우리의 반려동물은 가족처럼 소중한 존재입니다.
그들의 건강을 지키기 위해 필요한 항생제에 대한 이해와 올바른 사용은 무엇보다 중요합니다.
이번 포스팅에서는 항생제의 역사와 그 중요성, 그리고 반려동물에게 필수적인 항생제 투약의 경로와 작용 원리에 대해 알아보도록 하겠습니다.
또한, 주요 항균·항진균제 계열별 특성을 살펴보겠습니다.
1.항생제의 역사와 그 중요성
우리 일상에서 흔히 접하게 되는 ‘항생제’에 대한 이야기를 해보려 합니다.
항생제는 어떻게 발견되었을까요?
그리고 그 발견이 우리 인류에게 어떤 변화를 가져다주었을까요? 함께 알아보겠습니다.
항생제란?
항생제는 미생물이 생성하는 2차 대사산물로, 다른 병원성 미생물의 성장을 억제하거나 죽이는 물질을 말합니다.
‘Anti’는 대항하다는 뜻이며, ‘biotic’은 그리스어로 “bios(생명)”를 의미합니다.
항생제의 발견
1928년, 알렉산더 플레밍은 우연히 항생제 페니실린을 발견하게 됩니다.
그리고 1942년에는 S. A. Waksman이 ‘Antibiotic’이라는 용어를 학술지에 처음으로 기술하게 되었죠.
그러나 항생제는 항균제와 항미생물제와는 조금 다르다는 것을 주의해야 합니다.
항균제는 세균을 죽이는 물질을 포함하며, 대상 미생물에 따라 항진균제, 항바이러스제, 항원충제로 구분됩니다.
항생제의 초기 활용
1910년, P. Ehrlich는 살바르산(Salvarsan)이라는 유기합성화학물질을 개발하여 매독에 걸린 환자에게 처음으로 투여하게 되었습니다.
이후, 1932년에는 프론토실(Prontosil)이라는 항생제가 개발되었고, 이로 인해 산욕열로 인한 사망률이 크게 감소하게 되었습니다.
항생제의 황금기
1940년대에는 페니실린과 스트렙토마이신의 발견으로 항생제의 황금기가 시작되었습니다.
이후 1960년대까지 다양한 항생제가 연구되고 개발되었죠.
브루셀라증, 장티푸스, 아메바성 장염과 같은 주요 감염질환들이 점차 사라지기 시작했습니다.
2.반려동물 항생제 투약의 핵심 투약경로, 작용기전 및 감수성
항생제 투약의 중요성
항생제는 반려동물의 건강을 지키는 데 필수적인 약물입니다.
그러나 올바른 투약 방법과 선택이 중요합니다.
잘못된 투약은 반려동물의 건강을 위협할 수 있으므로, 항생제 투약에 대한 지식은 반려동물 주인에게 필수적입니다.
항생제의 작용기전 및 감수성
항생제의 작용기전을 이해하는 것은 올바른 항생제 선택의 전제 조건입니다.
감염을 일으키는 세균의 종류와 항생제의 작용 방식을 알아야 합니다.
예를 들어, Pasteurella multocida 및 Streptococcus canis와 같은 세균은 페니실린계 항생제로 선택적으로 치료할 수 있습니다.
세포 내 병원성균은 테트라사이클린계 항생제로 관리할 수 있습니다.
감염된 조직으로의 항생제 침투
항생제는 감염된 조직에 효과적으로 침투해야 합니다.
항생제의 투약 방법과 용량은 감염된 조직에 약물이 효과적으로 도달하도록 결정되어야 합니다.
항생제 투약경로
정맥 내 투여: 바로 분포하며, 처음에는 높은 혈중농도를 보이다가 다른 조직으로 빠르게 분포합니다.
근육주사 및 피하주사: 근육과 피하 주사용 항생제는 용액과 현탁액으로 제형됩니다. 근육주사 시에는 한 번에 20ml 이상을 넘기지 않아야 합니다.
