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頭孢菌素是一種重要的海洋抗菌素。它是從海洋微生物中分離出來的一種霉菌——頂頭孢霉。頂頭孢霉中的活性成分是一種對青霉素酶敏感的物質，它對革蘭氏陰性細菌有活性，故名“抗菌素N”。對革蘭氏陽性細菌有活性的其他頭孢菌素，稱為“頭孢菌素P”。經研究其活性最大的化合物即頭孢菌素C，它也是一種抗菌素，對革蘭氏陰性細菌和革蘭氏陽性細菌都含廣譜的活性。這點與青霉素相似，但與青霉素不同的是，它對破壞青霉素效用的青霉素酶有抵制作用。頭孢菌素C含有一個β-內酰胺-二氫噻嗪的環系，其結構為對許多細菌都有效，無論是口服還是靜脈注射，現已廣泛用于臨床。
1）作用機制 頭孢菌素類抗生素的作用機制與青霉素相同，主要通過干擾細菌細胞壁主要成分-肽聚糖的合成發揮抗菌作用。頭孢菌素類化學結構中β-內酰胺環的酰胺基與肽聚糖五肽相似，可與青霉素結合蛋白(PBP)共價結合使其滅活，因此影響了肽聚糖的合成。不同的頭孢菌素與不同菌種的PBP結合使菌體形成絲狀體或球狀體，最終破裂死亡。這一過程發生在細菌細胞的繁殖期，因而本類藥物為繁殖期殺菌劑。細菌有細胞壁，而人和哺乳動物的細胞沒有細胞壁，所以頭孢菌素類藥物對人體細胞的毒性很低，有效濃度對人體幾乎沒影響，對胃酸及β-內酰胺酶穩定，過敏反應少。
2）分類 頭孢菌素類抗生素的研究開發極為迅速，根據抗菌譜、抗菌活性、對β內酰胺酶的穩定性以及腎毒性的不同，目前將頭孢菌素類抗生素分為四類：①第一代頭孢菌素；如頭孢噻吩、頭孢唑啉、頭孢拉定、頭孢硫脒、頭孢匹林等。②第二代頭孢菌素；如頭孢呋辛、頭孢孟多、頭孢替安、頭孢尼西、頭孢雷特等。③第三代頭孢菌素；頭孢噻肟、頭孢唑肟、頭孢曲松、頭孢哌酮、頭孢地秦、頭孢他啶、頭孢咪唑等。④第四代頭孢菌素；如頭孢匹羅、頭孢吡肟、頭孢克定等。
1. 第一代頭孢菌素 代表藥物頭孢噻吩、頭孢唑啉，本品具廣譜抗菌作用，對革蘭陽性菌的活性較強，對革蘭陰性菌的作用相對較差，本品對金黃色葡萄球菌、凝固酶陰性葡萄球菌、化膿性鏈球菌、肺炎鏈球菌、無乳鏈球菌、草綠色鏈球菌、白喉棒狀桿菌、炭疽芽孢菌均具良好抗菌活性。對大腸埃希菌、奇異變形菌、肺炎克雷伯菌、產氣腸桿菌、流感嗜血桿菌也有較好抗菌作用。耐甲氧西林葡萄球菌、耐青霉素肺炎鏈球菌、腸球菌屬、李斯特菌和諾卡菌屬對本品耐藥。絕大多數普通變形桿菌、陰溝腸桿菌、摩氏摩根菌、雷極普羅威登菌和脆弱擬桿菌對本品耐藥，沙雷菌屬、假單胞菌屬和不動桿菌屬對本品完全耐藥。
2. 第二代頭孢菌素 代表藥物頭孢呋辛，本品對革蘭陽性球菌的活性與第一代頭孢菌素相似或略差，但對葡萄球菌和革蘭陰性桿菌產生的β內酰胺酶相當穩定。對金葡菌的抗菌活性較頭孢唑啉為差。本品對青霉素敏感肺炎鏈球菌、化膿性鏈球菌和草綠色鏈球菌的MIC分別為0.01mg·L-1、0.25mg·L-1和0.5mg·L-1。耐甲氧西林葡萄球菌、耐青霉素肺炎鏈球菌、腸球菌屬和李斯特菌屬對本品耐藥。本品對大腸埃希菌、奇異變形菌、摩氏摩根菌、肺炎克雷伯菌有良好抗菌作用。消化球菌、消化鏈球菌和產氣莢膜桿菌等厭氧菌對本品敏感，艱難梭菌和脆弱擬桿菌耐藥。
3. 第三代頭孢菌素代表藥物頭孢曲松、頭孢哌酮、頭孢他啶。
