氨基糖甙类抗生素耳毒性的研究进展
一、氨基糖甙类抗生素的耳毒性
氨基糖甙类抗生素具明显杀菌作用,但杀菌的具体机理目前尚有争议。氨基糖甙类抗生素是一族抗生素的总称,它们的共同特点是都含有一个由6种成份构成的甙配基环,在环上连接着许多含氨基与不含氨基的糖。有研究认为,它们对30s亚基的高亲合性最终导致了不可逆的结合,从而导致读码错误抑制细菌蛋白合成;也有研究认为该类抗生素与核糖体的结合会加快其细菌内的转运,从而导致膜完整性破裂、通透性丧失,最终死亡[1]。
所有的氨基糖甙类抗生素都有造成不可逆耳毒性的可能,这些抗生素先是对毛细胞,然后对神经上皮的支持细胞和前庭的分泌组织以及耳蜗的结构,细胞的损伤与药物在内外淋巴积聚以及清除缓慢有关。
由于取样的人群不同,判断耳毒性的标准以及血药浓度的控制程度亦不同,所以氨基糖甙类抗生素耳毒性发生率的报道曾有很大差异。但Robert等通过临床的前瞻性调查发现,氨基甙类抗生素引起的听力损伤的发生率为20%～30%[2],美国3%的住院病人用此药,尽管对剂量与血药浓度进行监控,仍有20%～30%接受氨基糖甙类抗生素治疗的患者听力受损。发病的速度与听力损伤的程度都与剂量有关,通常是永久性的。
, http://www.100md.com
氨基糖甙类抗生素耳毒性的表现包括耳鸣、各种程度的听力损失、不可逆的耳聋,听力的损失通常是双侧的,但也有单侧的报道。前庭的毒性包括恶心、呕吐、眩晕、头昏、步态不稳、眼球震颤。一些氨基糖甙类抗生素对两者的影响几乎一样,但最终,所有的氨基糖甙类抗生素都会造成听力及前庭的损伤,致听觉器官的毒性反应[3]。
二、氨基糖甙类抗生素耳中毒后的功能及形态学方面的变化
(一).氨基糖甙类抗生素耳中毒后耳蜗生理功能方面的改变 氨基糖甙类抗生素耳中毒后耳蜗生理功能的改变是慢性迟发性进行的,且很难恢复。因此在应用氨基糖甙类抗生素的同时,必须对耳蜗生理功能进行监测,这大致分为以下三类:
1.纯音测听 研究表明,多数中毒者最先出现的听力下降是从高频开始的,在超高频听力范围内出现的听力异常不仅早而且明显,这对于监测和早期发现这类药所产生的耳毒性损害有重要意义。Huizing(1986)发现,氨基糖甙类抗生素耳中毒后的听力曲线呈“Z”形;低频区听力稍下降、曲线平坦,中频区范围的曲线呈斜坡形,高频区听力损害严重且平坦。Ylikoski等(1974)在豚鼠庆大霉素和卡那霉素中毒后的纯音测听发现:耳蜗底回下半部损害引起20KHz以上的听力障碍,该回上半部损害出现10～20KHz范围的听力损失,中回的下半部病变导致2～8KHz范围的听力损失,中回的上半部损害出现1～2KHz的听力损失。
, http://www.100md.com
2.电生理测试
(1)耳蜗电位主要包括蜗内电位(EP)、微音器电位(CM)、总和电位(SP)、蜗神经动作电位(CAP)。检测发现,卡那霉素、新霉素、双氢链霉素可抑制豚鼠EP的形成;耳蜗电图中CM主要由外毛细胞产生,对氨基糖甙类抗生素敏感,发生耳中毒时,CM的最大振幅降低、反应阈值升高,其中以阈值升高为敏感;SP主要来自内毛细胞,对氨基糖甙类抗生素不太敏感;CAP来自于耳蜗神经是临床的一个重要指标,Spoendlin等在豚鼠新霉素耳毒性实验中记录耳蜗电图显示AP的潜伏期延长,阈值升高;CM比CAP更易抑制;在豚鼠庆大霉素耳毒实验中,通过单个耳蜗神经纤维的电位测试发现,一定浓度的庆大霉素可抑制耳蜗神经纤维放电;CAP调谐曲线自Dallos1976年首次报道以后,便做为一种能客观反应耳蜗的频率选择性的检查方法。汪磊概述了氨基糖甙类抗生素耳中毒后CAP调谐曲线的改变,即尖端变钝,甚至消失,其各项参量的改变在病变中出现早、恢复晚。Puel(1987)等在Wistar大鼠丁胺卡那霉素耳毒性实验中发现:皮下注射丁胺卡那霉素(300～600mg/kg)后,耳蜗电图未发现CAP的阈值、潜伏期、振幅有明显变化,但CAP调谐曲线则显示尖部变钝,有一高敏尾部。
