Polymyxine
Medizinische Expertise: Dr. med. NonnenmacherQualitätssicherung: Dipl.-Biol. Elke Löbel, Dr. rer. nat. Frank Meyer
Letzte Aktualisierung am: 18. September 2026Dieser Artikel wurde unter Maßgabe medizinischer Fachliteratur und wissenschaftlicher Quellen geprüft.
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Polymyxine sind Antibiotika, welche hauptsächlich gramnegative Bakterien bekämpfen. Die Wirkstoffe wirken jedoch nur auf außerhalb der Körperzellen befindliche Bakterien. Grundlage ihrer Wirksamkeit ist ihre Reaktion mit den Phospholipiden der bakteriellen Zellmembranen.
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Was sind Polymyxine?
Polymyxine stellen kompliziert verzweigte Polypeptide dar, welche in der Regel aus zehn Aminosäuren bestehen. Endständig besitzen sie hydrophobe Fettsäuren. Die Molekülstruktur ermöglicht die Ausbildung einer Polarität, die jener der Phospholipide der Zellmembranen entspricht. Dadurch sind diese Moleküle in der Lage, mit den Phospholipiden zu interagieren und deren Struktur zu zerstören. In der Folge kommt es zur Auflösung der bakteriellen Zellmembran. Bei deren völliger Zerstörung tritt der Zelltod des Bakteriums ein.
Die Polymyxine erreichen jedoch nur außerhalb der Zelle positionierte Bakterien. Wenn die Bakterien bereits die Membran der Körperzelle passiert haben, können sie durch diese Wirkstoffe nicht mehr zerstört werden.
Es werden hauptsächlich zwei Wirkstoffe der Polymyxine verwendet. Das ist zum einen das Polymyxin B und zum anderen der Wirkstoff Colistin, der auch als Polymyxin E bezeichnet wird. Die Wirkungsweise beider Stoffe ist ähnlich. Allerdings wirken die Polymyxine bei parenteraler Gabe (unter Umgehung des Darms) neurotoxisch und schädigend auf die Nieren, weshalb diese Anwendung eine enge Überwachung erfordert. In neueren Anwendungen wird Colistin daher in Form eines Prodrugs als Colistimethat-Natrium (CMS) appliziert. In Deutschland wird Polymyxin B vor allem örtlich in Kombinationspräparaten für das Auge angewendet, während für die Behandlung im ganzen Körper Colistin in Form von Colistimethat-Natrium zur Verfügung steht.
Ihren Namen verdanken die Polymyxine ihrer Herkunft: Sie sind Stoffwechselprodukte des Bodenbakteriums Paenibacillus polymyxa und zählen damit zu den Peptidantibiotika, also zu jenen Antibiotika, die aus Bausteinen der Eiweiße aufgebaut sind. Colistimethat-Natrium, die für die Anwendung in der Vene und im Vernebler gebräuchliche Form, ist ein chemisch abgewandeltes Colistin; im Wasser wird daraus wieder der eigentliche Wirkstoff Colistin freigesetzt. Dieser Zwischenschritt ist der Grund, warum sich die Angaben zur Stärke eines Colistinpräparates nicht ohne Weiteres vergleichen lassen: In der Europäischen Union wird die Menge in Internationalen Einheiten angegeben, in den Vereinigten Staaten und anderen Ländern dagegen in Milligramm der Colistin-Aktivität. Die Fachinformation weist ausdrücklich darauf hin, dass diese uneinheitliche Zählweise bereits zu Verwechslungen und zu Fehlern bei der Anwendung geführt hat.
Pharmakologische Wirkung
Grampositive Bakterien besitzen in ihrer Zellwand eine dicke Mureinhülle aus Peptidoglykanen, während gramnegative Bakterien nur eine dünne Mureinschicht aufweisen. Diese Unterschiede beeinflussen die Empfindlichkeit der Bakterien gegen verschiedene Antibiotika. So kann durch eine schnelle Bestimmung der Gramfärbung bereits eine Entscheidung für oder gegen bestimmte Antibiotika getroffen werden.
Polymyxine reagieren durch ihre Polarität hauptsächlich mit Phospholipiden, die an Polysaccharide gebunden sind. So werden chemische Verbindungen zwischen Polymyxinen und den Lipopolysacchariden (LPS) ausgebildet. Durch die dünne Mureinschicht bei gramnegativen Bakterien werden bei diesen die LPS durch die Polymyxine besser erreicht. In der Folge kommt es zunächst zur Zerstörung der Zellmembran, bis der gesamte Zytoplasmainhalt freigesetzt wird und die Bakterienzelle damit abstirbt.
