FLAME PHOTOMETRY 

also known as flame atomic emission spectrometry, is a technique used to analyze the concentration of certain metal ions in a sample by measuring the intensity of the light emitted when the sample is introduced into a flame.

1. Chemical Interferences

a. Ionization Interference:

• Description: High concentrations of certain elements can ionize in the flame, affecting the emission of the target element.
• Example: High levels of sodium can ionize and affect the emission of potassium because both elements are in the same group of the periodic table and can compete for similar ionization processes.
• Mitigation: Use of ionization suppressors, such as cesium or rubidium, which can stabilize the ionization equilibrium.

b. Matrix Effects:

• Description: The presence of other substances in the sample can affect the emission of the target analyte. These substances might alter the flame temperature or affect the ionization of the target ions.
• Example: High concentrations of sodium can affect the emission of calcium by altering the flame temperature and ionization balance.
• Mitigation: Calibration with standards that match the sample matrix as closely as possible or using internal standards to correct for matrix effects.

2. Physical Interferences

a. Flame Temperature Variations:

• Description: Inconsistent flame temperatures can lead to variations in the emission intensity of the target element.
• Example: Variations in the fuel-to-air ratio or differences in the sample introduction rate can affect the flame temperature.
• Mitigation: Regular calibration and maintenance of the flame photometer to ensure consistent flame conditions.

b. Sample Introduction Variations:

• Description: Inconsistent sample introduction can lead to variations in the amount of sample reaching the flame.
• Example: Differences in nebulizer performance or sample viscosity can affect the aerosol generation and thus the emission measurement.
• Mitigation: Use of a well-maintained and calibrated nebulizer and consistent sample introduction techniques.

3. Spectral Interferences

a. Overlapping Emission Lines:

• Description: Emission lines of different elements might overlap or be very close in wavelength, causing interference in the measurement of the target element.
• Example: The emission lines of sodium and potassium can overlap, complicating the measurement of one when both are present.
• Mitigation: Use of a monochromator with high resolution to separate overlapping lines or choose alternative analytical methods if spectral overlap is significant.

b. Background Emission:

• Description: The flame itself can emit light that might interfere with the detection of the target element’s emission.
• Example: Background emission from the flame can contribute to noise and affect the accuracy of the measurement.
• Mitigation: Background correction techniques, such as using a background corrector or subtracting the background emission from the total signal.

4. Instrumental Interferences

a. Drift and Stability:

• Description: Instrumental drift or instability can lead to changes in the signal over time, affecting measurement accuracy.
• Example: Long-term use or fluctuations in power supply can cause drift in the photometer readings.
• Mitigation: Regular calibration and maintenance of the instrument, including checks for drift and stability.

b. Lamp Interference:

• Description: Issues with the emission lamp, such as aging or contamination, can affect its performance and the accuracy of the measurements.
• Example: A lamp that is not properly aligned or has deteriorated can produce inconsistent emission spectra.
• Mitigation: Regular replacement and maintenance of the lamp, and ensuring proper alignment and cleanliness.

5. Chemical Matrix Effects

a. Presence of Non-volatile Salts:

• Description: Non-volatile salts in the sample can cause clogging or buildup in the nebulizer or burner, leading to inconsistent sample introduction and altered flame conditions.
• Example: Samples with high salt concentrations may lead to salt deposits that affect the flow of the sample into the flame.
• Mitigation: Diluting samples or using sample pretreatment to remove non-volatile salts.

Photomultiplier Tube :

பிளேட்லெட் எண்ணிக்கையை அதிகரிக்கும் உணவுகள்

பிளேட்லெட்  

எண்ணிக்கையை  

அதிகரிக்கும்  

உணவுகள்

மனித உடலில் உள்ள ரத்த அணுக்கள் மூன்று வகைப்படும். அவை: 

1. ரத்த வெள்ளை அணுக்கள்,
2. ரத்த சிவப்பு அணுக்கள்,
3. 'பிளேட்லெட்' எனப்படும் ரத்த தட்டுக்கள்.

• இவற்றுள் ரத்த சிவப்பணுக்கள் உடலில் உள்ள திசுக்களுக்கு ஆக்சிஜனை எடுத்து செல்லும் பணியை செய்யும். 

• ரத்த வெள்ளை அணுக்கள் நோய்களை எதிர்த்து போராட உதவும்.

• விபத்தாலோ, வேறு ஏதேனும் காரணமாகவோ உடலில் ஏற்படும் காயங்களில் இருந்து வழியும் ரத்தத்தை உறைய வைப்பதற்கு பிளேட்லெட்டுகள் உதவும்.

• ஒருவரது உடலில் ஒரு லட்சத்து 50 ஆயிரம் முதல் 4 லட்சத்து 50 ஆயிரம் வரையிலான எண்ணிக்கையில் பிளேட்லெட்டுகள் இருக்கும்.

• ஒரு லட்சத்து 50 ஆயிரத்துக்கும் குறைவாக பிளேட்லெட்டுகள் இருந்தால் ரத்தம் உறைவதில் பிரச்சினை ஏற்படும். 

• டெங்கு, மலேரியா, வைரஸ் காய்ச்சல், இதய நோய் பாதிப்புக்கு ஆளாகுவது, ஒருசில மருந்துகள் உட்கொள்வது பிளேட்லெட்டுகளின் எண்ணிக்கை குறைவதற்கு முதன்மையான காரணங்களாக இருக்கின்றன. 

பிளேட்லெட் எண்ணிக்கை குறைந்தால் பப்பாளி இலையை சாறு எடுத்து பருகும் வழக்கம் நடைமுறையில் இருக்கிறது.வேறு சில காய்கறிகள், பழங்கள், உணவுப்பொருட்களும் பிளேட்லெட் எண்ணிக்கையை அதிகரித்து ரத்த ஆரோக்கியத்தை மேம்படுத்த உதவும்.

* மாதுளம் பழத்தில் ஆன்டிஆக்சிடென்டுகள், வைட்டமின்கள் மற்றும் தாதுக்கள் நிறைந்துள்ளன. இவை பிளேட்லெட் எண்ணிக்கையையும், ஒட்டுமொத்த நோய் எதிர்ப்பு செயல் பாட்டையும் மேம்படுத்த உதவும்.

