Bêtalactamines

ECOLE NATIONALE DE MEDECINE VETERINAIRE

LES BÊTALACTAMINES

EN MEDECINE VETERINAIRE

PHARMACIE & TOXICOLOGIE

LES BÊTALACTAMINES

EN MEDECINE VETERINAIRE

Table des matières

INTRODUCTION 4

DEFINITIONS -IMPORTANCE - HISTORIQUE

1. Définitions 4

2. Importance 4

3. Historique 5

PREMIERE PARTIE

PHARMACIE CHIMIQUE ET PROPRIETES PHARMACOLOGIQUES DES BETALACTAMINES I. LES PENICILLINES 7 1. Pharmacie chimique 7 1.1. Structure chimique 7 1.2. Classification 8 1.3. Origine et préparation 10 1.4. Propriétés physiques et chimiques 14

2. Propriétés pharmacologiques 18

2.1. Pharmacocinétique 18

2.2. Activité antibactérienne 23 2.3. Effets indésirables et toxiques 26

II. LES CEPHALOSPORINES 28

1. Pharmacie chimique 29

1.1. Structure chimique - Classification 29 1.2. Origine et préparation 30 1.3. Propriétés physiques et chimiques 30

2. Propriétés biologiques 32

2.1. Pharmacocinétique 32

2.2. Activité antibactérienne 32 2.3. Effets indésirables et toxiques 34

III. LES INHIBITEURS DES BETALACTAMASES 35

1. Pharmacie chimique 35

1.1. Structure chimique - Classification 35 1.2. Propriétés physiques et chimiques 36

2. Propriétés pharmacologiques 36

2.1. Pharmacocinétique 36

2.2. Activité antibactérienne 36 2.3. Effets indésirables et toxiques 36

DEUXIEME PARTIE

ETUDE THERAPEUTIQUE, BONNES PRATIQUES DE L'ANTIBIOTHERAPIE

I. USAGES THERAPEUTIQUES 38

1. Les pénicillines 38

2. Les céphalosporines 40 3. Les inhibiteurs des bêta-lactamases 41

II. BONNES PRATIQUES DE L'ANTIBIOTHERAPIE 42 1. Utilisation des antibiotiques 42 2. Bonnes pratiques de l’antibiothérapie 44

Introduction

L’avènement des bêta-lactamines en médecine humaine et vétérinaire a ouvert l’ère de l’antibiothérapie, complètement révolutionné le pronostic de certaines maladies et entraîné une réduction importante de la mortalité associée aux infections. Il a par ailleurs contribué au développement de l’élevage, notamment l’élevage intensif.

Les bêta-lactamines sont des antibiotiques antibactériens qui occupent une place importante en médecine vétérinaire.

Leur usage, peut toutefois entraîner la sélection de souches de microorganismes résistants, d’où l’importance de l’usage rationnel des antibiotiques.

Ces bêta-lactamines sont par ailleurs susceptibles de laisser des résidus dans les Denrées Alimentaires d'Origine Animale.

Résidus, craints par le consommateur et par les industriels de la transformation du lait en raison de leurs effets toxiques potentiels et des dangers qu’ils peuvent présenter pour le consommateur et pour les industries laitières de transformation (yaourt, fromage...etc.).

DEFINITION - IMPORTANCE - HISTORIQUE

Les bêta-lactamines constituent un ensemble d'antibiotiques antibactériens d'origine naturelle ou de semi-synthèse.

Sur le plan chimique, les bêta-lactamines se caractérisent par la présence dans leur structure d'un noyau bêta-lactame d'où leur appellation.

Sur le plan biologique, les bêta-lactamines sont doués d'une activité antibiotique bactéricide sur les bactéries en phase de multiplication et d'une très faible toxicité.

En médecine vétérinaire, plusieurs bêta-lactamines sont utilisées. En fonction de leur origine et de leur structure chimique, on distingue :

- Les pénicillines - Les céphalosporines

- Les Inhibiteurs de bêta-lactamases 2. Importance

Les bêta-lactamines constituent l’une des familles d'antibiotiques les plus importantes, aussi bien par le nombre et la diversité des molécules utilisées que par leurs indications en thérapeutique et en prophylaxie des infections bactériennes.

La grande variété de leurs modes d'administration, leur large spectre d'activité antibactérien associé à une action bactéricide, une bonne diffusion tissulaire, une bonne tolérance et un faible nombre d'interactions médicamenteuses

expliquent l'importance de leur utilisation, seules ou en associations, depuis plus de 60 ans [10].

3. HISTORIQUE

La découverte des antibiotiques au début du XXème _{siècle a constitué une} véritable révolution pour le traitement des maladies infectieuses d’origine bactérienne.

C'est ainsi, qu'en 1929 qu'Alexandre FLEMING (Photo 1), un médecin bactériologiste, démontre que le filtrat de culture d'espèces du genre Penicillium auquel il donne le nom de "pénicilline" exerce une activité antibiotique en inhibant la croissance de staphylocoques mis en culture dans des boites de pétri. Malgré ses publications, FLEMING ne parvient pas à intéresser les scientifiques qui pensent que toute substance nocive pour les microbes l'est aussi pour l'homme.

Photo 1 : Sir Alexandre FLEMING (à gauche) [52]

Photo 2 : Boris Ernst CHAIN (au milieu) et Howard Walter FLOREY (à droite) [52].

Il faut attendre 1940 pour que la pénicilline soit utilisée avec succès, par FLOREY et CHAIN (Photo 2) pour le traitement d'un malade atteint d'une septicémie causée par des staphylocoques [19]. Depuis leur première utilisation, les bêta-lactamines représentent la famille d’antibiotiques la plus largement développée et la plus diversifiée dans le monde. Ainsi, d'autres molécules ont été synthétisées.

C'est en 1945 que les premières céphalosporines ont été découvertes.

Enfin, en 1959, commence la production industrielle des premières pénicillines de semi-synthèse [Figure 1].

Figure 1 : Année de développement des premières pénicillines

de semi-synthèse [17].

Les bêta-lactamines dérivent d’un noyau de base commun à tous les constituants de la famille : le noyau bêta-lactame.

1964…. Ampicilline 1971…. Oxacilline 1980 Amoxicilline Pivmécillinam 1981 1982 Cloxacilline Année

Elles regroupent en médecine vétérinaire : [Figures 2, 3, 4, 5].

- Les pénicillines (= bêta-lactamines à noyau péname) - Les céphalosporines (= bêta-lactamines à noyau céphème)

A côté de ces deux groupes majeurs, il existe plusieurs autres classes de bêta-lactamines dont certaines ont commencé à être utilisés en médecine vétérinaire comme :

- Les inhibiteurs des bêta-lactamases : Acide clavulinique, sulbactam…etc. (= bêta-lactamines à noyau oxapéname).

Les principaux groupes de bêta-lactamines en médecine vétérinaire sont indiqués dans le tableau I.

Tableau I

Classification des bêta-lactamines [50].

Pénames Céphèmes _{de bêta-lactamases} Inhibiteurs  Pénicillines du groupe G  Pénicillines du groupe M  Pénicillines du groupe A  Céphalosporines C1G, C2G, C3G, C4G.  Acide clavulanique  Sulbactam

C1G : Céphalosporines de 1ère _génération

C2G : Céphalosporines de 2ème _génération

C3G : Céphalosporines de 3ème _génération

C4G : Céphalosporines de 4ème _génération

Figure 2 : Le noyau bêta-lactame [52].

Figure 3 : Le noyau péname [52].

Figure 4 : Le noyau céphème [52].

PREMIERE PARTIE

PHARMACIE CHIMIQUE

& PROPRIETES PHARMACOLOGIQUES

I.

LES PENICILLINES

Les pénicillines sont des antibiotiques antibactériens, d'origine naturelle ou de semi-synthèse, caractérisées sur le plan chimique par leur structure dérivant du noyau péname.