Die Empfindlichkeit der Bakterien gegen die Polymyxine steigt mit dem Gehalt an Phospholipiden in der Zellmembran an. So wurde festgestellt, dass die Zellmembranen sehr empfindlicher Bakterien mehr Polymyxine binden, als weniger empfindliche. Auch die chemische Veränderung der Wirkstoffe, etwa durch Entfernen der endständigen Fettsäure, kann die Wirksamkeit verringern.
Es wurde auch festgestellt, dass die Bakterien umso besser bekämpft werden, je höher die Konzentration an Antibiotika ist. In Untersuchungen konnten Blasenbildungen an der Bakterienmembran beobachtet werden, die bis zur völligen Zerstörung führten. War die Konzentration zu niedrig, konnte die Membran nicht vollständig aufgelöst werden und das Bakterium überlebte. Bei der Behandlung ist es gleichgültig, ob es sich um ruhende oder sich gerade teilende Bakterien handelt. In beiden Phasen ist eine gleich gute Bekämpfung möglich.
Medizinische Anwendung & Verwendung
Sowohl Polymyxin B als auch Colistin weisen das gleiche Wirkspektrum auf. Sie bekämpfen unter anderem besonders gut solche gramnegative Bakterien wie Pseudomonas aeruginosa, Escherichia coli, Enterobacter spp., Pasteurella spp., Haemophilus spp., Vibrio spp., Bordetella spp. oder Aerobacter. Besonders empfindliche Bakterien, die gut auf die Behandlung ansprechen, sind Acinetobacter spp., Bordetella bronchiseptica, Escherichia coli, Klebsiella pneumoniae, Pasteurella multocida oder Pseudomonas aeruginosa.
Es können auch Resistenzen gegen die Polymyxine auftreten. Jedoch kommen diese selten vor. Seit 2015 ist allerdings mit mcr-1 ein Resistenzgen bekannt, das auf Plasmiden zwischen Bakterienarten weitergegeben werden kann; seither werden Colistinresistenzen häufiger beobachtet als früher. Die Resistenzen können sich durch Veränderungen der Wirkstoffe auf der Bakterienoberfläche, durch Hemmung des Eintritts in die Zellmembran oder durch Veränderung der Bakterienoberfläche ergeben. So bilden manche Bakterien Verdauungsenzyme, welche die Polypeptide der Polymyxine bereits auf der Zelloberfläche zersetzen.
Des Weiteren enthalten einige Bakterien bestimmte Pumpen, welche eingedrungene Antibiotika wieder aus der Zelle befördern. Auch eine Veränderung der Bakterienoberfläche, die sich etwa durch eine geringere Dichte der Phospholipide bemerkbar macht, kann zu einer Resistenz beitragen.
Als Polymyxine kommen hauptsächlich die Wirkstoffe Polymyxin B oder Colistin zur Anwendung. Die Wirkungsweise beider Stoffe ist ähnlich. Colistin selbst wird in Salben, in Aerosolen bei der Inhalationstherapie oder oral zur Behandlung des Darms eingesetzt.
Im Darm wird es kaum aufgenommen, sodass es für eine systemische Anwendung nur parenteral (etwa intravenös) verabreicht werden kann. Reines Colistin wirkt bei der parenteralen Aufnahme jedoch neurotoxisch und toxisch gegen die Nieren. Als Prodrug lässt es sich in Form von Colistimethat-Natrium (CMS) auch über die Vene geben; Nierenfunktionsstörungen sowie Störungen des Nervensystems wie Missempfindungen im Gesicht, Muskelschwäche und Kopfschmerzen treten dabei allerdings sehr häufig auf, weshalb die Dosis an die Nierenfunktion angepasst und die Behandlung überwacht werden muss.
Nachdem die Polymyxine wegen dieser Nebenwirkungen jahrzehntelang kaum noch verwendet wurden, sind sie heute Reserveantibiotika. Colistimethat-Natrium ist in Deutschland zur Behandlung schwerer Infektionen durch bestimmte aerobe gramnegative Erreger zugelassen, sofern für den Patienten nur begrenzte Therapiemöglichkeiten zur Verfügung stehen.
Was der Begriff Reserveantibiotikum praktisch bedeutet, formuliert die Fachinformation deutlich: Colistimethat-Natrium darf nur verwendet werden, wenn andere, häufiger verordnete Antibiotika nicht wirksam oder ungeeignet sind. Für die behandelte Person heißt das, dass der Wirkstoff erst ins Spiel kommt, wenn der nachgewiesene Erreger gegen die gebräuchlichen Mittel unempfindlich ist oder diese aus anderen Gründen ausscheiden. Hinzu kommt eine zweite Überlegung: Weil unter einer alleinigen Behandlung mit Colistin über die Entstehung von Unempfindlichkeit berichtet wurde, empfiehlt die Fachinformation, nach Möglichkeit ein zweites Antibiotikum hinzuzunehmen. Das dient zugleich der Wirksamkeit und der Vorbeugung gegen Antibiotikaresistenzen. Die Erfahrung mit der Anwendung in der Vene ist dabei begrenzter, als es bei einem so alten Wirkstoff zu vermuten wäre: Die Fachinformation weist darauf hin, dass zu Wirksamkeit und Sicherheit nur wenige klinische Daten vorliegen.