3.반려동물 주요 항균.항진균제 계열별 특성
1. 아미노글리코사이드계(Aminoglycosides)
- 화학구조: 아미노글리코사이드계 항생제는 중심부의 육탄당 핵에 두 개 이상의 아미노당이 배당체성 결합으로 연결된 구조를 가집니다. 주요 항생제로는 아미카신(Amikacin), 겐타마이신(Gentamicin), 네오마이신(Neomycin), 토브라마이신(Tobramycin) 등이 있습니다.
- 작용기전: 아미노글리코사이드 계열은 세균의 30S 리보솜 소단위체에 비가역적으로 결합하여 단백질 합성을 억제합니다. mRNA의 해독을 저해하는 특성을 가지며, 농도 의존적으로 살균효과를 나타냅니다. 특히, 네오마이신은 겐타마이신 또는 아미카신과 유사한 항균 스펙트럼을 가지나, Klebsiella, E. coli 및 Pseudomonas 등의 그람음성 세균에 대한 감수성은 상대적으로 낮습니다.
2. 암페니콜계(Amphenicols)
- 화학구조: 암페니콜계 항생제는 방향족 Phenyl기와 3개의 탄소꼬리를 기본구조로 합니다. 대표적인 항생제로는 클로람페니콜(Chloramphenicol)이 있습니다.
- 작용기전: 클로람페니콜은 세균의 50S 리보솜 소단위체에 결합하여 단백질 합성을 억제합니다. 이로 인해 정균 작용을 나타내며, 일부 세균에 대해서는 고농도에서 살균 작용을 보입니다.
3. 베타-락탐/베타-락타마제 억제제(β-lactam/β-lactamase inhibitors)
- 화학구조: 베타-락탐계 항생제는 3개의 탄소원자와 1개의 질소 원자로 구성된 베타-락탐 고리를 기본구조로 합니다.
주요 항생제 합제로는 클라불란산(Clavulanate)과 아목시실린(Amoxicillin+clavulanate), 설박탐(Sulbactam)과 아목시실린(Amoxicillin+sulbactam)이 있습니다. - 작용기전: 클라불란산은 단독 사용 시 약한 항균 활성을 가지나, 아목시실린과 함께 사용되어 항균 활성을 향상시킵니다.
베타-락타마제에 경쟁적이고 비가역적으로 결합하여 항생제 내성을 억제합니다.
설박탐은 클라불란산과 함께 대표적인 베타-락타마제 억제제로, 항생제 내성을 억제하기 위해 다른 항생제와 합제로 사용됩니다.
4. 카바페넴계(Carbapenems)
- 화학구조: 카바페넴계 항생제는 황을 포함하지 않는 베타-락탐 고리와 카바페넴 고리를 기본구조로 합니다.
대표적인 항생제로는 메로페넴(Meropenem)이 있습니다. - 작용기전: 메로페넴은 다른 베타-락탐계 항생제와 마찬가지로 세균의 세포벽 합성을 억제하여 살균성 효과를 나타냅니다.
특히, Listeria monocytones를 제외한 정균성 효과를 보입니다.
또한, β-lactamase와 cephalosporinase에 의한 분해에 대한 저항성이 높습니다.
5. 세팔로스포린계(Cephalosporins)
- 화학구조: 세팔로스포린계 항생제는 베타-락탐 고리와 Dihydrothiazine 고리를 기본구조로 합니다.
주요 항생제로는 세파드록실(Cefadroxil), 세파졸린(Cefazolin), 세팔렉신(Cephalexin), 세포탁심(Cefotaxime), 세포베신(Cefovecin) 및 세픽심(Cefixime)이 있습니다. - 작용기전: 세포벽 합성을 억제하여 살균 작용을 합니다.
그람음성균보다 그람양성균에 대해 일반적으로 우수한 항균력을 가지고 있습니다.