1）頭孢曲松對β內酰胺酶高度穩定。對金葡菌甲氧西林敏感菌株具抗菌活性，其MIC90為2～8mg·L-1，但不及頭孢噻吩和頭孢唑啉，甲氧西林耐藥金葡菌對本品耐藥。表皮葡萄菌對本品敏感性差(MIC9025～50mg·L-1)。本品0.2mg·L-1的濃度可抑制肺炎鏈球菌及化膿性鏈球菌，對青霉素不敏感和耐青霉素肺炎鏈球菌具抗菌活性。腸球菌屬、李斯特菌、星型諾卡菌通常對本品耐藥。本品對卡他莫拉菌、流感嗜血桿菌、腦膜炎奈瑟菌及淋病奈瑟球菌，包括產β內酰胺酶菌株具高度抗菌活性，MIC90為0.025mg·L-1。絕大多數腸桿菌科細菌如大腸埃希菌、克雷伯菌屬、變形菌屬、普羅威登菌屬、摩氏摩根菌、沙門菌屬、檸檬酸菌屬、沙雷菌屬、志賀菌屬對本品極為敏感(MIC90≤1mg·L-1)，對革蘭陰性桿菌的抗菌活性優于頭孢哌酮(銅綠假單胞菌除外)，與頭孢他啶、頭孢噻肟相仿。絕大多數銅綠假單胞菌對本品耐藥。
2）頭孢哌酮對革蘭陽性菌和腸桿菌科細菌的抗菌活性則多較頭孢曲松等第三代頭孢菌素略弱。對多數腸桿菌科細菌，如大腸埃希菌、克雷伯菌屬、檸檬酸菌屬、奇異變形桿菌、沙門菌屬、志賀菌屬均具抗菌活性，對β內酰胺酶陽性及陰性的流感嗜血桿菌和腦膜炎奈瑟球菌的MIC≤0.25mg·L-1。本品對普通變形桿菌、肺炎克雷伯菌、普羅威登菌屬、沙雷菌屬和腸桿菌屬的抗菌活性較差，MIC90為4～64mg·L-1。對銅綠假單胞菌的活性較頭孢他啶差，MIC為8mg·L-1，鼠傷寒沙門菌、脆弱擬桿菌和不動桿菌屬對本品耐藥。頭孢哌酮對多數廣譜β內酰胺酶的穩定性較差。
3）頭孢他啶對大部分革蘭陰性桿菌產生的β內酰胺酶穩定。為治療嚴重感染，特別是醫院感染的有效藥物。本品對卡他莫拉菌、百日咳桿菌、淋病奈瑟球菌、腦膜炎奈瑟球菌具良好抗菌作用，對腸桿菌屬、沙雷菌屬、檸檬酸菌屬及不動桿菌屬的抗菌作用較差。本品對銅綠假單胞菌抗菌活性遠較哌拉西林、阿洛西林、羧芐西林等為強，亦優于慶大霉素和阿米卡星，約80%的菌株仍對其敏感。洋蔥伯克霍爾德菌、類鼻疽伯克霍爾德菌、木糖氧化無色桿菌、其他假單胞菌屬如惡臭假單胞菌、熒光假單胞菌、皮氏假單胞菌對本品敏感。嗜麥芽窄食單胞菌中僅部分菌株對本品敏感。青霉素耐藥肺炎鏈球菌、甲氧西林耐藥葡萄球菌、腸球菌屬及李斯特菌對本品耐藥。
4. 第四代頭孢菌素類 代表藥物頭孢吡肟，本品與第三代頭孢菌素相比，抗菌譜更廣，較易穿過細菌的細胞外膜，特別是革蘭陰性桿菌的細胞膜，對革蘭陽性球菌作用也增強，包括某些耐氨基苷類和耐第三代頭孢菌素的菌株亦有效。本品對于染色體介導的可誘導性BushⅠ組β-內酰胺酶的親和力比較弱，不易被這些酶所水解，所以對產生這類酶的細菌有效，如粘質沙雷菌、弗氏檸檬酸菌、陰溝腸桿菌、摩根菌屬等。本品對銅綠假單胞菌的抗菌活性與頭孢他啶相仿或略差，但對部分頭孢他啶耐藥株仍具抗菌活性。
頭孢菌素類抗生素于20世紀60年代用于臨床以來，為目前臨床應用最廣、最多的抗生素，據統計其用量占住院患者抗生素處方量的30%～50%。因為該類藥物作用靶位為細菌細胞壁，而人體細胞無細胞壁，因此毒性低，可安全用于老年人及兒童。頭孢菌素類藥物通過干擾細菌細胞壁的合成而發揮抗菌作用，屬繁殖期殺菌劑，殺菌作用強，對細菌產生的β-內酰胺酶穩定，毒性低，嚴重過敏反應少，在組織器官與體液中可達有效濃度，組織分布廣，抗菌譜廣(包括革蘭陽性菌、革蘭陰性菌及厭氧菌等)，且價廉藥源充足，可用于敏感菌所致的嚴重感染，故頭孢菌素類抗生素為臨床上廣泛應用的抗菌藥物，是很多細菌性感染(如感染性心內膜炎、腦膜炎、骨髓炎、腹膜炎、上下呼吸道感染、皮膚軟組織感染、泌尿系感染等)的良好選擇，為醫生和患者所認可。
[1] 海洋大辭典
[2] 頭孢菌素類抗生素的特點及臨床應用
[3] 頭孢菌素類藥物研究進展