Wirkungsort / Wirkungsmechanismus

Polymyxin B (PMB), welches den gleichen Wirkmechanismus wie Colistin aufweist (Falagas 2005a), kann das Wachstum sowie die Atmung der gramnegativen Bakterien sowie Spheroplasten ohne in die Zelle einzudringen hemmen (Storm 1977a). PMB interagiert mit verschiedenen anionischen Zellkomponenten, wie Lipopolysacchariden (LPS) (Bader 1973a; Rifkind 1967b), Phospholipiden (PL) (Chen 1972a), DNA (Schindler 1975a) und Ribosomen (Schindler 1975a) von gramnegativen Bakterien. Die bakterizide Wirkung des PMB resultiert aus einer Spaltung der Zytoplasmamembran gramnegativer Organismen, mit anschliessendem Ausströmen von Zellinhalt (Plempel 1969a; Teuber 1974a), wie z.B. periplasmatische Proteine (Cerny 1971a) und essentielle Metaboliten (McEvoy 1992a), mit anschliessendem Zelltod (Newton 1956a; Storm 1977a; Hancock 1984a; Wahn 1968a). Um den Wirkungsort auf der Zytoplasmamembran zu erreichen, muss das Polymyxin-Molekül zuerst mit der äusseren Membran interagieren und diese passieren (Shand 1988a). Die LPS sind eine der ersten Zellkomponenten, welche das Antibiotikum auf seinem Weg zur endgültigen Wirkungsstelle (die Zytoplasmamembran) begegnet (Bader 1973a). Der Wirkstoff schädigt die Plasmamembran in ähnlicher Weise wie ein kationisches Detergens (Segal-Maurer 1999a; McEvoy 1992a; Lee 1978a). Seine positiv geladenen primären Amine sowie die N-endständige-6-Methyloctansäure interagieren mit den Säuregruppen und den hydrophoben Fettsäuren der Lipid A 2-Keto-3-deoxy-octonat-Region des LPS-Makromoleküls (Morrison 1976a), um einen hoch stabilen Molekularkomplex zu bilden (Moore 1984b). Die Bindung der Polymyxine an die sauren Lipidkomponenten konnte in-vitro demonstriert werden (Vaara 1979a). Mengenmässig sind die wichtigsten sauren Membranlipidkomponenten die LPS, das Phosphatidylglyzerol sowie das Cardiolipin. Es wird angenommen, dass diese in-vivo die Hauptrezeptoren der Zelle für Polymyxin darstellen (Teuber 1976a). Weitere saure Bindungen sind Phosphatidsäure sowie Phosphatidylinositol (Teuber 1976a). PMB bindet nicht an das zwitterionische Phosphatidylcholin (El Mashak 1980a).
 
Die Zellmembran empfindlicher Bakterien bindet mehr Antibiotikum als diejenige von PMB-resistenten Bakterien. Die Empfindlichkeit scheint mit dem Phospholipidgehalt des Zellmembrankomplexes in Zusammenhang zu stehen (Ziv 1981c).
 
Die Entfernung der aminoterminalen Fettsäure oder die Spaltung des zyklischen Peptidteiles führt zu Derivaten mit tiefer bzw. fehlender antibiotischen Wirkung (Nakajima 1967a; Storm 1977a; Tsubery 2002a). Die Erweiterung des zyklischen Peptidringes durch eine Aminosäure reduziert die biologische Aktivität des PMB (Surajit 1997a).
 
Polymyxin-induzierte Membranzerstörung wurde experimentell in einem Modell mit Mitochondrien von Hefen und Chloroplasten von Spinat beschrieben (Teuber 1976a).
 

Chemische Bindungen zwischen Polymyxin B und Lipopolysaccharide

Es wird angenommen, dass die Affinität von PMB für LPS-Teile durch anziehende ionische Interaktionen zwischen dem kationischen Diaminobuttersäurerest des PMB und der Mono- oder Diphosphatgruppe des Lipid A-Kernteiles zustande kommt. Höchstwahrscheinlich wird dieses molekulare Phänomen durch hydrophobe Interaktionen zwischen den endständigen Methyloctanoyl- oder Methylheptanoylgruppen des Antibiotikums sowie den gesättigten Kohlenstoffketten der Lipid A-Kern-Subfraktion der LPS-Teile ermöglicht (Coyne 1993a).
 
Es wurde gezeigt, dass die Komplexbildung in Salmonella typhimurium nicht auf kovalente Bindungen beruht, sondern auf elektrostatische sowie möglicherweise hydrophobe Interaktionen (Bader 1973a).
 

Einfluss von divalenten Kationen

Kationenkonzentrationen können die Aktivität von Polymyxinen beeinflussen. In einer Studie wurde gezeigt, dass eine Erhöhung der Ca²⁺-Konzentration von 25 auf 75 µg/ml zu einer leicht höheren PMB-MIC gegen Stämmen von Ps. aeruginosa sowie Acinetobacter spp. führt (Landman 2008a). Ebenso setzt eine Erniedrigung der Mg²⁺-Konzentration in-vitro den bakteriziden Effekt von PMB gegen Ps. aeruginosa herab (Nicas 1983a).
 
