抗生素，是指由微生物（包括細菌、真菌、放線菌屬）或高等動植物在生活過程中所產生的具有抗病原體或其他活性的一類次級代謝產物，能幹擾其他生活細胞發育功能的化學物質。臨床常用的抗生素有微生物培養液中的提取物以及用化學方法合成或半合成的化合物。
抗生素等抗菌劑的抑菌或殺菌作用，主要是針對“細菌有而人（或其他動植物）沒有”的機制進行殺傷，包含四大作用機理，即：抑制細菌細胞壁合成，增強細菌細胞膜通透性，干擾細菌蛋白質合成以及抑制細菌核酸複製轉錄。
基本介紹
發現及套用史,定義演化,發現歷史,套用歷史,主要分類,作用機制,抑制細胞壁的合成,與細胞膜相互作用,干擾蛋白質的合成,抑制核酸複製和轉錄,作用特點,直接作用於菌體細胞,具有選擇性的抗生譜,具有有效作用濃度,具有選擇性毒力,不良反應,過敏反應,毒性反應,特異質反應,二重感染,合理套用,對症用藥,劑量及療程,預防性用藥,聯合套用,濫用危害,細菌抗藥性,人體危害,發展前景,
發現及套用史
定義演化
很早以前，人們就發現某些微生物對另外一些微生物的生長繁殖有抑制作用，並把這種現象稱為抗生。隨著科學的發展，人們終於揭示出抗生現象的本質，從某些微生物體內找到了具有抗生作用的物質，並把這種物質稱為抗生素，如青黴菌產生的青黴素、灰色鏈絲菌產生的鏈黴素等。後來，人們進一步完善了抗生素的定義，即：由某些微生物在生活過程中產生的、對某些其他病原微生物具有抑制或殺滅作用的一類化學物質。
由於最初發現的一些抗生素主要對細菌有殺滅作用，所以抗生素也一度被稱為抗菌素。但是隨著抗生素的不斷發展，抗病毒、抗衣原體、抗支原體，甚至抗腫瘤的抗生素也紛紛被發現並套用於臨床，顯然稱為抗菌素就不妥了，於是稱為抗生素的名稱就顯得更加符合實際了。
抗腫瘤（antineoplastic）抗生素的出現，說明微生物產生的化學物質除了起初所說的抑制或殺滅某些病原微生物的作用之外，還具有抑制癌細胞的增殖或代謝的作用，因此現代抗生素的定義應當為：由某些微生物產生的、能抑制微生物和其他細胞增殖的物質。
發現歷史
1929年，英國細菌學家弗萊明在培養皿中培養細菌時，發現從空氣中偶然落在培養基上的青黴菌長出的菌落周圍沒有細菌生長，他認為是青黴菌產生了某種化學物質，分泌到培養基里抑制了細菌的生長。這種化學物質便是最先發現的抗生素——青黴素。
在第二次世界大戰期間，弗萊明和另外兩位科學家——弗洛里、錢恩經過艱苦的努力，終於把青黴素提取出來製成了制服細菌感染的物資藥品。因為在戰爭期間，防止戰傷感染的藥品是十分重要的戰略物資。所以，美國把青黴素的研製放在同研製核子彈同等重要的地位。
1943年，還在抗日後方從事科學研究工作的微生物學家朱既明，也從長霉的皮革上分離到了青黴菌，並且用這種青黴菌製造出了青黴素。
1947年，美國微生物學家瓦克斯曼又在放線菌中發現、並且製成了治療結核病的鏈黴素。過去了半個多世紀，科學家已經發現了近萬種抗生素。不過它們之中的絕大多數毒性太大，因此適合作為治療人類或牲畜傳染病的藥品還不到百種。後來人們發現，抗生素並不止能抑制微生物生長，有些㛑是能夠抑制寄生蟲的生，有的能夠除草，有的可以用來治療心血管病，還有的可以抑制人體的免疫反應，進而套用在器官移植手術中。