Sur le plan biologique, les pénicillines sont douées d'une activité antibactérienne de type bactéricide, à spectre étroit pour la pénicilline G et à spectre élargi pour les autres pénicillines. Par ailleurs, elles présentent des propriétés allergisantes.

1.

Pharmacie chimique

Les pénicillines comportent un noyau de base : un noyau péname résultant de la condensation d’un noyau bêta-lactame avec un hétérocycle thiazolidine [Figure 6].

Figure 6 : Noyau péname [6].

La pénicilline G, encore dénommée benzylpénicilline, chef de file des pénicillines du groupe G [Figure 7] comporte deux parties :

- Une partie commune à toutes les pénicillines, l'acide amino 6 pénicillanique,

- Un groupement benzyle relié au reste de la molécule par une fonction amide.

La pénicilline G possède :

- Une fonction bêta-lactame : Celle-ci est constituée d'une amide interne à quatre chainons correspondant à un cycle instable, fragile et réactionnel. En effet, ce noyau en s'hydrolysant, s'ouvre pour se condenser avec divers constituants endogènes (transpeptidases bactériennes, bêta-lactamases,

protéines structurales). Cette fonction est donc importante car c'est elle qui est responsable de l'activité antibactérienne.

- Un cycle thiazolidine (hétérocycle insaturé à deux hétéro-atomes, azote et soufre) dont la condensation avec la fonction bêta-lactame constitue le noyau péname.

- Une fonction carboxylique acide portée par le carbone n°2.

Figure 7 : Structure chimique développée de la pénicilline G [31].

Notez au niveau de la structure des pénicilline, la présence de trois carbones asymétriques (*), les atomes de carbone n°2, 5 et 6.

1.2. Classification

La présence dans la structure chimique des lactamines d'un cycle bêta-lactame associé à des cycles et des chaînes latérales variables (R) [Figure 8], portés par la fonction carboxamide, explique la classification des pénicillines.

Figure 8 : Structure générale développée des pénicillines [31].

Selon la nature du substituant variable R, on distingue plusieurs groupes de pénicillines :

- Pénicillines du groupe G : la pénicilline G (= Benzylpénicilline) se caractérise au niveau de sa structure chimique, par la nature du radical R qui correspond à un groupement benzyle [Figure 9]. La lettre « G » suivant le terme « Pénicilline » signifie « Gold Standard ».

Noyau benzyle

Groupement carboxamide

Noyau

Bêta-lactame Hétérocycle _thiazolidine

Noyau péname

Acide Amino 6 Pénicillanique Commun à toutes les pénicillines Benzyl-pénicilline = Pénicilline G

R

Figure 9 : Structure chimique de la pénicilline G [38].

- La pénicilline V (=Phénoxyméthylpénicilline) : (forme

administrable par la voie orale). Elle diffère de la pénicilline G par le remplacement du groupement benzyle par un groupement phénoxyméthyle [Figure 10].

Figure 10 : Structure chimique de la pénicilline V [39].

- Pénicillines du groupe M :

Les pénicillines du groupe M (résistantes aux pénicillinases des germes à Gram +) sont la méthicilline (chef de file), l'oxacilline et la cloxacilline, ces deux derniers composés constituent les isoxazolyl-pénicillines.

Figure 11 : Nature du radical R des pénicillines du groupe M [6].

Radical R

des Isoxazolypénicillines

oxacilline, cloxacilline, Dicloxacilline

Acide Amino 6 Pénicillanique

Commun à toutes les pénicillines

Benzyl-pénicilline = Pénicilline G

Acide Amino 6 Pénicillanique Commun à toutes les pénicillines Benzyl-pénicilline

= Pénicilline G

Radical R de la méthicilline

- Pénicillines du groupe A :

Les pénicillines du groupe A sont les aminopénicillines. Dans ce groupe, on assiste à l'addition d'un groupement aminé à la structure de la benzylpénicilline, ce qui améliore la stabilité du noyau bêta-lactame [Figure 12].

Figure 12 : Nature du radical R des pénicillines du groupe A [6].

L'ampicilline et surtout l'amoxicilline sont les deux principaux représentants.

Figure 13 : Structure de l'amoxicilline [6].

D'autres groupes de pénicillines existent, mais sont réservés à la médecine humaine, notamment :

- Les ureïdopénicillines - Les carboxypénicillines - Les amidinopénicillines

1.3. Origine et préparation

Les pénicillines sont soit d'origine naturelle, ou obtenus par semi-synthèse. Radical R

de l’ampicilline

Radical R

de l’amoxicilline Pivampicilline

La complexité de la structure chimique des pénicillines explique leur origine et leur préparation.

1.3.1. Pénicillines naturelles

La préparation des pénicillines naturelles comprend 2 étapes : la fermentation et l’extraction-purification

- Fermentation

Les pénicillines naturelles sont des molécules synthétisées par fermentation de certains champignons de la famille des Aspergillacées (Pénicillium).

L'espèce Penicillium produit 6 pénicillines naturelles : G, F, K, N, X et V. Seules les pénicillines G et V sont utilisées en thérapeutique.

Les pénicillines G et V s'obtient par voie fermentative. La souche productrice est Penicillium chrysogenum [Figure 14].

Figure 14 : Penicillium chrysogenum [53].

Penicillium chrysogenum utilise 2 acides aminés pour la biogenèse du noyau péname. Ainsi, la pénicilline G résulte de la condensation de deux acides aminés de série D : la valine et la cystéine. Par conséquent, elle s'agit d'un dipeptide [Figure 15].

Figure 15 : Biogenèse du noyau péname [7].

La production des pénicillines peut être augmentée par l'ajout de précurseurs de la chaine latérale, à savoir :

 l'acide phényl-acétique pour la préparation de la pénicilline G.  l'acide phénoxy-acétique pour la préparation de pénicilline V.

L'ajout de ces précurseurs permet d'obtenir des pénicillines biosynthétiques. Pour la fermentation du champignon, nous avons désormais recours à des cultures en milieu liquide. Ce milieu de culture liquide, de composition et de pH bien déterminés, est introduit dans des cuves hermétiquement closes de 50 à 100 m3 _{de capacité. La souche, contenue dans un récipient clos extérieurement} stérile, bombe calorimétrique [Figure 16], est introduite au sein du liquide nutritif ; on débouche ensuite la bombe, l'ensemencement est donc réalisé sans risque de pollution.

Figure 16 : Fermenteur (Bombe calorimétrique)

- L'extraction - purification

Le jus obtenu à la sortie de la cuve d'incubation est convenablement filtré. Il s'agit d'un liquide complexe contenant, outre l'antibiotique désiré, tous les autres produits du métabolisme du micro-organisme. Sa purification résulte d'une suite de traitements par divers réactifs qui consistent en des purifications par salification, au moyen d'une base comme la baryte si l'antibiotique est acide ou au moyen d'un acide s'il est alcalin.

L'antibiotique ainsi obtenu est convenablement desséché à basse température, est doit être soumis aux essais imposés par le codex : diverses réactions et divers titrages, opérés grâce à des techniques chimiques ou biologiques, visant à retirer les impuretés notamment les substances pyrogènes et les histamines. Le médicament ainsi préparé est alors conditionné sous la forme galénique qui convient à son utilisation thérapeutique : flacons stériles contenant une dose de poudre pour injections répartis en ampoules ou en flacons multi-doses, comprimés, collyres, instillations, pommades...etc.

Le filtrat est utilisé également pour la production des pénicillines de semi-synthèse.

1.3.1. Pénicillines de semi-synthèse

Après centrifugation, le filtrat subit une centrifugation pour la production des pénicillines de semi-synthèse. Celle-ci s'effectue en 2 étapes :

- 1ère étape : hydrolyse

- 2ème _{étape : modification de la chaine latérale (hémi-synthèse).} L'hémi-synthèse a pour objectif de développer différentes pénicillines afin de remplacer certains antibiotiques antérieurs devenus inefficaces à la suite de développement de résistances ou d'élargir le spectre d'activité de certaines pénicillines.

La modification chimique d'un précurseur biologique de la pénicilline a permis la synthèse d'un grand nombre de pénicillines semi-synthétiques.