β-lactamase에 비교적 내성이 있는 것으로 알려져 있습니다. - 약동학 및 부작용: 세포베신은 최대 항균 활성이 투여 후 약 2일 후에 나타나며, 투여 후 14일까지 지속되는 것으로 보고되었습니다.약동학 및 부작용:세팔렉신은 약물 과민증을 포함한 일반적인 세팔로스포린계 항생제의 부작용과 함께 개에서는 타액 분비, 빈호흡 및 흥분, 고양이에서는 구토 및 발열 등을 유발하는 것으로 보고되었습니다.세파졸린은 고용량으로 인한 발작 유발률이 여타 세팔로스포린계 항생제보다 높은 것으로 알려져 있습니다.세포베신은 개의 경우 혼수, 식욕 감소, 구토, 설사 및 혈변 등이 유발될 수 있으며, 고양이의 경우 구토, 설사, 식욕 감소, 혼수, 이상한 과잉 행동 및 부적절한 배뇨를 보일 수 있습니다.
6. 플루오로퀴놀론계(Fluoroquinolones)
- 화학구조: 주요 항생제로는 시프로플록사신(Ciprofloxacin), 엔로플록사신(Enrofloxacin), 레보플록사신(Levofloxacin), 마보플록사신(Marbofloxacin), 목시플록사신(Moxifloxacin), 오플록사신(Ofloxacin) 등이 있습니다.
플루오로퀴놀론계 항생제는 Nalidixic Acid의 Naphthyridine핵에 Fluorine과 Piperazine 또는 Pyrrolidine 고리가 부착된 형태를 기본구조로 합니다. - 작용기전: 살균성 항균제로 농도 의존적 활성을 보이며, 20~30분 이내에 세균세포가 사멸됨.
그람음성 및 양성 세균 모두에 대해 우수한 Post Antibiotic Effect(PAE)를 보임.
세균 DNA-gyrase 억제를 통해 DNA 합성을 방지. - 치료이용
- 시프로플록사신: Gram-negative Bacilli와 Cocci 등에 유효하며, Brucella spp., Chlamydia trachomatis, Staphylococci, Mycoplasma 및 Mycobacterium spp. 등에도 효과적.
- 엔로플록사신: 여러 균체에 항균 효능을 보이나 혐기성 균주에는 효과가 작음.
- 레보플록사신: 그람양성 호기성 세균, 그람음성 호기성 세균, 혐기성 세균, Chlamydia, Mycoplasma 및 Mycobacterium spp. 등에 항균 활성 스펙트럼을 보유.
- 마보플록사신: Pseudomonas aeruginosa, Klebsiella spp., E. coli, Enterobacter 등 많은 그람음성 간균과 구균에 효과적.
7. 퓨시드산(Fusidic acid)
- 화학구조: 퓨시드산은 곰팡이인 Fusidium coccineum 유래 항생제로, Tetracylclic Triterpenoid 기본구조에 Acetyl 그룹이 추가된 형태를 갖습니다.
- 작용기전: 퓨시드산은 리보솜에서 Elongation Factor G (EF-G)의 전환을 방지하여, 세균성 단백질 합성을 억제하는 정균성 항생제입니다.
- 치료이용: 퓨시드산은 국소적으로 사용 가능한 제형으로, Staphylococcus spp., Streptococcus spp.를 포함한 그람양성 세균과 Corynebacterium species와 같은 그람음성 세균에 효과적입니다. 또한, 메티실린 내성 Staphylococcus aureus (MRSA)에도 항균 효능이 있는 것으로 알려져 있습니다.
8. 글리코펩타이드계(Glycopeptides)
- 화학구조: 주요 항생제 반코마이신(Vancomycin)글리코펩타이드계 항생제는 Peptide 기본구조에 여러 개의 Glycan이 결합한 형태를 기본구조로 합니다. 반려동물에서 주로 사용되는 항생제로는 반코마이신이 있습니다.
- 작용기전: 반코마이신은 세포벽 합성과 세균 세포막 투과성을 억제하며, 세균 RNA 합성에도 영향을 미칩니다. 그람양성 세균에 효과적이며, 일반적으로 살균성 항생제로 분류되지만, Enterococci에 대해서는 정균 작용을 합니다.
- 치료이용: 반코마이신은 메티실린 내성 Staphylococcus aureus (MRSA) 감염 치료에 주로 사용됩니다. 이외에도 다제내성 Enterococcus spp., Clostridia difficile에 의한 위막성 대장염의 경구 치료에도 유용하게 사용됩니다. 또한, Clostridium difficile, Listeria monocytogenes, Corynebacterium 및 Actinomyces와 같은 균주에도 효과적입니다.
