Bacteriología

Clasificación de las bacterias

Taxonomía

Es indispensable contar con un vocabulario que permita comunicar las características singulares delos organismos infecciosos a los estudiantes, microbiólogos, y al personal dedicado a la salud con la finalidad de evitar el caos que sobrevendría sin las limitaciones de organización propias de la taxonomía bacteriana (del griego taxon = organización; esto es la clasificación de los organismos en un sistema ordenado que indica una relación natural). La clasificación, nomenclatura e identificación constituyen tres áreas distintas pero interrelacionadas de la taxonomía bacteriana.

 La clasificación se basa en catalogar a los organismos dentro de grupos taxonómicos.

La nomenclatura se refiere al nombre asignado a un organismo según las reglas Internacionales.

El término identificación se refiere a la aplicación práctica de un esquema de clasificación para: 1) aislar y distinguir a los organismos convenientes de los perjudiciales; 2) verificar la autenticidad o propiedades especiales de un cultivo en un contexto clínico, y 3) aislar e identificar al organismo causal de una enfermedad.

Crecimiento en medios de cultivo

El cultivo general de la mayor parte de las bacterias requiere un medio con abundantes nutrientes metabólicos (p. ej., caseína).

Medios no selectivos

El agar sangre y agar chocolate constituyen ejemplos de medioscomplejos no selectivos que facilitan el crecimiento de diversas bacterias.

Medios selectivos

Es la incorporación de una sustancia que inhibe de manera selectiva el crecimiento de las bacterias irrelevantes.

Medios diferenciales

Al cultivarse, algunas bacterias producen pigmentos característicos y otras se distinguen con base en su complemento de enzimas extracelulares.

Microscopia bacteriana

la tinción de Gram, aunada a la visualización a través del microscopio óptico, es uno de los métodos más informativos para clasificar a las eubacterias.

Pruebas bioquímicas

utiliza un aceptor artificial de electrones, se emplean para diferenciar a los microorganismos con base en la presencia o ausencia de una enzima respiratoria.

Pruebas inmunológicas: serotipos, serogrupos y serovariedades

La designación “sero” simplemente indica el uso de anticuerpos (Policlonales o monoclonales) que reaccionan con estructuras específicas de la superficie celular bacteriana como los lipopolisacáridos (LPS).

Inestabilidad genética

la inestabilidad genética hace que ciertos rasgos sean muy variables dentro de un grupo biológico o incluso dentro de un grupo taxonómico.

Sistemas de clasificación

Claves

Las claves organizan los rasgos bacterianos de una manera que permite la identificación eficaz de los organismos.

Los grupos se dividen en subgrupos más pequeños con base en la presencia (+) o ausencia (–) de una característica diagnóstica.

Taxonomía numérica

proporciona un porcentaje de frecuencia con la que todas las cepas de cada grupo exhiben características positivas.

Clasificación filogenética

Las clasificaciones filogenéticas son medidas realizadas entre dos organismos e implican que comparten un ancestro común. Estos registros han sido relativamente fáciles en los reinos vegetal y animal, pero no existe este tipo de registro para las bacterias y en ausencia de evidencia molecular es difícil diferenciar entre evolución convergente y divergente para los rasgos bacterianos. Un método más preciso es la secuenciación del DNA.

RNA ribosómico

Los ribosomas tienen una función fundamental en la síntesis de las proteínas para todos los organismos. Las secuencias genéticas que codifican tanto RNA ribosómico (rRNA) como proteínas (ambas son necesarias para formar un ribosoma funcional).

EUBACTERIAS

Eubacterias gramnegativas

Este es un grupo heterogéneo de bacterias con una cubierta celular compleja (tipo gramnegativo) que consta de una membrana externa, un espacio periplásmico que contiene una capa delgada de peptidoglucano y una membrana citoplásmica.