La semi-synthèse des pénicillines comporte 2 étapes : - Obtention de l'acide 6 amino-pénicillanique - Acylation de l'acide 6 amino-pénicillanique

 Exemple de la préparation de l'oxacilline : celle ci est obtenue à partir de la pénicilline G

 Obtention de l'acide 6 pénicillanique : l'acide 6 amino-pénicillanique est obtenu par une méthode enzymatique : sous l'action d'une enzyme : Pénicilline amidase, produite par E.coli, la pénicilline G s'hydrolyse pour donner l'acide 6 amino-pénicillanique. Celui ci subira ensuite une acylation [Fig. 17].

 L'acylation se réalise avec des anhydrides mixtes, des chlorures d'acides...etc. L'oxacilline, par exemple, est obtenu par acylation de l'acide 6 amino-pénicillanique par l'ajout de chlorure d'acide [Fig. 18].

Figure 18 : Préparation de l'oxacilline [7].

1.4. Propriétés physiques et chimiques 1.4.1. Propriétés physiques

Les pénicillines se présentent sous forme de poudre cristalline ou amorphe. La pénicilline G se présente sous forme de poudre cristalline, blanche, de saveur amère.

Au moins 4 propriétés physiques sont importantes à connaitre : - Solubilité

- Absorption dans la lumière ultraviolette - Stabilité

- Activité optique 1.4.1.1. La solubilité

La solubilité est variable en fonction des composés.

Les pénicillines G et V sont insolubles dans l'eau. En revanche, elles sont solubles dans les solvants organiques donc liposolubles.

Les pénicillines du groupe A sont solubles dans l'eau. 1.4.1.2. Absorption dans la lumière ultraviolette

L'existence de systèmes de doubles liaisons conjuguées au niveau de la structure chimique de la pénicilline G (cycle benzyle) explique son absorption dans la lumière ultraviolette à une longueur d'onde maximale comprise entre 250 et 280 nm. Cette propriété est exploitée pour l'identification et le dosage de la pénicilline G par la Chromatographie Liquide à Haute Performance équipée d'un détecteur d'absorption dans la lumière ultraviolette.

1.4.1.3. Stabilité

Les pénicillines sont stables à l'état sec [7]. La pénicilline G, sous forme de poudre anhydre, est thermostable jusqu'à 5 ans à température ambiante.

1.4.1.4. Activité optique

L'existence de 3 carbones asymétriques au niveau de la structure générale des pénicillines leur confère une activité optique dextrogyre.

La structure chimique, notamment la présence de certains groupements chimiques explique les propriétés chimiques des pénicillines.

1.4.2. Propriétés chimiques

Au moins 2 propriétés chimiques des pénicillines sont importantes à connaitre : - Le caractère acide

- L’instabilité du noyau β lactame 1.4.2.1. Caractère acide

La présence d'une fonction acide carboxylique portée par le carbone C3 confère aux pénicillines un caractère acide. Le pKa de la plupart des pénicillines est voisin de 2,7.

Le caractère acide est à l'origine de conséquences pharmaceutiques et pharmacocinétiques.

Conséquences pharmaceutiques

La fonction acide carboxylique est exploitée pour la préparation de sels et d'esters.

 Préparation de sels : La fonction acide carboxylique permet la préparation de sels dont deux types sont utilisés en thérapeutique.

- Sels alcalins :

Des sels de sodium (par l'action de la NaOH) : Ces sels sont facilement ionisables et dissociables, donc hydrosolubles. Ces sels permettent la préparation de solutions aqueuses injectables dont le pH est proche de la neutralité.

Notez que le sel de potassium a été abandonné en thérapeutique en raison d'une part de son caractère hygroscopique donc instable, d'autre part en raison de sa toxicité cardiaque à forte dose.

- Des sels organiques : Obtenus par l'action de bases organiques azotées.

Parmi ces sels, on distingue le sel de procaïne et le sel de benzathine (N,N'-dibenzyléthylènediamine) [Figure 19]. Ces sels sont faiblement dissociables. Par conséquent, ils sont insolubles dans l'eau car les charges ioniques sont neutralisées. Ces sels sont exploités pour la préparation de suspensions aqueuses.

Certaines spécialités pharmaceutiques contiennent les deux types de sels à savoir, le sel sodique et le sel de procaïne (BIPENICILLINE®) [Figure 20]. Ces spécialités associent les comportements pharmacocinétiques propres à chacun des deux sels. Il s'agit alors de solu-suspension [31].

Figure 19 : La benzathine [40]. Figure 20 : La procaïne [41].

 Préparation des esters

Le caractère acide est exploité pour la préparation des esters utilisés en thérapeutique en médecine vétérinaire.

En effet, la fonction carboxylique au niveau de la structure chimique de la pénicilline G peut être estérifiée par des alcools (diéthyl-aminoéthanol) [Figure 21]. On obtient ainsi la pénéthacilline (= pénéthamate), ester liposoluble.

Celle-ci présente un comportement pharmacocinétique différent de celui des autres pénicillines étant donné son caractère base faible (conféré par l'azote tertiaire de la fonction diéthyl-amine libre) et liposoluble.

Le chlorhydrate de pivampicilline est un ester mixte. Celui-ci est obtenu par l'action de l'acide pivalique [Figure 22] sur l'ampicilline, on obtient alors la pivampicilline à caractère liposoluble. Sur celle-ci, on fait réagir

Cl

-Figure 21 : Structure chimique

une solution d'acide chlorhydrique, on obtient le chlorhydrate de pivampicilline [Figures 23 & 24], utilisé en thérapeutique. C’est une prodrogue.

Figure 22 : L'acide pivalique [43]. Figure 23 : La pivampicilline [44].

Acide pivalique + Ampicilline

Pivampicilline (Liposolubilité ) HCl

Chlorhydrate pivampicilline « Ester mixte »

Figure 24 : Préparation de chlorhydrate de pivampicilline "ester mixte" [6].

1.4.2.2. Instabilité du noyau bêta-lactame

Il y’a lieu de distinguer le cas de la pénicilline G d’une part et des autres pénicillines d’autre part.

Pour la pénicilline G le noyau bêta-lactame est instable en milieu aqueux en raison de la tension de ses angles de torsion.

Ainsi, la pénicilline G est dégradée par hydrolyse. Elle peut subir deux types d'attaque : une attaque nucléophile (hydrolyse basique et enzymatique) et une attaque électrophile (hydrolyse acide).

 L'hydrolyse acide de la pénicilline G résulte d'une attaque électrophile de l’atome l'azote en position 1 au niveau du noyau du bêta-lactame. Celle-ci conduit à l'ouverture du cycle bêta-lactame et la formation d'un dérivé : l'acide pénicillanique qui ne possède pas d’activité antibactérienne [Figure 25].

Ce type d’attaque a lieu dans l’estomac suite à l’administration de la pénicilline G per os.

C'est pour cette raison qu'elle n'est pas utilisée par la voie orale étant donné qu'elle subit une hydrolyse acide.

Figure 25 : Hydrolyse acide de la pénicilline G [7].

 En revanche l'hydrolyse alcaline résulte d'une attaque hydrophyle de C7 du noyau bêta-lactame. Celle-ci survient lorsque la pénicilline G sous forme de sels alcalins est mise en solution aqueuse conduisant à la formation de l'acide pénicilloïque qui ne possède pas d'activité antibactérienne [Figure 26]. C'est pourquoi, les solutions aqueuses de pénicilline G doivent impérativement être préparées extemporanément et utilisées dans les 6 heures qui suivent leur mise en solution.

Figure 26 : Hydrolyse alcaline de la pénicilline G [7].

 L'hydrolyse enzymatique résulte de l'action d'enzymes (les ß lactamases) sécrétées par certaines bactéries (staphylocoques...etc.) qui inactivent les ß lactamines. Ceci explique l'antibio-résistance de certaines bactéries aux bêta-lactamines.