9.이미다졸계(Imidazoles)
- 화학구조: 주요 항생제 메트로니다졸(Metronidazole)이미다졸계 항생제는 탄소 외에 두 개의 질소를 포함하는 방향족 헤테로 고리를 기본구조로 합니다. 반려동물에서 주로 사용되는 항생제로는 메트로니다졸이 있습니다.
- 작용기전: 메트로니다졸의 정확한 작용기전은 완벽히 밝혀지지 않았지만, 살균성 항생제로 혐기성 유기체에 의해 흡수되어 미생물 세포의 DNA를 파괴하는 질소 라디칼을 형성하여 핵산 합성을 억제한다고 알려져 있습니다.
- 치료이용: 메트로니다졸은 개와 고양이에서 Giardia 치료에 광범위하게 사용됩니다. 또한, Trichomonas, Balantidium coli와 같은 기생충 치료와 장 및 전신 혐기성 감염 치료에도 사용됩니다. 메트로니다졸은 Bacteroides spp., Fusobacterium, Veillonella, Clostridium spp., Peptococcus 및 Peptostreptococcus를 포함한 대부분의 절대 혐기성 세균에 활성을 가지며, Trichomonas 및 Amoeba에도 살균 작용을 합니다.
10. 린코사마이드계(Lincosamides)
- 화학구조: 주요 항생제 클린다마이신(Clindamycin) 린코사마이드계 항생제는 Pyrrolidine 고리와 Pyranose 그룹이 아마이드 결합을 통해 연결된 형태를 기본구조로 합니다. 반려동물에서 주로 사용되는 항생제로는 클린다마이신이 있습니다.
- 작용기전: 클린다마이신은 세균의 50S 리보솜 소단위체에 결합하여 펩티드 결합 형성을 억제합니다. 정균 또는 살균 작용을 하며, 혐기성 세균, 그람양성 호기성 구균 및 톡소플라즈마 등의 광범위한 항균 스펙트럼을 갖고 있습니다.
- 치료이용: 클린다마이신은 대부분의 병원성 혐기성 유기체에 대한 우수한 활성을 보입니다. 개에서는 창상 처리 시와 Staphylococcus aureus로 인한 농양 및 골수염 시에 적용할 수 있습니다. 또한, 톡소플라즈마증을 포함한 다양한 원충 감염 처치에도 사용됩니다.
11. 마크로라이드계(Macrolides)
- 화학구조: 주요 항생제 아지트로마이신(Azithromycin), 클래리트로마이신(Clarithromycin), 스피라마이신(Spiramycin), 타이로신(Tylosin) 마크로라이드계 항생제는 Macrocyclic Lactone에 당이 하나 이상 결합한 형태를 기본구조로 합니다. 이러한 구조의 차이와 측면의 작용기에 따라 항균력 및 약동학적 성질이 달라집니다.
- 작용기전: 마크로라이드계 항생제는 세균의 세포벽 및 50S 리보솜 소단위체에 결합하여 단백질 합성을 억제합니다. 감수성이 높은 세균에 고농도로 적용 시 살균 효능을 보입니다.
- 치료이용
- 아지트로마이신: 광범위한 스펙트럼을 가지며, 그람양성균(Streptococcus pneumoniae, Staphylococcus aureus)부터 그람음성균(Haemophilus influenzae, Bordetella spp., Mycoplasma pneumoniae) 및 Borrelia burgdorferi, Toxoplasma spp.에 항균 활성을 보입니다.
- 클래리트로마이신: 반려동물에서의 비정형 Mycobacteria 감염 또는 Helicobacter spp. 감염 치료에 사용됩니다.
- 스피라마이신: 조직에 널리 분포하며, 조직 내 농도는 혈장과 거의 동일하거나 더 높을 때도 있습니다. 특히 폐에 집중되는 경향이 있습니다.
- 타이로신: 장에서 잘 흡수되며, SC 또는 IM 투여 시에는 빠르게 흡수됩니다. 뇌척수액으로의 침투를 제외하고 전신 흡수 후 체내에 잘 분포됩니다.