Die heute einschlägigen Erreger nennt die Fachinformation unter den häufig empfindlichen Arten: Acinetobacter baumannii, Haemophilus influenzae, Klebsiellen und Pseudomonas aeruginosa. Von Natur aus unempfindlich sind dagegen unter anderem Proteus-, Providencia- und Serratia-Arten sowie Burkholderia cepacia und verwandte Arten; bei ihnen ist der Angriffspunkt in der äußeren Hülle so verändert, dass die Polymyxine dort nicht mehr binden.
Anwendung bei Mukoviszidose
Neben der Infusion gibt es für Colistin einen zweiten, im Alltag wichtigen Weg: das Einatmen als feiner Nebel. Colistimethat-Natrium zum Vernebeln und als Pulver zum Inhalieren ist in Deutschland für Menschen mit Mukoviszidose zugelassen, bei denen die Lunge dauerhaft mit Pseudomonas aeruginosa besiedelt ist. Bei dieser Erbkrankheit bildet sich zäher Schleim in den Atemwegen, in dem sich dieser Keim festsetzt und kaum noch zu beseitigen ist; die Behandlung zielt deshalb darauf, die Keimzahl niedrig zu halten und die Lungenfunktion zu erhalten. Das Einatmen bringt den Wirkstoff unmittelbar dorthin, wo er wirken soll, und hält die Menge im übrigen Körper gering, weshalb Nierenschäden bei diesem Weg nach Angabe der Fachinformation unwahrscheinlich sind.
Der Preis dafür sind Beschwerden der Atemwege. Husten und Verkrampfungen der Bronchialmuskulatur treten beim Vernebeln sehr häufig auf, also bei mindestens einem von zehn Behandelten; in einzelnen Fällen wurde über ein Erstickungsgefühl berichtet. Die Fachinformation empfiehlt deshalb, die erste Anwendung unter ärztlicher Aufsicht vorzunehmen und vorher ein bronchienerweiterndes Mittel zu inhalieren; die Lungenfunktion wird vor und nach der Anwendung gemessen. Bleiben die Beschwerden trotz des bronchienerweiternden Mittels bestehen, kann eine allergische Reaktion dahinterstehen, und die Behandlung ist zu beenden. Weil sich eine Überempfindlichkeit der Atemwege auch erst im Lauf einer längeren Anwendung entwickeln kann, gehört die Messung der Lungenfunktion zu den regelmäßigen Kontrollen. Über eine erworbene Unempfindlichkeit von schleimbildenden Pseudomonas-Stämmen ist bei dieser Anwendung berichtet worden, weshalb die Empfindlichkeit wiederholt geprüft wird.
Risiken & Nebenwirkungen
Welche Beschwerden bei der Anwendung in der Vene wie oft vorkommen, führt die Fachinformation nach Häufigkeitsstufen auf. Sehr häufig, also bei mindestens einem von zehn Behandelten, sind eine gestörte Nierenfunktion, die sich an erhöhten Nierenwerten im Blut zeigt, Missempfindungen im Gesicht, am Mund und um den Mund herum, Kopfschmerzen, Muskelschwäche sowie Juckreiz. Selten kommt es zum Nierenversagen. Ohne Häufigkeitsangabe stehen eine schwere Entzündung der Darmschleimhaut, Überempfindlichkeitsreaktionen mit Hautausschlag und Schwellungen (Angioödem), Benommenheit, Gangunsicherheit sowie Reaktionen an der Einstichstelle. Die Nierenwerte bilden sich nach dem Ende der Behandlung in der Regel zurück; eine Blutwäsche wird dafür selten nötig.
Die Beschwerden des Nervensystems hängen eng mit der Menge im Blut zusammen. Steigt sie, etwa durch eine zu hohe Gabe oder durch eine nicht angepasste Menge bei eingeschränkter Nierenfunktion, so können Schwindel, undeutliche Sprache, Sehstörungen, Verwirrtheit, ein Zustand schwerer Verwirrung mit Trugwahrnehmungen und ein Aussetzen der Atmung hinzukommen. Missempfindungen um den Mund und an Armen und Beinen gelten dabei als frühes Warnzeichen; eine Verringerung der Menge schwächt die Beschwerden ab. Bei der Anwendung in den Muskel ist über Atemstillstände berichtet worden.
Worauf bei der Behandlung zu achten ist
Nicht angewendet werden dürfen Colistimethat-Natrium und die übrigen Polymyxine bei einer Überempfindlichkeit gegen einen Vertreter der Gruppe. Darüber hinaus nennt die Fachinformation mehrere Umstände, die besondere Vorsicht verlangen.