Par ailleurs, la fonction amide qui relie l'acide 6 amino-pénicillanique au reste de la molécule subit également une hydrolyse enzymatique sous l'action d’amidases [31]. Cette action est exploitée pour l'obtention de l'acide 6 amino-pénicillanique, la molécule de base à toutes les pénicillines, utilisée dans la préparation des pénicillines de semi-synthèse.

Pour les autres pénicillines (pénicillines de semi-synthèse), elles se caractérisent par une stabilité accrue du noyau bêta-lactame par rapport à celle de la pénicilline G.

Cette propriété est en relation avec :

- La présence d'une chaine latérale volumineuse (dans le cas des pénicillines du groupe M) qui protège la fonction ß lactame des attaques enzymatiques par certaines ß lactamases.

- La présence de groupements électro-attracteurs (groupement aminé, carboxylique...etc.), dans le cas des pénicillines du groupe A, qui permet une répartition plus équilibrée des électrons mis en commun entre les atomes de la liaison amide [31].

Au bilan,

Les pénicillines sont des antibiotiques antibactériens, d'origine naturelle ou de semi-synthèse. Malgré leur diversité, les pénicillines possèdent une structure de base commune, laquelle est à l'origine des propriétés physiques et chimiques particulières à savoir : leur caractère acide et l'instabilité du noyau bêta-lactame. Tous ces éléments nous permettent de mieux comprendre les propriétés biologiques des pénicillines.

2. Propriétés pharmacologiques 2.1. Pharmacocinétique

Il y'a lieu de distinguer la pharmacocinétique de la pénicilline G d'une part et des autres pénicillines d'autre part, entre lesquelles il y'a des différences fondamentales.

La pharmacocinétique de la pénicilline G est conditionnée par sa liposolubilité, son caractère acide faible et la grande instabilité du noyau bêta-lactame.

Les pénicillines de semi-synthèse possèdent un comportement

pharmacocinétique différent de celui de la pénicilline G, en relation essentiellement avec une meilleure stabilité du noyau bêta-lactame.

La pharmacocinétique comprend 4 étapes : la résorption, la distribution, les réactions de biotransformations et enfin l'élimination. Ces 4 étapes seront développées successivement.

2.1.1. Résorption 2.1.1.1. Par la voie orale

La résorption par la voie orale de la pénicilline G est nulle. En effet, elle est rapidement dégradée par hydrolyse dans l'estomac à pH acide avant même de parvenir dans la circulation générale. Par conséquent, la pénicilline G n'est pas administrable par la voie orale.

En revanche, les pénicillines de semi synthèse peuvent être administreés par la voie orale, en regard de la stabilité de la fonction bêta-lactame.

C'est le cas des isoxazolyl-pénicillines et des pénicillines du groupe A. Leur résorption est variable en fonction des composés [7] [Tableau II].

Tableau II

Taux de résorption des pénicillines du groupe A et M [7].

Pénicillines groupe A Ampicilline : 20 à 50% Pivampicilline : 90% Amoxycilline : > 90%

Pénicillines groupe M Isoxazolylpénicillines >90%

La résorption des esters de pénicillines (la pénéthacilline et la pivampicilline) est plus rapide et complète que les composés parentaux en raison de leur liposolubilité.

2.1.1.1. Par la voie parentérale

La résorption de la pénicilline G par la voie parentérale (IM) est complète. Elle est variable en fonction de la forme chimique (sel alcalin ou sel organique). Les solutions aqueuses de sels alcalins de la pénicilline G (exemple : benzylpénicilline sodique), très hydrosolubles, diffusent facilement permettant une résorption rapide de l'antibiotique. En effet, des concentrations plasmatiques maximales sont obtenues au bout de 30 minutes de leur administration [Figure 27] conférant ainsi une action immédiate.

Les sels organiques (sels de procaïne et de benzathine) libèrent la pénicilline G lentement et exercent un effet prolongée dans le temps. On parle d'effet semi-retard ou retard.

L'action semi-retard du sel de procaïne se poursuit environ 12 heures [Figure 27]. Ceci permet d'espacer les injections par rapport au sel sodique à effet immédiat.

Le sel de benzathine (benzathine benzylpénicilline) libère la pénicilline G d'une manière encore plus lente. Cette libération se poursuit 2 à 3 semaines après son administration par la voie générale [Figure 27].

Toutefois, les concentrations sanguines atteignent rarement les concentrations minimales inhibitrices (C.M.I). Ce sel n'est utilisé en médecine vétérinaire que par la voie locale pour la prévention contre certaines maladies bactériennes. Il est parfois associé au sel de procaïne.

En pratique, on utilise une association de sel alcalin et de sel organique (association de benzylpénicillate de sodium et de procaïne. Association de benzylpénicillate de benzathine et de procaïne, permettant ainsi d'obtenir une pénicillémie efficace dès la première heure et de la maintenir au moins pendant 24 heures.

2.1.2. Distribution

Arrivée au niveau du sang, la pénicilline G est fixée sur les albumines plasmatiques dans une proportion qui varie entre 40 et 50%.

En regard de son caractère acide faible, la distribution de la pénicilline G est de type extracellulaire. Avec un pka voisin de 2,7, la pénicilline G se trouve sous forme ionisée avec un taux près de 99,99%. Par conséquent, elle se trouve pratiquement en totalité sous une forme hydrosoluble [31]. Ainsi, sa distribution intéresse essentiellement les tissus richement vascularisés.

Les taux tissulaires sont inférieurs aux taux sériques à l'exception du parenchyme rénal où les teneurs sont de l'ordre de 100 µg/ml (1000 fois supérieurs aux concentrations sériques).

Sous sa forme non ionisée, la pénicilline G franchit les membranes biologiques. Sa distribution dans les méninges est faible sauf lors de méningites (grâce à la présence de protéines inflammatoires par effet DONNAN).

La pénicilline G traverse facilement la barrière placentaire [12].

Toutes les pénicillines de semi-synthèse présentent la même distribution que celle de la pénicilline G.

Toutefois, la pénéthacilline (ester de la pénicilline G), en raison de son caractère basique, liposoluble et de la stabilité de l'ester, sa distribution est de type intracellulaire. Par conséquent, elle présente une distribution large dans l'organisme intéressant les poumons, le foie, les reins...etc.). En effet, les concentrations pulmonaires sont 5 à 10 fois supérieures aux concentrations sériques [7]. Ceci explique son utilisation dans le traitement des infections pulmonaires. De même, elle présente une particularité unique parmi les bêta-lactamines de subir un piégeage ionique dans le lait. Ceci explique son

Temps (heures) Concentrations sériques

24 48

Figure 27 : Influence de la forme chimique de la pénicilline G

utilisation pour le traitement des mammites bactériennes à germes sensibles (streptocoques et staphylocoques) par la voie générale.

2.1.3. Biotransformations

La pénicilline G est détruite dans l'estomac en regard de l'instabilité de sa fonction ß lactame en milieu acide. Ceci explique son administration exclusivement par la voie parentérale.

La pénicilline G subit peu de réactions de biotransformations en regard de sa faible distribution au niveau du foie (principal organe de biotransformations). En effet, le pourcentage de biotranformations ne dépasse pas 20%.

2.1.4. Elimination

L'élimination de la pénicilline G est variable en fonction des dérivés. Elle s'effectue par la voie rénale, biliaire et mammaire.

2.1.4.1. Voie rénale

La voie rénale est la principale voie d'élimination commune à toutes les pénicillines.

La pénicilline G s'élimine principalement par la voie rénale, à raison de 80%, sous forme inchangée par sécrétion tubulaire active. Ceci explique son utilisation en thérapeutique, en particulier dans le traitement des infections urinaires.

La pénicilline G ne subit pratiquement pas de réabsorption tubulaire passive car elle est entièrement ionisée au pH urinaire, en raison de son faible pKa.

Le temps de demi-vie d'élimination du benzylpénicillinate de sodium est de 4 à 6 heures d'où la nécessité de répéter les injections pour obtenir une pénicillémie efficace pendant 24 heures.

