Penicillin g là gì? Các nghiên cứu khoa học về Penicillin g

Định nghĩa Penicillin G

Penicillin G, hay còn gọi là benzylpenicillin, là một kháng sinh tự nhiên thuộc nhóm beta-lactam, được phát hiện bởi Alexander Fleming vào năm 1928. Đây là một trong những kháng sinh đầu tiên được sử dụng rộng rãi trong y học hiện đại để điều trị các nhiễm trùng do vi khuẩn Gram dương.

Penicillin G thường được sử dụng dưới dạng tiêm tĩnh mạch hoặc tiêm bắp vì không bền trong môi trường acid của dạ dày. Cấu trúc hóa học đặc trưng của nó gồm vòng beta-lactam liên kết với nhân thiazolidine, có vai trò quyết định trong khả năng kháng khuẩn của thuốc.

Cơ chế tác động của Penicillin G

Penicillin G ức chế sự tổng hợp thành tế bào vi khuẩn bằng cách gắn vào các enzyme penicillin-binding proteins (PBPs) – là những transpeptidase xúc tác cho phản ứng bắt chéo chuỗi peptidoglycan. Khi hoạt tính của PBPs bị ức chế, vi khuẩn không thể tổng hợp thành tế bào bền vững, dẫn đến ly giải và chết tế bào vi khuẩn.

Cơ chế này chỉ hiệu quả trên vi khuẩn đang phân chia và có thành tế bào, do đó penicillin G chủ yếu hoạt động trên vi khuẩn Gram dương như Streptococcus pneumoniae, Streptococcus pyogenes và Treponema pallidum – tác nhân gây giang mai. Cơ chế không ảnh hưởng đến vi khuẩn không có thành tế bào hoặc vi khuẩn nội bào.

Thông tin cơ bản về cơ chế: NCBI – Penicillin Mechanism of Action

Phân loại và so sánh với các penicillin khác

Penicillin G thuộc nhóm penicillin tự nhiên, phân biệt với các penicillin bán tổng hợp như amoxicillin, oxacillin và piperacillin. Các penicillin bán tổng hợp được thiết kế để cải thiện độ ổn định acid, phổ kháng khuẩn và chống lại các cơ chế đề kháng như beta-lactamase.

Bảng so sánh các loại penicillin:

Thuốc	Phân nhóm	Phổ tác dụng	Đường dùng
Penicillin G	Tự nhiên	Hẹp, chủ yếu Gram dương	Tiêm
Penicillin V	Tự nhiên	Tương tự G	Uống
Amoxicillin	Aminopenicillin	Mở rộng, Gram âm tốt hơn	Uống
Oxacillin	Chống tụ cầu	Kháng beta-lactamase	Tiêm

Phổ tác dụng và chỉ định lâm sàng

Penicillin G có tác dụng mạnh với các vi khuẩn Gram dương như Streptococcus spp., Bacillus anthracis, Clostridium spp., và Neisseria meningitidis (Gram âm). Ngoài ra, nó là thuốc được lựa chọn hàng đầu trong điều trị giang mai (Treponema pallidum) và các nhiễm trùng do xoắn khuẩn khác.

Các chỉ định thường gặp:

• Viêm màng não do Streptococcus pneumoniae hoặc Neisseria
• Giang mai nguyên phát, thứ phát và tiềm ẩn
• Viêm nội tâm mạc do liên cầu khuẩn
• Bạch hầu, uốn ván (hỗ trợ kháng sinh)
• Nhiễm trùng mô mềm do Clostridium

Đặc điểm dược động học

Penicillin G được hấp thu kém qua đường tiêu hóa do không bền trong môi trường acid của dạ dày, do đó thường chỉ sử dụng qua đường tiêm bắp hoặc tiêm tĩnh mạch. Sau khi tiêm, thuốc phân bố nhanh vào các mô và dịch cơ thể như màng phổi, dịch màng tim, dịch khớp và đặc biệt là dịch não tủy khi có tình trạng viêm, điều này giúp tăng hiệu quả điều trị các nhiễm khuẩn nặng trong hệ thần kinh trung ương.

Thuốc gắn với protein huyết tương ở mức trung bình (khoảng 60%) và không tích lũy nhiều trong cơ thể. Thời gian bán thải của Penicillin G tương đối ngắn, dao động từ 30 đến 60 phút, tùy thuộc vào chức năng thận của bệnh nhân. Vì vậy, để duy trì nồng độ điều trị ổn định, penicillin G thường phải được tiêm nhiều lần trong ngày, trừ khi được sử dụng dưới dạng penicillin chậm hấp thu như benzathine hoặc procaine penicillin.

Penicillin G được đào thải chủ yếu qua thận bằng cả hai cơ chế lọc cầu thận và bài tiết ống thận. Quá trình này có thể bị chậm lại ở bệnh nhân suy thận, làm tăng nguy cơ độc tính nếu không điều chỉnh liều. Một số thuốc như probenecid có thể cạnh tranh với penicillin tại ống thận, kéo dài thời gian bán thải và được dùng phối hợp để tăng hiệu lực penicillin trong một số trường hợp đặc biệt.