An erster Stelle steht die Niere. Die Nierenwerte werden zu Beginn und im Verlauf regelmäßig kontrolliert, die Menge an die verbliebene Nierenleistung angepasst und die Behandlung so kurz gehalten, wie es der Erfolg zulässt. Erhöht ist das Risiko bei Flüssigkeitsmangel und bei gleichzeitiger Anwendung anderer nierenschädigender Arzneimittel; nach Berichten aus einigen Untersuchungen nimmt es mit der Gesamtmenge und der Dauer der Behandlung zu.
Bei einer Myasthenia gravis ist besondere Zurückhaltung geboten, denn Colistimethat-Natrium vermindert die Freisetzung des Botenstoffs Acetylcholin an der Verbindungsstelle zwischen Nerv und Muskel und kann die Muskelschwäche dadurch verstärken. Bei einer Porphyrie, einer Gruppe von Stoffwechselerkrankungen, kann der Wirkstoff einen Schub auslösen. Bei Frühgeborenen, Neugeborenen und Säuglingen im ersten Lebensjahr ist die Nierenfunktion noch nicht ausgereift, was ebenfalls Vorsicht verlangt. In wenigen Fällen ist bei Kindern und Erwachsenen eine Störung des Salzhaushalts berichtet worden, die eine Kontrolle der Blutsalze nach sich zieht.
Wie bei nahezu jedem Antibiotikum kann sich unter der Behandlung eine Entzündung der Darmschleimhaut durch Clostridien entwickeln, die von leichten bis zu lebensbedrohlichen Verläufen reicht. Tritt Durchfall auf, ist daran zu denken; Mittel, die die Darmbewegung hemmen, dürfen dann nicht gegeben werden. In der Schwangerschaft wird Colistimethat-Natrium nur angewendet, wenn der Nutzen für die Mutter das Risiko für das Kind überwiegt, da der Stoff den Mutterkuchen passiert. Es geht auch in die Muttermilch über; ist eine Behandlung während der Stillzeit nötig, wird die Milch abgepumpt und verworfen. Weil Schwindel, Verwirrtheit und Sehstörungen auftreten können, ist während der Behandlung in der Vene vom Führen eines Fahrzeugs abzusehen, erst recht im Zusammenwirken mit Alkohol.
Wechselwirkungen mit anderen Arzneimitteln
Die Wechselwirkungen der Polymyxine folgen ihren beiden Hauptrisiken. Arzneimittel, die ihrerseits die Nieren belasten, verstärken diese Wirkung: Die Fachinformation nennt Aminoglykoside, Cephalosporine, das entwässernde Furosemid und das immunsystemdämpfende Ciclosporin.
Die zweite Gruppe betrifft die Übertragung vom Nerv auf den Muskel. Zusammen mit Narkosemitteln zum Einatmen, mit muskelentspannenden Mitteln, wie sie bei einer Narkose eingesetzt werden, und mit Aminoglykosiden droht eine Blockade dieser Übertragung bis hin zum Atemstillstand. Aus demselben Grund kann sich die Wirkung muskelentspannender Mittel unter Colistimethat-Natrium verlängern. Bei einer Myasthenia gravis ist zusätzlich Vorsicht geboten, wenn gleichzeitig Makrolid-Antibiotika oder Fluorchinolone gegeben werden.
Untersuchungen zu weiteren Wechselwirkungen liegen nach Angabe der Fachinformation nicht vor. In Versuchen an menschlichen Leberzellen wurde keines der geprüften Abbauenzyme durch Colistimethat-Natrium oder Colistin in Gang gesetzt, sodass Wechselwirkungen über diesen Weg wenig wahrscheinlich sind. Vorsicht gilt gleichwohl, wenn zugleich Arzneimittel angewendet werden, die über die Nieren ausgeschieden werden, und wenn Colistimethat-Natrium in mehreren Darreichungsformen zugleich zum Einsatz kommt, weil sich die Wirkungen dann summieren können.
Quellen
- Aktories, K., Flockerzi, V., Förstermann, U., Hofmann, F. (Hrsg.): Allgemeine und spezielle Pharmakologie und Toxikologie.
ISBN: 9783437426223
- Ackermann, G. (Hrsg.): Antibiotika und Antimykotika.
ISBN: 9783804729407
- Brodt, H.-R., Simon, C. (Hrsg.): Infektionstherapie.
ISBN: 9783132423435
- Suerbaum, S., Burchard, G.-D., Kaufmann, S. H. E., Schulz, T. F. (Hrsg.): Medizinische Mikrobiologie und Infektiologie.
ISBN: 9783662613849
- Frank, U.: Antibiotika am Krankenbett.
ISBN: 9783662583371