, http://www.100md.com
(2)听性脑干反应(ABR) ABR自1970年Jewett发现以来,便得到广泛应用,在临床和动物实验中,它可以做为一种客观而准确地监测听觉功能的指标。Suppache在豚鼠卡那霉素耳毒性实验中发现:ABR反应阈值的升高常常发生在用药后的2～3周内,此后趋于稳定。邢娟娟等(1989)报告了一组氨基糖甙类抗生素耳中毒病人的ABR的变化:反应阈值升高、潜伏期延长或波形消失。近年研究表明,应用氨基糖甙类抗生素引起ABR阈值升高变化的最低剂量是50mg/kg100mg/kg[4]。ABR的这些异常改变可以推测是由于这类抗生素损害耳蜗毛细胞、耳蜗神经以及听觉的各级中枢传导通路所致。
(3)皮层慢反应测试(SVR) 氨基糖甙类抗生素不仅对耳蜗有选择性毒性作用,而且对耳蜗核、斜方体、内侧膝状体、听皮层等也造成不同程度的损害,这导致了主要产生于初级听觉皮层投射区的SVR的异常,主要表现便是SVR的阈值提高。
3.耳声发射 Kemp在1978年成功地从人的外耳道记录到诱发性耳声发射,它是产生于耳蜗,经听骨链和鼓膜释放到外耳道的音频能量,是由外毛细胞参与的具有良好调谐特性和易损性的耳蜗滤波机制的产物,能够评价听力、监测内耳功能,并主要反映外毛细胞的功能。而氨基糖甙类抗生素首先和主要损害耳蜗外毛细胞,所以这是一个能早期发现氨基糖甙类抗生素耳毒性副反应的监测手段。
, http://www.100md.com
(二).氨基糖甙类抗生素耳中毒后耳蜗形态学方面的变化 伴随着氨基糖甙类抗生素的问世及其在临床的广泛应用,人们就几乎同时开始了对其毒性尤其是耳毒性的研究。研究表明,耳毒性发生后可观察到 型毛细胞几乎完全消失, 型毛细胞数目下降,且壶腹比耳石器更易受该类抗生素的耳毒性影响,在椭圆斑上可发现药物毒性所造成的血管纹损伤,耳蜗外毛细胞最先受到损伤,然后是内毛细胞。研究还表明,这与外毛细胞内含有更多量的某些特殊成份,如自由基有密切关系[5]。对螺旋神经节的神经原、耳蜗毛细胞的损伤是由底回向顶回逐步进展的,且在高频区段的内、外毛细胞几乎都有损害,受损的毛细胞主要表现为纤毛排列紊乱,表皮板破坏或纤毛丛融合成巨纤毛,毛细胞胞浆突出表皮板,形成球状或静纤毛排列中断。有研究用透射电镜观察氨基糖甙类抗生素的耳毒性发现,随着耳毒性程度的不同,其超微结构也呈现不同程度的损害,溶酶体中多泡体膨大,小泡增多融合呈大空泡样变化,线粒体嵴断裂及空泡样变,损害严重的毛细胞可观察到溶酶体破裂消失,细胞内大空泡及大空洞,细胞顶端破裂、胞内容物外溢,胞核融解消失,甚至细胞框架塌陷,细胞消失,继而发生的是一个细胞自溶释放入细胞间的水解酶类加速其他细胞自溶的连锁反应,从而迅速导致内耳功能的障碍。氨基糖甙类抗生素耳毒性导致了细胞器的损伤,而细胞器的修复,尤其是线粒体在氨基糖甙类抗生素耳毒性中的作用也越来越受到重视[6]。形态学方面的研究是氨基糖甙类抗生素耳毒性研究中最直观和有力的资料,所以也一直是研究的热点所在,尽管存在一定的困难,但目前对该方面的研究仍处于方兴未艾之势。
