半合成青霉素是由改变青霉素的侧链而得到的，头孢菌素类是将青霉素的主核6-氨基青霉烷酸改变为7-氨基头孢烷酸(7-ACA)，而得到的另一类半合成抗生素。头孢菌素化合物最初是于1948年，由意大利科学家Giuseppe Brotzu从萨丁岛排水沟中的顶头孢提炼出来。他发现这些顶头孢分泌出一些物质，可以有效抵抗引致伤寒的伤寒杆菌。牛津大学成功提炼出对β内酰胺酶稳定的头孢菌素C，但却未有足够的效力作临床使用。头孢菌素的核心是7-氨基头孢烯酸（简称7-ACA）是从头孢菌素C中衍生出来，并已证实与青霉素的核心（即6-氨基青霉烷酸，6-APA）相似。对7-ACA的旁链作出修改，得出一些非常有用的抗生素，而第一种的头孢噻吩便是由礼来公司于1964年发行。
1.体内过程
头孢菌素Ⅰ、Ⅱ、Ⅴ内服后不吸收，必须用注射法投药。如用等量肌注，Ⅱ、Ⅴ血药浓度较Ⅰ高，在体内较稳定，故下降亦较缓慢。头孢菌素Ⅳ能从胃肠道吸收，可供内服。头孢菌素类吸收后分布较广，可通过胸膜及心包膜，也能进入关节腔和胎盘。主要经肾排泄。
2.抗菌谱
头孢菌素类为广谱的强杀菌剂，其杀菌作用机理类似青霉素。头孢菌素Ⅰ对革兰氏阳性菌如金葡球菌(包括耐青霉素菌株)、链球菌、梭状芽胞杆菌、炭疽杆菌等，在1微克/毫升浓度时即有抗菌作用；而在2.5～20微克/毫升浓度时，对大肠杆菌，肺炎杆菌、巴氏杆菌、伤寒杆菌、沙门氏杆菌、副溶血性嗜血杆菌、奇异变形杆菌等革兰氏阴性菌也有较好抗菌作用。李氏杆菌、钩端螺旋体等对本品也敏感。但对绿脓杆菌、产气杆菌、结核杆菌、真菌、支原体及原虫无效。头孢菌素Ⅱ的抗菌作用与Ⅰ大体相同，头孢菌素Ⅳ、Ⅴ的抗菌谱与Ⅰ基本相似。Ⅴ的特点是对革兰氏阴性菌作用较强。四种头孢菌素均耐青霉素酶，但Ⅰ，Ⅱ易被某些革兰氏阴性菌如绿脓杆菌、产气杆菌、吲哚阳性变形杆菌等所产生的β-内酰胺酶所破坏。
3.临床应用
头孢菌素主要用于耐青霉素G金葡球菌和一些革兰氏阴性杆菌引起的严重感染，如肺部感染、尿路感染、败血症、皮肤、软组织感染及骨、关节疾病等。Ⅱ与半合成青霉素、红霉素、庆大霉素等合用，可能有协同作用。在国外兽医临床上曾用于防治呼吸道感染、尿路感染、牛乳腺炎、预防术后败血症和巴贝斯焦虫病等。
4.配伍禁忌
青霉素、卡那霉素、阿米卡星、庆大霉素、妥布霉素、氯霉素、四环素、红霉素、林可霉素、克林霉素、磺胺嘧啶钠、多粘菌素E、多粘菌素B、苯妥英钠、苯巴比妥钠、异戊巴比妥钠、戊巴比妥钠、硫喷妥钠、利多卡因、琥珀胆碱、去甲肾上腺素、氨茶碱、肝素、氢化可的松、甲泼尼龙琥珀酸钠、维生素B1、维生素B6、生理盐水、复方氯化钠、氯化钙、葡萄糖酸钙、硫酸镁、碳酸氢钠。
5.不良反应
头孢菌素Ⅰ、Ⅱ、Ⅴ有局部刺激性，肌内注射时可引起疼痛，Ⅰ较Ⅱ、Ⅴ为重。头孢菌素类有一定程度的损害肾脏的不良反应，应予注意。
6.常用头孢菌素类药物
- 头孢噻吩钠(噻孢霉素钠，头孢菌素I，先锋霉素I)
- 头孢噻啶(头孢菌素Ⅱ，先锋霉素Ⅱ)
- 头孢氨苄(苯甘孢霉素，头孢菌素Ⅳ，先锋霉素Ⅳ)
- 头孢羟氨苄
- 头孢唑啉钠(头孢菌素V)
- 头孢噻肟钠(头孢氨噻肟)
- 头孢噻呋
- 头孢曲松（头孢三嗪、菌得治）
- 头孢他啶（头孢噻甲羧肟、复达欣）
- 头孢拉定（先锋霉素Ⅵ、头孢菌素Ⅵ、头孢雷定）
- 头孢呋辛（头孢呋肟、西力欣）
- 头孢哌酮
- 拉氧头孢（拉他头孢、羟羧氧酰胺菌素）
- 头孢克洛（头孢氯氨苄）
- 头孢吡肟（头孢匹美）
- 头孢替安
- 头孢美唑（先锋美他醇）
- 头孢洛宁
- 头孢西丁
- 头孢匹罗
- 头孢唑肟（益保世灵、去甲氨噻肟头孢菌素）
- 头孢唑南
7.头孢菌素的分类
第一代头孢菌素
