감염(infection)은 병원성 미생물이 인체의 조직이나 혈액에 침입하는 것을 의미하고, 이들이 증식하거나 해로운 물질을 만들어 조직을 손상하여 통증(pain), 발열(fever), 발적(redness), 종창(swelling) 그리고 기능장애(functional disorder) 등의 증상을 동반하는 감염성 질환이 발생한다. 감염성 질환은 노인과 면역이 억제된 환자 그리고 만성 질환이 있는 환자에서 중요한 사망 원인이 된다.
미생물이 침입, 확산, 전파를 포함하는 감염의 기전과 숙주 반응과 손상 등 1. 감염성 질환의 일반원리에 대해 알아보고, 적절한 항균제 사용을 위한 2. 항균제 선택, 3. 투여경로와 용량 결정, 4. 범위와 병용, 5. 항균제 내성 그리고 6. 부작용에 대해 각각 살펴본다.
감염성 질환은 기본적으로 병인, 숙주, 환경적 요인의 평형이 깨지면서 수많은 경로를 통해 병원체가 침입하여, 인체 내에서 확산과 파종을 일으키고, 숙주는 방어기전 등 병원체와 여러 가지 상호작용이 일어난다. 그 결과로 숙주손상에 의한 다양한 증상들과 함께 질환이 생기게 된다.
질병 발생과 유행에 영향을 주는 역학의 기본 요인으로는 병인(agent factors), 숙주(host factors) 그리고 환경(environmental factors)이라는 세 가지가 있다. 이들은 마치 항상성처럼 균형을 유지하면서 건강한 상태에 있다가, 한 가지 요인이라도 균형이 깨지면, 질병 또는 유행이 발생한다 (레버이론 ‘lever theory’).
① 병인 요인: 생물학적(세균, 바이러스, 진균, 기생충), 물리-화학적(대기, 수질, 계절, 기상 그리고 유독성 물질), 그리고 사회적(정신적 스트레스, 긴장, 습관) 요인 등으로 세분할 수 있고, 이들은 질병 발생의 변수로 작용한다.
② 숙주 요인: 숙주의 생물학적(성별, 나이), 사회적(직업, 계급, 결혼 및 가족 상태), 그리고 체질적(면역, 영양 상태, 선천적) 요인 등으로 세분할 수 있고, 인간이 가지고 있는 면역력과 감수성 등이 질병 발생의 변수로 작용한다.
③ 환경 요인: 생물학적(매개 곤충, 기생충의 중간숙주), 물리-화학적(실내외 환경, 계절), 사회적(사회풍습, 직업, 인구밀도) 요인 등으로 세분할 수 있고, 환경적 요인들은 질병 발생과 특히 유행에 큰 변수로 작용한다. <그림 6-1>
[BOX 6-1] 말라리아 예시로 이해하는 기본 인자
- ① 병인: 기생 원충, 주로 사하라 이남의 아프리카
- ② 숙주: 주로 5세 이하의 소아의 주요 사망 원인, 바깥 생활
- ③ 환경: 암컷 아노펠레스라는 모기에 의해 전파, 아프리카 기후
병원체가 인체에서 질병을 일으키기 위해서는 고도의 감염성을 가진 미생물은 작은 양에 의해서도 질환을 일으킬 수 있지만, 감염성이 낮은 미생물은 광범위한 노출이 필요하다. 병원체의 침입 경로는 호흡기, 위장관, 피부, 비뇨생식로이다.
① 호흡기: 큰 입자들은 상부 호흡기를 덮고 있는 점액섬모막(mucociliary blanket)의 섬모 활동으로 목 위쪽으로 이동되어 삼킴으로 제거되고, 작은 입자들은 폐포 내로 운반되어 대식세포와 호중구에 의해 포식된다.
② 위장관: 위생이 허술한 경우 분변에 오염된 음식과 물에 의해 전파된다. 산성의 위액, 위장관 전체를 덮고 있는 점막, 이자액과 담즙 등 다양한 소화액, 연동운동 등이 위장관의 국소방어 체계이다.
③ 피부: 피부의 외층은 병원체에 대한 강력한 기계적 방어막 역할을 하고 항미생물 물질도 생성한다. 대부분 피부를 통한 감염은 표피의 기계적인 손상에 의해 시작된다. 외상, 화상, 궤양 등 다양한 피부 손상이 있을 수 있고, 환자에 대한 주사나 시술 그리고 감염 매개체(벼룩, 모기, 이, 진드기 등)에 의해 병원체가 침입할 수 있다.