*கீரை, முட்டைக்கோஸ் மற்றும் புரோக்கோலி போன்ற காய்கறிகளில் வைட்டமின்-கே அதிகமாக உள்ளன.ரத்தம் உறைதலுக்கு இவை அவசியமானவை. சாலட்டுகள், ஸ்மூத்திகள் மற்றும் சமையலில் சேர்த்து உட்கொள்வதன் மூலம் பிளேட்லெட் எண்ணிக்கையை அதிகரிக்கச் செய்யலாம்.

* பூசணிக்காயில் வைட்டமின்-ஏ நிறைந்துள்ளது. பிளேட்லெட்டுகள் உற்பத்திக்கு உதவுவதோடு, நோய் எதிர்ப்பு மண்டலத்தையும் வலுப்படுத்தும். பூசணிக்காயை உணவில் சேர்ப்பதுடன் சூப், சாலட் வடிவிலும் உட்கொள்ளலாம்.

* பீட்ரூட்டில் இரும்பு மற்றும் ஃபோலேட் அதிகம் உள்ளது.ரத்த சிவப்பணுக்கள் மற்றும் பிளேட்லெட்டுகள் உற்பத்திக்கு இவை உதவும்.பீட்ரூட்டை சாலடுகள், ஸ்மூத்திகள், ஜூஸ்களில் கலந்து உட்கொள்ளலாம்.

* கேரட்டில் பீட்டா கரோட்டின் மற்றும் வைட்டமின்-ஏ அதிகம் உள்ளது. இது நோய் எதிர்ப்பு செயல்பாடுக்கும், பிளேட்லெட் உற்பத்திக்கும் உதவும். கேரட்டை பச்சையாகவோ, வேக வைத்தோ, ஜூஸாகவோ, சாலட்டுகளில் கலந்தோ சாப்பிடலாம். வைட்டமின்-ஏ, பிளேட்லெட் உற்பத்திக்கு உதவும். சர்க்கரை வள்ளிக்கிழங்கு, பால், அனைத்து வண்ண காய்கறிகள், பழங்களிலும் வைட்டமின்-ஏ நிறைந்திருக்கும்.

* வைட்டமின்-சி நோய் எதிர்ப்பு செயல்பாட்டில் முக்கிய பங்கு வகிப்பதுடன் பிளேட்லெட்டுகள் சரியாக வேலை செய்ய உதவும். இரும்புச்சத்தை உறிஞ்சும் திறனை மேம்படுத்தும். 

*ஆரஞ்சு, எலுமிச்சை போன்ற சிட்ரஸ் பழங்களில் வைட்டமின்-சி நிறைந்துள்ளது. இது பிளேட்லெட் உற்பத்தியை அதிகரிக்கவும், நோய் எதிர்ப்பு சக்தியை வலுப்படுத்தவும் உதவும். அதுபோல் கிவி, பெர்ரி, ஸ்ட்ராபெரி, மாம்பழம், அன்னாசி, சிவப்பு, பச்சை நிற-குடை மிளகாய்,புரோக்கோலி, நெல்லிக்காய் போன்றவையும் வைட்டமின்-சி நிறைந்தவை. இந்த உணவுகளை சாப்பிடுவதுன் மூலமும் பிளேட்லெட்டுகளின் எண்ணிக்கையை அதிகரிக்க செய்யலாம்.

* ஆரோக்கியமான ரத்த அணுக்களுக்கு  ஃபோலேட் அவசியம். இது முக்கியமாக பச்சை இலை காய்கறிகளில் காணப்படுகிறது. கீரை, அஸ்பாரகஸ், பட்டாணி போன்றவைகளில் மிகுந்திருக்கிறது. உடலில் ஃபோலேட் குறைபாடு ஏற்பட்டால் பிளேட்லெட் எண்ணிக்கையும் பாதிப்புக்குள்ளாகும். எனவே, ஃபோலேட் நிறைந்த உணவுகளை உட்கொள்வது பிளேட்லெட் எண்னிக்கையை அதிகரிக்க உதவி செய்யும்.

* முட்டை, இறைச்சி போன்றவைகளில் வைட்டமின்-கே உள்ளன. ரத்த உறைவுக்கும், எலும்பு ஆரோக்கியத்திற்கும் வைட்டமின்-கே அவசியம். இவற்றை உட்கொள்வது பிளேட்லெட் எண்ணிக்கையை அதிகரிக்கவும் துணை புரியும்.

* நல்லெண்ணெய்யில் பிளேட்லெட் எண்ணிக்கையை அதிகரிக்க உதவும் அத்தியாவ சிய கொழுப்பு அமிலங்கள் மற்றும் ஊட்டச்சத்துக்கள் நிறைந்துள்ளன. அதனால் சமையலில் தவறாமல் பயன்படுத்தி வருவது நல்லது.

* இஞ்சி,மஞ்சள்,பாதாம், பூண்டு உள்ளிட்டவற்றை உண்டு வருவதும் பலன் அளிக்கும்.

இரவு 10 மணிக்கு முன்பு தூங்கினால்...இத்தனை நன்மைகளா ..?

இரவு 10 மணிக்கு முன்பு தூங்கினால்...

இத்தனை நன்மைகளா ..? 

• இரவு சீக்கிரமாக தூங்க செல்வது இதய ஆரோக்கியம், மன ஆரோக்கியம் மற்றும் ஒட்டுமொத்த ஆரோக்கியத்திற்கும் பல்வேறு நன்மைகளை அளிக்கும். 

• தாமதமாக தூங்குவதோ, தூக்கமின்மை பிரச்சினையால் அவதிப்படுவதோ மனச்சோர்வு, இதய நோய் உள்பட பல்வேறு உடல்நல பிரச்சினைகளை ஏற்படுத்தும். இதனை பல்வேறு ஆய்வுகளும் உறுதிபடுத்தியுள்ளன.

சீக்கிரமாக தூங்க செல்வதன் மூலம் நீண்ட நேரம் நல்ல தூக்கத்தை அனுபவிக்க வழி வகை செய்யும். மறுநாளை சீக்கிரமாக தொடங்குவதற்கும் வழிவகை ஏற்படுத்திக்கொடுக்கும். காலை நேர உடற்பயிற்சிகளை செய்வதற்கான சூழலையும் ஏற்படுத்திக்கொடுக்கும்.