12. 무피로신(Mupirocin)
- 화학구조: 무피로신은 짧은 지방산 사슬인 9-Dydroxynonanoic Acid와 에폭시 구조를 포함하는 Monic Acid가 에스터 결합을 통해 결합한 형태의 항생제입니다.
- 작용기전: 무피로신은 세균에서 Isoleucine tRNA 합성효소를 억제하여 Isoleucyl-tRNA의 고갈을 유발합니다. 이로 인해 세균의 단백합성이 억제되어 항균 효과를 나타냅니다.
- 치료이용: 무피로신은 농가진이나 모낭염과 같은 표재성 피부 감염처치를 위해 크림이나 연고 형태로 국소적으로 적용할 수 있습니다. 특히, 메티실린 내성 Staphylococcus aureus(MRSA)에 대한 효과가 알려져 있습니다.
13. 니트로푸란토인(Nitrofurantoin)
- 화학구조: 무피로신은 짧은 지방산 사슬인 9-Dydroxynonanoic Acid와 에폭시 구조를 포함하는 Monic Acid가 에스터 결합하여 형성된 항생제입니다.
- 작용기전: 무피로신은 세균 내에서 Isoleucine tRNA 합성효소를 억제하여 Isoleucyl-tRNA의 고갈을 유발하며, 이로 인해 세균의 단백합성이 억제되어 항균 효과를 나타냅니다.
- 치료이용: 무피로신은 농가진이나 모낭염과 같은 표재성 피부 감염에 크림이나 연고 형태로 국소적으로 적용됩니다. 특히, 메티실린 내성 Staphylococcus aureus(MRSA)에 대한 효과가 알려져 있습니다.
14. 페니실린계(Penicillins)
- 화학구조: 페니실린계 항생제는 β-lactam 고리와 Thiazolidine 고리를 기본구조로 합니다. 측면 부위에 부착되는 작용기의 구조에 따라 항균력 및 약동학적 성질이 달라집니다. 주요 분류로는 아목시실린(Amoxicillin) 및 암피실린(Ampicillin)이 있습니다.
- 작용기전: 페니실린계는 세포벽 합성을 억제하는 시간 의존적인 항생제로서, 살균 효능을 보입니다. β-lactamase를 생성하는 세균에는 효과가 없다고 알려져 있습니다. 아목시실린과 암피실린은 대체로 동일한 항균 스펙트럼을 가지며, 아목시실린은 경구로 더 잘 흡수되어 암피실린보다 더 높은 혈청 농도를 보일 수 있습니다.
- 치료이용: 아목시실린(Amoxicillin)은 그람양성 및 음성을 포함한 광범위한 스펙트럼을 가지고 있습니다. E. coli, Klebsiella, Haemophilus 등 많은 그람음성 호기성 균주에 대해 높은 활성을 보입니다. Clostridium을 포함한 많은 혐기성 세균에도 효과적입니다. 감수성이 없는 유기체로는 Pseudomonas aeruginosa, Serratia, 인돌 양성 Proteus, Enterobacter, Citrobacter 및 Acinetobacter 등이 있습니다. 또한 Rickettsia, Mycobacteria, Mycoplasma, 진균 및 바이러스에 대한 효과는 적다고 알려져 있습니다.
15. 폴리믹신계(Polymyxins)
- 화학구조: 폴리믹신계 항생제는 지방산 꼬리를 곁사슬로 갖는 Tripeptide와 고리형 Heptapeptide로 구성된 양전하성 Peptide를 기본구조로 합니다.
- 작용기전: 폴리믹신은 세균 세포외막의 음전하 부위에 결합하여 막전하를 교란, 투과도를 변화시켜 항균효과를 나타냅니다. 주로 그람음성균에 대한 살균성 항생제로 분류됩니다.
- 치료이용: 폴리믹신은 반려동물의 피부, 눈 및 귀의 그람음성 세균 감염증 치료에 국소적으로 사용될 수 있습니다. 바시트라신(Bacitracin)과 병용하면 광범위한 항균 스펙트럼을 보입니다.
