle Lung)
Plasma
Free plasma
Lung
Muscle
Liu et al., JAC, 2002 50 Suppl 19-22.
47
(No Transcript)
48
The blood-alveolar barrier

• Fenestrated pulmonary capillary bed
• expected to permit passive diffusion of
  antibiotics with a molecular weight 1,000

Epithelial lining fluid ELF
The alveolar epithelial cells would not be
expected to permit passive diffusion of
antibiotics between cells, the cells being
linked by tight junctions
49

• 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

50

• 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.

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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