இரவு 10 மணி முதல் 11 மணிக்குள் தூங்குவது இதயம் மற்றும் ரத்த ஓட்டம் சார்ந்த நோய் அபாயத்தை குறைக்கும். இந்த நேரத்தை கடந்தும் காலதாமதமாக தூங்கும் வழக்கத்தை பின்பற்றுவது இதய நோய் அபாயத்தை அதிகரிக்க செய்து விடும் என்பது ஐரோப்பிய இதய இதழில் வெளியிடப்பட்டுள்ள ஆய்வறிக்கையில் சுட்டிக்காட்டப்பட்டுள்ளது.

இரவு 10 மணி அல்லது அதற்கு முன்பு தூங்குவதால் கிடைக்கும் நன்மைகள் குறித்து பார்ப்போம்.

• ஓய்வெடுக்க அனுமதிக்கும்:

• இரவு சீக்கிரம் படுக்கைக்கு செல்வது இடையூறு இன்றி உடலை ஒய்வெடுப்பதற்கு வழி வகை செய்யும். 

• ஆழ்ந்த உறக்கத்தை அனுபவிப்பதற்கான சூழலையும் உருவாக்கிக்கொடுக்கும். 

• இரவு 8-9 மணி நேரம் வரை தூங்க வேண்டும் என பரிந்துரைக்கப்பட்ட இலக்கை எட்டுவதற்கான வாய்ப்பையும் தினம் தினம் ஏற்படுத்திக்கொடுக்கும்.

• இதய நோயை தடுக்கும்:

• உடலில் 24 மணி நேரத்துக்கு ஒருமுறை நிகழும் உயிரியக்க மாற்றமான சர்க் கார்டியன் ரிதம் எனப்படும் சுழற்சி முறை சீர்குலைந்தால் விழிப்பு-தூக்க முறையில் பாதிப்பு உண்டாகும்.

• இது முறையாக நடப்பதற்கு தூக்கம் அவசியமான தாகும். அந்த சுழற்சி அடிப்படையில் நன்றாக தூங்குவது உயர் ரத்த அழுத்தம், இதய நோய் உள்ளிட்ட அபாயத்தை குறைக்கும். 

• தூக்கமின்மைக்கும் உயர் ரத்த அழுத்தம், இதய நோய், நீரிழிவு நோய்க்கும் தொடர்பு இருக்கிறது. அதனால் நன்றாக தூங்குவது அவசியமானது.

• ஹார்மோன்கள் சமநிலை:

• இரவு 10 மணிக்குள் தூங்குவது சர்க்கார்டியன் ரிதத்துக்கும் உகந்தது. 

• இது மூளையில் உள்ள பினியல் சுரப்பி மற்றும் சுற்றுப்புற சூழலில் இரவு, அதிகாலையில் தென்படும் ஒளியின் அளவுகளுக்கு இடையிலான தொடர்புகளால் கட்டுப்படுத்தப்படுகிறது. 

• அதில் மாற்றம் நிகழ்ந்தால் ஹார்மோன்களின் செயல் பாடுகளில் பெரும் தாக்கத்தை ஏற்படுத்தும். 

• இரவில் சரியான நேரத்தில் தூங்கு வதன் மூலம் ஹார்மோன்களை சீராக நிர்வகிக்கலாம்.

• நோய் எதிர்ப்பு சக்தி:

• இரவில் சீக்கிரமாக தூங்க செல்வது உடலுக்கு போதுமான ஓய்வை கொடுப்பதோடு நோய்த்தொற்றுகள் மற்றும் நோய்வாய்ப்படும் அபாயத்தை தடுப்பதுடன் தொடர்புடையது.

• தூக்கம், நோய் எதிர்ப்பு மண்டலத்துக்கு அத்தியாவசியமானது. 

• போதுமான மணி நேரம் ஆழ்ந்த தூக்கத்தை பெறுவது நோய் எதிர்ப்பு சக்தியை மேம்படுத்தவும் செய்யும். 

• பல்வேறு நோய்களில் இருந்து உடலையும் பாதுகாக்கும். 

• இரவில் நன்கு தூங்குவது உடலில் சேரும் தேவையற்ற கொழுப்பை எரிக்கவும் உதவும்.
  
  
  

CALORIMETRY

Calorimetry:is used to analyze various properties of pharmaceuticals, including their thermal behavior, stability, and reaction kinetics.

•  It provides critical information for the development, formulation, and quality control of pharmaceutical products.
•  Here’s a comprehensive look at how calorimetry is applied in pharmaceutical analysis:

CALORIMETRY

 1. Basic Principles:

• Calorimetry involves measuring heat changes associated with physical changes or chemical reactions in drug substances or formulations. 
• This information helps in understanding the stability, purity, and behavior of pharmaceutical compounds under different conditions.

2. Types of Calorimetry:

1. Differential Scanning Calorimetry (DSC):

• Principle: 

• Measures the difference in heat flow between a sample and a reference material as both are subjected to a controlled temperature increase or decrease.

• Applications:

• Thermal Analysis:

• Identifying phase transitions such as melting points, glass transition temperatures, and crystallization points.

• Drug Stability:

• Assessing thermal stability and decomposition of drug substances.

• Formulation Development: 

• Studying interactions between drug substances and excipients, and optimizing formulations.

2. Isothermal Titration Calorimetry (ITC):

• Principle:

• Measures the heat absorbed or released during a chemical reaction at a constant temperature.

• Applications:

• Binding Studies:

• Evaluating the binding affinity between drugs and biological targets or between different components in a formulation. 

• Reaction Kinetics:

•  Investigating reaction rates and mechanisms for drug interactions or degradation.

3. Adiabatic Calorimetry:

• Principle:

• Measures the heat changes in a system with minimal heat exchange with the surroundings, providing precise data on thermal properties. 

• Applications:

• Detailed Thermal Analysis:

• Examining reactions or phase transitions in a controlled environment, which is useful for sensitive drugs and formulations.

4. Bomb Calorimetry: 

• Principle: 

• Measures the heat released during the combustion of a sample in a high-pressure oxygen environment.

• Applications:

• Energy Content: 

• Determining the calorific value of pharmaceutical excipients and other combustible components in formulations.

 3. Applications:

1. Drug Stability Studies:

   Purpose: To ensure that drugs remain effective and safe over their shelf life.

   Method: DSC can be used to monitor changes in the thermal properties of drugs and formulations over time, indicating degradation or instability.

