1 Critères bactériologiques daction des antibiotiques : les concentrations critiques P.L. TOUTAIN...

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Critères bactériologiques d’action des antibiotiques :

les concentrations critiques

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 dia ailleurs

http://physiologie.envt.fr/spip/

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Pharmacodynamie des antibiotiques

1. Paramètres in vitro d’efficacité

2. Paramètres in vivo d’efficacité

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Indicateurs d’action & d’effet des antibiotiques

1. In vitro: critères bactériologiques– Statiques

• CMI, CPM, .... – Prise en compte du temps

• EPA– Dynamiques

• vitesse bactéricide

2. in vitro & in vivo : indices mixtes PK/PD– AUC/MIC, Cmax/MIC, Temps au dessus de la CMI

3. In vivo– bactériémie, hyperthermie, leucocytose, GMQ,

survivants/décès, évolution des flores ...

PL Toutain Ecole Vétérinaire Toulouse Ispaïa 2010 5

Critères bactériologiques1-In vitro & statique

• Buts1. Établir le niveau de sensibilité des pathogènes à

l’antibiotique (mesure de puissance de l’antibiotique)• Concentration minimale antibactérienne (CMA)• Concentration minimale inhibitrice (CMI)• Concentration minimale bactéricide (MBC)

2. Prévenir le développement d’une population de mutants résistants• Concentration préventive de mutants (CPM)

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CMA : Concentration Minimale Antibactérienne

• Concentration inférieure à la CMI entraînant les premières modifications morphologiques ou physiologiques de la bactérie

ex. : production d'enzymes autolytiques / attachement in vivo/ accélération de la phagocytose


1-La CMI

CMI ( Concentration Minimale Inhibitrice): définition

• Plus petite concentration (mg/L) capable, in vitro , d'interdire une croissance bactérienne pendant 24h– mesure effectuée avec un inoculum de départ de

105 / ml

• Concentration bactériostatique

• Evalué indirectement en utilisant les antibiogrammes

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Détermination de la CMI

• Méthode de dilution en milieu liquide (macrométhode avec des tubes ou microméthode avec des cupules)

• Méthode de dilution en milieu solide • E-test (diffusion sur disque)• Détermination avec des automates

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0 0.25 0.5 1 2 4 8 16 32

CMI : Concentration dans le premier tube pour lequel il n'y a pas de croissance visible après 24h à 37°C

CMI


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• Broth dilution

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E-test

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E-test : principe

1. Un gradient de concentrations d'antibiotique est obtenu sur une bandelette plastifiée.

2. La bandelette (une bandelette par antibiotique) est déposée à la surface d'une boite de Pétri ensemencée avec la suspension de la bactérie à tester

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E-test :lecture

3. Après un nuit d'incubation à 37°C dans une étuve, on peut lire directement la valeur de la CMI au niveau de la zone à lire.

PL Toutain Ecole Vétérinaire Toulouse

E-test

• Avantages– mesure plus précise de la CMI qu'avec un disque– Utilisé en MH pour des infections sévères ou pour certains

germes – En MV, devrait permettre de s’affranchir de la principale limite

de l’antibiogramme qui est la valeur des breakpoints retenus qui sont ceux de la MH

• Limites– Cher et long à réaliser et non validé en MV par les organismes

normatifs

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Difficulté dans l’évaluation d’une CMI liée à l’hétérogénéité du

prélèvement qui peut être constitué d’un mélange de germes ayant des

CMI différentes

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Sensibilité in vitro à l’amoxicilline et la gentamicine de 20

isolats différents de E Coli provenant du même prélèvement

On notera l’hétérogénéité des résultats suggérant que la population responsable de l’infection n’est pas homogène mais se présente plutôt comme un « essaim » avec des germes ayant des CMI individuelles allant de 1 à 10

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Difficultés dans l’évaluation d’une CMI liées aux aspects techniques

de la mesure de la CMI

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Le pas de dilution (1, 2, 4, 8…) donne une progression géométrique

• La vraie CMI est inférieure à celle qui est annoncée; elle est située entre le premier tube ayant une absence totale de croissance et le précédent

• Biais potentiel de 100%

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• Effet inoculum (faible)• pH• CO2, O2

• Amino-acides• .......Nécessité d'une standardisation des essais pourgarantir leur reproductibilité (CLSI)

Influence des conditions in vitro d'évaluation sur les résultats

23Lorian, p35

influence du pH sur l’action des antibiotiques

xx

xx

x40

30

20

6 7 8pH

Zone diameters (mm)