Eubacterias grampositivas

La cubierta celular de los organismos grampositivos consta de una pared gruesa que establece la forma de la célula y una membrana citoplásmica. Estas células pueden ser encapsuladas y tener motilidad por medio de flagelos. Las células son esféricas, bacilares o filamentosas; los bastones y filamentos son ramificados o no ramificados. Algunas bacterias de esta categoría producen esporas (p. ej., Bacillus y Clostridium spp).

Eubacterias sin paredes celulares

Estos son microorganismos que carecen de pared celular (a menudo llamados micoplasmas, que forman la clase Mollicutes) y no sintetizan los precursores del peptidoglucano.

Una característica única de los Mollicutes es que algunos géneros necesitan colesterol para crecer.

Arqueobacterias

Estos organismos habitan principalmente los ambientes terrestres y acuáticos extremos (concentración elevada de sal, temperaturas elevadas, ambiente anaerobio) “extremófilas”. Las arqueobacterias comprenden organismos aerobios, anaerobios y anaerobios facultativos que son quimiolitótrofos, heterótrofos o heterótrofos facultativos.

Las arqueobacterias se distinguen de las eubacterias en parte, por la ausencia de una pared celular de peptidoglucano, la posesión de lípidos de isoprenoide diéter o diglicerol tetraéter y las secuencias características de RNA ribosómico.

Subtipificación y su aplicación

Bajo ciertas circunstancias (como una epidemia), es importante distinguir entre las cepas de determinada especie o identificar una cepa específica.

la subtipificación se lleva a cabo por medio de biotipificación, serotipificacion, pruebas de susceptibilidad a antimicrobianos y tipificación de bacteriófagos.

Huella química

La caracterización o identificación de las cepas aisladas ha mejorado al aplicar una serie de métodos físicos a las células procariotas como la espectroscopia infrarroja transformada de Fourier.

Análisis de plásmidos

Son elementos genéticos extracromosomales se aíslan a partir de cada bacteria y luego se separan por medio de electroforesis en gel de agarosa para establecer su número y tamaño. Se ha demostrado que el análisis de los plásmidos es particularmente útil para examinar brotes limitados en tiempo y lugar (p. ej., un brote en un hospital).

Análisis con endonucleasas de restricción

Uno de los procedimientos básicos en la biología molecular es utilizar enzimas de restricción para desdoblar al DNA en fragmentos definidos.

El método básico comprende la digestión del DNA con una enzima que reconoce un sitio de restricción frecuente y separa los fragmentos.

Análisis por medio de la técnica de Southern blot

Esta técnica recibe el nombre de su creador, Edwin Mellor Southern, y se ha utilizado como método de subtipificación para identificar cepas aisladas que generan brotes.

Ribotipificación

En este método se utiliza la técnica de Southern blot para identificar polimorfismos de genes de rRNA, que existen en todas las bacterias.

La ribotipificación tiene una utilidad limitada en algunos microorganismos como micobacterias, que poseen una sola copia de estos genes.

Medicina forense microbiana

El campo de la medicina forense microbiana evolucionó durante los ataques bioterroristas con esporas de Bacillus anthracis (carbunco).

DESARROLLO, SUPERVIVENCIA Y MUERTE DE LOS MICROORGANISMOS

Superviviencia de los microorganismos en el ambiente natural:

Los microorganismos en la biosfera se mantienen más o menos constante: el contrapeso del crecimiento es la muerte. Cualquier grupo microbiano para mantenerse a salvo debe de competir de forma satisfactoria por los nutrientes y mantener un fondo de células vivas durante la privación de alimentos.

Muchos microorganismos existen consorcios formados por representantes de diferente género,  algunos a menudo caracterizados como células aisladas, en el laboratorio forman colonias aglutinadas en el ambiente natural, se debe de recordar que muchos microorganismos compiten en el ambiente natural cuando amenazan su alimentación.

La mayor parte de nuestros conocimientos de estos grandes microorganismos de estudios de líneas  de células aisladas y cultivadas en condiciones óptimas y estos conocimientos forman la  base de esta sección.