2. Characterization of Drug Polymorphs:

   Purpose: To identify different crystalline forms of a drug, which can affect its solubility, stability, and bioavailability.

   Method: DSC helps differentiate polymorphs by their distinct melting points and thermal behaviors.

3. Formulation Optimization:

   Purpose: To develop stable and effective drug formulations.

   Method: DSC and ITC can assess the compatibility of drugs with excipients and optimize formulations by studying phase diagrams and interaction profiles.

4. Quality Control:

   Purpose: To ensure consistency and quality of pharmaceutical products.

   Method: Routine DSC analysis can be used to verify the purity and proper formulation of drugs by comparing the thermal profiles of batches.

5. Understanding Drug-Excipient Interactions:

  Purpose: To evaluate how excipients affect the drug’s performance and stability.

   Method: ITC and DSC can be used to study how excipients interact with the drug, potentially altering its release rate or stability.

 4. Data Interpretation:

Enthalpy Changes (ΔH): The heat absorbed or released during a transition or reaction. Useful for understanding reaction energetics and stability.

Phase Transitions: Melting points, glass transition temperatures, and crystallization points provide information on the physical state of the drug.

Thermodynamic Parameters: From ITC data, parameters like binding constants and reaction enthalpies help in understanding molecular interactions.

 

5.Advantages and Limitations:

Advantages:

    - Provides detailed information on thermal properties and reaction kinetics.

    - Enhances understanding of drug stability, formulation, and interactions.

    - Can be applied to both solid and liquid samples.

Limitations:

    - Requires precise calibration and controlled conditions.

    - Can be sensitive to sample purity and experimental setup.

    - May require complex data interpretation and analysis.

Overall, calorimetry is a powerful tool in pharmaceutical analysis, offering insights into the thermal behavior, stability, and interactions of drugs and their formulations, thereby supporting the development of safe and effective pharmaceutical products.

ANTIBIOTICS

 

Antibiotics are drugs used to treat bacterial infections by killing bacteria or inhibiting their growth.

Antibiotics and it's Classification in video : 

 Classification of Antibiotics:

a. Beta-Lactams

• Mechanism: Inhibit bacterial cell wall synthesis
• Examples:
  • Penicillins:
    • Penicillin G
    • Amoxicillin
    • Ampicillin
  • Cephalosporins:
    • Cephalexin
    • Ceftriaxone
    • Cefepime
  • Carbapenems:
    • Imipenem
    • Meropenem
    • Ertapenem
  • Monobactams:
    • Aztreonam

b. Macrolides

• Mechanism: Inhibit bacterial protein synthesis
• Examples:
  • Erythromycin
  • Azithromycin
  • Clarithromycin

C. Tetracyclines

• Mechanism: Inhibit bacterial protein synthesis
• Examples:
  • Tetracycline
  • Doxycycline
  • Minocycline

d. Fluoroquinolones

• Mechanism: Inhibit bacterial DNA synthesis
• Examples:
  • Ciprofloxacin
  • Levofloxacin
  • Moxifloxacin

e. Aminoglycosides

• Mechanism: Inhibit bacterial protein synthesis
• Examples:
  • Gentamicin
  • Amikacin
  • Tobramycin

f. Sulfonamides

• Mechanism: Inhibit bacterial folic acid synthesis
• Examples:
  • Sulfamethoxazole
  • Combined with Trimethoprim as Co-trimoxazole

g. Glycopeptides

• Mechanism: Inhibit bacterial cell wall synthesis
• Examples:
  • Vancomycin
  • Teicoplanin

h. Oxazolidinones

• Mechanism: Inhibit bacterial protein synthesis
• Examples:
  • Linezolid
  • Tedizolid

i. Lincosamides

• Mechanism: Inhibit bacterial protein synthesis
• Examples:
• Clindamycin

j. Rifamycins

• Mechanism: Inhibit RNA synthesis.
• Examples: 
• Rifampin

Antibiotics can be classified based on their mechanism of action, chemical structure, or spectrum of activity. Here’s a broad classification:

1. Mechanism of Action

A. Inhibition of Cell Wall Synthesis:

• Beta-Lactams:

•     Penicillins:

• Penicillin G, 
• Penicillin V, 
• Amoxicillin, 
• Ampicillin. 

• Cephalosporins: 

• Cephalexin, 
• Cefuroxime, 
• Ceftriaxone  

• Carbapenems:

• Imipenem, 
• Meropenem

• Monobactams:

• Aztreonam

• Glycopeptides: 

• Vancomycin, 
• Teicoplanin

B. Inhibition of Protein Synthesis:

•   Aminoglycosides: 

• Amikacin, 
• Gentamicin, 
• Tobramycin, 
• Amikacin. 

•   Macrolides: 

• Erythromycin, 
• Azithromycin, 
• Clarithromycin. 

•   Tetracyclines:

• Tetracycline, 
• Doxycycline, 
• Minocycline. 

• Chloramphenicol: 

• Chloramphenicol. 

•   Oxazolidinones: 

• Linezolid, 
• Tedizolid

• Lincosamides:

• Clindamycin

C. Inhibition of Nucleic Acid Synthesis:

•   Fluoroquinolones:

• Ciprofloxacin,
• Levofloxacin, 
• Moxifloxacin. 

• Rifamycins: 

• Rifampin, 
• Rifabutin. 

• Sulfonamides: 

• Sulfamethoxazole

D. Inhibition of Metabolic Pathways:

•   Sulfonamides:

• Sulfamethoxazole (often combined with trimethoprim) 

• Trimethoprim [Often combined with sulfamethoxazole (TMP-SMX)]

2. Chemical Structure:

• Beta-Lactams:

• Penicillin
• Cephalosporin
• Carbapenem
• Monobactams

• Non-Beta-Lactams:

• Macrolides
• Aminoglycosides
• Tetracyclines
• Glycopeptides
• Chloramphenicol

 3. Spectrum of Activity:

• Broad-Spectrum Antibiotics:

• Amoxicillin-Clavulanate
• Tetracyclines
• Fluoroquinolones

• Narrow-Spectrum Antibiotics:

• Penicillin G (primarily Gram-positive bacteria) 
• Vancomycin (primarily Gram-positive bacteria, including MRSA) 
• Isoniazid (primarily Mycobacterium tuberculosis)

This classification helps in selecting appropriate antibiotics based on the type of infection and the bacteria causing it.