L'association pénicilline G - probénicide (substance acide dénuée de toute activité antibactérienne) permet de prolonger l'action de la pénicilline G par compétition de ces deux substances au niveau des transporteurs acides de la sécrétion tubulaire active.

2.1.4.2. Voie biliaire

En plus de leur élimination par la voie rénale, les isoxazolyl-pénicillines (pénicillines du groupe M) et l'ampicilline s'éliminent par la voie biliaire [7]. Elles subissent après glucuronoconjugaison, un cycle entéro-hépatique ce qui explique leur persistance assez longue dans l'organisme et par conséquent, leur toxicité digestive démontrée chez certains rongeurs [31].

2.1.4.3. Voie mammaire

L'élimination des pénicillines dans le lait est faible. En effet, les concentrations plasmatiques des pénicillines sont 5 fois supérieures aux concentrations dans le lait suite à une administration par la voie IM.

Toutefois, Les teneurs des pénicillines dans le lait augmentent lors de mammite (alcalinisation du lait). Ceci est à l'origine de la présence des résidus dans le lait.

La présence de traces de pénicillines dans le lait entraine des effets microbiologiques défavorables en industrie laitière et fromagère (yaourts, gruyère...etc.).

Ces résidus présentent également un danger pour le consommateur. Par conséquent, des limites maximales de résidus ont été fixées.

Niveaux résiduels

La recherche des résidus de pénicillines s'effectue soit par diverses méthodes : méthodes bactériologiques (germe test : Bacillus stearothermophilus) ; méthodes chromatographiques (Chromatographie en phase Liquide Haute Performance : HPLC).

Dans les muscles, les viscères et le lait, les niveaux résiduels varient en fonction de plusieurs facteurs :

- de la nature du sel utilisé : les sels organiques laissent des résidus beaucoup plus persistants que les sels alcalins.

- de la forme pharmaceutique : les solutions huileuses laissent des résidus beaucoup plus persistants que les solutions aqueuses.

En effet, les résidus de sel de benzathine, de la pénéthacilline et des solutions huileuses des pénicillines sont détectables pendant 30 jours [7].

Par ailleurs, dans le lait, les niveaux résiduels dépendent également : - de la dose utilisée : quand on augmente la dose de 3 à 6 millions

d'UI, on prolonge le temps d'élimination de 33% [12].

- de la voie d'administration : lors d'administration par la voie intra-mammaire, les concentrations retrouvées sont importantes (50 UI/ml de lait). Les résidus intéressent le lait du quartier traité que celui des quartiers non traités.

Des limites maximales résiduelles (LMRs) définitives ont été fixées pour la pénicilline G, valables pour toutes les espèces de rente et dans toutes les productions à l'exception des œufs. Les LMR ont été fixées à 4 ppb dans le lait et à 50 ppb dans les viandes et les abats pour la pénicilline G par la note de service 742/200 du 28 mars 2006 de la Direction Générale des Services Vétérinaires.

Des limites maximales résiduelles (LMR) définitives ont été fixées pour l'ampicilline, l'amoxicilline, l'oxacilline, la cloxacilline et la dicloxacilline, valables pour toutes les espèces de rente et dans toutes les productions à l'exception des œufs.

Les LMRs ont été fixées à 30 ppb dans le lait et à 300 ppb dans les viandes et les abats pour l'oxacilline, la cloxacilline et la dicloxacilline ; elles ont été fixées

à 4 ppb dans le lait et à 50 ppb dans les viandes et les abats pour l'ampicilline et l'amoxicilline.

Au cours de leur distribution dans l'organisme, les pénicillines se fixent au niveau des sites infectieux au niveau desquels, elles exercent leur activité antibactérienne.

2.2. Activité antibactérienne 2.2.1. Mécanisme d'action

Les pénicillines agissent au niveau de la paroi bactérienne [Figure 28] en inhibant sa biosynthèse [47]. Leur activité ne se manifeste que sur les bactéries en phase de multiplication.

Les pénicillines inhibent la synthèse du peptidoglycane [Figure 29].

La solidité de la paroi cellulaire repose avant tout sur la structure de la muréine (peptidoglycane). Elle se compose d'éléments de base rassemblés en une énorme macromolécule formant un réseau. Ces éléments contiennent les deux sucres aminés N-acétylgiucosamine et acide N-acétylmuramique enchaînés les uns aux autres. Ce dernier comporte une chaîne peptidique. Les « briques » sont synthétisées dans la bactérie, transportées vers l'extérieur à travers la membrane cellulaire et assemblées selon le schéma ci-contre.

Figure 28 : Action des pénicillines sur la paroi bactérienne [27].

Ensuite, l'enzyme transpeptidase PBP (Penicillin binding proteins) relie les chaînes peptidiques de deux polymères voisins de sucres aminés [11].

La pénicilline G est un antibiotique bactéricide, temps dépendant. C'est à dire que l'intensité et la vitesse de la bactéricidie n'augmentent plus à partir d'une certaine concentration mais le niveau de bactéricidie est corrélé avec la durée pendant laquelle la concentration d'antibiotique dépasse les concentrations minimales inhibitrices (CMI).

Figure 29 : Paroi bactérienne des bactéries à Gram+ _{(à gauche)}

et des bactéries à Gram- _{(à droite) [8].}

Par suite d'une analogie de configuration spatiale entre la molécule de pénicilline G (issu d'une condensation d'une molécule de valine et de cystéîne) et un dipeptide D-alanyl-D-alanine (qui participe à la constitution de la paroi) [Figure 30], la pénicilline G se fixe sur des récepteurs spécifiques de la paroi bactérienne. Il s'agit de protéines enzymatiques : PBP (Penicillin binding proteins) qui sont des transpeptidases assurant les liaisons des chaines de mucopeptides.

Les ß-lactamines empêchent la synthèse du peptidoglycane constitué de chaînes d'acide acétylmuramique (AAM) et d'acétylglucosamine (AG) reliées entre elles par des pentapeptides.

Figure 30 : Analogie structurale entre les pénicillines

et le dipeptide D-alanyl-D-alanine [8].

Elles empêchent plus précisément la formation d’une liaison peptidique entre la D-alanine terminale des molécules d’AAM et le pentapeptide. Il en résulte une ouverture du cycle ß lactame [Figure 31].

En raison du défaut de la paroi, les bactéries gonflent, éclatent expliquant l'effet bactéricide des pénicillines.

Ce mécanisme est commun à toutes les ß lactamines, mais selon les bactéries les pénicillines n'agissent pas toutes sur les mêmes PBP.

Figure 31 : Mécanisme d'action des pénicillines [6].

2.2.2. Spectre d'activité

Les pénicillines des groupes G et V présentent un spectre étroit. Elles sont principalement actives sur les bactéries à Gram+_{, notamment, sur les coques} (streptocoques) et les bacilles Gram+ _{[Tableau III]. La majorité des bactéries} à Gram- _{sont naturellement résistantes à l'exception de Pasteurella multocida et} Fusobactérium necrophorum par sécrétion de β lactamases [31].

Les pénicillines du groupe M, sont moins actives sur les bactéries à Gram+_{. Leur} spectre est limité aux staphylocoques producteurs de β lactamases.

En revanche, les pénicillines du groupe A présentent un spectre élargi, dirigé aussi bien contre les bactéries à Gram+ _{que les bactéries à Gram}- _[Tableau

IV].

Tableau III

Spectre d'activité des pénicillines G et V [17].

Bactéries à Gram+ _{Bactéries à Gram}

- Coques Streptocoques  Bacilles Bacillus anthracis Clostridies Listeria monocytogenes Spirochètes Leptospires Borrelia spp Pasteurella multocida Fusobactérium necrophorum

Tableau IV

Spectre d'activité des pénicillines du groupe A [17 ; 3].

Bactéries à Gram + _{Bactéries à Gram}

-Streptocoques Entérocoques Listeria Leptospires Treponema Pallidum Neisseria Escherichia. coli, Salmonella, Proteus mirabilis, Shigella, Hemophilus influenzae, Bordetella pertussis, Brucella Vibrio cholerae

2.2.3. Résistances antibactériennes

Certaines bactéries sont résistantes aux pénicillines.