④ 비뇨생식로: 요로(urinary tract)는 주기적인 배출에 의해 보호받는다. 여성의 경우 요도의 길이가 짧고(약 5 cm) 요로의 병원체(E. coli)들이 잘 유입되어 방광염 같은 질환이 잘 생길 수 있다. 성적 접촉을 통해서는 단순헤르페스바이러스(HSV), 사람유두종바이러스(HPV)를 비롯한 바이러스와 클라미디아 트라코마티스, 임균, 매독균, 질편모충 등 다양한 병원체가 침입할 수 있다. <표 6-1>
<표 6-1> 흔한 병원성 세균과 질병| 미생물 명칭 | 질병 | 설명 |
| Bacillus anthracis | 탄저병(anthrax) | 산소성 균, 피부와 호흡기에서 나타남 |
| Borrelia burgdorferi | 라임병(Lyme disease) | 진드기(tick)에 물려서 감염 |
| Chlamydia trachomatis | 성병(venereal disease), 눈 감염 | 미국에서는 대부분 성매개병의 흔한 원인 |
| Enterococcus | 상처, 요로감염, 심내막염, 균혈증 | 생식 및 장관 내 숙주 균총의 일부, 일반적인 기회감염 병원체 |
| Escherichia coli | 여행자 설사(traveler’s diarrhea), 요로감염(UTI), 균혈증(bacteremia), 소아 뇌막염 | 장관 내 숙주 균총의 일부 |
| Haemophilus influenzae | 폐렴, 소아 뇌막염, 균혈증, 중이염(otitis media), 부비동염(sinusitis) | 일부 종은 상기도의 정상 균총 |
| Klebsiella pneumoniae | 폐렴, 요로감염 | 일반적 기회성 세균 |
| Mycobacterium leprae | 나병(leprosy) | 미국에서는 대개 아프리카, 아시아 이민자에서 발생 |
| Mycobacterium tuberculosis | 결핵(tuberculosis) | HIV 감염자에서 높은 이환율 |
| Mycoplasma pneumoniae | 비정형 폐렴 | 5~35세에서 폐렴의 가장 흔한 원인 |
| Neisseria gonorrhoeae | 임질과 다른 성 감염 질병, 자궁내막염(endometriosis), 신생아 눈 감염 | 일부 종류는 정상균총의 일부 |
| Neisseria meningitidis | 소아 뇌막염 | 일부는 정상균총 |
| Pneumococcus | 폐렴, 중이염, 뇌막염, 균혈증, 심내막염 | 상기도에 있는 정상균총의 일부 |
| Proteus mirabilis | 요로 감염, 피부 감염 | 소화관 정상균총의 일부 |
| Pseudomonas aeruginosa | 요로 감염, 피부 감염, 패혈증 | 흔한 기회성 세균 |
| Rickettsia rickettsii | 로키산 홍반열(Rocky Mountain spotted fever) | 진드기에 물려서 감염 |
| Salmonella enteritidis | 식중독 | 오염된 동물제품으로부터 감염 (예: 날달걀, 조리하지 않은 고기 등) |
| Staphylococcus aureus | 폐렴, 식중독, 농가진, 상처, 균혈증, 심내막염, 독성 쇼크증후군, 골수염, 요로 감염 | 일부 종은 피부, 점막에 있는 정상균총 |
| Streptococcus | 인후염, 폐렴, 피부 감염, 패혈증, 심내막염, 중이염 | 일부 종은 호흡기계, 생식계, 장에 있는 정상균총 |
인체 내로 들어온 병원체는 침입 부위에 부분적으로 남아있거나 염증반응, 임파선과 혈액을 통해 대부분 다른 부위로, 일부는 신경을 통해 확산된다.
① 염증반응: 조직을 파괴하고 염증을 일으키는 효소를 분비한다. 황색포도알균은 히알루로니다아제(hyaluronidase)를 분비하여 숙주의 세포외기질을 분해하여 병원체가 쉽게 이동하게 한다.
② 임파선과 혈액: 가장 일반적이고 효과적인 형태이다. 폴리오 바이러스, HBV, 대부분의 세균과 진균 일부는 혈장을 따라 이동하고, HSV, HIV, 미코박테리아는 백혈구를 통해, 말라리아 기생충은 적혈구를 통해 이동한다.