Die Inaktivierung des PMB geschieht durch Hemmung der Fixierung an die Zytoplasmamembran durch zweiwertige Kationen (Mangan, Kalzium, Magnesium sowie Eisen). Zudem wird die Wirkung von PMB durch ungesättigte Fettsäuren im Darm sowie durch Bindung an Gewebebestandteile, v.a. Polyphosphate, reduziert (Plempel 1969a).
 
Divalente Kationen spielen eine wichtige Rolle bei der Vernetzung der LPS (Shand 1988a) und stabilisieren normalerweise die LPS-Moleküle der äusseren bakteriellen Membran (Leive 1974a; Schindler 1979a). Es wurde angenommen, dass der Wirkstoff durch die Bindung an die Säuregruppen des Lipid A die divalenten metallischen Kationen (Schindler 1979a) Kalzium und Magnesium verdrängt (Dixon 1986a). Die äussere Membran erfährt somit Veränderungen der Barrierenfunktion, wird zerstört (Walterspiel 1986a; Storm 1977a; Schindler 1975a) und LPS wird in die Umgebung freigesetzt (Peterson 1985a). Weiter wurde gezeigt, dass das Vorhandensein von 5 mM MgCl₂ die MIC von PMB um das 4-fache erhöhen kann (Nicas 1980a).
 

Bläschenbildung

Bei der Behandlung der Zellen mit dem Antibiotikum treten Bläschen (Lopes 1969a; Koike 1969a; Lounatmaa 1976a) an der Zelloberfläche auf und anschliessend kommt es zu einer Zerstörung der Zellhülle, wenn empfindliche Zellen letalen Dosen des Antibiotikums ausgesetzt werden. Dies wurde bei verschiedenen gramnegativen Bakterien wie z.B. Serratia marcescens beobachtet (Weber 1979a). Es wird angenommen, dass diese Bläschen durch eine Anhäufung und/oder Komplexbildung des Antibiotikums mit Komponenten der äusseren Membran wie Phospholipide (Schindler 1975a) und LPS entstehen (Schindler 1975a; Tsang 1976a).
 
In einer elektronenmikroskopischen Studie wurde der Wirkmechanismus von PMB untersucht. Ps. aeruginosa-Stamm P29 wurde mit 25 µg PMB-Sulfat/ml während 30 Minuten behandelt. An der Zellwand erschienen zahlreiche Protrusionen (12 bis 14 nm), die Zytoplasmamembran wurde beschädigt und ein Teil des Zytoplasmamaterials wurde in faseriger Form durch die Spalten freigesetzt. E. coli-Zellen wurden gleicherweise behandelt. Im Vergleich zu Ps. aeruginosa erschienen die Vorsprünge als Bläschen aus den äusseren Schichten der Zellwand. Obschon solche Bläschen gelegentlich auch bei unbehandelten Bakterien gesehen werden, ist ihr Vorkommen in einer solch hohen Anzahl scheinbar auf die Wirkung des PMB-Sulfats zurückzuführen. Die Anzahl Vorsprünge nimmt mit der Abnahme der Wirkstoffkonzentration ab. Es wurde gezeigt, dass PMB nicht nur auf die Zellwand, sondern auch auf die Zytoplasmamembran wirkt. Nach der Behandlung von E. coli mit 25 µg PMB-Sulfat/ml traten direkt Bläschen möglicherweise auf der äusseren Schicht auf, aber keine Veränderungen waren im Zytoplasma sichtbar. 30 Minuten nach der Aussetzung hatte der Protoplast seinen Inhalt verloren und die Zytoplasmamembran war desorganisiert. Diese Versuche haben gezeigt, dass PMB-induzierte Vorsprünge aus der äussersten der 3 vorhandenen Schichten ausgehen und teilweise die Zytoplasmamembran desorganisieren. Die gleichen Autoren haben bestätigt, dass die Rezeptorstellen für T3, T4 und T7 Phage auf E. coli, nach der Behandlung mit Polymyxin spezifisch zerstört wurden, wobei die Rezeptorstellen für T2 und T6 nicht betroffen waren (Koike 1969a).
 
In einer Studie wurden E. coli-Kulturen in der exponentiellen Wachstumsphase unterschiedlichen Konzentrationen von PMB exponiert und mit verschiedenen Methoden untersucht. Die Wirkung des Antibiotikums setzte direkt nach Zugabe des Wirkstoffes ein und erreichte die grösste Intensität nach ungefähr 10 bis 15 Minuten. Der Einfluss von PMB auf das Grundgerüst von E. coli-Zellen konnte in 2 Phasen unterteilt werden. Polymyxin-Konzentrationen bis zu 10 µg/ml verursachten Ausstülpungen an der Zelloberfläche; ihre Anzahl stieg mit Erhöhung der Antibiotikakonzentration. Es wurden nur wenige intrazelluläre Veränderungen beobachtet. Polymyxin-Dosen über 10 µg/ml führten, neben den Ausstülpungen, zu einem schnellen Fortschreiten der Zellautolyse. Letztere äusserte sich zunächst durch eine Aufhellung des Kerngebietes, gefolgt von der Zerstörung des ganzen Zytoplasmas. Vermutlich stimmt der Moment der Bildung der ersten Ausstülpungen mit dem Zelltod überein. Die Wirkung des PMB auf wachsende Zellen ist im wesentlichen die gleiche wie auf ruhende Zellen (Wahn 1968a).
 