Les bactéries productrices de ß lactamases sont naturellement résistantes à la pénicilline G, c'est le cas de nombreux staphylocoques et des bacilles Gram-_{. En} effet, 90% de souches de staphylocoques sont naturellement résistants à la pénicilline G par sécrétion de ß lactamases. Ces enzymes sont inductibles et leur sécrétion par les bactéries augmente en présence de l'antibiotique.

L'origine des ß lactamases est souvent plasmidique. Les bactéries sécrétrices de ces enzymes sont capables de détruire la pénicilline G avant que cette dernière ne parvienne à son site d'action.

Les pénicillines de semi-synthèse (Pénicillines M et A) présentent une stabilité nettement accrue aux ß lactamases.

On peut accroitre cette stabilité et renforcer leur activité antibactérienne en les associant avec d'autres ß lactamines, notamment à l'acide clavulanique, ou encore au sulbactam. Ces molécules sont caractérisées au niveau de leur structure par la présence d'une fonction ß lactame condensée avec un cycle oxazolidine. Ces molécules présentent une grande affinité vis à vis des ß lactamases sécrétées aussi bien par les bactéries à Gram+ que les bactéries à Gram-. Ainsi, elles protègent les pénicillines de l'attaque par certaines ß lactamases.

L'acide clavulinique inhibe les ß lactamases des staphylocoques et des klebsiella. Il est sans effet sur les céphalosporinases des entérobactéries [31]. 2.4. Effets indésirables ou toxiques

Les pénicillines sont faiblement toxiques.

L'indice thérapeutique de la pénicilline G, dans la plupart des espèces animales, est supérieur à 50. La DL50 de la pénicilline G (sel de procaïne) chez la souris par la voie sous cutanée est de 2,3 g/kg [48].

Cependant, la pénicilline G présente certains effets indésirables pour l'animal traité. Par ailleurs, certains effets indésirables sont liés à la présence de résidus de pénicillines dans les Denrées Alimentaires d'Origine Animale (D.A.O.A.). 2.4.1. Toxicité pour l'animal traité

Chez l'animal traité, on distingue certains effets indésirables :

- Un déséquilibre de la flore caecale et des réactions allergiques. 2.4.1.1. Déséquilibre de la flore caecale

L'administration de la pénicilline G par la voie intramusculaire ou sous-cutanée, entraine chez le cobaye et le hamster un déséquilibre de la flore caecale (flore à Gram+_{) ce qui est à l'origine d'une entérocolite dysentériforme mortelle en} quelques jours chez ces espèces [31]. Ceci explique sa contre-indication chez ces espèces.

2.4.1.2. Réactions allergiques

Les pénicillines sont allergiques chez les sujets préalablement sensibilisés. En effet, les pénicillines se comportent comme des haptènes. Elles ont la propriété de se lier de façon covalente à diverses protéines pour former les protéines pénicilloylées. Les réactions allergiques sont rares chez l'animal. Elles sont connues chez les bovins, les équidés et le chien. En revanche, chez l'homme les réactions allergiques sont fréquentes et peuvent être graves. Ces réactions allergiques se traduisent par de l'urticaire, prurit, choc anaphylactique avec collapsus cardio-vasculaire et œdème aigu du poumon [21 ; 49].

NB. : Le cheval est particulièrement sensible à la procaïne présente dans la composition de certaines préparations à base de pénicilline (pénicilline-procaïne).

2.4.2. Effets indésirables liés à la présence de résidus dans les D.A.O.A : La présence de traces de pénicilline G dans le lait entraine des effets défavorables dans les industries laitières de fermentation (yaourt, fromage...etc.). En effet, des teneurs de l'ordre de 10 ppb peuvent inhiber le développement des lactobacilles et inhiber ainsi la fermentation.

Les résidus de pénicillines susceptibles d'être présents dans les D.A.O.A présentent un certain danger pour le consommateur. Le risque d'apparition d'une réaction d'hypersensibilité chez un individu préalablement sensibilisé est à priori possible.

La dose déclenchant l'allergie = 15 UI Pénicilline G. Au bilan,

Le développement de pénicillines de semi-synthèse a permis de pallier à certains inconvénients majeurs de la pénicilline G. Leur usage en médecine vétérinaire est en plein développement.

II. LES CEPHALOSPORINES DEFINITION

Les céphalosporines constituent un ensemble d'antibiotiques antibactériens. Ce sont des ß lactamines, élaborées totalement ou partiellement par des micro-organismes du genre Cephalosporium (Cephalosporium acremonium).

Les céphalosporines sont caractérisées sur le plan chimique par la présence au niveau de leur structure d'un noyau ß lactame condensé avec un cycle dihydrothiazine (noyau "céphème") et sur le plan biologique par une activité antibiotique de type bactéricide à large spectre dirigée aussi bien contre les bactéries à Gram+ _{que les bactéries à Gram}-_.

HISTORIQUE

A partir de 1962, avec l'obtention de l'acide amino 7 céphalosporanique, a ouvert l'ère des céphalosporines de semi-synthèse.

Les molécules utilisables en médecine sont des dérivés semi-synthétiques de la céphalosporine C ; la première fut la céfalotine, découverte en 1962.

La première céphalosporine utilisée en médecine vétérinaire fût mise au point en 1967 : la céfalexine.

D’autres dérivés ont progressivement été découverts pour arriver à l’éventail actuel de céphalosporines. La chronologie de ces découvertes est illustrée dans la figure 32.

Figure 32 : Chronologie de la découverte des céphalosporines [37].

Photo 3 : G. BROTZU La mise en évidence de cette famille a été initiée en

1945 par le professeur BROTZU en Sardaigne [14]. Il a mis en évidence l’activité antibactérienne du filtrat d’un champignon dénommé Cephalosporium acremonium, isolé à partir d’eau de mer prélevée à proximité d’une décharge publique.

Les recherches suivantes ont permis d’isoler trois antibiotiques produits par ce champignon : les céphalosporines P, N et C.

En 1948, ABRAHAM, NEWTON et FLOREY isolent la céphalosporine C et élucident la structure du noyau céphème.

1. PHARMACIE CHIMIQUE 1.1. Structure et classification

Les céphalosporines ont en commun un noyau de base : le noyau céphème [Figure 33], issu de la condensation d’un cycle β lactame, commun à toutes les β lactamines, et d’un cycle dihydrothiazine [13 ; 29].

Figure 33 : Le noyau céphème [45].

Elles comportent en outre :

 Une partie commune à tous les membres du groupe : l'acide 7-amino céphalosporanique [Figure 34], ayant pour hétérocycle le noyau "céphème".

Figure 34 : Acide amino 7 céphalosporanique [52].

 Une chaine latérale R variable reliée au reste de la molécule par une fonction amide. Celle-ci fait varier le spectre d'activité [29].

 Un groupement X variable [Figure 35]. Celui-ci conditionne les propriétés pharmacocinétiques du principe actif.

Figure 35 : Structure générale des céphalosporines [31].

Ces radicaux substituants permettent de différencier entre les divers constituants du groupe.

Les céphalosporines sont classées en 4 générations en fonction de leur chronologie d'apparition en thérapeutique [28] à laquelle correspond une activité antibactérienne particulière.

Les céphalosporines utilisées en médecine vétérinaire sont indiquées dans le tableau V.

Tableau V

Principales céphalosporines utilisées en médecine vétérinaire [5] [32]. Première

génération génération Deuxième génération Troisième génération Quatrième

Céfalotine Céfaloridine Céfazoline Céfalexine Céfapirine Céfradine Céfadroxil Céfamandole Céfoxitine Céfuroxime Céfalonium Céfotaxime Céfopérazone Ceftiofur Aftriaxone Céftazidime Céfovécine Cefquinome

*Céphalosporines utilisées en médecine vétérinaire indiquées en caractères gras.