③ 신경: 광견병, 소아마비 그리고 수두 원인인 특정 바이러스는 말초신경을 감염시키고 축삭을 따라 중추신경계로 이동할 수 있다.
감염성이 높은 병원체는 다른 숙주로 전파를 위해 다양한 방법을 사용한다. 감염 부위에 따라 조금의 차이는 있지만, 기침, 재채기, 배변, 피부 박리, 배뇨와 성적 접촉 혹은 곤충 매개체를 통해 다양하게 전파된다.
사람 간의 전파는 대부분 ① 호흡기, ② 배설물 그리고 ③ 성적 경로를 통해 일어난다. 호흡기를 통해 전파되는 병원체는 기침의 침방울 내에 섞여 공기 중으로 분사되는데, 특히 M. tuberculosis, varicella-zoster는 작은 침방울도 멀고 넓게 전파될 수 있다. 장내 감염원들은 대부분 분변으로 오염된 물이나 음식을 섭취하면서 전파된다. 성적인 전파는 대부분 점액을 통한 것으로 HSV, HPV, HIV, 임균과 매독균, 칸디다 같은 진균들이 포함된다.
병원체의 감염 능력과 숙주의 방어기전 능력에 따라 감염의 결과는 달라진다. 숙주는 이미 신체적 장벽과 면역체계 같은 방어기전을 가지고 있지만, 병원체는 숙주의 방어 작용을 회피하고 질병을 일으키는 다양한 방법을 가지고 있다.
① 항원 변이(antigen variation): 숙주의 항체(무기)를 회피하는 방법이다. 돌연변이를 통해 숙주의 항체가 병원체의 항원을 인식하지 못하게 한다.
② 피막 및 단백질 생산: 탄수화물 피막을 형성하거나 ‘단백질 C’를 생산하여 호중구와 대식세포의 포식작용을 회피하고, 숙주면역세포의 활성을 줄이고 이동을 방해하기도 한다.
③ 잠복감염(latent infection): 잠복감염을 유지하여 소량의 바이러스도 생존할 수 있다.
숙주에 침입한 병원체는 직접 숙주의 특정 세포를 죽이거나 독소나 효소를 통해 세포 구성물질을 없애기도 한다. 또한, 병원체에 의해 유도된 숙주의 면역 반응은 감염을 방어하는 동시에, 직접적인 세포 손상을 발생시킬 수 있다.
세균은 숙주세포의 부착성과 독소 방출 정도에 의해 숙주손상이 다양하게 나타난다. 바이러스는 숙주세포에 바이러스 수용체가 있는지가 중요하고, 일단 바이러스가 숙주세포 내로 들어오면, 숙주세포의 단백질 합성을 억제하고 항바이러스면역반응을 일으킨다. 또한, 종양 억제 유전자를 불활성 시켜 숙주를 손상시킨다.
[BOX 6-2] COVID-19 예로 보는 감염성 질환의 일반원리
- ① 병인: 중국 우한지역에서 처음 발생한 ‘SARS-CoV-2’ (바이러스 이름)
- ② 숙주: 면역과 감수성이 떨어지는 ‘기저질환 환자와 노인’에서 사망률이 높다. 만성 질환이 있는 노인들은 더욱 조심하자.
- ③ 환경: 밀폐된 공간, 요양병원 등의 ‘한정된 공간’에서 유행되고 있다. 사람이 많이 모이는 밀폐된 공간은 피하는 것이 좋다.
- ④ 침입: 주로 ‘호흡기와 위장관’을 통해서 침입. 감기 증상이 있는 사람은 꼭 마스크를 착용하고, 바깥 활동은 피하는 것이 좋다. 외출 후에는 충분한 시간 동안(40초 이상) 손을 씻는다. 침을 통해 침입할 수 있으므로 증상이 있는 사람과는 따로 식사하는 것이 좋다.
- ⑤ 상호작용: 항원 변이, 면역억제. 잘 먹고, 잘 자고, 적절한 운동을 하고 스트레스가 없으면 면역(방어)이 좋아진다. 또한, 종합비타민 등의 영양제도 도움이 된다.
- ⑥ 숙주손상: ‘폐렴, 폐 섬유화’ 등의 손상이 발생한다.
- 결론: ‘감염성 질환의 유행’에서 가장 중요한 덕목은 기침 예절을 포함한 ‘다른 사람에 대한 배려’이다. 위의 기본원리를 조금만 생각해보면, 이 시기에 우리가 어떻게 생활해야 하는지 쉽게 이해할 수 있다.