Die Bildung von Bläschen durch PMB war nicht auf Bakterien beschränkt. Der Wirkstoff verursachte diese auch an der Oberfläche von peritonealen Mastzellen bei Ratten. Diese Protrusionen traten innerhalb von Sekunden nach der Aussetzung mit PMB auf (Chi 1976a). Weiter wurden Bläschen auch auf der Oberfläche von Chlamydia psittaci, welche mit PMB behandelt wurden, beobachtet (Matsumoto 1973a).
 

Polymyxin B-Nonapeptid

Das PMB-Nonapeptid (PMBN) ist ein PMB, dem der Fettsäureschwanz und die terminale Aminosäure fehlen. Wenn in diesem PMBN D-Phenylalanin durch L-Phenylalanin ersetzt wurde, erhöhte sich die Dissoziationskonstante (d.h. Abnahme der Bindungsaffinität) gegenüber den bakteriellen Lipopolysacchariden um das 3-fache. Die Autoren schlossen daraus, dass die Konfiguration des Phenylalanins wichtig ist für die Membranassoziierung (Tsubery 2000a). Neuere Studien in denen PMBN angewendet wurde, deuten darauf, dass zusätzlich zur elektrostatischen Bindungsaktivität des PMBN eine wichtige Interaktion der hydrophoben Aminosäuren (D-Phenylalanin-Leucin) des PMBN mit der hydrophoben Lipidumgebung der Bakterienmembran vorhanden ist (Tsubery 2002a). Eine weitere Studie hat gezeigt, dass PMB die Bindung von PMBN effizient hemmt, indem beide um die gleiche Bindungsstelle konkurrieren, aber PMB eine höhere Affinität zu letzteren aufweist als PMBN (Vaara 1985a).
 

Wirkspektrum

Polymyxin B (PMB) weist das gleiche Wirkspektrum wie Colistin auf und gehört zu den potentesten Hemmern der gramnegativen Bakterien (al-Khayyat 1973a). Dazu gehören: Pseudomonas aeruginosa (Leach 1990a; Ziv 1982c; Hariharan 1995a; Alexander 1985a; Newton 1956a; Jacobson 1972a; Kiss 1994a; Moore 2001b), Escherichia coli, Enterobacter spp. (Segal-Maurer 1999a), Shigella spp., Salmonella spp. (Cieslicki 1991a), Klebsiella spp. (Allen 2005a), Vibrio spp., Pasteurella spp., Haemophilus spp., Bordetella spp. (Hoeprich 1970a) sowie Aerobacter (Demuth 2008a; Plempel 1969a). Es wird vermutet, dass PMB eine bessere Wirkung gegen gramnegative als gegen grampositive Bakterien hat, weil die Membranen der ersteren mehr Phospholipide besitzen (Nord 1964a). Die Wirkung von PMB gegen grampositive Bakterien (Hoeprich 1970a; Stahlmann 2005a), Mykobakterien sowie Neisserien (Plempel 1969a) und Pilze (McEvoy 1992a) ist klinisch nicht von Bedeutung.
 
Folgende Mikroorganismen sind in-vitro empfindlich auf 5 µg/ml oder weniger: Aerobacter aerogenes, E. coli, Salmonella spp., Shigella spp., Hemophilus spp., Pasteurella spp., Ps. aeruginosa, Brucella spp., Vibrio spp. sowie Paracolon Bakterien (Ziv 1981c).
 
In einer Studie waren in-vitro die Hälfte der Prototheca zopfii-Isolate aus Milchkühen mit Mastitiden PMB-empfindlich (McDonald 1984a).
 
Pseudomonas cepacia (Moore 1986b), Proteus spp. sowie Providencia spp. sind resistent, wie auch die meisten Serratia spp., Brucella spp. und Neisseria spp. (Hoeprich 1970a).
 

MIC

Empfindlichkeit gewisser Bakterien gegen Polymyxin B (PMB) in mg/l (DeCrescenzo Henriksen 2007a):

Enterococcus	> 128
Escherichia coli	2
Pseudomonas aeruginosa	4
Salmonella typhimurium	4
Shigella flexneri	4
Staph. aureus	32
Strep. pyogenes	32

 

MIC₉₀ verschiedener Bakterien (Dowling 2006b):

Keim	MIC90 [µg/ml]
Acinetobacter spp.	0,5
Bordetella bronchiseptica	0,5
Brucella canis	100
Campylobacter jejuni	32
E. coli	1
Histophilus somni	2
Klebsiella pneumoniae	1
Pasteurella multocida	4
Proteus spp.	128
Ps. aeruginosa	8
Salmonella spp.	128
Serratia spp.	20
Taylorella equigenitalis	2

 

MIC verschiedener Keime:

Keim	MIC [µg/ml]	Referenz
Acinetobacter calcoaceticus var anitratus	5	(Leach 1990a)
E. coli	1,43	(Sogaard 1982a)
E. coli	5	(Leach 1990a)
E. coli	0,1 - 3	(Kroker 2002a)
Haemophilus influenzae	0,1 - 2	(Kroker 2002a)
Klebsiella pneumoniae	0,2 - 3	(Kroker 2002a)
Ps. aeruginosa	0,04	(Davis 1971b)
Ps. aeruginosa	0,1 - 3	(Kroker 2002a)
Pasteurella spp.	0,1 - 1	(Kroker 2002a)
Salmonella spp.	0,2 - 2	(Kroker 2002a)
Shigella spp.	0,1 - 3	(Kroker 2002a)

 

MIC empfindlicher Bakterien gegen PMB-Sulfat in µg/ml (Barnett 1964a):

E. coli (Bouillion)	0,24
E. coli (Agar)	0,21
Ps. aeruginosa (Bouillion)	0,52
Ps. aeruginosa (Agar)	0,38

 

Minimale effektive Konzentration in-vitro in µg/ml (Brownlee 1948a):

E. coli	0,08
Ery. rhusiopathiae	> 80 [sic!]
H. bronchisepticus	0,08
H. influenzae	0,02
H. pertussis	0,04
S. typhi	0,08
S. typhimurium	0,60
Staph. aureus	> 50 [sic!]

 
Mikroorganismen mit einem MIC unter 10 µg/ml werden im Allgemeinen als empfindlich betrachtet (Everett 1980a). Hefen weisen MIC-Werte zwischen 2,5 - 640 µg/ml auf und der obere MIC-Wert wird bei hoher Dosierung übertroffen (Demuth 2008a). In der Praxis ist aber die antimykotische Wirkung von untergeordneter Bedeutung.
 
PMB-Nonapeptid (PMBN) ist ein weniger wirksames Antibiotikum als PMB. In einer Studie war die MIC von PMBN für die getesteten gramnegativen Bakterien 32 - 64-mal höher und für grampositive Bakterien 2 - 8-mal höher (Duwe 1986a).
 

Resistenzen

Resistenzen gegen Polymyxine treten selten auf; es können aber gelegentlich resistente Stämme unter den empfindlichen Spezies auftreten (Jawetz 1961a). Eine Polymyxin-Resistenzsteigerung spielt während einer klinischen Therapie kaum eine Rolle und trat bisher nur in wenigen Fällen auf (Plempel 1969a).
 
Polymyxin B (PMB) weist den gleichen Resistenzmechanismus wie Colistin auf (Falagas 2005a).
 
Verschiedene Strategien wurden von gramnegativen Bakterien zur Resistenz gegen antimikrobielle Peptide entwickelt:
 

-	Spaltung der antimikrobiellen Peptide
-	Efflux Systeme
-	Veränderungen der Bakterienoberfläche

 

Spaltung der antimikrobiellen Peptide

Gewisse Bakterien wie Porphyromonas gingivalis produzieren Verdauungsproteasen, welche die Peptide verdauen können (Zasloff 2002a).
 

Efflux Systeme

Ein solches System wurde im Jahr 2000 zum ersten Mal bei Yersinia spp. beschrieben. Es besteht aus 2 verschiedenen Pumpen: die erste sitzt vermutlich in der zytoplasmatischen Membran (RosA) und befördert PMB in den periplasmatischen Raum hinaus, während die zweite (RosB) ein Kalium-Protonenaustausch-System darstellt. Letztere Pumpe bewirkt eine Ansäuerung des Zytoplasmas, welche entweder zur direkten Resistenz gegen PMB beiträgt oder regulatorische Signale auslöst. Das RosA/RosB-System ist temperaturabhängig und wird bei 37°C aktiviert (Bengoechea 2000a).
 
Verantwortlich für die intrinsische Multiresistenz von Ps. aeruginosa sind u.a. eine Reihe von Chromosomen-induzierten Multidrug-Efflux-Systeme (Li 2000a; Germ 1999a; Poole 2001a).
 

Veränderungen der Bakterienoberfläche

Bei natürlich resistenten Spezies wie Morganella und Serratia wird die Resistenz durch eine mangelhafte Dichte von sauren Lipiden verursacht (Zasloff 2002a). Proteusspezies gelten als natürlich resistent (Vaara 1992a).
 
