H. Werner, R. Firsching, C. Krasemann

ln-vitro-Empfindlichkeit yon Bacteroidaceae gegen Cefoxitin und Cephalothin

Zusammen/assung: Die Aktivit~it des neuen Cephamycin-C- Derivates Cefoxitin gegentiber 102 klinischen Isolierungen aus der Gruppe der Bacteroidaceae (95 Bacteroides-St~imme und 7 Fusobacterium-Sphaerophorus-Kulturen) wurde im R6hr- chenverdiinnungsversuch und in einem standardisierten Agar- diffusionstest gepriift; als Vergleichssubstanz diente Cephalo- thin. Cefoxitin war gegeniiber den 56 Bacteroides-fragilis-, 19 Bacteroides-thetaiotaomicron- und zwei Bacteroides-splanch- nicus-Sfiimmen besser wirksam als Cephalothin. Bei den unter- suchten fiJnf Bacteroides-vuIgatus- und vier Bacteroides-varia- bilis-Kulturen schien der Unterschied weniger deutlich ausge- priigt, und bei den drei Bacteroides-melaninogenicus-St~immen brachte das Cefoxitin keinen eindeutigen Vorteil gegeniiber dem Cephalothin. Letzteres galt auch fiir die sechs Bacteroides- oralis-Kulturen. Durch CefoMtin-Konzentrationen bis zu 32 #g/ml wurden 910/0 und durch entsprechende Cephalothin- Konzentrationen 33°/0 der Bacteroides-St~imme erfaBt. Zwei Sphaerophorus-varius-Stiimme waren ebenfaIls gegen Cefo- xitin deutlich empfindlicher als gegen Cephalothin (Cefoxitin- MHK bei beiden Kulturen 8 #g/ml, Cephalothin-MHK 256 /xg/ml). Drei weitere Sphaerophorus-Stiimme (der Spezies necrophorus bzw. fretmdii/mortiferum) und zwei Angeh/irige yon Fusobacterium fusiforme (F. nucleatum) waren gegen beide Cephalosporine ann~ihernd gleich empfindlich. Die sta- tistische Analyse der Beziehung zwischen MHK und Hemm- hofdurchmesser ergab fiir Cefoxitin mit r = -0,741 einen rela- tiv hohen Korrelationskoeffizienten (Vergleichswert fiir Cepha- lothin: r = -0,703).

Summary: In Vitro Susceptibility of Bacteroidaceae to Cefo- xitin and Cephalothin. The activity of the new cephamycin C derivative cefoxitin against 102 clinical isolates of Bactero- idaceae (95 Bacteroides strains and 7 Fnsobacterium-Sphaero- phorus cultures) was determined by tube dilution and stand- ardized agar diffusion tests and compared to that of cephalo- thin. Cefoxitin was more active than cephalothin against 56 Bacteroides fragitis strains, 19 Bacteroides thetaiota-omicron strains and two Bacteroides splanchnicus strains. ;Fhe differ- ence seemed less pronounced with five Bacteroides vulgatus and four Bacteroides variabilis cultures. Three Bacteroides melaninogenicus and six Bacteroides oralis strains displayed similar sensitivity to both cephalosporins. At concentrations of 32 #g/ml or less, cefoxitin inhibited 91°/0 and cephalothin 330/0 of the Bacteroides strains. Two strains of Sphaerophoms varius were likewise much more sensitive to cefoxitin than to cephalothin (MIC values 8/~g/ml of cefoxitin and 256 ffg/ml of cephalothin). Three other Sphaerophorus strains (the species necrophorus and freundii./mortiferum) and two of Fusobacterium fusiforme (Fusobacterium nucleatum) strains were very similar in their susceptibiIity to both cephalosporins. Statistical analysis of the relationship between MIC and zone size diameter showed relatively high correlation coefficients for cefoxitin and cephalothin (r = -0.741 and r = -0.703 respectively).