PENICILLIN

 Penicillin is a group of antibiotics that are derived from the Penicillium fungi. Here's a comprehensive overview:

History:

• Discovery: Penicillin was discovered by Alexander Fleming in 1928. He observed that a mold (Penicillium notatum) inhibited bacterial growth.

ALEXANDER FLEMMING

PENICILLIN

• Development: During World War II, mass production techniques were developed, making penicillin widely available and saving countless lives. 

PENICILLIN FULL EXPLANATION VIDEO:

 CLICK HERE ...👆🏻

Mechanism of Action:

• Function: Penicillin works by interfering with bacterial cell wall synthesis. It inhibits the enzyme transpeptidase, which is essential for the cross-linking of peptidoglycan layers in bacterial cell walls.
• Result: This leads to cell lysis and death, particularly effective against Gram-positive bacteria.

Types of Penicillin

1. Natural Penicillins:

   • Penicillin G: Effective against many Gram-positive bacteria and some Gram-negative bacteria. Administered intravenously or intramuscularly.
   • Penicillin V: Similar to Penicillin G but more stable in acidic environments, allowing oral administration.

2. Aminopenicillins:

   • Amoxicillin: Broad-spectrum antibiotic effective against a wider range of bacteria compared to natural penicillins. Commonly used for respiratory infections, ear infections, and more.
   • Ampicillin: Similar to amoxicillin but less frequently used.

3. Penicillinase-Resistant Penicillins:

   • Methicillin: Designed to resist inactivation by staphylococcal penicillinase (an enzyme that destroys penicillin).
   • Oxacillin and Cloxacillin: Alternatives to methicillin, used for treating staphylococcal infections.

4. Extended-Spectrum Penicillins:

• Piperacillin: Effective against a broader range of bacteria, including some Gram-negative bacteria. Often combined with a beta-lactamase inhibitor like tazobactam.

Pharmacokinetics :

Absorption: 

The potassium salt of penicillin V (oral formulation) is resistant to inactivation by gastric acid; however, penicillin G is destroyed by stomach acid. Benzathine penicillin G has slow hydrolysis and absorption, resulting in a prolonged half-life.

Distribution:

 Penicillin V and penicillin G have approximately 80% and 60% plasma protein binding, respectively. Tissue levels are highest in the kidneys. The concentration of penicillin in abscesses, synovial, and peritoneal fluids is higher in the presence of inflammation. However, penicillin G does have poor distribution in polymorphonuclear leukocytes. 

Metabolism: 

Penicillin derivatives are minimally metabolized by the liver. Organic anion transporter-3 plays a vital role in renal excretion

Elimination:

 These agents are rapidly excreted in the urine as they are water-soluble, and others are excreted in bile. Penicillin has a relatively short half-life of about 2 hours. Penicillin is excreted rapidly by tubular excretion, which is inhibited by probenecid.

Uses :

• Infections: Treats infections caused by susceptible bacteria, including strep throat, syphilis, and certain skin infections.
• Prophylaxis: Sometimes used to prevent infections before surgical procedures or in high-risk individuals.

Side Effects

• Common: Nausea, vomiting, diarrhea, and allergic reactions.
• Severe: Anaphylaxis (a severe allergic reaction), Clostridium difficile infection (leading to severe diarrhea), and resistance.

Allergic Reactions

• Prevalence: Allergies to penicillin are relatively common. Symptoms range from mild rashes to severe anaphylaxis.
• Management: Individuals with known allergies should avoid penicillin and its derivatives. Alternative antibiotics may be prescribed.

Resistance

• Mechanisms: Bacteria can develop resistance through various mechanisms, such as producing beta-lactamases that break down penicillin.
• Combating Resistance: Combination therapies with beta-lactamase inhibitors (e.g., clavulanic acid) can help overcome some resistance issues.

Administration

Available Dosage Forms, Strengths, and Dosages

Penicillin G can be administrated by intravenous (IV) or intramuscular (IM) route. Penicillin G potassium for injection USP vial is available in 1 million units, 5 million units, and 20 million units per vial. Because of the short half-life, penicillin G is usually administered in divided doses 4 to 6 hours apart via the IV or IM route. Penicillin G benzathine administration ensures a continuous low dose of penicillin G over 2 to 4 weeks. FDA has also approved a procaine penicillin G combination of antibiotics and local anesthetics.

Penicillin V and its potassium salt derivative, penicillin VK, are accessible in orally administered forms, including solutions for reconstitution (125 mg/5 mL and 250 mg/5 mL) and tablets (250 mg and 500 mg). Penicillin V is best administered to a fasting patient as it degrades in stomach acid. Based on the clinical indication and patient weight, the usual dosage ranges from 125 to 500 mg every 6 to 8 hours.

As with any antibiotic, patients should be advised to finish the treatment course to prevent bacterial resistance. Penicillin demonstrates limited crossing of the blood-brain barrier. According to the Infectious Diseases Society of America (IDSA), penicillin G is recommended for bacterial meningitis caused by susceptible organisms such as Propionibacterium acnes. According to the Centers for Disease Control and Prevention (CDC), penicillin should not be used as first-line therapy for treatment or post exposure prophylaxis for anthrax until susceptibility results.

Specific Patient Populations

Hepatic impairment: 

• Hepatic impairment warrants caution, particularly in cirrhosis cases, due to hypoalbuminemia.

Renal impairment: 

• Although renal impairment is not a contraindication for penicillin, doses must be adjusted given end-stage renal disease. 

• Depending on the glomerular filtration rate, these patients will receive a full loading dose and half a loading dose every 8 to 10 or 4 to 5 hours.

Pregnancy considerations: 

• Penicillin G belongs to the FDA pregnancy category B drug. No severe adverse events are observed with penicillin G. 
• Eliminating penicillin V is increased during pregnancy, requiring dose adjustment with an increased dose of the standard dosing interval or shorter dosing intervals of the standard dose. 
• According to the American College of Obstetricians and Gynecologists (ACOG) guidelines, penicillin G is recommended for group B Streptococcus (GBS) prophylaxis. 
• The recommendation is a loading dose of 5 million units followed by 2.5 to 3 million units every 4 hours till delivery.