병원체에 의한 감염 질환을 치료하기 위해서는 적절한 항균제의 선택이 중요하고, 몇 가지 고려해야 하는 부분이 있다. 가래, 혈액, 감염 부위에서 채취한 검체는 동정 검사를 통해 병원체를 확인할 수 있다. 의료진은 감염 질환의 치료 경험과 약물의 감수성, 감염 부위와 환자의 상태, 그리고 비용까지 전반적으로 고려해서 항균제를 선택한다.
동정 검사는 적절한 항균제 선택에 중요하다. 먼저 병원균은 그람 염색으로 존재와 형태학적 특징을 ① 현미경 검사(microscopic visualization)로 확인할 수 있고, 진단과 치료를 위한 약물의 감수성을 확인하기 위해 ② 배양검사(culture)를 시행한다. 배양에 필요한 표본은 항균제 투여 전에 시행한다. 또한, ③ 항원검색(microbial antigen), ④ DNA, RNA 검색(detection DNA, RNA), ⑤ 면역, 염증반응 검색(detection immune, inflammation response) 등을 통해 정확하고 신속하게 병원균을 확인할 수 있다. 최근 중합효소연쇄반응(polymerase chain reaction: PCR)과 같은 새로운 기술이 신속한 동정 결과를 제공하고 있다. <그림 6-3>
병원체를 배양한 후 특정 항생제에 대한 감수성 검사는 약물 사용의 지침이 된다. 감수성 검사를 통해 정균성 약물과 살균성 약물을 선택할 수 있고, 최소억제농도(MIC)를 통해 감수성을 정량적으로 나타낼 수 있다.
질문 제기: 약이 효과가 있나? 도대체 어느 정도 줘야하나? (정량적 기준 필요)
① 정균성 약물과 살균성 약물: 정균성 약물은 적정 약물농도에서 세균의 성장과 복제를 억제하는 약물이고, 살균성 약물은 실험실 조건에서 배양 18~24시간 동안 약 99.9%까지 효과적으로 사멸할 수 있어야 한다. 하지만, 실험실 실험에서는 두 약물 모두에서 세균 사멸 효과는 있고 단지 사멸속도가 차이 날 뿐이었다.
② 최소억제농도(minimum inhibitory concentration: MIC): 배양 24시간 후에 미생물의 가시적 성장을 막는 가장 낮은 항균농도를 의미한다. MIC는 감수성의 정량적 측정치로 감염 환자의 치료에 많이 사용된다. (24시간 후 효과를 보는 최소 농도)
병원체를 효과적으로 제거하기 위해서는 감염 부위에 적절한 농도의 약물이 도달해야 한다. 특히, 중추신경계(CNS)의 감염에서는 약물이 혈액뇌장벽(BBB)을 통과하느냐가 중요하다. 또한, 환자의 인자인 면역상태, 간과 콩팥의 기능 그리고 여성에서 임신과 수유는 약물 선택에 영향을 준다.
① 혈액뇌장벽(blood-brain-barrier: BBB): 뇌의 모세혈관은 혈액뇌장벽을 만들어 모든 분자가 혈액에서 뇌의 CSF로 들어가는 것을 방해한다. 지용성의 분자량이 낮은 약물이 BBB를 잘 통과한다. chloramphenicol, metronidazole 등의 지용성 약물이 잘 통과한다.
② 환자 상태: 당뇨, HIV 감염, 자가면역질환 등 환자의 면역기능이 좋지 않으면 장기간, 고용량의 약물 사용이 필요할 수 있다. creatinine 농도를 확인해서 만약, 콩팥 기능이 떨어져 있다면 약물의 종류와 감량을 고려해야 한다. 환자의 간 기능도 간으로 대사, 제거되는 약물(erythromycin, doxycycline)을 사용할 때 고려해야 한다. 소아에서 tetracycline, quinolone은 뼈와 관절 성장에 영향을 미쳐 사용하지 않고 노인에서는 간과 콩팥 기능이 떨어져 있을 수 있다. 또한, 임신과 수유 시 사용에 대한 위험성과 임상적인 고려사항은 사용 전 꼭 확인해야 한다.