Einleitung

Die klinische Bedeutung der strikt anaeroben gramnegati- yen sporenlosen Stiibchen (Bacteroidaceae) als Erreger sep- tischer und eitriger Infektionen tritt zunehmend in das BewuBtsein einer breiteren medizinischen Offenflichkeit (2, 8, 11). Wie alle obligaten Anaerobier sind Bacteroida- ceae gegen Aminoglykoside generell resistent (2, 11). Bac- teroides fragilis, der pathogenetische Leitkeim aus dieser Gruppe, und einige andere Bacteroidaceae-Arten weisen dariiber hinaus Resistenz gegen Polymyxine und nicht sel- ten gegen Tetracycline auf (2). Eingeschriinkte Wirkung gegen diese Erreger kennzeichnet auch viele fl-Laktam- Antibiotika, vor allem der Cephalosporin-Gruppe (2, 9--11). Das neue Cephamycin-C-Derivat Cefoxitin (Abb. 1) besitzt ein besonders breites antibakterieUes Wirkungsspektrum (3, 4, 6). Als Grundlage dieser intensiven Aktivit~it des Cefo- xitins wird seine relative/~-Laktamase-Festigkeit diskutiert. Diese soll sich auch auf die Cephalospofinase yon B. fra- gilis und verwandten Arten erstrecken (3, 9). An fiber 100 vorwiegend 1975 aus pathologischem Material isolierten Bacteroidaceae-Sfiimmen wurde daher die In-vitro-Wir- kung yon Cefoxitin in R/ShrchenverdiJnnungs- und Agar-

Cefoxitin

O-CH3 S-

O N @ CH 2-O-CO-NH2 COO- N&

Abb. i : Strukturformel yon Ce[oxitin, dern Na-Salz der 7a- (Methoxy)-7-(thiophen-2-acetamido)-cephalosporansiiure.

diffusionstests untersucht; Cephalothin wurde vergleichend gepriift. Dabei wurde B. fragilis entsprechend seiner klini- schen Bedeutung vornehmlich beriicksichtigt.

Material und Methoden Teststiimme und -substanzen: Die 102 Bacteroidaceae-Kultu- ren wurden fast ausschlieBlich aus pathologischem Material (Blut, Eiter, Punktate, Sekrete usw.) isoliert. Etwa 60 Isolie-

Erhalten: 10. Oktober 1976

Prof. Dr..H. Werner, Dr. C. Krasemann, cand. med. R. Fir- sching, Institut fiir Medizinische Mika'obiologie und Immuno- logie der Universifiit Bonn, Venusberg, D-5300 Bonn 1.

Infection 5 (1977) Nr. 1 13

H. Werner, R. Firsching, C. Krasemann: Bacteroidaceae-Wirksamkeit you Cefoxitin und Cephalothin

rungen stammten aus clem Jahre 1975. Die Identifizierung der einzelnen Arten ist anderenorts dargestellt (13). Die neueste Entwicklung innerhalb der Melaninogenicus-Gruppe wurde yon Werner u. Mitarb. (14) eingehend erSrtert. Als Testsubstanzen standeu Cefoxitin (Mefoxin®; Chargefa- Nr. C-D 730, Aktivitiitsgrad 1000 #g/rag) der Firma Merck, Sharp & Dohme, Rahway, New York, und Cephalothin (Cepovenin®; Aktivit~itsgrad 940 #g/rag; ohne Chargen-Nr.) der Hoechst AG, Frankfurt, zur Verffigung.

R6hrchenverdiinnungstest: Die 102 Bacteroidaceae-Kulturen wurden in RShrchenverdiinnungsversuchen mit Thioglykolat- bouillon gepriift. Die Methode ist anderenorts im einzelnen dargestellt (12). Die Ablesung erfolgte, wenn in den bebriite- ten antibiotikumfreien KontrollrShrchen deutliches Wachstum aufgetreten war (in der Regel nach 12-15 h). Als minimale Hemmkonzentration (MHK) wurde diejenige Antibiotikum- konzentration bestimmt, die zum Ablesungszeitpunkt gerade noch wachstumshemmend wirkte.

A gardiffusionstest: Parallel zum RShrchenverdtinnungsver- such wurden alle Stiimme in einem standardisierten anaeroben Agardiffusionstest geprtift. Dabei wurden Glukose-Cystein- Blutagar-Platten in 5 mm hoher Schicht mit 1 : 100 verdfinn- ten Rosenowbouillonkulturen der Testst~imme mit Hilfe yon sterilen Wattetupfern gleichmiigig beimpft (12). Die Platten wurden im Monodiskverfahren mit 30 #g Cefoxitin bzw. Cephalothin enthaltenden Testbl~ittchen belegt und 48 h in GasPak-T6pfen bei 37 ° C bebriitet. Danach wurden die HemmhSfe ausgemessen.

Beziehung zwischen MHK und Hemmhofdurchmesser: Die Korrelation der Wertepaare M H K und Hemmhofdurchmes-

ser wurde statistisch untersucht. Bei der Berechnung der Re- gressionsgeraden und Korrelationskoeffizienten wurde unter- stellt, dab es sich um eine Regression zweiter Art handelt (7).

Ergebnisse ROhrchenverdi~nnungsversuche: Die ermitteiten MHK-Werte sind in Tabelle 1 zusammengestellt. Abh. 2 gibt die Summen- prozentkurven ffir die 95 Bacteroides-St~imme wieder.