16. 설포닐아미드계(Sulfonamides)
- 화학구조: 설포닐아미드계 항생제는 두 개의 산소와 각각 이중결합을 갖는 중심 황원자에 질소가 결합한 형태를 기본구조로 합니다. 주요 분류로는 설파디메톡신, 설파메타진 및 설파메톡사졸 등이 있습니다.
- 작용기전: 설포닐아미드는 Para-Aminobenzoic Acid(PABA)가 Dihydrofolic Acid(DFA)로 전환되는 것을 차단합니다. 단독으로 사용 시 정균제이며, Trimethoprim과 합제 시에는 살균성 항생제로 간주됩니다.
- 치료이용: 설포닐아미드와 트리메토프림의 in vitro 최적 합제 비율은 1:20[트리메토프림:설파(Sulfa)]로 알려져 있습니다. 강화된 설포닐아미드는 활동 범위가 상당히 넓으며, Streptococci, Staphylococcus 및 Nocardia 등의 그람양성 세균에 감수성이 높습니다. 대부분의 혐기성 세균에 대해서는 효과가 없습니다.
17. 트리메토프림(Trimethoprim)
- 화학구조: 트리메토프림은 Pyrimidine과 Trimethoxybenzene이 Methylene 결합으로 연결된 형태를 기본구조로 갖는 항생제입니다. 이 구조는 두 개의 아민기를 포함하는 방향족 헤테로 고리로 구성되어 있습니다.
- 작용기전: 트리메토프림은 Dihydrofolate Reductase에 결합하여, Dihydrofolic Acid (DHF)가 티미딘(Thymidine) 합성 경로의 필수 전구체인 Tetrahydrofolic Acid (THF)로 환원되는 것을 억제합니다. 이로 인해 세균의 DNA 합성이 억제됩니다.
- 치료이용: 트리메토프림은 E. coli, Proteus mirabilis, Klebsiella pneumoniae, Enterobacter spp., Coagulase-negative Staphylococcus spp., Streptococcus pneumoniae 및 Haemophilus influenzae 등에 대한 항균효능을 보입니다. 또한, 설파메톡사졸과의 상승작용을 기대하여 합제로 적용됩니다.
18. 테트라사이클린계(Tetracyclines)
- 화학구조: 테트라사이클린계 항생제는 Tetracyclic 중심의 고리구조를 기본으로 하며, 여러 개의 선형 구조가 결합되어 있습니다. 이 구조는 독시사이클린(Doxycycline), 미노사이클린(Minocycline), 옥시테트라사이클린(Oxytetracycline) 등으로 분류됩니다.
- 작용기전: 테트라사이클린계는 정균성 항생제로, 30S 리보솜 소단위체에 가역적으로 결합하여 Aminoacyl-tRNA의 리보솜 결합을 방지하고, 단백질 합성을 억제합니다. 고농도에서는 포유류 세포의 단백질 합성도 억제할 수 있습니다.
- 치료이용
- 독시사이클린(Doxycycline): 긴 반감기와 높은 CNS 침투력을 가지며, Mycoplasma, Spirochetes(라임병 포함), Chlamydia, Rickettsia 등에 항균활성을 보입니다.
- 미노사이클린(Minocycline): Brucellosis, 라임병 등의 치료에 유용하며, 항균 스펙트럼은 다른 테트라사이클린계와 동일합니다.
- 옥시테트라사이클린(Oxytetracycline): Mycoplasma, Rickettsia, Spirochetes, Chlamydia 등에 유용하며, 그람양성균에도 활성을 보입니다. 또한, 뇨 중 고농도로 유지되어 개의 요로감염증 치료에 사용됩니다.
항생제는 반려동물의 건강을 지키는 데에 불가결한 도구입니다.
올바른 사용을 위해 항생제의 역사와 작용 원리, 그리고 주요 계열별 특성을 이해하는 것이 중요합니다.
이러한 지식을 바탕으로, 우리의 소중한 반려동물들이 건강하고 행복한 삶을 살도록 도와주는 것이 우리의 역할입니다.
이 내용은 “수의사를 위한 항생제 길잡이 – 반려동물”에서 참고되었습니다.