Kháng thuốc và enzym beta-lactamase

Penicillin G từng là kháng sinh cực kỳ hiệu quả trong giai đoạn đầu phát triển, nhưng hiện nay nhiều chủng vi khuẩn đã phát triển cơ chế kháng lại thuốc, đặc biệt là nhờ vào enzym beta-lactamase. Đây là enzym có khả năng thủy phân vòng beta-lactam – thành phần thiết yếu trong cấu trúc penicillin – làm mất hoạt tính kháng sinh của thuốc.

Vi khuẩn Gram dương như Staphylococcus aureus có thể tiết beta-lactamase, gây đề kháng hoàn toàn với penicillin G. Một số vi khuẩn Gram âm cũng biểu hiện enzym này, cộng với cấu trúc màng ngoài phức tạp làm giảm sự xâm nhập của thuốc, khiến penicillin G ít hiệu quả với nhóm này. Ngoài ra, một số chủng vi khuẩn đã biến đổi cấu trúc các PBPs, làm giảm ái lực với penicillin, như trường hợp Streptococcus pneumoniae kháng penicillin.

Để đối phó với tình trạng này, các nhà khoa học đã phát triển các chất ức chế beta-lactamase như acid clavulanic, sulbactam, và tazobactam. Những chất này không có hoạt tính kháng khuẩn mạnh nhưng có khả năng ức chế enzym beta-lactamase, qua đó bảo vệ vòng beta-lactam của penicillin khỏi bị phân hủy, làm tăng hiệu quả điều trị khi dùng phối hợp.

Tác dụng phụ và cảnh báo

Penicillin G có độ an toàn cao nhưng vẫn có thể gây ra nhiều tác dụng không mong muốn, phổ biến nhất là dị ứng. Dị ứng với penicillin có thể biểu hiện từ nhẹ như phát ban, mề đay đến nặng như sốc phản vệ. Tỷ lệ dị ứng ước tính khoảng 1–10% dân số, trong đó phản vệ gặp ở dưới 0,05% nhưng có thể đe dọa tính mạng.

Bệnh nhân có tiền sử dị ứng với bất kỳ loại beta-lactam nào (penicillin, cephalosporin, carbapenem) nên được thăm dò kỹ trước khi sử dụng. Xét nghiệm da và test định lượng kháng thể IgE đặc hiệu đôi khi được chỉ định trong các trường hợp nghi ngờ. Khi có tiền sử dị ứng nặng, các bác sĩ sẽ cân nhắc thay thế bằng kháng sinh khác hoặc tiến hành giải mẫn cảm có kiểm soát trong môi trường bệnh viện.

Các tác dụng phụ khác bao gồm tiêu chảy, buồn nôn, viêm tĩnh mạch tại chỗ tiêm, rối loạn điện giải (tăng natri máu nếu dùng liều cao đường tĩnh mạch). Trường hợp hiếm, penicillin G có thể gây viêm đại tràng giả mạc do bội nhiễm Clostridioides difficile, cần theo dõi chặt chẽ ở bệnh nhân nằm viện lâu ngày hoặc dùng kéo dài.

Ứng dụng trong y học hiện đại

Penicillin G vẫn giữ vai trò quan trọng trong nhiều phác đồ điều trị bệnh truyền nhiễm hiện nay. Mặc dù đã có nhiều kháng sinh thế hệ mới với phổ rộng hơn, Penicillin G vẫn là lựa chọn hàng đầu trong điều trị giang mai, viêm màng não do Streptococcus hoặc Neisseria, viêm nội tâm mạc do liên cầu khuẩn nhóm Viridans và dự phòng viêm tim thấp cấp.

Penicillin G cũng được sử dụng trong các ca lâm sàng nghi ngờ xoắn khuẩn (ví dụ như bệnh Lyme), viêm mô tế bào do Clostridium perfringens hoặc điều trị phối hợp với aminoglycoside để tăng hiệu quả diệt khuẩn trong viêm nội tâm mạc nhiễm khuẩn. Việc duy trì vai trò của penicillin G trong điều trị phụ thuộc vào sử dụng hợp lý và tránh lạm dụng để hạn chế sự phát triển của đề kháng kháng sinh.

Những nghiên cứu mới đang được tiến hành nhằm ứng dụng các hệ vận chuyển nano như liposome hoặc polymer để cải thiện khả năng phân phối penicillin G, bảo vệ thuốc khỏi enzym phân giải và giảm tần suất tiêm. Ngoài ra, các chiến lược tái thiết kế vòng beta-lactam để tăng độ bền với beta-lactamase cũng đang được phát triển nhằm phục hồi hiệu quả kháng sinh cổ điển này.

Kết luận

Penicillin G là một kháng sinh kinh điển có vai trò quan trọng trong lịch sử y học và vẫn được sử dụng rộng rãi trong thực hành lâm sàng. Với phổ tác dụng chủ yếu trên vi khuẩn Gram dương, cơ chế ức chế tổng hợp thành tế bào và độ an toàn cao, Penicillin G vẫn giữ vị thế đặc biệt trong điều trị các nhiễm trùng nghiêm trọng.

Hiểu rõ đặc điểm dược động học, phổ kháng khuẩn, cơ chế kháng thuốc và những lưu ý về tác dụng phụ giúp sử dụng penicillin G hiệu quả hơn và đảm bảo tính bền vững trong chiến lược kiểm soát kháng sinh toàn cầu.