① 안전성: penicillin류의 약물은 모든 항생제에서 독성이 가장 작지만, chloramphenicol은 특이성은 낮고 심각한 독성을 일으킬 가능성이 있다. (치료지수: TI 고려 필요)
② 비용: methicillin-저항성-staphylococcus aureus(MRSA)의 치료를 예로 들면, 사용하는 모든 약물이 비슷한 효과를 나타내지만, vancomycin보다 clindamycin, daptomycin 순서로 비싸다. 약물 선택에 효과와 그에 따른 비용을 고려해야 한다.
[BOX 6-3] 항균제 선택의 고려사항 요약 및 임상 팁
- 고려사항 5가지:
- 동정(identification): scope, culture, Ag, RNA, DNA, immune
- 감수성: MIC
- BBB: 지용성의 낮은 분자량
- 환자 상태: 면역, 콩팥, 간, 나이, 임신, 수유
- 안전성과 비용
- 임상 실제: 보통 임상에서는 항생제를 culture 후 사용한다. 하지만 임상 의사의 경험을 무시할 수 없다. 만약, 위독한 환자의 경우라면 병원체 동정 전이더라도 ‘경험적으로 항생제를 사용할 수 있고’ 감염 부위의 특징, 환자의 면역상태, 여행기록, 환경 등 종합적 판단 후 광범위 항생제 등을 증상 초기에 적극적으로 사용할 수 있다.
- 예방적 항생제 사용 조건: 류마티스 심장질환, 인공판막이 삽입된 환자의 치과 치료, 결핵과 수막염의 밀접 접촉자 그리고 수술 전 등이 있다.
약물의 특성과 감염 시기, 정도에 따라 투여경로를 정할 수 있고, 약물의 약동학, 약력학 성상에 따라 약물의 합리적인 용량을 결정하고 농도, 시간, 사용 후 효과 등을 고려하여 횟수를 정할 수 있다.
① 경구투여: 외래환자를 위한 초기의 경증 감염증에 주로 사용되고 비경구투여보다 합병증이 적게 발생한다.
② 비경구투여: 중증 감염증 환자의 치료에서 약물의 높은 혈중 농도가 필요한 경우와 위장관으로 흡수가 잘 되지 않는 약물(vancomycin)을 투여할 때 사용한다. 정맥 주사(IV)에서 경구투여로 전환하는 환자는 입원 기간을 줄이고, 카테터에 의한 합병증 등을 감소시킬 수 있다.
약물의 합리적인 투여용량은 항균효과에 대한 약물농도의 관계인 약력학과 약물의 흡수, 분포, 대사, 배설에 관여하는 약동학적 특성을 고려하여 결정한다.
<그림 1-12> 반복적인 약물 투여 그래프 설명
‘부하용량(Loading dose)’으로 투여한 약물은 12시간 만에 치료범위에 도달하지만, ‘유지용량(Maintenance dose)’만을 투여한 약물은 48시간이 지난 후 치료범위에 도달한다. 즉, 신속한 치료범위 도달을 위해 고원기(plateau) 전 부하용량 투여가 고려된다.
약물의 합리적인 투여 횟수는 농도, 시간에 따른 살균작용과 약물 투여 후의 효과를 종합적으로 고려해서 결정한다.
① 농도-의존 (Concentration-dependent): tobramycin을 포함한 항균제는 항균제의 농도가 감염 세균에 대한 약물 MIC를 4배에서 64배로 증가시킬 수 있어 1일 1회의 투여로 충분한 효과를 볼 수 있다. (최고 혈중 농도가 중요)
② 시간-의존 (Time-dependent): piperacillin을 포함한 항균제는 약물의 농도보다 MIC를 초과한 상태로 남아있는 시간 퍼센트(% T > MIC)에 따라 살균 효과를 보이는 약물이다. 이 약물들은 3~4시간, 혹은 24시간 동안 연속투여에서 효과를 볼 수 있다.
③ 투여 후 효과 (Postantibiotic effect: PAE): 항생제 농도가 MIC 이하로 감소한 후 나타나는 지속적인 세균 억제 효과로, 긴 PAE를 가지는 약물은 1일 1회 용량만 투여하면 된다.