在20世紀90年代以後，科學家們把抗生素的定義範圍擴大並給出了一個新的名稱：生物藥物素。
套用歷史
1877年，Pasteur和Joubert首先認識到微生物產品有可能成為治療藥物，他們發表了實驗觀察，即普通的微生物能抑制尿中炭疽桿菌的生長。
1928年，弗萊明爵士發現了能殺死致命的細菌的青黴菌。青黴素治癒了梅毒和淋病，而且在當時沒有任何明顯的副作用。
1936年，磺胺的臨床套用開創了現代抗微生物化療的新紀元。
1944年，在新澤西大學分離出來第二種抗生素鏈黴素，它有效治癒了另一種可怕的傳染病：結核。
1947年，出現氯黴素，它主要針對痢疾、炭疽病菌，治療輕度感染。
1948年，四環素出現，這是最早的廣譜抗生素。在當時看來，它能夠在還未確診的情況下有效地使用。現代社會四環素基本上只被用於家畜飼養。
1956年，禮來公司發明了萬古黴素，它被稱為抗生素的最後武器。因為它對G+細菌細胞壁、細胞膜和RNA有三重殺菌機制，不易誘導細菌對其產生耐藥。
1980年代，喹諾酮類藥物出現。和其他抗菌藥不同，它們破壞細菌染色體，不受基因交換耐藥性的影響。
主要分類
按照其化學結構，抗生素可以分為：喹諾酮類抗生素、β-內醯胺類抗生素、大環內酯類、氨基糖苷類抗生素等。
而按照其用途，抗生素可以分為抗細菌抗生素、抗真菌抗生素、抗腫瘤抗生素、抗病毒抗生素、畜用抗生素、農用抗生素及其他微生物藥物（如麥角菌產生的具有藥理活性的麥角鹼類，有收縮子宮的作用）等。
根據其種類的不同，抗生素的生產有多種方式，如青黴素由微生物發酵法進行生物合成，磺胺、喹諾酮類等，可用化學合成法生產；還有半合成抗生素，是將生物合成法製得的抗生素用化學、生物或生化方法進行分子結構改造而製成的各種衍生物。
作用機制
抗生素產生殺菌作用主要有4種機制，即：抑制細菌細胞壁的合成、與細胞膜相互作用、干擾蛋白質的合成以及抑制核酸的複製和轉錄。
抑制細胞壁的合成
細菌的細胞壁主要由多糖、蛋白質和類脂類構成，具有維持形態、抵抗滲透壓變化、允許物質通過的重要功能。因此，抑制細胞壁的合成會導致細菌細胞破裂死亡；而哺乳動物的細胞因為沒有細胞壁，所以不受這些藥物的影響。這一作用的達成依賴於細菌細胞壁的一種蛋白，通常稱為青黴素結合蛋白（PBPs），β內醯胺類抗生素能和這種蛋白結合從而抑制細胞壁的合成，所以PBPs也是這類藥物的作用靶點。以這種方式作用的抗菌藥物包括青黴素類和頭孢菌素類，但是頻繁的使用會導致細菌的抗藥性增強。
與細胞膜相互作用
一些抗菌素與細胞的細胞膜相互作用而影響膜的滲透性，使菌體內鹽類離子、蛋白質、核酸和胺基酸等重要物質外漏，這對細胞具有致命的作用。但細菌細胞膜與人體細胞膜基本結構有若干相似之處，因此該類抗生素對人有一定的毒性。以這種方式作用的抗生素有多粘菌素和短桿菌素。
干擾蛋白質的合成
