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Metronidazol reichert sich nach der Aufnahme in anaeroben Bakterien und einigen anderen einzelligen parasitären Krankheitserregern (Protozoen) an. Erst spezielle Enzyme im Inneren der Keime wandeln das Antibiotikum in die eigentlich aktiven Verbindungen um, die das Erbgut der Krankheitserreger schädigen – die Keime sterben ab.
Da dieser Hauptmechanismus nur im Inneren von anaeroben Keimen funktioniert, wirkt Metronidazol kaum auf sauerstoffliebende Bakterien oder menschliche beziehungsweise tierische Zellen.
Das Antibiotikum wird bei bakteriellen Infekten mit anaeroben Bakterien (besonders im Vaginal-, Magen-Darm-, Hals-Nasen-Ohren- und Mundbereich) oder zu deren Vorbeugung bei Operationen eingesetzt. Zusätzlich findet Metronidazol Anwendung bei Infektionen durch krankheitserregende Einzeller (Protozoen) wie Trichomonaden (Trichomoniasis), Amöben (Amöbiasis) oder Giardien (Giardiasis/Lambliasis). Je nach Anwendungsgebiet wird das Antibiotikum mehrere Tage lang verabreicht. Diese vom Arzt verordnete Anwendungsdauer muss, um Rückfälle zu vermeiden, unbedingt eingehalten werden.
Metronidazol-Creme wird äußerlich angewendet bei Hautkrankheiten wie Rosazea („Kupferrose“) und Entzündungen um den Mundbereich (periorale Dermatitis), da das Antibiotikum auch entzündungshemmende Eigenschaften besitzt. Außerdem werden solche Hautkrankheiten teilweise mit manchen Bakterienarten in Verbindung gebracht, welche das Antibiotikum abtöten kann. Hierbei kommt gelegentlich auch eine längerfristige Anwendung in Betracht.