Bakterielle Erreger müssen häufig ihre Genexpression an die Umgebung anpassen. Solche Anpassungen werden z.B. durch 2-Komponenten-Regulationssysteme gesteuert. Diese bestehen vielfach aus einem Sensor (meistens in der Bakterienwand integriert) sowie einem Regulator. Ein solches System ist PhoP (Regulator)/PhoQ (Sensor) und PmrA/PmrB (Soncini 1996a; Gunn 1996a; Gunn 1998a). Dieses reagiert auf tiefe Mg²⁺-Konzentrationen oder leichte Ansäuerung des Milieus und induziert Gene, welche dem Erreger die Resistenz gegen Polymyxine verleihen (Soncini 1996a). Die Mutanten weisen eine einzelne Aminosäure-Substitution im N-Terminus des PmrA-Proteins auf (Roland 1993a). Die Mutation PmrA505 führt zum Beispiel zu einer 1'000-fachen Erhöhung der Resistenz gegen PMB (Roland 1993a). Bei einem PhoP-Salmonella-Mutant in einem mit Fe²⁺ (100µM) angereichten Milieu wurde sogar eine 16'000-fach erhöhte Resistenz gegen PMB nachgewiesen. Somit wurde gezeigt, dass ein Resistenz-Phänotyp gegenüber Polymyxin über die Eisen-Konzentration reguliert werden kann (Wosten 2000a). In Salmonella enteritica Serovar Typhimurium ist die PMB-Resistenz primär durch das PmrA/PmrB-System reguliert (Vaara 1981a; Roland 1993a). Ein PMB-resistenter Stamm mit konstitutiver PmrA-Expression zeigte erhöhte Anteile an Aminoarabinose und Phosphoethanolamin im Lipid A-Teil des LPS (Helander 1994a). Deshalb wurde vermutet, dass diese PmrA-regulierte Modifikation für die PMB-Resistenz verantwortlich ist. Als Effektor des PmrA/PmrB-Systems wurde PmrC identifiziert. Das von PmrC-kodierte Protein ist eine auf der Innenmembran lokalisierte Phosphoethanolamin-Transferase mit dem C-Terminus im periplasmatischen Raum. Es modifiziert den Lipid A-Anteil und verleiht eine Resistenz gegen PMB (Lee 2004a). Im Allgemeinen führt die Substitution zu einer Reduktion der globalen negativen Ladung des LPS und somit zu einer reduzierten Zugänglichkeit für die positiv geladenen Polymyxine (Helander 1994a). Neben der bereits erwähnten Modifikation mit Aminoarabinose wurden 2 Modifikationen beschrieben (Guo 1998a; Guo 1997a): einerseits der Ersatz einer Myristatacylgruppe des Lipids A durch 2-Hydroxy-Myristat und andernseits die Verknüpfung von Palmitat mit dem Lipid A.
 
Ähnliche Mechanismen wurden beispielsweise auch bei E. coli (Nummila 1995a), Pseudomonas aeruginosa (Moskowitz 2004a) und Klebsiella pneumoniae beschrieben (Helander 1996a).
 
Erworbene Resistenz gegen Polymyxine wurde bei Salmonella spp. und Escherichia coli beobachtet (Landman 2008a). Bei diesen Erregern führte die Substitution der Phosphatgruppen der LPS zu einer reduzierten Empfindlichkeit gegen Polymyxine (Boll 1994a; Nummila 1995a; Peterson 1987a; Yokochi 1994a). Die Veresterung des 4'-Phosphates vom Lipid A (mit 4-Amino-4-Deoxy-L-Arabinopyranose) sowie des glykosidischen Diphosphates (mit 2-Aminoethanol) ergibt eine Abnahme der anionischen Ladungen. Die Veränderung der Oberflächenladung korreliert mit der Abnahme der Bindungsstellen für die kationischen Polymyxine (Landman 2008a). Für Klebsiella pneumoniae wurde die Polymyxin-Resistenz ebenfalls mit der Substitution des Phosphates durch 4-Amino-4-Deoxy-L-Arabinopyranose in Verbindung gebracht (Helander 1996a).
 
Bei Ps. aeruginosa wurden 2 getrennte Wege postuliert, welche zu Polymyxin-Resistenz führen können (Moore 1984b). Mögliche Veränderungen der äusseren Membran der Bakterien, welche zu Resistenz führen sind: erstens die Umwandlung von sauren Phospholipiden in neutrale Lipide (Champlin 1983a) oder Veränderung der Membranlipide, Proteine und Kohlenhydrate (Conrad 1989a; Gilleland 1979a). Diese Anpassungsveränderungen gehen schnell verloren, wenn die Zellen ohne Polymyxin gezüchtet werden (Landman 2008a). Zweitens, ein genetisch stabilerer Mechanismus, welcher auf eine erhöhte Bildung vom äusseren Membranprotein H1 (OprH) beruht (Nicas 1983a). Dieses Protein wird durch Wachstum von Zellen in einem tiefen Mg²⁺-Milieu überexprimiert und gewährt Schutz gegen chelatbildende Agentien (Landman 2008a) sowie Resistenz gegen PMB und Gentamicin (Nicas 1980a; Young 1992c; Kubesch 1987a). Es wird vermutet, dass dieses Protein seine protektive Wirkung durch funktionellen Ersatz von divalenten Kationen in der Zellmembran ausübt (Nicas 1983a). Das Protein H1 erhöht die Resistenz der Zelle, weil es durch PMB weniger leicht von der äusseren Membran verdrängt wird als die divalenten Kationen, welche benachbarte LPS-Moleküle überbrücken (Evans 1999a). In einer Studie führte die Induktion des äusseren Membranproteins H1 in Ps. aeruginosa zu einer Abnahme der Empfindlichkeit gegen PMB, Aminoglykoside sowie EDTA. Wenn die Zellen von einem Medium mit tiefem Mg²⁺-Gehalt in ein Medium mit hohem Mg²⁺-Gehalt verlagert wurden, korrelierte der zeitliche Ablauf der Abnahme vom Protein H1 gut mit der Zunahme der Empfindlichkeit gegen PMB und EDTA (Nicas 1983a).
 