干擾蛋白質的合成意味著細胞存活所必需的酶不能被合成。以這中方式作用的抗生素包括福黴素（放線菌素）類、氨基糖苷類、四環素類和氯黴素。蛋白質的合成是在核糖體上進行的，其核糖體由由50S和30S兩個亞基組成。其中，氨基糖苷類和四環素類抗生素作用於30S亞基，而氯黴素、大環內酯類、林可黴素類等主要作用於50S亞基，抑制蛋白質合成的起始反應、肽鏈延長過程和終止反應。
抑制核酸複製和轉錄
抑制核酸的轉錄和複製，可以抑制細菌核酸的功能，進而阻止細胞分裂和/或所需酶的合成。以這種方式作用的抗生素包括萘啶酸和二氯基吖啶，利福平等。
作用特點
直接作用於菌體細胞
抗生素能選擇性地作用於菌體細胞DNA、RNA和蛋白質合成系統的特定環節，干擾細胞的代謝作用，妨礙生命活動或使停止生長，甚至死亡，而不同於無選擇性的普通消毒劑或殺菌劑。其抗菌活性主要表現為抑菌、殺菌和溶菌三種現象。
具有選擇性的抗生譜
抗生素的作用具有選擇性，不同抗生素對不同病原菌的作用不一樣。對某種抗生素敏感的病原菌種類稱為該抗生素的抗生譜（抗菌譜）。僅對單一菌種或屬有抗菌作用，這類抗生素稱為窄譜抗菌素，如青黴素只對革蘭氏陽性菌有抑制作用。不僅對細菌有作用，而且對衣原體、支原體、立克次體、螺旋體及原蟲有抑制作用，這類抗生素稱為廣譜抗菌素，如四環素族（金黴素、土黴素等）對革蘭氏陽性和陰性、立克次體以及一部分病毒和原蟲等都有抑制作用。
具有有效作用濃度
抗生素是一種生理活性物質。各種抗生素一般都能在很低濃度下對病原菌就發生作用，這是抗生素區別於其他化學殺菌劑的又一主要特點。各種抗生素對不同微生物的有效濃度各異，通常以抑制微生物生長的最低濃度（MIC）作為抗生素的抗菌強度，簡稱有效濃度。有效濃度越低，表明抗菌作用越強。有效濃度在100mg/L以上的是作用強度較低的抗生素，有效濃度在1mg/L以下的是作用強度高的抗生素。
具有選擇性毒力
抗生素對人和動植物的毒性小於微生物，稱為選擇性毒力。其對敏感微生物有專性拮抗作用，而且作用很強，一萬倍以上的稀釋液仍有顯著的抑菌和殺菌效果。
不良反應
過敏反應
抗生素引起的不良反應非常常見。發生過敏反應的主要原因是患者個體體質、藥物本身、藥物中有雜質，也可能是藥物的代謝產物所以引起的。過敏類型主要包括：①過敏性休克；②溶血性貧血；③血清病、藥物熱；④未分型的過敏反應：臨床主要表現為皮疹、血管神經性水腫、固定性紅斑、重症紅斑等，如青黴素類、四環素類、鏈黴素及林可黴素等。
毒性反應
抗生素引起的毒性反應能夠導致機體功能或者組織結構發生改變，導致機體生理和功能改變，常與用藥劑量和用藥時間過長有關係，特別是化療指數低的藥物，安全範圍小，容易導致毒性反應。主要包括：①神經系統毒性反應；②耳毒性、腎毒性；③肝臟毒性；④血液系統方面毒性；⑤免疫系統毒性；⑥其次還有胃腸道毒性、心臟毒性反應等，導致患者發生胃腸道反應、心律失常、心肌損害等。
特異質反應
特異質反應發生在少數患者中，常常與遺傳因素有關係。由於先天遺傳導致的對某些藥物異常的敏感，與藥物固有的藥理作用基本一致。大多是機體缺乏某種酶引起，使藥物在體內代謝受阻所致。如氯黴素和兩性黴素B 進入紅細胞內，能夠使血紅蛋白轉變為變性的血紅蛋白；而對於該酶系統正常的患者服藥後不會產生此類反應。
二重感染
