中枢神经系统（central nervous system, CNS）感染的治疗相对困难，主要有两个原因：① 大脑是免疫豁免的部位，正常情况下脑实质或脑脊液（cerebrospinal fluid, CSF）中没有白细胞；② 血-脑屏障（blood-brain barrier, BBB）大大降低了抗菌药物向 CNS 弥散。脑炎、脑膜炎和脑脓肿的治疗方案需遵循抗菌药物的药物代谢动力学（Pharmacokinetics，PK）和药效学（Pharmacodynamics, PD）特征。治疗方案受到 BBB 的限制，以至于在临床实践中 CNS 感染治疗的方案都是相似的，特别是CNS细菌性感染治疗方案的异质性远低于其他感染性疾病（如肺炎、腹部感染或皮肤软组织感染）。

β-内酰胺类药物的特点是对于敏感菌有较高的抗菌活性、副作用发生率相对较低。此类药物在有炎症脑脊液中的浓度高于无炎症脑脊液中的浓度。

青霉素类大部分对正常脑膜的透过性差，炎性脑膜透过性提高。青霉素、氨苄西林可用于治疗脑膜炎奈瑟菌。氨苄西林可治疗单核细胞增多性李斯特菌、流感嗜血杆菌。苯唑西林可治疗甲氧西林敏感的葡萄球菌。

头孢菌素类药物中，一代、二代头孢菌素的血-脑通透性较低。一代头孢菌素中头孢唑林在有炎症脑脊液和无炎症脑脊液中均无法测出药物浓度。二代头孢菌素中头孢呋辛透过血-脑屏障的能力较好，是唯一一个可以达到最低抑菌浓度（MIC）的药物。三代头孢菌素中头孢曲松血-脑屏障透过率为5%~15%。头孢他啶难以透过正常的血-脑屏障，只有当脑膜受损时，血-脑屏障透过率才能达到17%~30%。四代头孢菌素中头孢吡肟可通过炎性脑膜，在无炎症时其血脑屏障透过率为10%~15%。五代头孢菌素中头孢洛林酯在无炎症时其血-脑屏障透过率为3%，有炎症时可以达到14%~15%。

β-内酰胺酶抑制剂（克拉维酸、舒巴坦和他唑巴坦）的中枢通透性低，即使在脑膜炎患者中其CSF 浓度亦持续低于有效阈值。

碳青霉烯类药物抗菌谱广，抗菌活性强，不易耐药，广泛应用于中枢神经系统感染的治疗，但亚胺培南增加痫性发作的风险，不应用于CNS感染。美罗培南对炎性脑膜的透过性好，可用于治疗多重耐药的革兰阴性杆菌、严重需氧和厌氧混合的中枢感染。

氨基糖苷类药物分子量约为400 Da，血浆蛋白结合率较低，具有亲水性，血-脑屏障透过率很低。但阿米卡星和庆大霉素能透过炎性脑膜，可与其他药联合使用，治疗部分革兰阴性菌引起的中枢感染，也可鞘内注射。

多数喹诺酮类药物分子量约为300Da，血浆蛋白结合率较低（为20%~40%），中度亲酯，在正常脑脊液和血浆中一般不解离。在脑膜无炎症时，喹诺酮类药物的血-脑屏障透过率远高于β-内酰胺类药物，如左氧氟沙星可以高达71%。在脑膜出现炎症时，喹诺酮类药物的血-脑屏障透过率可以超过70%。莫西沙星可用于治疗青霉素耐药的肺炎链球菌中枢感染；环丙沙星加氨基糖苷类可治疗铜绿假单胞菌引起的感染。但喹诺酮类药物存在明显的神经系统不良反应，需谨慎用于治疗中枢感染。

糖肽类药物分子量较高（1400Da以上），血浆蛋白结合率范围为50%（万古霉素）至90%（替考拉宁），具有亲水性，因此糖肽类的血-脑透过率较低。万古霉素不能迅速穿过正常血-脑屏障进入脑内，但在脑膜炎症时，万古霉素血-脑屏障透过率可以成倍增加，达到有效抑菌浓度。因万古霉素血-脑屏障透过率较低，因此如果致病菌对其他药物敏感（如青霉素、头孢菌素等），不推荐应用万古霉素。对其他药物耐药时，应用万古霉素也常联合用药，可与头孢曲松联合治疗青霉素耐药的肺炎链球菌引起的中枢感染；与磷霉素联合治疗甲氧西林耐药的葡萄球菌引起的中枢感染。

大环内酯类和四环素类对正常和炎性脑膜的透过能力均差，抗菌效果不佳，在中枢感染中并不常用。但多西环素、米诺环素可通过血-脑屏障，在中枢感染中发挥作用。

甲硝唑、替硝唑正常脑膜有很好的穿透性，炎性脑膜时脑脊液浓度为血药浓度的90%，可联合其他药用于脑脓肿的治疗。

利奈唑胺是第一个批准上市的噁唑烷酮类药物，主要用于治疗由耐药革兰阳性菌引起的感染性疾病。利奈唑胺极易透过血-脑屏障，其血-脑屏障透过率高达70%。虽然利奈唑胺仅为抑菌剂，但其已成功应用于神经外科感染的治疗。康替唑胺的中枢通透性目前正在研究中。

磷霉素可透过血-脑屏障，炎症时可达到血药浓度的50%以上，可联合万古霉素治疗甲氧西林耐药的葡萄球菌引起的中枢感染。也可作为联合用药，治疗多重耐药的革兰阴性菌引起的严重感染。

多黏菌素类抗菌药物是目前治疗多重耐药的革兰阴性菌引起严重感染的"重要防线"，但多黏菌素B、多黏菌素E分子量较大，不易透过血-脑屏障。脑膜炎或脑室炎时，需要联合鞘内注射或脑室内注射。

异烟肼易于透过血-脑屏障（90%～95%），且具有杀菌作用，因此是结核性脑膜炎治疗的基础。吡嗪酰胺口服易吸收，易透过血-脑屏障（95%～100%），可显著缩短结核性脑膜炎的治疗时间。利福平血-脑屏障透过率不高（5%～25%），但大剂量利福平可以降低结核性脑膜炎的死亡率。在没有炎症反应导致血-脑屏障破坏的前提下，乙胺丁醇的通透率较低。