Importancia del crecimiento

Es el aumento ordenado en la suma de todos los componentes de un microorganismo, El aumento del tamaño lo hace la captación de agua por parte de la célula o el depósitos de lípidos o polisacáridos  nos constituyen un desarrollo verdadero cuando se multiplican se desarrollan provocando incrementos en el número de individuos que constituyen una población o cultivo

Medida de las concentraciones microbianas

Las concentraciones microbianas se miden en términos de concentración celular (número de células viables por volumen unitario de cultivo). O concentración de biomasa (peso seco de las células por volumen unitario de cultivo). Estos parámetros no son siempre equivalentes, pese al que el peso seco celular promedio varia durante las distintas etapas del ciclo del cultivo. De pendiendo del estudio se toma importancia a la concentración celular significativa, pero si es para estudios de bioquímica o nutrición microbiana la cantidad importante es la concentración de la biomasa.

A) concentracion celular

La concentración de células viables se considera por lo general la medida de concentración celular, la turbidez de un cultivo, se mide por fotoeléctricos , de pende  de la cuenta viable en forma de cuña estándar.

Es importante recordar que la correlación entre turbidez y cuenta variable durante el desarrollo y muerte de un cultivo.

B) densidad de la biomasa

La biomasa se mide directamente al determinar el peso seco de un cultivo microbiano después de haberlo lavado con agua destilada. Otro método de medir la biomasa indirectamente es medir un componente celular importante como las proteínas o el volumen ocupado por las células que se han asentado en una suspensión.

Proliferacion exponencial

Constante de la tasa de proliferación

La tase de proliferación de las células sin limitación de nutrientes es de primer orden (latosa de proliferación en gramos de biomasa producida por hora)

Constante de la tasa de proliferación K

Concentración de la biomasa       B

AL reconfigurar la ecuación se desorea que la constante de la tasa de proliferación es la velocidad a la que las células producen mas células

Curva de proliferacion

Cuando un volumen fijo de medio  líquido es inoculado  con células microbianas obtenías  a partir de un cultivo que fue colonizado hasta saturación y se mide periódicamente el número de células viables por mililitro para obtener una grafica.

La curva típica de proliferación se puede describir en términos de cuatro etapas.

Fases de la curva de proliferación microbiana

FASE                                                                   INDICE DE PROLIFERACION

Latencia                                                                                            cero

Exponencial                                                                                    constante

Estacionaria máxima                                                                    cero

Declinación                                                                                     negativa (muerte)

Etapa latente

Es el periodo durante el cual las células , ya sin metabolitos ni enzimas gracias al ambiente poco favorable la final de su historia forman cultivos.

Se adoptan a su nuevo ambiente , se desarrollan y acumulan enzimas y sustancias intermedias hasta que su concentración es tal que permita la reanudación del desarrollo.

Cuando las células se obtiene de un medio distinto , a menudo son genéticamente incapaces de crecer  en el medio nuevo.

En este caso la etapa latente es prolongada para que algunos mutantes en el inoculo se multipliquen lo suficiente como para generar un aumento evidente en el número de células.

Etapa exponencial

Las células se encuentran en un estado constante, sintetiza material celular nuevo a una velocidad constante, pero este material nuevo es catalítico y la masa aumenta en forma exponencial, pero el aumenta hace que se agoten varios recursos para los organismos aerobios, el nutriente que se limita es casi siempre oxígeno.

Etapa estacionaria máxima

Finalmente, el agotamiento de nutrientes a la acumulación de productos nocivos provoca que la proliferación sede tenga por completo.

Etapa de declinación: etapa de muerte

Después de un tiempo en etapa estacionaria. Que varía según el microorganismo y las circunstancias del cultivo, el índice de muerte se eleva hasta alcanzar un nivel estable. La tasa de muerte celular es mucho más lenta que la de proliferación exponencial

Una vez que mueren la mayoría de células, la tasa disminuye en forma espectacular. Las sobrevivientes pueden durar meses o incluso años.

