头孢菌素类抗生素(cephalosporins ) 是活性母核7 氨基头孢烯酸 (为B- 内酰胺环) 经加上各种侧链结构而制成的一系列半合成抗生素。其母核结构图1所示，属于β-内酰胺类抗生素, 其上 R1 改变与抗菌活性有关，R2 改变与药物动力学有关。
本类药可破坏细菌的细胞壁，并在繁殖期杀菌。对细菌的选择作用强，而对机体几乎没有毒性，具有抗菌谱广、抗菌作用强、耐青霉素酶、过敏反应较青霉素类少见等优点，所以是一类高效、低毒、临床广泛应用的重要抗生素。
过敏反应为头孢菌素类药物最主要的不良反应, 发生率约为 0 . 5 % ~ 10 % ,临床主要表现为皮疹、 药物热、 哮喘等,严重者可致过敏性休克,甚至死亡。
据文献报道第三代头孢菌素类药物过敏反应发生率呈上升趋势, 其过敏性休克的发生率居头孢菌素之首。头孢哌酮、头孢噻肟、 头孢曲松的皮疹发生率分别为 2.2 %, 1.8 %, 1.3%。
黄凯文报道,在 1990- 2000年的 113例头孢菌素类药物致过敏性休克的病例中, 绝大多数为第三代头孢菌素, 其中头孢噻肟占 17.7 %、头孢哌酮占13.3%、头孢曲松占 11.3%。第三代头孢菌素还可透过眼部房水,曾有应用头孢曲松致过敏性休克引起双眼失明的报道。
Kuroka 报道头孢克洛引起药疹 1例,患者系感染后用头孢克洛治疗,出现紫色大片状充血出血性斑丘疹。由于头孢菌素与青霉素致敏介质十分相似, 可发生不完全交叉过敏反应,对青霉素过敏者约有 10 % ~ 30%对头孢菌素过敏。对头孢菌素所致的过敏性休克, 可参照青霉素所致休克的方法处理。
过敏性休克机制
我国研究人员已从4 种头孢菌素( 如头孢噻肟、头孢哌酮、头孢曲松、头孢他啶) 中分离收集到能引发动物过敏反应的基本无抗菌活性的高分子聚合物。证明头孢菌素引起过敏反应的主要过敏原是其高分子杂质。头孢菌素高分子杂质有外源性和内源性两种，外源性一般来源于早期头孢菌素的生产，随生产工艺提高而减少;而内源性杂质是源于头孢菌素自身聚合的产物。
速发型过敏性休克反应机制
以头孢哌酮舒巴坦钠为例
头孢哌酮为第三代头孢菌素，抗菌作用机制主要是抑制细菌细胞壁的合成。头孢哌酮和舒巴坦均可引起过敏反应，且与青霉素有交叉过敏反应。头孢哌酮舒巴坦钠或其降解产物与组织蛋白结合后获得免疫原性，可刺激机体产生特异性抗体与靶细胞结合，使机体呈致敏状态，当再次接触此类抗原可发生过敏性休克。引起平滑肌收缩，黏液分泌，毛细血管扩张，血管通透性增加，血压下降，组织损伤，这些反应产生的过敏性休克为速发型过敏反应，严重的可致死亡。
迟发型过敏休克反应机制
以头孢呋辛为例
其迟发型过敏反应发生机制可能是由于头孢呋辛自身聚合物，也有认为是头孢呋辛体内代谢产物作为抗原或半抗原刺激机体免疫系统产生相应的抗体( 或致敏淋巴细胞) 。当这种药物再次进入人体时引发的变态反应，即两次以上用药才会发生过敏。摄入药物的次数越多，产生过敏的可能性越大。
溶血反应机制
头孢菌素类药物引起溶血的机制主要分为自身抗体型、药物吸附型和免疫复合物型3 种。例如头孢曲松引起的溶血性贫血属于免疫复合物型。其主要机制为：反复注射药物刺激机体产生 DD Abs ( drug—dependentantibodies) 该抗体与头孢曲松或其代谢产物形成免疫复合物，并与红细胞膜上的特异性靶蛋白结合，激活补体，导致红细胞破裂，引起溶血反应。
DD Abs 与头孢曲松结构类似的药物存在交叉反应，也可能导致溶血。另一方面头孢菌素可作为半抗原先吸附于血小板膜表面，构成全抗原,然后刺激机体免疫细胞产生抗血小板抗体，后者与靶细胞作用， 引起血小板大量凝集与破坏。有报道静滴头孢哌酮后，血象及骨髓片提示巨核细胞系统增生低下，停用头孢哌酮后血小板升至正常。
消化系统反应
胃肠道反应为第三代头孢菌素类药物常见的不良反应,发生率为 3.6 % ~10.8 %,主要表现为腹痛、腹泻、恶心和呕吐。头孢哌酮、头孢他啶、头孢噻肟引起腹泻的发生率分别为 3.0 %,1.2 % , 1.3%。本类药物强力地抑制肠道菌群,可致菌群失调,引起维生素 B族和K缺乏。