%

lO090 ~ f ~ !i 80 ~ / C~ph~ alolbir ~ Ce{oxitin .

20 x ~ x

10

° . 0 , ( ~ ~ l~:* 2r'6";~s6 £gJm~ MHK

Abb. 2: In-vitro-Sensibilitiit yon 95 Bacteroides-Stiimmen ge- geniiber Cefoxitin und Cephalothin (kumulative Prozentsiitze gehemmter Stiimme).

Tabelle 1: Bacteroidaceae- Wirksamkeit von Cefoxitin ( Cf ) und Cephalothin ( Cp ).

Spezies n Antibio- Anzahl der pro MHK-Wert (~xg/ml) gehemmten St~imme

tikum <0,03 0,125 0,25 0,5 1 2 4 8 16 32 64 128 256 >256

B.fragilis 56 Cf Cp

B.thetaiotaomicron 19 Cf Cp

B.vulgatus 5 Cf Cp

B.variabitis 4 Cf Cp

B.splanchnicus 2 Cf Cp

B.melaninogenicus ss. 2 Cf 1 asaccharolyticus Cp 2

B.melaninogenicus ss. 1 Cf melaninogenicus Cp

B.oralis 6 Cf Cp

S.necrophorus l Cf cp

S.varius 2 Cf Cp

S.freundii 2 Cf ( = F.mortiferum) Cp

F.fusiforme 2 Cf 1 ( = F.nucleatum) Cp 2

102

4 2 3

1

2 1 3

4 18 20 7 6 1 1 1 9 16 19

1 2 1 3 5 6 1 4 6 5

1 3 1 2 1 1

14 Infection 5 (1977) Nr. 1

H. Werner, R. Firsching, C. Krasemann: Bacteroidaceae-Wirksamkeit von CefoxJtln und Cephalothin

AdardiNusionstest sowie Beziehung zwischen MHK und lg Hemmhofdurchmesser: Im anaeroben Agardiffusionstest mit mm 30 /~g-Testbl~ittchen yon Cefoxitin wurden Hemmh6fe yon 100 17-68 mm (~ beobachtet. Bei der Austestung mit 30/zg-Ce- phalothin-Testbliittchen zeigten 55 Teststiimme (vorwiegend der Spezies B. fragilis) keine Hemmh~Sfe. Die maximale Hemmhofgr/SBe betrug > 80 ram. Statistisch wurde die Beziehung zwischen MHK und Hemm- hofdurchmesser bei den 95 Bacteroides-Sfiimmen untersucht. 80 Dabei ergaben sich die in Abb. 3 und 4 aufgefiihrten Para- meter der Regression. In den genannten Abbildungen ist je- weils noch der 95°/0-Toleranzbereich in Form yon Ellipsen wiedergegeben.

, . f .

~ . ~ Bocteroides / Cephalothin

: - nTn~_,.__ r

mm

100 1 Bocteroides spp. Cefoxitin

r = - 0,741

60

t,O

80

20

60

t,O

20

0,0625 0,25 1 /. 15 6t, p g / m t

Abb. 3: Beziehung zwischen Cefoxitin-MHK und -Hemmho[ bei 95 Bacteroides-Stiimmen. Regressionsgeraden, KorreIa- tionskoeffizienten und 95°/o-Toleranzellipse.

Diskussion

In den ReihenverdiJnnungsversuchen war Cefoxitin vor allem gegeniiber den pathogenetisch bedeutsamen Bacteroi- des-Arten B. fragilis und Bacteroides thetaiotaomicron bes- ser wirksam als Cephalothin. Bei den nut in geringer Zahl untersuchten Spezies Bacteroides vulgatus, Bacteroides variabilis und Bacteroides splanchnicus zeichnete sich eine ~ihnliche Tendenz ab. Bei den Keimen der Melaninogeni- cus-Gruppe brachte Cefoxitin jedoch keinen eindeutigen Vorteil gegeniJber Cephalothin. Das gleiche gait fiir die Bacteroides-oralis-Isolierungen. Bei der Mehrzahl der 95

I ~' \ o,061s 0,25 ; ~ 1'6 6~ ~ug/m[

Abb. 4: Statistische Analyse der Beziehung zwischen Cephal- othin-MHK und -Hemmho[ bei 95 Bacteroides-Stiimmen.