La complexité de la structure des céphalosporines explique leur origine et leur préparation.

1.2. Origine et préparation

Les céphalosporines sont produites par un champignon inférieur de la famille des Aspergillacées, du genre Cephalosporium.

Une seule molécule préparée par fermentation : la céphalosporine C.

Toutes les autres céphalosporines sont obtenues par semi-synthèse par un procédé voisin de celui employé pour les pénicillines.

La structure générale des céphalosporines, notamment la présence de certains groupements chimiques explique leurs propriétés physiques et chimiques.

1.3. Propriétés physiques et chimiques 1.3.1. Propriétés physiques

Les céphalosporines se présentent sous forme de poudre blanche à jaune pâle, inodore.

Les céphalosporines sont hydrosolubles, stables à la température ambiante pendant au moins 1 ans [12] et aux variations du pH [49].

Elles présentent une activité optique marquée en solution.

La présence de système de doubles liaisons conjuguées explique leur absorption dans la lumière ultraviolette à une longueur d'onde maximale de l'ordre 260 nm. Cette propriété permet leur identification et leur dosage par la Chromatographie en phase Liquide à Haute Performance (H.P.L.C.).

Par ailleurs, cette absorption est à l’origine d’une dégradation à la lumière. Par conséquent, il est recommandé de les conditionner à l'abri de la lumière c'est à dire les conditionner dans des flacons teintés.

1.3.2. Propriétés chimiques

Les céphalosporines présentent comme toutes les ß lactamines un caractère nettement acide. La fonction acide carboxylique (-COOH) du cycle dihydrothiazine est à l'origine des pKa compris entre 3 et 5 en fonction des substances.

La céfalexine possède un groupement -NH2. Par conséquent, elle présente un caractère amphotère.

La fonction acide carboxylique est importante du point de vue galénique ; elle permet en effet la formation de sels sodiques hydrosolubles pour la réalisation de solutions aqueuses ou la formation de sels organiques faiblement dissociables et ionisables pour la réalisation de formes retard.

La fonction acide carboxylique permet également la formation d’esters qui, étant plus liposolubles, ont une meilleure résorption par la voie orale.

Ce groupement a enfin son importance en pharmacocinétique. En effet, l’acidité s’ajoute à la faible liposolubilité des céphalosporines pour influencer la distribution des molécules qui, de fait, est presque exclusivement extracellulaire. En effet, seules les formes non ionisées traversent les membranes biologiques, or à un pH sanguin de 7, d’après les pKa exposés précédemment, les céphalosporines sont majoritairement sous forme ionisée [13 ; 37].

Par ailleurs, leur noyau "céphème" est beaucoup plus stable que le noyau "péname" des pénicillines, ce qui leur permet de mieux résister globalement à l'action des diverses ß lactamases bactériennes [31]. Toutefois, l’hydrolyse acide des molécules est possible dans l’estomac et conduit à l’obtention de dérivés inactifs, par conséquent, seules les molécules stables en milieu acide peuvent être administrées par la voie orale (sauf la céfalexine).

L’hydrolyse basique peut quant à elle avoir lieu dans les milieux aqueux, ce qui peut compliquer la mise en solution du principe actif lors de la fabrication du médicament.

Enfin, la fonction amide en C7 est instable et sensible à l’hydrolyse par des amidases bactériennes. Cette sensibilité diminue avec l’encombrement stérique en C7.

Au bilan,

Les céphalosporines sont des ß lactamines élaborées totalement ou partiellement par des micro-organismes du genre Cephalosporium.

Elles se caractérisent par leur caractère acide, la stabilité du noyau "céphème" en milieu gastrique et leur résistance à l'action de diverses ß lactamases. Ces différents éléments nous permettent de mieux comprendre leurs propriétés pharmacologiques.

2. PROPRIETES BIOLOGIQUES 2.1. Pharmacocinétique

La résorption digestive de la plupart des céphalosporines est faible, par conséquent la voie parentérale est souvent préférée. A l'exception de la céfalexine qui présente une résorption digestive rapide et complète [9].

La distribution des céphalosporines dans l’organisme est large. Elles se distribuent au niveau des tissus richement vascularisés (poumons, foie …etc.). Par conséquent, elles peuvent être utilisées dans de nombreuses affections. Toutefois, elles ne traversent pas la barrière hémato-méningée.

Les céphalosporines présentent une distribution majoritairement extracellulaire du fait des propriétés chimiques citées précédemment.

Les céphalosporines subissent peu de biotransformations.

Leur élimination est rapide. Elle s'effectue par filtration glomérulaire et par sécrétion tubulaire active [33] chez les carnivores domestiques.

Le temps de demi-vie d'élimination chez le chien de céfalexine est de l'ordre de 2 heures [33].

Elle se fait principalement par les urines sous forme inchangée [13]. Ceci peut avoir des conséquences sur les bactéries présentes dans l’environnement : en effet, la pression de sélection sur les bactéries du sol est augmentée du fait de ce largage de céphalosporines peu modifiées dans le milieu extérieur.

Niveaux résiduels

Des limites maximales résiduelles (LMR) définitives ont été fixées pour le cefquinome et le ceftiofur chez les bovins et le porc, pour la céfalexine, la céfapirine, le céfalonium et la céfopérazone chez les bovins et pour la céfazoline chez les bovins, ovins et caprins ; seule le cefquinome a également fait l’objet de fixation de LMR chez les équidés (Cf. Note de service 742/200 du 28 mars 2006 de la DGSV).

2.2. Activité antibactérienne 2.2.1. Mécanisme d'action

Les céphalosporines sont des antibiotiques bactéricides qui inhibent la biosynthèse de la paroi bactérienne tout comme les pénicillines [35]. Leur comportement est temps-dépendant sur les bactéries à Gram+ _{et à Gram}-_, plutôt concentration-dépendant sur Escherichia coli [33].

Elle se déroule en trois grandes étapes. La première se déroule dans le cytoplasme et consiste en la synthèse de précurseurs de la paroi bactérienne. Lors de la deuxième étape, ces précurseurs traversent la membrane plasmique grâce à un lipide membranaire.

Enfin, la dernière étape correspond à la polymérisation de la paroi bactérienne à partir des précurseurs ainsi mis à disposition hors de la cellule. Cette synthèse nécessite l’intervention de nombreuses enzymes [37]. La structure de la paroi bactérienne est représentée [Figure 35].

Les céphalosporines présentent de nombreuses analogies structurales avec l’un des composants de la paroi bactérienne. Elles rentrent par conséquent en

compétition avec ce composant lors des réactions enzymatiques de synthèse de la paroi, entrainant un défaut dans l’élaboration de celle-ci. Les enzymes sur lesquelles se fixent les céphalosporines sont appelées Penicillin Binding Proteins (PBP) ; ce sont les mêmes enzymes que celles mises en jeu dans le mécanisme d’action des pénicillines d’où leur nom [35 ; 28]. Elles peuvent varier d’une bactérie à l’autre et leur affinité vis-à-vis des bêta-lactamines varie également [Figure 36].

Figure 36 : Mécanisme d'action des céphalosporines [51].

En entrant en compétition avec les substrats de la synthèse de la paroi bactérienne, les céphalosporines se lient aux protéines permettant cette synthèse (PBP) et en perturbent ainsi le déroulement. En effet, la fixation des céphalosporines sur ces PBP engendre trois effets différents selon l’enzyme considérée (les trois enzymes présentées ici étant les plus couramment retrouvées):

- Fixation sur la protéine PBP1 : Cette enzyme est responsable de l’intégrité structurale de la paroi et intervient dans l’élongation de la bactérie. La fixation d’une céphalosporine sur cette protéine affaiblit donc la structure de la paroi de la bactérie qui éclate sous l’effet de la pression osmotique, - Fixation sur la protéine PBP2 : cette enzyme est responsable de la forme

de la bactérie. La fixation d’une céphalosporine sur cette protéine entraine l’apparition de bactéries de forme anormale (cellules rondes nommées sphéroplastes) qui sont lysées,

- Fixation sur la protéine PBP3 : cette enzyme permet la formation du septum dans les bactéries en division. Son inhibition conduit donc à des bactéries très longues qui seront aussi lysées.