<그림 1-11> 일회 용량 약물 투여 양상 참조 (흡수, 약효 발현, 최고 혈중 농도 Tmax, 배설, 약효 종료, 최소 효과 농도, 치료 범위, 독성 농도 등 반영)
[BOX 6-4] 투여경로, 용량, 횟수 요약
- ① 투여경로: 경구(경증, 합병증 적다), 비경구(중증, 흡수 안 되는 약물), 임상 호전 시 비경구 $\rightarrow$ 경구 전환
- ② 용량: 약동학(흡수, 분포, 대사, 배설)과 약력학(농도, 효과)을 고려해서 결정
- ③ 횟수: 농도의존, 시간-의존, PAE를 고려하여 결정
임상적으로 세균은 그람염색, 형태, 생화학 또는 기타 특성에 따라 여러 가지 그룹으로 분류할 수 있고, 이들 세균을 치료하기 위한 항생제의 범위를 협소, 확장, 광범위(narrow, extended, broad)로 나눌 수 있다. 또한, 가장 이상적인 감염 치료는 하나의 병원체를 단일 약제로 치료하는 것이지만, 현실은 그렇지 않다. 여러 종류의 병원체들이 복합적으로 감염증을 나타내고, 그에 따라 여러 가지 약물들이 병용되면서 장, 단점들이 나타날 수 있다.
① 협소 범위 항생제 (Narrow-spectrum antibiotics): 단일 그룹의 한정된 병원체에서 효과를 나타내는 항생제를 의미한다. isoniazid는 Mycobacterium tuberculosis(결핵균)에서만 효과가 있다. (Only one)
② 확장 범위 항생제 (Extended-spectrum antibiotics): 그람양성과 그람음성 세균의 상당수에서 효과를 나타내는 항생제로 ampicillin은 그람양성 세균과 그람음성 일부에서 효과를 나타낸다. (G(+), 일부 G(-))
③ 광범위 항생제 (Broad-spectrum antibiotics): 다양한 병원체에 효과를 보이는 항생제로 tetracycline, fluoroquinolone, carbapenem 같은 약물들이 있다. 광범위 항생제는 정상 세균총에도 영향을 미쳐 Clostridium difficile 같은 미생물의 중복감염을 일으킬 수 있다. (All, 단 정상균총에 영향)
① 장점: 장구균성 심내막염의 치료에서 β-lactam과 aminoglycoside의 병용 사용은 둘 사이의 치료 효과(시너지)를 증가시킬 수 있다. 병원균을 잘 모르는 상황이나 결핵 치료에 병용 사용이 유용할 수 있다.
② 단점: 정균 작용의 항생제 사용 후 살균작용의 항생제를 사용하게 되면 뒤에 사용한 약물 작용이 방해받을 수 있고 병원체는 항생제에 대한 저항성(내성)이 생길 수 있다.
세균이 항생제에 대한 내성(resistance)은 최대한의 항생제 농도를 사용하여도 세균의 성장이 멈추지 않는 것을 의미한다. 세균은 보통 돌연변이(mutation)를 통해 내성을 일으킨다. 세균의 유전 변화, 약물 표적 부위의 변화, 약물의 유출이나 섭취감소 그리고 세균의 효소에 의해 불활성화하는 것으로 약물에 대한 내성을 나타낸다.
약물에 민감한 세균은 사라지지만, 일시적 또는 영구적으로 유전적 돌연변이가 생긴 세균은 살아남는다. 약물에 내성이 생긴 세균들은 방해 없이 성장하게 되고 기존의 항생제에 효과 없는 새로운 감염 증상이 나타난다. 이 현상을 획득 내성(acquired resistance)이라 한다. 획득 내성이 생긴 세균들은 플라스미드(plasmid)라는 내성 유전자의 DNA 조각들을 이동(접합 등)시킬 수 있다. <그림 6-4 획득 내성 단계: 1. 감염 발생 → 2. 항생제에 감수성이 있는 균은 사라지고 내성균만 남는다 → 3. 내성균은 증식하고 기존의 항생제에 효과 없는 새로운 감염 증상이 생긴다.>
돌연변이에 의해 항생제가 부착하는 세균의 표적 부위가 변화하면서 항생제 결합이 감소한다. β-lactam에 대한 S. pneumoniae의 결합 단백질(PBP) 변화가 대표적인 예이다.
항생제의 유출 증가나 섭취 감소는 낮은 농도로 충분한 효과를 낼 수 없게 된다. 그람음성균은 돌연변이에 의해 세균 외막 통로(porin)의 수와 구조를 변화시켜 β-lactam과 여러 종류의 항생제의 침투를 막을 수 있고, 유출 펌프(efflux pump)의 작용으로 약물농도를 줄일 수 있다.