, 百拇医药
三、氨基糖甙类抗生素耳毒性的机制
对氨基糖甙类抗生素耳毒性机制的研究,已有近半个世纪的历史,学者们纷纷试图通过不同的途径对其进行探索,但目前仍是众说纷纭,尚无定论。一度得到公认的有代谢抑制、钙离子紊乱、内淋巴药物蓄积、溶酶体破坏引起细胞自溶等学说。但最近又提出两种新的观点,一种观点提出的基础是氨基糖甙类抗生素的结合位点及耳中毒后引起毛细胞的形态学变化。基于对这两方面的研究,认为这类抗生素是与内耳感觉细胞的磷脂类结合而发挥毒性作用,破坏感觉细胞表面的多糖蛋白复合物,从而影响毛细胞换能。氨基糖甙类抗生素对离子通道的阻断是电压依赖性的,是急性的、可逆的、但当被代谢后便会不可逆地阻断细胞内的信号传导途径(PIP2),导致外毛细胞的死亡[7]。分子遗传学研究又提出第二种观点,认为氨基糖甙类抗生素导致内耳毛细胞线粒体功能失常,使线粒体受氧化损伤出现ATP减少,而ATP的减少使细胞内出现能源危机,并同时也导致耳蜗内离子浓度失衡,这些变化发展到一定程度均可导致毛细胞死亡。分子遗传学观点还提出,线粒体基因组突变与氨基糖甙类抗生素的耳毒性有密切关系。无论是家族性的氨基糖甙类抗生素高敏感特性所出现的耳聋毒性,还是散发的氨基糖甙类抗生素性耳毒性患者,均在12srRNA1555位点上的A→G点突变(1555G突变)[8]。这一发现有着重要的临床意义,它可以使临床医师在一定程度上预知哪些患者在应用氨基糖甙类抗生素时有更大的耳聋危险。
, http://www.100md.com
四、氨基糖甙类抗生素耳中毒后听觉功能的恢复
曾一度认为内耳毛细胞作为一种高度分化的感觉上皮细胞,受到损伤后会造成永久的不可逆的听力损失,但随后的研究发现,由于氨基糖甙类抗生素所造成的听力损伤是可以改善和恢复的。氨基糖甙类抗生素耳中毒后,听觉功能恢复的可能机制,目前存在1药物可从内耳淋巴液和耳蜗细胞上的通道排泄;2毛细胞亚微结构的修复;3血管纹的可逆性变化;4较高部位的听觉通路的代偿;5毛细胞的再生等多种假设。并有研究显示毛细胞可以由支持细胞不经过细胞增殖直接转化而来[9]。无论是通过何种途径,氨基糖甙类抗生素耳中毒后,听觉功能的恢复已有了大量实验依据,许多实验已证实:雏鸡毛细胞可以再生。近年有资料提示,鸟类甚至哺乳类动物的毛细胞也可再生[10]。
综上所述,对氨基糖甙抗生素耳毒性研究的各个方面都取得了长足的进展,研究部位日趋精细,从细胞、细胞器到基因水平,研究方法也从功能测听到细胞内、外电生理记录,又发展到机能与形态方法相结合,从而再现功能细胞的形态观察到细胞及其超微结构的变化。但由于氨基糖甙类抗生素耳毒性的复杂性和特殊性。尚有许多具体问题急待进一步深入研究,如:1氨基糖甙类抗生素到底是如何导致耳毒性的发生的,迄今尚有分岐;2氨基糖甙类抗生素特异的耳毒性损害与听觉各传导通路及器官结构之间的亲和关系,仍需进一步研究得到确切结论;3对氨基糖甙类抗生素耳毒性及耳毒性发生后相关的受体、递质、神经肽及其相关基因表达的关系,还需要充分的实验研究;4如何能预防和/或抵抗其耳毒性,从而既能发挥其杀菌作用又能安全地应用于临床;5氨基糖甙类抗生素耳中毒后其听觉功能恢复的关键及促进因素的研究有待深入;6有关毛细胞再生的问题,如再生是否需要条件及再生的前体细胞及刺激因子等还需充分实验论证。, http://www.100md.com