第一代头孢菌素是较温和的抗生素，能抵抗包括能生产青霉素酶及敏感甲氧西林的葡萄球菌属及链球菌等细菌，纵然它们不是这种细菌感染的首选治疗药物。它们另外亦会抵抗一些大肠杆菌、克雷白氏肺炎杆菌及奇异变型杆菌，但对脆弱拟杆菌、肠球菌、抗药性葡萄球菌、假单胞菌属、不动杆菌属、肠杆菌属、引朵阳性变型杆菌或沙雷氏菌没有功效。口服如Cephalexin、静脉注射如Cefazolin为主，抗菌范围中等，与抗青霉素酶青霉素相似，主要用于对抗G(+)（如葡萄球菌、链球菌、肺炎双球菌）及部分G(–)（如大肠杆菌）的感染，药效佳，用于外科预防感染或治疗感染性伤口，如呼吸、泌尿、生殖道及皮肤软组织感染。
第一代头孢菌素包括：
- 头孢氰甲
- 头孢羟氨芐（Cefadroxil、Duricef®）
- 头孢氨芐（Keflex®）
- 头孢来星
- 头孢洛宁
- 头孢噻啶
- 头孢噻吩（Keflin®）
- 头孢匹林（Cefapirin、Cefadryl®）
- 头孢曲秦（Cefatrizine）
- 头孢氮氟
- 头孢西酮
- 头孢唑林（Ancef®、Kefzol®）
- 头孢拉定（Cefadine、Velosef®）
- 头孢沙定
- 头孢替唑
第二代头孢菌素
第二代头孢菌素有较大的革兰氏阴性菌的抗菌性，且保留一些革兰氏阳性菌的抗菌性。它们对β内酰胺酶有更大的抵抗力。
- 头孢克洛（Ceclor®）
- 头孢尼西（Monocid®）
- 头孢丙烯（Cefzil®）
- 头孢呋辛（Zinnat®、Zinacef®、Ceftin®）
- 头孢唑南（Cefuzonam）
第二代头孢菌素有着抗厌氧性生物性的包括：
- 头孢孟多（Cefamandole）
- 头孢雷特
- 头孢替安（Cefotiam）
以下的头孢烯有时亦被分类为第二代头孢菌素：
- 碳头孢烯：氯碳头孢（Lorabid®）
- 头霉素：头孢拉宗、头孢美唑（Cefmetazole、Zefazone®）、头孢米诺（Cefminox）、头孢替坦（Cefotetan[3]、Cefotan®）、头孢西丁（Cefoxitin、Mefoxin®）
第三代头孢菌素
第三代的头孢菌素有广泛的抗菌性，且增加了抵抗革兰氏阴性菌的能力。某些头孢菌素，尤其是口服的及具抗假单胞菌属能力的，对革兰氏阳性菌有减少了的抗菌性。虽然扩展了的药性，β内酰胺酶使得它们在临床的用途减少，但它们仍特别适用于治疗院内感染。
- 头孢卡品
- 头孢达肟
- 头孢地尼（Cefdinir、Omnicef®）
- 头孢托仑
- 头孢他美
- 头孢克肟（Suprax®）
- 头孢甲肟
- 头孢地秦〈Cefodizime〉
- 头孢哌酮（Cefobid®）
- 头孢噻肟（Claforan®）
- 头孢咪唑
- 头孢泊肟（Vantin®）
- 头孢特仑（Cefteram）
- 头孢布烯（Ceftibuten、Cedax®）
- 头孢噻呋
- 头孢噻林
- 头孢唑肟（Cefizax®）
- 头孢曲松（罗氏芬®）
以下是有着抵抗假单胞菌属能力的第三代头孢菌素：
- 头孢他啶（覆达欣®、Fortaz®）
- 头孢匹胺
- 头孢磺啶
以下的头孢烯有时亦被分类为第三代头孢菌素：
- 氧头孢烯：拉氧头孢（Latamoxef sodium）
第四代头孢菌素
第四代头孢菌素与第一代在对革兰氏阳性菌有相似的抗菌性，但它的抗菌性则更广泛。它们相比第三代有更强的对β内酰胺酶的抵抗力。大部分能穿透脑血管障壁及对治疗脑膜炎十分有效。
- Cefclidine
- 头孢吡肟（Maxipime®）
- 头孢瑞南
- 头孢噻利
- 头孢唑兰
- 头孢匹罗（Cefpirome）
- 头孢喹肟
以下的头霉素有时亦被分类为第四代头孢菌素：
- 氧头孢烯：氟氧头孢（Flomoxef）
未能分类的头孢菌素
这些头孢烯已经发展得很迅速，但却未能分类：
- 头孢氯嗪
- 头孢洛仑
- 头孢帕罗
- 头孢卡奈
- 头孢屈洛
- 头孢吡酮
- 头孢三唑
- 头孢维曲
- Cefmatilen
- Cefmepidium
- Cefovecin
- 头孢噁唑
- 头孢罗替
- 头孢舒米
- 头孢噻氧
- Ceftobiprole（前称BAL 9141及RO 63-9141）
- Ceftobiprole（前称BAL 5788）
- 头孢呋汀