大劑量或者長期套用抗生素，特別是套用廣譜抗生素，當敏感菌被殺滅或者被抑制，其他不敏感菌藉機會大量生長繁殖。引起新感染的細菌可以是在正常情況下對身體無害的寄生菌，由於菌群改變，其他能抑制該菌生長的無害菌為藥物所抑殺後轉變為致病性菌，或者也可以是原發感染菌的耐藥菌株。使用廣譜抗生素時較易發生的二重感染有：難辨梭狀芽胞桿菌腸炎、黴菌性腸炎、口腔黴菌感染、白色念珠菌陰道炎等導致二重感染。
合理套用
對症用藥
抗生素的使用要依據抗生素的適應症進行選用，主要選用原則如下：
①根據病原菌的種類、感染性疾病的臨床症狀和藥物的抗菌譜來選擇合適的抗生素。
②根據感染部位和藥動學來選擇抗生素。抗生素在體內要發揮殺菌或者抑菌作用，必須在靶組織內達到有效的藥物濃度，所以根據抗生素在感染部位的濃度高低、維持時間等方面進行選用。
③根據患者的生理、病理和免疫狀況來選藥，因為上述因素會影響到藥物的作用。不同的患者套用的抗生素有所區別。妊娠期和哺乳期婦女要避免套用導致畸形和影響新生兒發育的藥物。
劑量及療程
抗菌藥物套用的劑量與給藥次數要適當，療程要足夠；劑量過小或者療程過短會影響療效還能導致細菌容易產生耐藥性，劑量過大或者療程過程不但導致浪費還引起不良反應。
預防性用藥
抗生素的預防性套用約占抗生素使用量的 40% 左右，而實際上有套用價值的占少數，錯誤的使用抗生素用於病毒性感染甚至會引起耐藥性產生或者發生繼發性感染。所以，要嚴格預防性抗生素的套用，以下幾種情況可預防性套用抗生素：採用苄星青黴素、青黴素 V 等清除咽喉部及其他部位的溶血性鏈球菌防治風濕熱的發作；在流行性腦脊髓膜炎流行時，可用磺胺嘧啶口服做預防性用藥；風濕性或者先天性心臟病患者進行口腔、尿路手術前，用青黴素等預防感染性心內膜炎發生；外傷、戰傷、閉塞性脈管炎患者在行截肢手術時，可用青黴素預防氣性壞疽；結腸手術前用甲硝唑、慶大黴素預防厭氧菌感染。
聯合套用
聯合用藥的目的是提高疾病治療效果，減少細菌耐藥性，同時減少不良反應發生，擴大抗菌範圍。但是，要嚴格掌握聯合套用抗生素的指征，如單一抗生素不能控制的混合型感染，如腹部臟器損傷導致的腹膜炎；單一抗生素不能控制的嚴重感染，如膿毒症、敗血症等嚴重感染；套用單一抗生素不易滲入到的感染部位，如結核感染等；病原體尚沒有確定的重型感染等，如果長時間治療，病原體可能導致耐藥發生，要聯合用藥。具體聯用原則可參考相關書籍或文獻，或遵醫囑。
濫用危害
細菌抗藥性
人類發現並套用抗生素，是人類的一大革命。但隨著抗生素在臨床上的廣泛使用，很快便出現了耐藥性，不僅使抗生素的使用出現了危機，而且“超級耐藥菌”的出現使人類的健康又一次受到了嚴重的威脅。
醫學研究者指出，每年在全世界大約有50%的抗生素被濫用，而中國這一比例甚至接80%。在中國，印度和巴基斯坦等國，抗生素通常不需要處方就可以輕易買到，這在一定程度上導致了普通民眾濫用、誤用抗生素。而當地的醫生在治療病人時就不得不使用藥效更強的抗生素，這再度導致了病菌產生更強的抗藥性。正是由於藥物的濫用，使病菌迅速適應了抗生素的環境，各種“超級病菌”相繼誕生。