Zusätzlich kann die Kapsel bei der Resistenz gegen antimikrobielle Peptide auch eine Rolle spielen (Campos 2004a). Die Kapsel trägt z.B. bei Klebsiella pneumoniae entscheidend zur Virulenz des Erregers bei (Cortés 2002a). Dies ist auf die Bindungsfähigkeit der Kapselpolysaccharide mit antimikrobiellen Peptiden (darunter auch Polymyxine) zurückzuführen. Durch die Bindung wird die Interaktion der Peptide mit der Bakterienoberfläche reduziert. Kapselpolysaccharide spielen somit die Rolle einer Falle für die antimikrobiellen Peptide. Zusätzlich konnte gezeigt werden, dass die Peptide in der Lage sind, die Produktion der Kapselpolysaccharide über erhöhte Genexpression zu steigern (Campos 2004a).
 

Kreuzresistenz

Kreuzresistenzen sind unter den Polymyxinen vorhanden (Storm 1977a; Dowling 2006b). Zwischen PMB und Colistin besteht üblicherweise eine vollständige Kreuzresistenz (Ziv 1981c; Plempel 1969a; Jawetz 1961a; Storm 1977a; McEvoy 1992a), welche nachgewiesen wurde.
 

Wirksamkeit

Polymyxin B (PMB) weist eine bessere antibakterielle Wirksamkeit als Colistin auf (Hoeprich 1970a). PMB-Sulfat ist ungefähr 8-mal wirksamer gegenüber Ps. aeruginosa als Colistinmethansulfonat (Everett 1980a). Die Wirkungsintensität des PMB-Sulfats ist derjenigen des Colistin-Sulfats geringgradig unterlegen (Plempel 1969a). PMB-Methansulfonat sowie Colistinmethansulfonat wiesen in einer Studie praktisch die gleiche Wirksamkeit auf. Hingegen waren diese Derivate viel weniger wirksam als die Sulfat-Formen (Nord 1964a).
 
Eine antimykotische Wirkung des PMB wurde gegen Cryptococcus neoformans, Phytophora cinnamoni (Collins 1975a), Neurospora tetrasporum (Lowry 1956a) sowie anderen Organismen beschrieben (Collins 1975a; Lowry 1956a; Schwartz 1972a). Diese Wirkung ist in der Praxis von untergeordneter Bedeutung.
 

Hund

Eine Studie wurde bei Hunden mit klinischen Zeichen einer akuten oder subakuten Otitis externa durchgeführt. Folgende Erreger wurden isoliert: Staphylococcus, Pseudomonas, Enterobacteriaceae sowie Malassezia. Eine Gruppe erhielt ein Kombinationspräparat mit Marbofloxacin (3 mg), Clotrimazol (10 mg) und Dexamethasonacetat (0,9 mg); die andere Gruppe wurde mit einem anderen Kombinationspräparat behandelt, welches PMB-Sulfat (5,5 IU), Miconazol (23 mg) und Prednisolonacetat (5 mg) enthielt. Je nach Behandelungserfolg dauerte die Behandlung 7 oder 14 Tage. In der ersten Gruppe war die Heilungsrate 58,3% und in der zweiten Gruppe, welche mit dem PMB-Sulfat enthaltenden Präparat behandelt wurde, betrug diese 41,2% und war damit unterlegen (Rougier 2005a).
 
3 verschiedene Präparate wurden zur Behandlung einer Otitis externa bei Hunden benutzt. Gruppe A erhielt ein Präparat, welches 23 mg Miconazol, 0,63 mg PMB-Sulfat und 5 mg Prednisolon/ml enthielt, Gruppe B ein Präparat mit 2,5 mg Neomycin-Sulfat, 2'500 IU Thiostrepton, 100'000 IU Nystatin und 1,0 mg Triamcinolon-Acetonid/ml und Gruppe C wurde mit einem Präparat mit 5 mg Neomycin-Sulfat, 50 mg Monosulfiram und 1 mg Betamethason/ml behandelt. Die Verabreichung erfolgte 2-mal täglich. Die Ohren wurden alle 7 bis 14 Tage untersucht bis die Krankheitssymptome verschwanden. Gruppe A ergab das beste Resultat und erreichte auch die geringste Rezidivrate (26,7% für Gruppe A, 72,6% für Gruppe B und 54,3% für Gruppe C) (Studdert 1991a).
 

Kaninchen

Bei Kaninchen mit einer durch Pasteurella multocida-induzierten Septikämie verbesserte PMB die Zahl der überlebenden Tiere, aber änderte nichts an der Leukopenie oder der Thrombozytopenie (Corrigan 1979a).
 

Maus

Bei Mäusen scheint PMB Haemophilus pertussis, sogar in letalen Dosen injiziert, vollständig zu eliminieren. In diesem Versuch verlieh PMB einen besseren Schutz als Streptomycin sowie Penicillin (Brownlee 1948a).
 