Las células muertas liberan nutrientes y también las que sufren lisis. A si alimentando los supervivientes

El fenómeno en las células llamado (VBNC) por sus siglas en inglés, (viable pero no cultivable). Es resultado a una respuesta genética desencadenada en las células que padecen inanición y se encuentran en etapa estacionaria, otras pasan a un estado latente sin sufrir cambios en su morfología.

Inmunidad frente a las bacterias extracelulares

Las bacterias extracelulares pueden replicarse fuera de las células huésped, ejemplo en la circulación, los tejidos conjuntivos y los espacios histicos constituidos por las luces de las vías respiratorias o el intestino. Las enfermedades que producen se ven a dormir caminos principales que son: la inflamación y toxinas.

Las endotoxina de las bacterias Gram negativas son un potente activador de macrófagos y las exotoxinas son citotoxicas y estimulan la síntesis de citocinas que son las que producen la enfermedad.

Inmunidad innata frente a las bacterias extracelulares:

Los mecanismos principales de la inmunidad innata frente a las bacterias extracelulares son la activación del complemento, la fagocitosis y la respuesta inflamatoria. Una consecuencia de la activación del complemento es la opsonización y la potenciación de la fagocitosis bacteriana, además el complejo de ataque a la membrana Lisa las bacterias en especial las especies de neisseria. Los fagocitos se unen a las bacterias extracelulares mediante distintos receptores de superficie tales como receptores de manosa y receptores basureros.

Respuestas inmunitarias adaptativas frente a las bacterias extracelulares:

La inmunidad humoral es la respuesta inmunitaria protectora más importante frente a las bacterias extracelulares y su función consiste en eliminar los microorganismos y neutralizar sus toxinas. Las respuestas de anticuerpos frente a las bacterias extracelulares van dirigidas contra los antígenos de la pared celular y contra las toxinas secreta hacia asociadas a las células que pueden ser polisacáridos y proteínas. Los polisacáridos son el prototipo de antígenos independientes del timo y una de las funciones más importantes de la inmunidad humoral es la defensa frente a las bacterias encapsuladas. Los antígenos proteínicos de las bacterias extracelulares también activan a los linfocitos t cooperadores cd4 con síntesis de citocinas que estimulan la elaboración de anticuerpos la inducción de inflamación local y la potenciación de las actividades fagociticas y microbicidas de los macrófagos.

Efectos perjudiciales de las respuestas inmunitarias:

Las consecuencias lesivas más importantes de la respuesta del huésped frente a las bacterias extracelulares son la inflamación y el shock séptico.

Evasión de los mecanismos inmunitarios por parte de las bacterias extracelulares:

La virulencia de las bacterias extracelulares depende de varios mecanismos que resisten la inmunidad del huésped tales como mecanismos antifagociticos y la inhibición del complemento.

El mecanismo más importante de defensa bacteriana frente a la inmunidad humoral es la variación génica de sus antígenos de superficie.

Inmunidad frente a las bacterias intracelulares:

Una característica de las bacterias intracelulares es su capacidad para sobrevivir e incluso replicarse en el interior de los fagocitos debido a que pueden encontrar un Nicho donde son inaccesible los anticuerpos. Su erradicación requiere la participación de la inmunidad celular.

Inmunidad innata frente a las bacterias intracelulares:

La respuesta inmunitaria innata frente a las bacterias intracelulares corre a cargo principalmente de los fagocitos y los linfocitos NK. La inmunidad innata es en general incapaz de erradicar estas infecciones para lo que se necesita la contribución de la inmunidad celular adaptativa.

Respuestas inmunitarias adaptativas frente a las bacterias intracelulares:

La respuesta inmunitaria protectora principal frente a las bacterias intracelulares es la inmunidad mediada por los linfocitos T. Los linfocitos se activan a los fagocitos para que destruyen los microbios inmunidad innata puede controlar el crecimiento bacteriano pero para eliminar las bacterias se necesita el concurso de la inmunidad adaptativa.