Breastfeeding considerations: 

• According to the literature, penicillin G and penicillin V are found in milk at low levels that are unexpected to cause adverse reactions in breastfed infants. Some research has reported that penicillin can disrupt the infant's gastrointestinal flora, causing diarrhea or thrush; however, these adverse effects have not been adequately evaluated. The use of penicillin G or penicillin V is acceptable for nursing mothers.

Paediatric patients: The pediatric dose of penicillin is calculated based on the body surface area and weight. The CDC recommends Benzathine penicillin G 50,000 units/kg IM, up to 2.4 million units in a single dose for treating primary and secondary syphilis.

Older patients: Older patients should exercise caution when using due to the potential for reduced glomerular filtration rate.

Adverse Effects : 

Penicillin V and G can have adverse effects, including 

• Nausea, 
• Vomiting, 
• Diarrhea, 
• Rash, 
• Abdominal pain, 
• Urticaria.

In addition, Penicillin G can have other adverse reactions, including 

• Muscle spasms, 
• Fever, 
• Chills, 
• Muscle pain, 
• Headache, 
• Tachycardia, 
• Flushing, 
• Tachypnea, and 
• Hypotension.

Hypersensitivity reactions: The commonly encountered adverse drug reaction with penicillin is hypersensitivity of immediate onset or delayed onset.

Immediate onset: This type of reaction occurs within 20 minutes after administering the drug and is characterized by urticaria, pruritis, edema, laryngospasm, bronchospasm, hypotension, vascular collapse, and death.

Delayed onset: This type of reaction occurs within 1 to 2 weeks of treatment, is rare, and is characterized by fever, malaise, urticaria, myalgia, arthralgia, abdominal pain, and skin rashes.

Gastrointestinal system: Gastrointestinal symptoms, including nausea, vomiting, and stomatitis, were the most commonly reported in over 1% of patients and widely observed with oral administration. Pseudomembranous colitis is also observed during or after the treatment.

Hematologic reactions: If the dose exceeds 10 million units per day and a patient has received a higher dose previously, then those patients can precipitate Coombs-positive hemolytic anemia and neutropenia, resolved when therapy is stopped.

Metabolic reactions: The salt form of penicillin G may cause electrolyte imbalances, such as hyperkalemia, when given IV in a large dose.

Nervous system: Neurological manifestations include hyperreflexia, myoclonic cramps, seizures, and coma after IV doses and are more likely in patients with impaired renal function.

Urogenital system: Urological manifestations with large IV doses include renal tubular damage. Penicillins can also cause acute interstitial nephritis, a disease characterized by inflammation of the tubules and interstitium of the kidneys. Acute interstitial nephritis can also present with hematuria, fever, and rash. The recommendation is to withdraw the drug as the disease could lead to renal failure. 

Other reactions: Jarisch- Herxheimer reaction is precipitated when penicillin is administered in patients with syphilis due to rapid lysis of spirochetes and release of endotoxins. Procaine reactions (1 in 500 patients) are due to immediate toxic reactions to procaine due to large single-dose administration. Procaine may cause a pseudoanaphylactic reaction. Procaine can also cause methemoglobinemia.

Drug-Drug Interactions

Concurrent sulfonamides, erythromycin, and chloramphenicol (bacteriostatic drugs) should be avoided due to antagonistic effects.

Tubular secretion of penicillin G is blocked by probenecid- higher and longer plasma concentrations are achieved. Probenecid also decreases the volume of distribution of penicillin.

Drugs such as aspirin, phenylbutazone, sulfonamides, indomethacin, thiazide, furosemide, and ethacrynic acid increase the half-life of penicillin by competing with tubular secretion.

Contraindications

Contraindications of penicillin include a previous history of severe allergic reactions to penicillin or its derivatives. Penicillin is also contraindicated in patients with a prior history of Stevens-Johnson syndrome after administering penicillin or a penicillin derivative. In addition, penicillin has an antagonistic effect with tetracyclines and can lead to a 2.6 times higher mortality risk when treating pneumococcal meningitis than penicillin alone. However, Penicillins are relatively safe to use during pregnancy and lactation.

Nearly all antibacterial agents have been linked to Clostridium difficile–associated diarrhea (CDAD), including penicillin, with severity ranging from mild diarrhea to fatal colitis. Antibacterial agents alter the colon's normal flora, causing the overgrowth of C difficile. This strain produces toxins A and B that contribute to the development of CDAD. During infections caused by hypertoxin-producing strains of C difficile, the morbidity and mortality rate is increased since these infections are often resistant to antimicrobial treatments and may require colectomy. Antibiotic treatment is recommended when CDAD is suspected or confirmed. Depending on clinical need, protein supplementation, fluid and electrolyte management, antibiotic treatment, and surgical evaluation are implemented.

Monitoring

Generally, the monitoring of patients on penicillin is not required. However, one study recommended therapeutic drug monitoring during endocarditis treatment caused by enterococci to determine penicillin exposure and dosing. This vigilance will decrease the chance of antibiotic resistance while improving therapeutic impact. Prolonged administration of penicillin requires monitoring hematologic, renal, and hepatic function.

Toxicity

Signs and Symptoms of Overdose

Penicillin has a small risk of toxicity. Clinicians can administer penicillin at relatively high doses compared to other drugs without harming patients. Estimates are that it would take 5 g/kg body weight IV to cause convulsions in a patient. However, penicillin can cause local toxicity due to high-dose injections at sensitive sites such as the eye's anterior chamber or the subarachnoid space. Reports show that pure preparations of penicillin cause no harm to the lungs and veins. Other reports indicate that topical penicillin can prevent coagulation in dental cavities.

Management of Overdose

Neurotoxicity of penicillin requires discontinuation of the offending penicillin. Penicillin are hypothesized to have an inhibitory effect on GABA transmission; consequently, IV benzodiazepines and electroencephalogram (EEG) monitoring may be necessary in refractory cases.

Enhancing Healthcare Team Outcomes

Before prescribing penicillin to a patient, the prescribing clinician and consulting team should confirm that the underlying infection is likely the result of bacteria sensitive to penicillin. The prescriber, pharmacist, and nurse should also counsel the patient on any adverse drug effects that should prompt a return visit, such as prolonged diarrhea or severe rash. Clinicians should notify the CDC if the zoonotic disease is suspected, and infectious disease consultation should be obtained. In an outpatient setting, communication between the clinician and the pharmacist will allow the drug to be dispensed appropriately to the patient.