Ratte

Der Einfluss von subinhibitorischen Dosen PMB auf die Endotoxinfreisetzung wurde in einem Septikämie-Tiermodell bei Ratten untersuht, wobei den Tieren intraperitoneal 10⁶ - 10⁷ cfu Haemophilus influenzae Typ b injiziert wurden. 12 Stunden nach der Infektion betrug die Mortalität 18% und den überlebenden Tieren wurde eine subinhibitorische Dosis PMB (0,0125 mg/kg 3-mal täglich alle 3 h) entweder alleine oder in Kombination mit Ampicillin (500 mg/kg) verabreicht. Nach 17 sowie 20 Stunden war die Überlebensrate der Tiere, welche Ampicillin zusammen mit PMB erhielten signifikant höher als derjenigen die nur Ampicillin erhalten hatten. Subinhibitorische Dosen PMB modulieren die letale Wirkung einer unkontrollierbaren H. influenzae Typ b-Infektion bei jungen Ratten und könnten als Ergänzung zur Behandlung von gramnegativer Septikämie nützlich sein (Walterspiel 1986a).
 

Mensch

Bei 5 Kindern mit einer sekundären Ps. pyocyanea-Meningitis wurden 5'000 IU PMB-Methansulfonat-Natrium in 1 - 5 ml sterilem Wasser gelöst intraventrikulär in den Liquorraum verabreicht. Zusätzlich wurden gleichzeitig i.m. 20'000 IU injiziert. Die Infektion wurde bei allen Patienten innerhalb von 11 - 35 Tagen beseitigt. Es konnte keine direkte, dem Wirkstoff zuzuordnende Toxizität beobachtet werden (Clifford 1961a).
 
Die intrathekale Verabreichung von 5 mg/Tag PMB war bei der Behandlung einer Ps. aeruginosa-Meningitis wirksam. Es wurden keine Nebenwirkungen beobachtet (Furey 1971a).
 

Anti-Endotoxische Eigenschaften

PMB-Sulfat verhindert eine Anzahl biologischer Wirkungen, welche z.B. in Versuchen durch die gramnegativen Bakterienendotoxinen bedingt sind (Hughes 1981b). Es handelt sich um: fieberhafte Reaktion auf Endotoxin bei Ziegen (van Miert 1977a; van Miert 1978a), generalisierte Schwartzmann-Reaktion bei Kaninchen (Craig 1974a; Rifkind 1967c; Corrigan 1971b), mitogene Aktivität (Spear 1984a), Auslösen einer Superoxid-Bildung durch Makrophagen (Takada 1988a), Induktion der Zytolyse von Tumorzellen durch Makrophagen (Cameron 1980a) und letale Wirkung durch gereinigtes Endotoxin aus Serratia marcescens sowie Neisseria meningitidis bei Mäusen (Rifkind 1967a; Bannatyne 1977a). Die Interaktion zwischen PMB und Endotoxin scheint zwischen dem kationischen Antibiotikum und der Lipid 2-Keto-desoxy-octonat-Region des Lipopolysaccharidmoleküls stattzufinden (Morrison 1976a). PMB ist einzigartig unter den Therapeutika in seiner Fähigkeit chemisch den Lipid A-Teil des Endotoxins zu verändern und seine biologische Wirkung zu zerstören (Lopes 1969a; Weber 1979a; Morrison 1976a). Die inaktivierende Wirkung des PMB wird durch 0,001 mol/l Kalzium oder 90% Serum nur leicht beeinflusst (Cooperstock 1974a).
 
Der Zusammenhang zwischen der Empfindlichkeit von verschiedenen Aerobacter aerogenes-Stämmen (PMB-empfindliche und -resistente Stämme) und der Neutralisierbarkeit der Endotoxine wurde untersucht. Die Beigabe des PMB führte zur Neutralisierung der Endotoxine sowohl für empfindliche als auch resistente Stämme (Rifkind 1967b).
 
In einem in-vitro-Versuch wurden Klebsiella aerogenes, welche PMB-resistent waren, benutzt, um zu zeigen, dass die Abnahme der Endotoxin-Wirkung nur durch die Endotoxin-Bindungseigenschaften des Antibiotikums bedingt ist. Ferner wurde demonstriert, dass Cirpofloxacin allein die Endotoxin-Aktivität nicht beeinflusst, aber die gleichzeitige PMB-Verabreichung diese Aktivität signifikant herabsetzt (Cohen 1986a).
 
PMB-Sulfat kann sich an den Lipid A-Teil des LPS-Moleküles binden. Dadurch wird die 3-dimensionale Konformation des LPS-Moleküles verändert. Diese konformationelle Veränderung hemmt möglicherweise die Bindung des PMB-Endotoxin-Komplexes an den CD 14-Rezeptor der Monozyten. Die Freisetzung von Entzündungsmediatoren wie z.B. Tumornekrosefaktor (TNF) wird dadurch gehemmt. Die Bindung von PMB-Sulfat an die äussere Membran von Zielleukozyten kann eine zusätzliche Wirkung gegen Endotoxin gewährleisten. Weil das Bindungsverhältnis zwischen PMB und LPS 1 Molekül zu 1 Molekül ist, wird eine dosisabhängige Antwort erwartet. Daher gilt: je höher die Konzentration Endotoxin, desto mehr PMB-Moleküle werden zur Neutralisierung benötigt (Parviainen 2001a).
 