ChlortétracyclineStreptomycine


Limite de la CMI : sa valeur dépend de la taille de l’inoculum

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- Certains AB (Bêtalactamines, Quinolones ) ont leur activité réduite en présence d'une population bactérienne importante (ce qui est le cas lors d’infection)

- in vivo , on peut atteindre des densités de 1010 - 1011 UFC alors que les CMI sont mesurés à 105 UFC

- Importance de commencer rapidement une antibiothérapie (métaphylaxie)

L'effet inoculum sur la détermination de la CMI


MICs estimated with different inoculmum densities, relative to that MIC at 2x105

Ciprofloxacin

Gentamicin

Linezolid

Daptomycin

Oxacillin

Vancomycin

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Effet matrice sur la détermination de la CMI

• sérum

• Lait

• Exsudat

• Urine

• Bile

• LCR

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MIC: serum vs. lait

• Staphylococcus aureus

– Nécessite 4 fois plus d’antibiotique pour être inhibé dans le lait que dans le plasma

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CMI: Action des antibiotique in vivo vs in vitro


Différences entre les conditions in vitro et in vivo pour déterminer une CMI

• In vitro1. Concentrations statiques

2. pH physiologique, conditions optimales pour la croissance

3. Milieu sans protéine, tout l’antibiotique étant libre

4. Évaluation arbitraire à 24 h

5. Pas de système immunitaire

6. Inoculum de faible taille et constant

• In vivo1. Concentrations variables

2. Conditions de croissance variables et limitation possible à la croissance

3. Présence de protéines réduisant la fraction libre

4. Évaluation possible in vivo mais pas à un temps prédéterminé

5. Système immunitaire coopératif

6. Inoculum de taille variable

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Utilité et usage des CMI

1. Thérapeutiques

• sélection rationnelle d'un antibiotique2. Epidémiologiques

• surveillance des résistances

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1. La CMI est considérée comme une bonne approximation de la concentration libre d’antibiotique qu’il est nécessaire d’obtenir au site d’infection pour éradiquer un pathogène

2. C’est la raison pour laquelle les concentrations plasmatiques des antibiotiques sont « comparées » aux CMI des pathogènes extracellulaires (pour les intracellulaires, cela est différent)

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• La CMI est le critère PD retenu

dans la construction des indices

PK/PD d’efficacité

– T>MIC

– AUC/MIC

– Cmax/MIC

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Utilisation des CMI à des fins épidémiologiques

Pour avoir accès a la base européenne des CMI des différents pathogènes et pour les différents antibiotiques ( y compris certains antibiotiques d’usage strictement vétérinaire), pour connaître les valeurs critiques des antibiogrammes (S/I/R) , etc. aller sur le site Eucast2

http://217.70.33.99/Eucast2

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Distribution des CMI de la gentamicine pour E Coli (population sauvage)


3-La CPM


Concentration préventive de mutants (CPM) & notion de fenêtre

de sélection : la concentration à prendre en

compte pour prévenir l’émergence de résistance (surtout pour des

quinolones)

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Pression de sélection pour les concentrations inférieures à la CMI;

CMI

temps

Concentration

Hypothèses traditionnelles l’émergence de résistance

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Hypothèses actuelles sur l’émergence de résistance:dynamique des populations bactériennes

Sans antibiotique

Avec antibiotique

10-8

10-8

10-8

Éradication de la pop sauvage

sensible Simple mutants Double mutants

Pop sauvage

Population de simple mutants

Population de simple mutants

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CPM (Concentration Préventive de Mutants)

• La CMP est la CMI de sous population(s), qui dans un large inoculum, a mis en place les premiers mécanismes de résistance

• En pratique, c’est la concentration prévenant le développement d’un inoculum de taille 109_1010

• La méthode de détermination est la même que la CMI mais l’inoculum passe de 105 à 109 _1010

50

Notion de fenêtre de sélection

CPM (Concentration préventive de mutants) (pour inhiber la croissance de la sous population ayant faut un premier saut mutationnel

CMI (pour bloquer la population sauvage)

Pla

sma

con

cen

trat

ion

s

Inhibition de toutes les Bie

Croissance de la seule sous population mutante

Croissance de toutes les Bie

Fenêtre de sélection des mutants

51

La fenêtre de sélection

• La CMI et la CMP définissent une gamme de concentrations nommées fenêtre de sélection