Pharmacists should consult the patient on how best to administer the penicillin and remind them that they should complete the entire course of the antibiotic. This interprofessional approach will optimize therapeutic results while minimizing adverse effects. A retrospective study concluded that a team approach between infectious disease pharmacists with advanced pharmacy practice experience improves antimicrobial stewardship interventions.

If a patient has difficulty obtaining drugs for financial or logistical reasons, a social worker may help ensure that the patient receives their medications. In an inpatient setting, communication between the clinician and the nurse will allow the patient to receive the drug. The healthcare team can work together to confirm that the patient has no contraindications to penicillin use.

If any immediate severe adverse effects occur after administering penicillin, such as anaphylaxis, the healthcare team should receive notification and treat the acute condition immediately. A board-certified infectious disease pharmacist can also consult on the case to confirm if penicillin is the best choice given the patient's diagnosis, current antibiogram data, and any other medications the patient is prescribed. Furthermore, a flattened hierarchy approach should be in place to ensure that reporting mistakes to a superior can take place without resistance. Utilizing the entire healthcare team is critical to ensure the patient is comfortable and has the best medical outcome with the lowest chance of complications. Interprofessional coordination and collaboration among physicians, nurse practitioners, physician assistants, pharmacists, and nurses can improve patient outcomes while using penicillin for treating susceptible infections.

References :

1.

Friedland IR, McCracken GH. Management of infections caused by antibiotic-resistant Streptococcus pneumoniae. N Engl J Med. 1994 Aug 11;331(6):377-82. [PubMed]

2.

Herman DJ, Gerding DN. Antimicrobial resistance among enterococci. Antimicrob Agents Chemother. 1991 Jan;35(1):1-4. [PMC free article] [PubMed]

3.

Spratt BG, Cromie KD. Penicillin-binding proteins of gram-negative bacteria. Rev Infect Dis. 1988 Jul-Aug;10(4):699-711. [PubMed]

4.

Perry CM, Markham A. Piperacillin/tazobactam: an updated review of its use in the treatment of bacterial infections. Drugs. 1999 May;57(5):805-43. [PubMed]

5.

Kache PA, Person MK, Seeman SM, McQuiston JR, McCollum J, Traxler RM. Rat-Bite Fever in the United States: An Analysis Using Multiple National Data Sources, 2001-2015. Open Forum Infect Dis. 2020 Jun;7(6):ofaa197. [PMC free article] [PubMed]

6.

Harcourt BH, Anderson RD, Wu HM, Cohn AC, MacNeil JR, Taylor TH, Wang X, Clark TA, Messonnier NE, Mayer LW. Population-Based Surveillance of Neisseria meningitidis Antimicrobial Resistance in the United States. Open Forum Infect Dis. 2015 Sep;2(3):ofv117. [PMC free article] [PubMed]

7.

Dunaway SB, Maxwell CL, Tantalo LC, Sahi SK, Marra CM. Neurosyphilis Treatment Outcomes After Intravenous Penicillin G Versus Intramuscular Procaine Penicillin Plus Oral Probenecid. Clin Infect Dis. 2020 Jul 11;71(2):267-273. [PMC free article] [PubMed]

8.

Gillam DG, Turner W. Antibiotics in the treatment of periodontal disease: a guide for the general dental practitioner. Prim Dent J. 2014 Aug;3(3):43-7. [PubMed]

9.

Wyber R, Taubert K, Marko S, Kaplan EL. Benzathine Penicillin G for the Management of RHD: Concerns About Quality and Access, and Opportunities for Intervention and Improvement. Glob Heart. 2013 Sep;8(3):227-34. [PubMed]

10.

Workowski KA, Bolan GA., Centers for Disease Control and Prevention. Sexually transmitted diseases treatment guidelines, 2015. MMWR Recomm Rep. 2015 Jun 05;64(RR-03):1-137. [PMC free article] [PubMed]

11.

Fisher JF, Mobashery S. Constructing and deconstructing the bacterial cell wall. Protein Sci. 2020 Mar;29(3):629-646. [PMC free article] [PubMed]

12.

Gordon E, Mouz N, Duée E, Dideberg O. The crystal structure of the penicillin-binding protein 2x from Streptococcus pneumoniae and its acyl-enzyme form: implication in drug resistance. J Mol Biol. 2000 Jun 02;299(2):477-85. [PubMed]

13.

Espinosa-Gongora C, Jessen LR, Kieler IN, Damborg P, Bjørnvad CR, Gudeta DD, Pires Dos Santos T, Sablier-Gallis F, Sayah-Jeanne S, Corbel T, Nevière A, Hugon P, Saint-Lu N, de Gunzburg J, Guardabassi L. Impact of oral amoxicillin and amoxicillin/clavulanic acid treatment on bacterial diversity and β-lactam resistance in the canine faecal microbiota. J Antimicrob Chemother. 2020 Feb 01;75(2):351-361. [PubMed]

14.

Wolman AT, Gionfriddo MR, Heindel GA, Mukhija P, Witkowski S, Bommareddy A, Vanwert AL. Organic anion transporter 3 interacts selectively with lipophilic β-lactam antibiotics. Drug Metab Dispos. 2013 Apr;41(4):791-800. [PubMed]

15.

Barker CI, Germovsek E, Sharland M. What do I need to know about penicillin antibiotics? Arch Dis Child Educ Pract Ed. 2017 Feb;102(1):44-50. [PubMed]

16.

Wilson RC, Arkell P, Riezk A, Gilchrist M, Wheeler G, Hope W, Holmes AH, Rawson TM. Addition of probenecid to oral β-lactam antibiotics: a systematic review and meta-analysis. J Antimicrob Chemother. 2022 Aug 25;77(9):2364-2372. [PMC free article] [PubMed]

17.

Robbins N, Gilbert M, Kumar M, McNamara JW, Daly P, Koch SE, Conway G, Effat M, Woo JG, Sadayappan S, Rubinstein J. Probenecid Improves Cardiac Function in Patients With Heart Failure With Reduced Ejection Fraction In Vivo and Cardiomyocyte Calcium Sensitivity In Vitro. J Am Heart Assoc. 2018 Jan 13;7(2) [PMC free article] [PubMed]

18.