氨基糖甙类抗生素具明显杀菌作用,但杀菌的具体机理目前尚有争议。氨基糖甙类抗生素是一族抗生素的总称,它们的共同特点是都含有一个由6种成份构成的甙配基环,在环上连接着许多含氨基与不含氨基的糖。有研究认为,它们对30s亚基的高亲合性最终导致了不可逆的结合,从而导致读码错误抑制细菌蛋白合成;也有研究认为该类抗生素与核糖体的结合会加快其细菌内的转运,从而导致膜完整性破裂、通透性丧失,最终死亡[1]。
所有的氨基糖甙类抗生素都有造成不可逆耳毒性的可能,这些抗生素先是对毛细胞,然后对神经上皮的支持细胞和前庭的分泌组织以及耳蜗的结构,细胞的损伤与药物在内外淋巴积聚以及清除缓慢有关。
由于取样的人群不同,判断耳毒性的标准以及血药浓度的控制程度亦不同,所以氨基糖甙类抗生素耳毒性发生率的报道曾有很大差异。但Robert等通过临床的前瞻性调查发现,氨基甙类抗生素引起的听力损伤的发生率为20%～30%[2],美国3%的住院病人用此药,尽管对剂量与血药浓度进行监控,仍有20%～30%接受氨基糖甙类抗生素治疗的患者听力受损。发病的速度与听力损伤的程度都与剂量有关,通常是永久性的。
, http://www.100md.com
氨基糖甙类抗生素耳毒性的表现包括耳鸣、各种程度的听力损失、不可逆的耳聋,听力的损失通常是双侧的,但也有单侧的报道。前庭的毒性包括恶心、呕吐、眩晕、头昏、步态不稳、眼球震颤。一些氨基糖甙类抗生素对两者的影响几乎一样,但最终,所有的氨基糖甙类抗生素都会造成听力及前庭的损伤,致听觉器官的毒性反应[3]。
二、氨基糖甙类抗生素耳中毒后的功能及形态学方面的变化
(一).氨基糖甙类抗生素耳中毒后耳蜗生理功能方面的改变 氨基糖甙类抗生素耳中毒后耳蜗生理功能的改变是慢性迟发性进行的,且很难恢复。因此在应用氨基糖甙类抗生素的同时,必须对耳蜗生理功能进行监测,这大致分为以下三类:
1.纯音测听 研究表明,多数中毒者最先出现的听力下降是从高频开始的,在超高频听力范围内出现的听力异常不仅早而且明显,这对于监测和早期发现这类药所产生的耳毒性损害有重要意义。Huizing(1986)发现,氨基糖甙类抗生素耳中毒后的听力曲线呈“Z”形;低频区听力稍下降、曲线平坦,中频区范围的曲线呈斜坡形,高频区听力损害严重且平坦。Ylikoski等(1974)在豚鼠庆大霉素和卡那霉素中毒后的纯音测听发现:耳蜗底回下半部损害引起20KHz以上的听力障碍,该回上半部损害出现10～20KHz范围的听力损失,中回的下半部病变导致2～8KHz范围的听力损失,中回的上半部损害出现1～2KHz的听力损失。
, http://www.100md.com
2.电生理测试
(1)耳蜗电位主要包括蜗内电位(EP)、微音器电位(CM)、总和电位(SP)、蜗神经动作电位(CAP)。检测发现,卡那霉素、新霉素、双氢链霉素可抑制豚鼠EP的形成;耳蜗电图中CM主要由外毛细胞产生,对氨基糖甙类抗生素敏感,发生耳中毒时,CM的最大振幅降低、反应阈值升高,其中以阈值升高为敏感;SP主要来自内毛细胞,对氨基糖甙类抗生素不太敏感;CAP来自于耳蜗神经是临床的一个重要指标,Spoendlin等在豚鼠新霉素耳毒性实验中记录耳蜗电图显示AP的潜伏期延长,阈值升高;CM比CAP更易抑制;在豚鼠庆大霉素耳毒实验中,通过单个耳蜗神经纤维的电位测试发现,一定浓度的庆大霉素可抑制耳蜗神经纤维放电;CAP调谐曲线自Dallos1976年首次报道以后,便做为一种能客观反应耳蜗的频率选择性的检查方法。汪磊概述了氨基糖甙类抗生素耳中毒后CAP调谐曲线的改变,即尖端变钝,甚至消失,其各项参量的改变在病变中出现早、恢复晚。Puel(1987)等在Wistar大鼠丁胺卡那霉素耳毒性实验中发现:皮下注射丁胺卡那霉素(300～600mg/kg)后,耳蜗电图未发现CAP的阈值、潜伏期、振幅有明显变化,但CAP调谐曲线则显示尖部变钝,有一高敏尾部。