• C’est la différence entre la CPM et la CMI

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Notion de fenêtre de sélection

54

Les mutants ne sont pas sélectionnés en dessous de la

CMI et au dessus de la CPM

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Les indices de prévention des mutants

• Rapport MPC/CMI (définit la largeur de la fenêtre de sélection)– De 4 à 8 pour les quinolones et pour le triméthoprime; 16 pour

la doxycycline (MRSA);

• Temps passé dans la fenêtre de sélection– (voir le chapitre consacré à ce sujet)

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Stratégies pour limiter le développement de résistance

1. Rester au dessus des CPM– Posologies adéquates (one shoot; AUC/MIC=250h)

2. réduire l’étendue de la fenêtre de sélection– Objectif de développement pour l’industrie.

3. Traiter les animaux en métaphylaxie– Faible inoculum

4. avoir recours à des associations intelligentes d’antibiotiques (tuberculose chez l’homme).

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Temps post-administration

Co

nce

ntr

atio

n p

lasm

atiq

ue

1. Posologie pour que les concentrations plasmatiques libres passent au dessus de la CPM

(toutes les bactéries seront éradicables)

Stratégies pour limiter le développement de résistance: posologie adéquate

CPM

CMI

58

AUC/MIC > 125 h• Garantir une AUC/MIC>125h veut dire que l’on garantit que la

concentration plasmatique moyenne sur l’intervalle de dosage est 5 fois la CMI (voir la présentation des indices PKPD)

• Avec une AUIC/MIC de 250h (10 fois la CMI) on observe une éradication bactérienne très rapide (environ 2 jours)

• Application vétérinaire: « one shoot »

Nécessité de réviser les schémas posologiques

59Temps post-administration

Co

nce

ntr

atio

n p

lasm

atiq

ue

1. Dose au dessus de la

CPM

Stratégies pour limiter le développement de résistance: fermer la fenêtre de sélection

CPM

CMI

2. Fermer la fenêtre de sélection

CPM~CMI

Innovations pharmaceutiques pour avoir le plus petit rapport entre la CPM et la CMI; cela permet d’avoir des

posologies plus faibles pour éradiquer les mutants

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Valeurs des CMI & CPM pour les quinolones vétérinaires sur E coli et Staph aureus

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Emergence vs. sélection de mutants résistants par les quinlones

• Les quinolones peuvent favoriser l’émergence ou la sélection de mutants résistants– Pour de faibles concentrations (inférieures aux CMI),

ils augmentent le taux de mutations et partant l’apparition de mutants.

• Stimulation du système SOS génère des hypermutateurs

– Pour les concentrations situées dans la fenêtre de sélection, ils sélectionnent les mutants dejà présents

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Objectifs thérapeutiques liés à la fenêtre de sélection

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Antibiotiques pour lesquels le concept de fenêtre de sélection s’applique

• Quinolones

• Bêta-lactams

• Macrolides

• Tétracyclines

64Days

Log

CFU

/g o

f fe

ces

Ampicilline dans l’eau de boisson

Inoculation de S liquefaciens

From Duval-Yflah Y. et al. IAI 1980; 28 :981

Résistance à la colonisation par Serratia liquefaciens () multirésistante in vivo dans le tube digestif de souris à flore humaine [E. coli ()].

Évènement sans sélection

SélectionAmplification


Disease health

TherapyMetaphylaxis

(Control)Prophylaxis(prévention)

Growth promotion

Stratégies pour limiter le développement de résistance: la métaphylaxie

HighHighPathogen loadPathogen load

SmallSmallNoNo

NANA

Antibiotic consumptionAntibiotic consumption

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curatif

Stratégies pour limiter le développement de résistance: la métaphylaxie qui doit être vue comme un traitement très précoce

métaphylaxie

10-8

10-8

10-8

pop sauvage

sensible

Pop sauvage

Population de simple mutants présente au début du traitement donc mutants sélectionnables

Pas de mutants car l’inoculum initial au moment du traitement est trop faible pour avoir généré des

mutants et donc pas de risque de sélection

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Quelles sont les concentrations pour prévenir la sélection de bactéries à sensibilité réduite?

• Beta-lactamines:

– Toujours rester au dessus de 4xMIC

– (mais 40-60% du temps >CMI pour efficacité)

• Aminoglycosides:

– Avoir au moins un pic de 8x MIC

• Fluoroquinolones:

– AUC/CMI > 200 et pic /CMI > 8

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