Dans le cas des céphalosporines, la fixation sur les protéines PBP 2 et 3 est majoritaire [35].

L’affinité variable des céphalosporines vis-à-vis des PBP explique en partie les variations du spectre d’action de celles-ci [28].

2.2.2. Spectre d'activité

Chaque génération de céphalosporines s'est accompagnée de progrès notable en matière de spectre d'activité.

Les céphalosporines de 1ère _{génération présentent un spectre orienté} principalement vers les bactéries à Gram+_.

La 2ème _{génération de céphalosporines présente un spectre d'activité supérieur} pour les bactéries à Gram- mais sont en même temps actives sur les bactéries à Gram+_.

Enfin, les céphalosporines de 3ème _{et de 4}ème _{génération voient leurs spectres} s’élargir vers les bactéries à Gram– _{[Tableau VI].}

Les entérocoques et Listeria monocytogenes sont naturellement résistants aux céphalosporines [8].

Tableau VI

Spectre d'activité des céphalosporines [18].

2.2.3. Effets indésirables et toxiques

Globalement la même toxicité que celle des pénicillines. Toutefois, certains effets indésirables et toxiques s'observent chez l'animal et chez le consommateur.

 Chez l'animal traité

L'administration orale de céphalosporines peut parfois provoquer des vomissements et de la diarrhée chez les carnivores domestiques [8].  Chez le consommateur

La toxicité chez le consommateur est liée à la présence de résidus dans les D.A.O.A. Par conséquent, afin de protéger la santé du consommateur, des dispositions réglementaires ont été prises par le législateur tunisien. Ainsi, des Limites Maximales de Résidus (LMRs) ont été fixées.

Au bilan,

Les céphalosporines sont des ß lactamines qui se différencient des pénicillines par leur structure de base : l'acide amino 7 céphalosporanique. Elles sont classées en 4 générations en fonction de la chronologie de leur apparition sur le marché.

Les céphalosporines sont considérées comme des antibiotiques critiques de première importance en médecine humaine. Par conséquent, leur usage en médecine vétérinaire doit être réservé aux cas d'échecs de l'antibiothérapie classique afin d'éviter leur usure prématurée.

III. LES INHIBITEURS DES BETALACTAMASES

Les inhibiteurs des ß lactamases sont des ß lactamines. Le composé le plus utilisé est : l'acide clavulanique (disponible en association avec l'amoxicilline). D'autres composés synthétiques dérivés de l'acide pénicillanique ou des sulfones existent comme le sulbactam.

1. Pharmacie chimique 1.1. Structure et classification

Le cycle ß lactame est condensé à un cycle oxazolidine pour l'acide clavulanique) ou à un hétérocycle thiazolidine dans le cas du sulbactam [Figure 37]. Leur analogie structurale avec les ß lactamines leur permet d'interagir de façon mimétique au niveau du site enzymatique.

L'acide clavulanique a une structure dans laquelle le remplacement du soufre (noyau péname) par un atome d'oxygène (noyau clavame) lui confère la propriété de "substrat-suicide".

Figure 37 :

Structure chimique de l'acide clavulanique [46].

1.2. Propriétés physiques et chimiques

L'acide clavulanique et le sulbactam sont des substances acides permettant la préparation de sels alcalins de sodium (clavulanate de sodium), utilisés en thérapeutique. Les inhibiteurs des ß lactamases sont des molécules instables dans les solutions alcalines que donnent certains sels de ß lactamines en solutions.

2. Propriétés pharmacologiques 2.1. Pharmacocinétique

La résorption orale de l'acide clavulanique est rapide et complète (≈ 90%). La concentration maximale plasmatique du principe actif est atteinte au bout de 1 à 2 heures chez le chien. Sa distribution est excellente. Elle est de type extracellulaire. Les biotransformations sont intenses de l'acide clavulanique. Son élimination est principalement urinaire. Elle est plus courte que celle de l'amoxicilline. En effet, le temps demi-vie d'élimination chez les carnivores domestiques est de 0,5 à 0,75 h [33].

2.2. Activité antibactérienne 2.2.1. Mécanisme d'action

L'acide clavulinique est dénué de toute activité antibactérienne. C'est un inhibiteur spécifique des ß lactamases des staphylocoques et des bactéries à Gram-_{. Il est utilisé en association avec l'amoxicilline comme inhibiteur} compétitif suicidaire. En se fixant de façon irréversible sur ces enzymes. Conjointement administré à l'amoxicilline, il permet ainsi de restaurer les effets de cette pénicilline sur des souches productrices de ß lactamases.

2.2.2. Spectre d'activité

L'association acide clavulanique + amoxicilline présente un spectre large étendu aux staphylocoques producteurs de ß lactamases :

- Bactéries aéro-anaérobies à Gram+ (staphylocoques, streptocoques, Entérococcus faecalis)

- Bactéries aéro-anaérobies à Gram- (Pasteurella multocida, E.coli, Salomella, Proteus mirabilis.

- Bactéries anaérobies à Gram+ - Spirochètes : Leptospires, Borrelia

Toutefois, l'association acide clavulinique + amoxicilline est inefficace sur Serratia, Actinobacter, Mycoplasma, Chlamydia, Rickettsia.

3. Effets indésirables et toxiques

Comme toutes les ß lactamines, les inhibiteurs des ß lactamases sont en général des composés très bien tolérés chez l’animal, considérés comme dénués d'effets secondaires majeurs.

Cependant, dans les associations antibiotiques + inhibiteurs de ß lactamases, les effets secondaires sont plutôt attribués aux ß lactamines antibiotiques. Ceci explique l'interdiction de l'association amoxicilline + acide clavulanique chez les animaux ayant déjà présenté des réactions allergiques aux ß lactamines. Des LMR ont été fixées chez les bovins pour l’acide clavulanique, elles varient de 100 à 400 ppb.

DEUXIEME PARTIE

ETUDE THERAPEUTIQUE,

BONNES PRATIQUES

DE L'ANTIBIOTHERAPIE

Les pénicillines sont indiquées dans le traitement des infections bactériennes à germes sensibles.

La pénicilline G est principalement indiquée dans le traitement des maladies infectieuses causées par des bactéries à Gram+_.

Elle est indiquée dans les septicémies, dans le traitement général des infections pulmonaires, des infections à streptocoques, pneumocoques, méningocoques ainsi que dans le traitement des infections à Clostridium perfringens [15]. Elle est rarement utilisée dans le traitement des infections locales, notamment dans les mammites et en dermatologie en raison de la fréquence des résistances des staphylocoques producteurs de pénicillinases.

Les pénicillines du groupe A sont indiquées dans les infections provoquées par des bactéries à Gram+ _{et à Gram}-_{, notamment dans le traitement générale des} septicémies, des infections digestives, respiratoires et urinaires (colibacillose) et cutanées (avec association à l'acide clavulanique). Elles sont également indiquées dans le traitement local des mammites dues à des bactéries à Gram+ et à Gram-.

Les pénicillines du groupe M (oxacilline et cloxacilline), sont indiquées dans le traitement des infections cutanées peu sévères dues aux staphylocoques et/ou aux streptocoques sensibles, relevant d’un traitement oral d’emblée, notamment dans le traitement des staphylococcies cutanées chez le chien. Elles sont également indiquées dans le traitement local des mammites streptococciques et staphylococciques des vaches laitières, dans les infections à staphylocoques sensibles, notamment dans les infections respiratoires, rénales, urogénitales, osseuses, articulaires et dans les endocardites.

Les pénicillines du groupe A et M sont utilisées dans un cadre prophylactique dans l'élevage industriel du veau et de la volaille pour la prévention de certaines maladies bactériennes à germes sensibles.

Posologie moyenne

La pénicilline G est administrée toujours par la voie parentérale, jamais par la voie orale en raison de sa destruction dans l'estomac.