, http://www.100md.com
(2)听性脑干反应(ABR) ABR自1970年Jewett发现以来,便得到广泛应用,在临床和动物实验中,它可以做为一种客观而准确地监测听觉功能的指标。Suppache在豚鼠卡那霉素耳毒性实验中发现:ABR反应阈值的升高常常发生在用药后的2～3周内,此后趋于稳定。邢娟娟等(1989)报告了一组氨基糖甙类抗生素耳中毒病人的ABR的变化:反应阈值升高、潜伏期延长或波形消失。近年研究表明,应用氨基糖甙类抗生素引起ABR阈值升高变化的最低剂量是50mg/kg100mg/kg[4]。ABR的这些异常改变可以推测是由于这类抗生素损害耳蜗毛细胞、耳蜗神经以及听觉的各级中枢传导通路所致。
(3)皮层慢反应测试(SVR) 氨基糖甙类抗生素不仅对耳蜗有选择性毒性作用,而且对耳蜗核、斜方体、内侧膝状体、听皮层等也造成不同程度的损害,这导致了主要产生于初级听觉皮层投射区的SVR的异常,主要表现便是SVR的阈值提高。
3.耳声发射 Kemp在1978年成功地从人的外耳道记录到诱发性耳声发射,它是产生于耳蜗,经听骨链和鼓膜释放到外耳道的音频能量,是由外毛细胞参与的具有良好调谐特性和易损性的耳蜗滤波机制的产物,能够评价听力、监测内耳功能,并主要反映外毛细胞的功能。而氨基糖甙类抗生素首先和主要损害耳蜗外毛细胞,所以这是一个能早期发现氨基糖甙类抗生素耳毒性副反应的监测手段。
, http://www.100md.com
(二).氨基糖甙类抗生素耳中毒后耳蜗形态学方面的变化 伴随着氨基糖甙类抗生素的问世及其在临床的广泛应用,人们就几乎同时开始了对其毒性尤其是耳毒性的研究。研究表明,耳毒性发生后可观察到 型毛细胞几乎完全消失, 型毛细胞数目下降,且壶腹比耳石器更易受该类抗生素的耳毒性影响,在椭圆斑上可发现药物毒性所造成的血管纹损伤,耳蜗外毛细胞最先受到损伤,然后是内毛细胞。研究还表明,这与外毛细胞内含有更多量的某些特殊成份,如自由基有密切关系[5]。对螺旋神经节的神经原、耳蜗毛细胞的损伤是由底回向顶回逐步进展的,且在高频区段的内、外毛细胞几乎都有损害,受损的毛细胞主要表现为纤毛排列紊乱,表皮板破坏或纤毛丛融合成巨纤毛,毛细胞胞浆突出表皮板,形成球状或静纤毛排列中断。有研究用透射电镜观察氨基糖甙类抗生素的耳毒性发现,随着耳毒性程度的不同,其超微结构也呈现不同程度的损害,溶酶体中多泡体膨大,小泡增多融合呈大空泡样变化,线粒体嵴断裂及空泡样变,损害严重的毛细胞可观察到溶酶体破裂消失,细胞内大空泡及大空洞,细胞顶端破裂、胞内容物外溢,胞核融解消失,甚至细胞框架塌陷,细胞消失,继而发生的是一个细胞自溶释放入细胞间的水解酶类加速其他细胞自溶的连锁反应,从而迅速导致内耳功能的障碍。氨基糖甙类抗生素耳毒性导致了细胞器的损伤,而细胞器的修复,尤其是线粒体在氨基糖甙类抗生素耳毒性中的作用也越来越受到重视[6]。形态学方面的研究是氨基糖甙类抗生素耳毒性研究中最直观和有力的资料,所以也一直是研究的热点所在,尽管存在一定的困难,但目前对该方面的研究仍处于方兴未艾之势。