gepriiften Bacteroides-St~imme betrug der In-vitro-Vorteil des Cefoxitins 2--3 MHK-Stufen (Abb. 2). In Konzentra- tionen bis zu 32 #g/ml erfaBte Cefoxitin schon 910/0 und Cephalothin erst 33% der Bacteroides-S6imme. Der Un- terschied verst~irkt sich, wenn man nur B. ffagilis beriick- sichtigt. Hier betrug der Wirkungsgrad der beiden Substan- zen in genannter Konzentration 98,2% bzw. 19,60/0. Sutter u. Finegold (8) fanden im Agardilutionstest bei 32 yg Cefoxitin/ml bereits 1000/0ige Hemmung ihrer B. fragilis- Stiimme, wiihrend die Cephalothin-Sensibilitiit etwas schw~icher war als in unseren Versuchen (68% und 100% bei 128 bzw. > 256 ~zg/ml). Bei anderen Autoren war die Differenz zwischen der B.-fragilis-Wirkung yon Cefoxitin einerseits und Cephalothin andererseits weniger deutlich ausgepr~igt (3, 6, 9). Die zwei untersuchten Sphaerophorus-varius-St~imme wa- ren ebenfalls gegen Cefoxitin wesenttich empfindlicher als gegen Cephalothin: Wiihrend die Cefoxit in-MHK der bei- den Stiimme 8 #g/ml betrug, waren bei Cephalothin 256 #g/ml zur Hemmung n&ig. Die anderen drei Sphaeropho- rus-Kulturen (1 S. necrophorus, 2 S. freundii/Fusobacte- rium mortiferum) waren gegen beide Cephalosporine emp- findlich. Zur Zeit ist nicht gekliirt, ob lediglich die relative fl-Lak- tamase-Festigkeit des Cefoxitins seine eindeutig bessere

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H. Werner, R. Firsching, C. Krasemann: Bacteroidaceae-Wirksamkeit yon Cefoxitin und Cephalothin

Bacteroidaceae-Wirksamkeit bedingt. Da die B.-fragilis- fl-Laktamase als Cephalosporinase mit m~il3iger Aktivitgt charakterisiert wird (10), k6nnten die Cephalothin-Cefoxi- tin-Empfindlichkeitsunterschiede der Bacteroidaceae auf eine differente ,,Basistoleranz" zurfickzuftihren sein. Denk- bar ist auch, dab Cefoxitin durch die Substitution einer Oximethyl-Gruppe am Moleldilkern (Abb. 1 sowie [3, 4]) ein deutlich yon den anderen Cephalosporinen verschiede- nes antibakterielles Wirkungsspektrum gewonnen hat. Die gute Bacteroidaceae-Aktivit~it des Cefoxitins wiire dann nur ein Teilaspekt dieses Ph~inomens.

Cefoxitin weist eine ~ihnliche Eiweigbindung auf wie Ce- phalothin (3). Bei gleicher Dosierung und Applikation sind Serumspiegel und Halbwertzeiten der beiden Substanzen sehr ~hnlich, jedoch wird Cefoxitin, wie die hohe Urin- ausscheidung zeigt, nicht metabolisiert (3). Bei experimen- telten Bacteroidaceae-Infektionen ist die Substanz mit Er- folg verabreicht worden (5). Dariiber hinaus dtirfte vor al- lem die hervorragende In-vitro-Wirkung gegen Bacteroi- daceae den Einsatz yon Cefoxitin bei entsprechenden In- fektionen des Menschen rechtfertigen. Bei aerob-anaeroben Mischinfektionen kSnnte sich die beachtliche Enterobacte- riaceae-Aktivitiit des Cefoxitins (1) giinstig auswirken.

Wegen der unterschiedlichen Cefoxitin- und Cephalothin- Sensibilit~it yon Bacteroidaceae-Isotierungen w~ire die MSg- lichkeit einer routinem~iBigen Testung zu begriigen. Daher wurden standardisierte Monodiskagardiffusionsversuche parallel zu den Reihenverdtinnungsversuchen durchgefiihrt. Die statistische Analyse der Beziehung zwischen M H K und Hemmhofdt~chmesser ergab relativ hohe Korrelations- koeffizienten yon r ----- -0 ,741 ftir Cefoxitin und r = --0,703 (ohne Extremwerte) ftir Cephalothin. Die Bewer- tung der Empfindlichkeit von Bacteroidaceae gegeniiber Cefoxitin bzw. Cephalothin an Hand des Agardiffusions- tests erscheint demnach vertretbar. Doch zeigt die Vertei- lung der MHK-Hemmhof-Wertepaare in Form der 950/0 - Toleranzellipsen (Abb. 3 und 4), dab der standardisierte anaerobe Agardiffusionstest mit einer nennenswerten Un- sicherheit belastet ist.

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