也可引起二重感染, 如伪膜性肠炎、念珠菌感染等。近年多有第三代头孢菌素类药物引起上消化道出血的报道。尤以头孢哌酮发生率居高。这可能与头孢哌酮在胆汁中浓度较高, 抑制或破坏肠道内合成维生素K的正常菌群而使凝血酶原复合物生成减少有关。
由此可见, 在应用该类药物时, 应密切观察PT变化,注意消化道是否有出血倾向, 必要时给予维生素 K以减少继发性出血的可能。因此,有胃肠道疾病史者,特别是溃疡性结肠炎、局限性肠炎或抗生素相关性结肠炎者应慎用。
双硫仑样反应
随着人们生活水平的提高，人们饮酒几率的增多，临床出现了很多例使用头孢类药物( 头孢哌酮钠、头孢曲松钠、头孢哌酮舒巴坦、头孢唑啉、头孢噻肟钠等) 后饮酒发生的过敏反应—双硫仑样反应。
酒精进入体内后，首先在肝细胞内经过乙醇脱氢酶的作用氧化为乙醛，乙醛在肝细胞线粒体内经过乙醛脱氢酶氧化为乙酸和乙酰辅酶A，进入三羧酸循环，乙酸进一步代谢为二氧化碳和水排出体外。
头孢类抗生索，是从头孢菌素母核7 一氨基头孢烷酸接上不同的侧链而制成半合成抗生素。由于其分子结构含硫甲基四氮唑基因，可与辅酶A 竞争，抑制肝脏的乙醛脱氢酶活性，阻断了乙醛的继续氧化而造成蓄积，导致乙醛中毒，致使小动脉、小静脉、毛细血管扩张，血管通透性加强，血浆外渗，并能反射性引起交感神经兴奋，促使神经末稍释放大量的肾上腺素、去甲肾上腺素、多巴胺、五羟色胺等单胺类神经递质，从而引起一系列的血管运动性和神经性表现，产生一系列中毒症状，呈“醉酒状”戒硫样反应。
如果患者平时不会饮酒或饮酒很少的人，反应会更加严重，应用静脉用药后，反应比口服用药更陕更严重。
建议应用此类头孢菌素期间及停药后 7 d内应禁酒, 同时避免服用含乙醇的饮料, 尤以头孢哌酮、头孢曲松更为显著。在应用头孢哌酮钠时,应避免与任何含有乙醇成份的药物配伍。这一点在儿科用药中尤应引起警惕,因为幼儿的肝微粒体酶系发育尚未健全,对各种药物的代谢能力低,更易发生药物不良反应。
神经毒性机制
以头孢吡肟为例
头孢吡肟主要以原型经肾脏排泄，平均血浆消除半衰期为( 2 ±0 .3 ) h ， 7 0%- 8 0%由肾小管分泌，1 0 %- 2 0 % 由肾小球滤过。头孢吡肟总的平均清除率与平均肌酐清除率有重要的关系，可随肾功能的减退而延长，肾小球滤过率降低程度及肾小管间质损害呈正相关。对于肾功能正常患者，多剂量给药后无药物蓄积发生，少有不良反应发生。
老年人的药物清除率因肾清除率明显降低，易在体内蓄积，而肾功能不全者由于多种原因引起肾小球严重破坏，使身体在排泄代谢废物和调节水电解质、酸碱平衡方面出现紊乱，发生药物体内蓄积。
因此肾功能不全、尿毒症患者和老年患者可因药物蓄积导致脑脊液中药物浓度升高，一定程度上抑制了中枢递质氨基酸的合成和运输，同时抑制中枢神经细胞Na + - K+— A T P 酶，使静息膜电位降低，导致精神异常、惊厥、昏迷等中枢毒性反应。
头孢吡肟中枢神经系统不良反应的发生机制目前尚未明确，一般认为该药易透过血脑屏障，使脑脊液中药物浓度增加，可能通过拮抗正常神经递质Y 一氨基丁酸与其受体结合导致脑病的发生。。头孢曲松 /舒巴坦钠注射液曾有可致精神障碍的报告。婴幼儿血脑屏障发育尚不完善, 在应用时尤应注意。
老年人及尿毒症患者应用此类药物时可因肾功能衰竭而致药物蓄积、半衰期延长产生头孢菌素脑病, 如应用应减量。
出血机制
以头孢哌酮为例
头孢哌酮引起出血的机制：头孢哌酮经不同途径给药后，40%以上( 有报道达75%)以原形从胆道排入小肠大量杀灭肠道正常菌群( 肠道正常菌群可合成维生素K) ，致维生素K合成减少，致需维生素K参与的凝血酶原、因子Ⅶ、Ⅸ、X合成减少;且头孢哌酮含巯甲基四唑基团，与体内维生素K作用使之消耗增加;头孢哌酮还可直接干扰肝脏对维生素K的利用。
由于其7 位 C 原子的取代基中存在COOH基团的头孢菌素有抑制血小板凝集的功能,从而使出血倾向加重。凝血功能障碍的发生与药物的用量大小、疗程长短直接有关。头孢哌酮引起出血的副作用随剂量的增加而机率增大。在长期应用头孢菌素类药物时,应对患者定期检查血象。