, 百拇医药
三、氨基糖甙类抗生素耳毒性的机制
对氨基糖甙类抗生素耳毒性机制的研究,已有近半个世纪的历史,学者们纷纷试图通过不同的途径对其进行探索,但目前仍是众说纷纭,尚无定论。一度得到公认的有代谢抑制、钙离子紊乱、内淋巴药物蓄积、溶酶体破坏引起细胞自溶等学说。但最近又提出两种新的观点,一种观点提出的基础是氨基糖甙类抗生素的结合位点及耳中毒后引起毛细胞的形态学变化。基于对这两方面的研究,认为这类抗生素是与内耳感觉细胞的磷脂类结合而发挥毒性作用,破坏感觉细胞表面的多糖蛋白复合物,从而影响毛细胞换能。氨基糖甙类抗生素对离子通道的阻断是电压依赖性的,是急性的、可逆的、但当被代谢后便会不可逆地阻断细胞内的信号传导途径(PIP2),导致外毛细胞的死亡[7]。分子遗传学研究又提出第二种观点,认为氨基糖甙类抗生素导致内耳毛细胞线粒体功能失常,使线粒体受氧化损伤出现ATP减少,而ATP的减少使细胞内出现能源危机,并同时也导致耳蜗内离子浓度失衡,这些变化发展到一定程度均可导致毛细胞死亡。分子遗传学观点还提出,线粒体基因组突变与氨基糖甙类抗生素的耳毒性有密切关系。无论是家族性的氨基糖甙类抗生素高敏感特性所出现的耳聋毒性,还是散发的氨基糖甙类抗生素性耳毒性患者,均在12srRNA1555位点上的A→G点突变(1555G突变)[8]。这一发现有着重要的临床意义,它可以使临床医师在一定程度上预知哪些患者在应用氨基糖甙类抗生素时有更大的耳聋危险。
, http://www.100md.com
四、氨基糖甙类抗生素耳中毒后听觉功能的恢复
曾一度认为内耳毛细胞作为一种高度分化的感觉上皮细胞,受到损伤后会造成永久的不可逆的听力损失,但随后的研究发现,由于氨基糖甙类抗生素所造成的听力损伤是可以改善和恢复的。氨基糖甙类抗生素耳中毒后,听觉功能恢复的可能机制,目前存在1药物可从内耳淋巴液和耳蜗细胞上的通道排泄;2毛细胞亚微结构的修复;3血管纹的可逆性变化;4较高部位的听觉通路的代偿;5毛细胞的再生等多种假设。并有研究显示毛细胞可以由支持细胞不经过细胞增殖直接转化而来[9]。无论是通过何种途径,氨基糖甙类抗生素耳中毒后,听觉功能的恢复已有了大量实验依据,许多实验已证实:雏鸡毛细胞可以再生。近年有资料提示,鸟类甚至哺乳类动物的毛细胞也可再生[10]。
综上所述,对氨基糖甙抗生素耳毒性研究的各个方面都取得了长足的进展,研究部位日趋精细,从细胞、细胞器到基因水平,研究方法也从功能测听到细胞内、外电生理记录,又发展到机能与形态方法相结合,从而再现功能细胞的形态观察到细胞及其超微结构的变化。但由于氨基糖甙类抗生素耳毒性的复杂性和特殊性。尚有许多具体问题急待进一步深入研究,如:1氨基糖甙类抗生素到底是如何导致耳毒性的发生的,迄今尚有分岐;2氨基糖甙类抗生素特异的耳毒性损害与听觉各传导通路及器官结构之间的亲和关系,仍需进一步研究得到确切结论;3对氨基糖甙类抗生素耳毒性及耳毒性发生后相关的受体、递质、神经肽及其相关基因表达的关系,还需要充分的实验研究;4如何能预防和/或抵抗其耳毒性,从而既能发挥其杀菌作用又能安全地应用于临床;5氨基糖甙类抗生素耳中毒后其听觉功能恢复的关键及促进因素的研究有待深入;6有关毛细胞再生的问题,如再生是否需要条件及再生的前体细胞及刺激因子等还需充分实验论证。, http://www.100md.com