세균은 항생제의 작용을 방해하거나 파괴하는 특정 효소를 만들 수 있다.
① β-lactamase (penicillinase): 페니실린, 세팔로스포린 등의 약물 구조를 가수분해한다.
② acetyltransferase: 클로람페니콜이나 아미노배당체(aminoglycoside) 항생제의 아세틸기를 전이시켜 불활성화시킨다.
③ esterase: 마크로라이드(macrolide)의 락톤고리(lactone ring)를 가수분해하여 불활성화시킨다.
① 감염 예방: 예방 접종을 포함한 감염 예방
② 적절한 약물 선택: 동정 검사를 통한 적절한 약물 선택
③ 의학적 조건: 사용할 분명한 이유가 있어야 한다.
④ 충분한 사용 기간: 증상이 사라져도 충분한 기간의 사용으로 내성균의 출현을 막는다.
⑤ 감염 통제: 표준예방지침에 따라 지역사회와 가정에서의 감염을 예방한다.
[BOX 6-5] 항균제 내성 요약 및 복약 지도
- 내성의 정의: 충분한 약물 사용에도 세균 성장이 멈추지 않음(no stop)
- 내성 원인: 세균의 돌연변이 (표적 부위 변형, 약물 축적 저하, 효소로 무력화)
- 내성 예방: 감염 예방, 정확한 약물 선택, 꼭 필요한 경우에만, 충분한 사용 기간 준수, 감염 통제
- 임상 예시 (방광염 & 골반염): 보통 임상에서 방광염(cystitis)과 마찬가지로 골반염(pelvic inflammatory disease: PID)도 하루 이틀 적극적인 항생제와 진통 소염제를 복용하면 마치 다 나은 것처럼 증상이 사라질 수 있다. 이런 경우 임의로 항생제를 끊는 환자들이 많고 얼마 지나지 않아 내성으로 다시 증상을 호소하면서 내원한다. 의사의 지시에 따라 충분한 기간 항생제를 잘 복용할 수 있도록 철저한 교육이 필요하다.
어떤 항균제 약물은 알레르기와 같은 과민증을 일으키고, 인체의 특별한 부분에 독성을 나타내기도 한다. 또한, 항균제의 병용은 정상 세균총의 변화를 일으켜 중복 감염(superinfection)을 일으킬 수 있다.
항균제 자체 혹은 대사산물에 대한 과민반응이나 면역반응이 종종 발생한다. 페니실린은 두드러기에서 아나필락시스에 이르기까지 다양하게 나타난다. 이런 이유로 사용 전 항생제 반응 검사(AST)를 진행하기도 한다.
vancomycin은 주입 속도가 빠르면 레드맨 증후군(Red man syndrome)이 나타날 수 있고, 항균제에 의한 스티븐슨-존슨 증후군(Stevens-Johnson Syndrome: SJS)이나 독성표피괴사용해증(Toxic epidermal necrolysis: TEN)이 있었던 환자는 탈감작을 위한 투여도 금지해야 한다.
항생제의 혈중 농도가 높으면 인체의 특정 부위와 계통에 독성이 나타날 수 있다.
광범위 항생제와 병용 사용은 호흡기, 소화기, 비뇨기 등에 정상적으로 존재하는 정상 세균총에 변화를 일으켜 진균, 내성 세균 등 기회감염균의 성장을 초래할 수 있고 이런 현상을 중복감염(superinfection)이라 한다. 이러한 중복감염 치료를 위해 새로운 항균제를 사용한다.
[BOX 6-6] 항생제 반응 검사 (Skin Test, AST)
항생제나 조영제 등의 과민반응 중 치명적일 수 있는 아나필락시스가 나타날 수 있는 제1형 IgE-매개 반응을 사용 전 미리 확인하기 위한 검사이다. 일반적으로 병원에서 항생제 사용 전이나 CT, MRI(조영제) 촬영 전 실제로 많이 시행한다.
항생제는 보통 페니실린, 세팔로스포린, β-lactam 약물 사용 전에 검사를 진행한다. 하지만 시간 지체의 문제, 민감도와 특이도, 양성·음성 예측도 등 논란의 여지는 많다. AST 시행보다 과민증 반응 가능성에 대한 충분한 설명과 발생했을 때 취할 수 있는 처치(쇼크 치료, Epinephrine 투여 등)들을 다시 한번 확인하는 것이 더욱 중요하다.
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