細菌對抗生素（包括抗菌藥物）的抗藥性主要有5種機制：使抗生素分解或失去活性，即：細菌產生一種或多種水解酶或鈍化酶來水解或修飾進入細菌內的抗生素使之失去生物活性；使抗菌藥物作用的靶點發生改變，即：由於細菌自身發生突變或細菌產生某種酶的修飾使抗生素的作用靶點（如核酸或核蛋白）的結構發生變化，使抗菌藥物無法發揮作用；細胞特性的改變，即：細菌細胞膜滲透性的改變或其它特性的改變使抗菌藥物無法進入細胞內；細菌產生藥泵將進入細胞的抗生素泵出細胞，即：細菌產生的一種主動運輸方式，將進入細胞內的藥物泵出至胞外；改變代謝途徑，如：如磺胺藥與對氨基苯甲苯酸（PABA），競爭二氫喋酸合成酶而產生抑菌作用。再如，金黃色葡萄球菌多次接觸磺胺藥後，其自身的PABA產量增加，可達原敏感菌產量的20 ~ 100倍，後者與磺胺藥競爭二氫喋酸合成酶，使磺胺藥的作用下降甚至消失。
此外，由於抗生素濫用造成的DNA污染也是促成“超級細菌”的另一主要因素。細菌耐藥基因的種類和數量增長速度之快，是無法用生物的隨機突變來解釋的。細菌不僅可以在同種內，而且可以在不同的物種之間交換基因，甚至能夠從已經死亡的同類散落的DNA中獲得基因。因而，耐藥基因在細菌間快速傳播，進一步的促使了“超級病菌”的產生。
人體危害
抗生素在殺滅病原菌的同時也會對人體造成損害。藥物經口腔入胃、經腸道吸收入血輸送到人體的各個細胞中，而只有到達病灶部位的藥物才對病原菌能起到殺菌的作用，其它組織中的藥物不但沒有起到殺菌的作用，反而代謝產物要經肝腎排出體外，對肝腎等臟器有一定的損害作用，如氯黴素、林可黴素、四環素、紅黴素等，都需要在肝內代謝。
此外，許多抗生素如青黴素、鏈黴素等藥物可引起變態反應，如過敏性休克，從輕微皮疹、發熱到造血系統抑制等，甚至也會損害神經系統，如中樞神經系統、聽力、視力、周圍神經系統病變以及神經肌肉傳導阻滯作用等。
最後，抗生素的濫用也有可能引起菌群的失調、延誤疾病的治療。由於受到抗生素的影響，正常菌群中各種細菌的種類和數量都會發生變化。嚴重的菌群失調可以導致機體出現一系列臨床症狀，主要見於長期套用廣譜抗生素治療的患者，其體內對抗生素敏感的細菌被大量殺滅，而不敏感的細菌，如金葡菌、白色念珠菌等則乘機繁殖，引起假膜性腸炎、白色念珠菌性肺炎等，也就是臨床上所謂的二重感染，進而給疾病的治療帶來很大的麻煩，產生嚴重的不良後果。
發展前景
抗生素（antibiotics）是由微生物（包括細菌、真菌、放線菌屬）或高等動植物在生命過程中所產生的具有抗病原體或其他活性的一類次級代謝產物，能幹擾其他細胞發育功能的化學物質。回顧其發展歷史，隨著對微生物研究的不斷發展，人們也有了越來越多的新發現。
隨著抗生素的廣泛使用甚至濫用，目前細菌對抗生素的耐藥性問題已十分嚴重，抗生素耐藥性正在對全球健康構成威脅。因此，發展新型抗生素勢在必行。基於不同機制的新型抗生素正處於研發的不同階段。另外，由於生物技術的迅猛發展，促進了抗體藥物，抗菌多肽類藥物的研發，成為抗生素領域的新生力量。這些新型抗生素的研發，有望在解決臨床抗生素耐藥性的同時，也為病原微生物的防治提供新途徑。