LiverTox: Clinical and Research Information on Drug-Induced Liver Injury [Internet]. National Institute of Diabetes and Digestive and Kidney Diseases; Bethesda (MD): Oct 20, 2020. Penicillins (1st Generation) [PubMed]

19.

Tunkel AR, Hasbun R, Bhimraj A, Byers K, Kaplan SL, Scheld WM, van de Beek D, Bleck TP, Garton HJL, Zunt JR. 2017 Infectious Diseases Society of America's Clinical Practice Guidelines for Healthcare-Associated Ventriculitis and Meningitis. Clin Infect Dis. 2017 Mar 15;64(6):e34-e65. [PMC free article] [PubMed]

20.

Parker CM, Karchmer AW, Fisher MC, Muhammad KM, Yu PA. Safety of Antimicrobials for Postexposure Prophylaxis and Treatment of Anthrax: A Review. Clin Infect Dis. 2022 Oct 17;75(Suppl 3):S417-S431. [PMC free article] [PubMed]

21.

Zoratti C, Moretti R, Rebuzzi L, Albergati IV, Di Somma A, Decorti G, Di Bella S, Crocè LS, Giuffrè M. Antibiotics and Liver Cirrhosis: What the Physicians Need to Know. Antibiotics (Basel). 2021 Dec 28;11(1) [PMC free article] [PubMed]

22.

Smyth B, Jones C, Saunders J. Prescribing for patients on dialysis. Aust Prescr. 2016 Feb;39(1):21-4. [PMC free article] [PubMed]

23.

Heikkilä AM, Erkkola RU. The need for adjustment of dosage regimen of penicillin V during pregnancy. Obstet Gynecol. 1993 Jun;81(6):919-21. [PubMed]

24.

Prevention of Group B Streptococcal Early-Onset Disease in Newborns: ACOG Committee Opinion, Number 797. Obstet Gynecol. 2020 Feb;135(2):e51-e72. [PubMed]

25.

Drugs and Lactation Database (LactMed®) [Internet]. National Institute of Child Health and Human Development; Bethesda (MD): Feb 15, 2021. Penicillin V. [PubMed]

26.

Drugs and Lactation Database (LactMed®) [Internet]. National Institute of Child Health and Human Development; Bethesda (MD): Feb 15, 2021. Penicillin G. [PubMed]

27.

Abdulkader RCRM, Burdmann EA, Lebrão ML, Duarte YAO, Zanetta DMT. Aging and decreased glomerular filtration rate: An elderly population-based study. PLoS One. 2017;12(12):e0189935. [PMC free article] [PubMed]

28.

Bhattacharya S. The facts about penicillin allergy: a review. J Adv Pharm Technol Res. 2010 Jan;1(1):11-7. [PMC free article] [PubMed]

29.

Chow KM, Hui AC, Szeto CC. Neurotoxicity induced by beta-lactam antibiotics: from bench to bedside. Eur J Clin Microbiol Infect Dis. 2005 Oct;24(10):649-53. [PubMed]

30.

Finnigan NA, Rout P, Leslie SW, Bashir K. StatPearls [Internet]. StatPearls Publishing; Treasure Island (FL): Sep 12, 2023. Allergic and Drug-Induced Interstitial Nephritis. [PubMed]

31.

Belum GR, Belum VR, Chaitanya Arudra SK, Reddy BS. The Jarisch-Herxheimer reaction: revisited. Travel Med Infect Dis. 2013 Jul-Aug;11(4):231-7. [PubMed]

32.

Gaig P, Paniagua MJ. [Hoigne's syndrome]. Allergol Immunopathol (Madr). 2005 Jan-Feb;33(1):57-8. [PubMed]

33.

McNulty R, Kuchi N, Xu E, Gunja N. Food-induced methemoglobinemia: A systematic review. J Food Sci. 2022 Apr;87(4):1423-1448. [PubMed]

34.

Ocampo PS, Lázár V, Papp B, Arnoldini M, Abel zur Wiesch P, Busa-Fekete R, Fekete G, Pál C, Ackermann M, Bonhoeffer S. Antagonism between bacteriostatic and bactericidal antibiotics is prevalent. Antimicrob Agents Chemother. 2014 Aug;58(8):4573-82. [PMC free article] [PubMed]

35.

Ivanyuk A, Livio F, Biollaz J, Buclin T. Renal Drug Transporters and Drug Interactions. Clin Pharmacokinet. 2017 Aug;56(8):825-892. [PubMed]

36.

Levison ME, Levison JH. Pharmacokinetics and pharmacodynamics of antibacterial agents. Infect Dis Clin North Am. 2009 Dec;23(4):791-815, vii. [PMC free article] [PubMed]

37.

Smits WK, Lyras D, Lacy DB, Wilcox MH, Kuijper EJ. Clostridium difficile infection. Nat Rev Dis Primers. 2016 Apr 07;2:16020. [PMC free article] [PubMed]

38.

Öbrink-Hansen K, Wiggers H, Bibby BM, Hardlei TF, Jensen K, Kragh Thomsen M, Brock B, Petersen E. Penicillin G Treatment in Infective Endocarditis Patients - Does Standard Dosing Result in Therapeutic Plasma Concentrations? Basic Clin Pharmacol Toxicol. 2017 Feb;120(2):179-186. [PubMed]

39.

STEWART GT. TOXICITY OF THE PENICILLINS. Postgrad Med J. 1964 Dec;40(Suppl):SUPPL:160-9. [PMC free article] [PubMed]

40.

Grill MF, Maganti RK. Neurotoxic effects associated with antibiotic use: management considerations. Br J Clin Pharmacol. 2011 Sep;72(3):381-93. [PMC free article] [PubMed]

41.

Cusumano JA, Defrank A, Funk OG, Lerner P, Tanprayoon M, Vasa C, Mazo D. The Role of an Infectious Diseases Faculty Pharmacist and Pharmacy Students on an Antimicrobial Stewardship Team at a Community Non-teaching Hospital. J Pharm Pract. 2024 Apr;37(2):335-342. [PubMed]

Copyright © 2024, StatPearls Publishing LLC.

This book is distributed under the terms of the Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International (CC BY-NC-ND 4.0) ( http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/ ), which permits others to distribute the work, provided that the article is not altered or used commercially. You are not required to obtain permission to distribute this article, provided that you credit the author and journal.

Bookshelf ID: NBK554560PMID: 32119447