Eine Studie bei Katzen hat gezeigt, dass PMB-Sulfat in einer optimalen Dosierung von 5 mg/kg eine Minute vor der letalen i.v. Injektion von E. coli-Endotoxin (LD₉₀: 2 mg/kg), die akuten post-Endotoxin Wirkungen beseitigt (Hughes 1981b).
 
In einem Endotoxin-Schockmodell bei Hunden verzögerte die Vorbehandlung mit PMB die hypotensive Phase grösstenteils und senkte die Letalität (From 1979a).
 
Aufgrund von Beobachtungen bei Endotoxin-induzierter akuter Mastitis bei Rindern schliesst man, dass intramammär verabreichte Präparate, welche 100 bis 200 mg (1 bis 2 Millionen IU) PMB enthalten, wirksam sind zur Reduktion der Euterschwellung sowie zur Verbesserung des klinischen Zustandes, wenn sie im frühen Stadium einer akuten Colimastitis verabreicht werden (Ziv 1980a).
 
In einem Versuch bei Ziegen mit i.v. Injektion von S. typhimurium-Endotoxin (0,3 µg/kg) traten folgende Symptome auf: Depression, erhöhte Respirationsrate, gelegentlich Hustenanfälle, Harnabgang, erhöhte Defäkationsrate, Schüttelfrost, Erhöhung der Körpertemperatur, Hemmung der extrinsischen Pansenkontraktionen und kurz dauernde Bradykardie, gefolgt von einer biphasischen Erhöhung der Herzfrequenz. Die Vorbehandlung mit PMB (3 mg/kg i.v.) erzeugte einen antagonistischen Effekt auf die oben genannten Symptome (van Miert 1977a).
 
In einer Studie bei 3 bis 5 Monate alten Fohlen mit S. typhimurium-Endotoxin (0,25 µg/kg) wurde der therapeutische Effekt von entweder i.v. PMB (6'000 IU/kg) oder i.v. S. typhimurium-Antiserum (1,5 ml/kg) getestet. Bei der Gabe ohne Vorbehandlung führte das Endotoxin zu vorübergehendem Liegen der Tiere sowie zur Erhöhung der Rektaltemperatur, Herz- und Atemfrequenz. Zusätzlich wurden Leukopenie und Erhöhung des zirkulierenden Tumornekrosefaktors (TNF) und Interleukin-6 (IL-6) beobachtet. Im Vergleich zu den Resultaten, bei den Tieren ohne Therapie, resultierte bei den Tieren mit PMB-Vorbehandlung bedeutend tiefere maximale TNF- sowie IL-6-Werte; Rektaltemperatur und Atemfrequenz waren ebenfalls tiefer. Das Antiserum zeigte keine positive Wirkung. Diese Resultate zeigen, dass PMB für die Behandlung der equinen Endotoxämie von Interesse ist (Durando 1994a).
 
30 Minuten vor der i.v. Infusion von 20 ng/kg Endotoxin (über eine Zeitspanne von 30 Minuten) wurde an Pferde entweder 1'000 IU PMB/kg oder 5'000 IU/kg PMB i.v. verabreicht. Eine 3. Gruppe erhielt PMB (5'000 IU/kg) nicht vor sondern 30 Minuten nach der Endotoxin-Infusion. Alle 3 PMB-Behandlungen führten im Vergleich zu den Kontrolltieren zu einer Reduktion des Fiebers, der Tachykardie und der TNF-Werte im Serum (Barton 2004a).
 
In einem weiteren Versuch wurde gezeigt, dass PMB-Sulfat zu einer signifikanten sowohl dosis- als auch zeitabhängigen Abnahme der durch Endotoxin induzierten TNF-Aktivität führt. Dies galt für S. typhimurium- und E. coli-Endotoxin. Im Vergleich zu Basiswerten hemmt eine i.v. Gabe von 1'000 bzw. 5'000 IU/kg PMB-Sulfat 75% der Endotoxin-induzierten TNF-Aktivität für 3 bzw. 12 Stunden. Diese Studie deutet darauf hin, dass PMB-Sulfat ein sicherer und effektiver Hemmer der Endotoxin-induzierten Entzündungen beim Pferd ist (Parviainen 2001a).
 
In einer Arbeit beim Kaninchen wurde gezeigt, dass PMB (5 mg/kg) als Vorbehandlung (i.v. verabreicht) die Tiere vor einem Schock durch E. coli-Endotoxinen schützt, nicht aber vor einem durch Meningokokken-Endotoxinen (Baldwin 1991a).
 
Die 3 kationischen zyklischen Polypeptid-Antibiotika PMB-Sulfat, Colistinsulfat und Tyrocidinhydrochlorid haben bei Hühnerembryonen das Vermögen der durch Endotoxin hervorgerufenen Letalität entgegenzuwirken (Rifkind 1966a).