Si los antígenos bacterianos se transportan desde los fagosomas hacia el citosol o si los microorganismos escapan de los fagosomas y penetran en el citoplasma de las células infectadas por bacterias fagocitadas estimularán las respuestas de linfocitos T CD8. Cuando el microorganismo se encuentra en el interior de la célula deja de ser susceptible a los mecanismos microbicidas de la fagocitosis y la infección debe erradicarse a través de la eliminación por los LTC de las células infectadas por tanto a los efectores de la inmunidad celular en concreto los linfocitos T CD4 que activan a los macrófagos y a los LTC CD8.

La activación de los macrófagos en respuesta a los microorganismos intracelulares también puede provocar una lección de los tejidos la cual puede manifestarse como una reacción de hipersensibilidad retardada frente a los antígenos proteinicos de los microorganismos.

El rasgo histológico distintiva de la infección por algunas bacterias intracelulares y la inflamación granulomatosa un tipo de reacción inflamatoria que puede evitar la propagación de los microorganismos pero que también se asocia a graves alteraciones funcionales causadas por la necrosis y la fibrosis de los tejidos.

Las diferencias en los patrones de respuesta de linfocitos t a los microorganismos intracelulares de las distintas personas son factores importantes en la progresión de las enfermedades y en su resultado clínico final.

Desde el Linfocito T y el interferón Gamma (INF) y el factor de necrosis tumoral (TNF) activan los macrófagos para la inmunidad celular y la interleuquina 10 (IL) nterleuquina 4 inhibe la activación de macrófagos.

Quimioterapia antimicrobiana

Mecanismos de acción de antimicrobianos:

Toxicidad selectiva:

El antimicrobiano ideal es nocivo para el microorganismo patógeno sin dañar al hospedador.  La toxicidad selectiva es función de receptor específico necesario para fijar fármaco o depende de inhibición de acontecimiento bioquímico indispensable para el microorganismo patógeno pero no para el hospedador.

Los mecanismos de acción de antimicrobianos:

•          Inhibición de la síntesis de la pared celular.

•          Inhibición de la función de la membrana celular.

•          Inhibición de la síntesis de proteínas (es decir, inhibición de la traducción y transcripción de material genético.

•          Inhibición de la síntesis de ácidos nucleicos.

Inhibición síntesis de pared celular:

La pared celular se lesiona o se inhibe formación, la célula se lisa. En ambiente hipertónico  la formación dañada de la pared celular provoca formación de “protoplastos” bacterianos esféricos en grampositivos o “esferoplastos” en gramnegativos; variedades limitadas por membrana citoplasmática frágil. Si protoplastos o esferoplastos se colocan en ambiente con tonicidad ordinaria, captan líquidos rápidamente, se edematizan y explotan.

La pared celular contiene capa de peptidoglucanos, más gruesa en pared celular de grampositivos que en gramnegativos.

Los lactámicos β inhiben selectivamente la síntesis de la pared celular bacteriana, entre otras actividades. Paso inicial en la acción farmacológica es enlazar fármaco a los receptores celulares (proteínas enlazadoras de penicilina; PBP), un lactámico β al adherirse a receptores, se inhibe la reacción de transpeptidación y bloquea síntesis de peptidoglucano. Lo siguiente es la eliminación o inactivación de un inhibidor de enzimas autolíticas en pared celular, se activa enzima lítica, empieza lisis si el ambiente sea isotónico.

En ambiente hipertónico, los microorganismos se transforman en protoplastos o esferoplastos, cubiertos por membrana celular frágil.

Las penicilinas y cefalosporinas inhiben enzimas de transpeptidación por su similitud estructural a acil-dalanil- d-alanina. La transpeptidación comprende la pérdida de una d-alanina del pentapéptido.

La diferente sensibilidad de las bacterias grampositivas y gramnegativas a las diversas penicilinas o cefalosporinas depende de diferencias estructurales; cantidad de peptidoglucano, receptores y lípidos, naturaleza enlaces cruzados, actividad enzimas autolíticas  que establecen penetración, enlace y actividad de medicamentos.

Existe un grupo de lactamasas β de amplio espectro (ESBL, extendedspectrum β-lactamases) se encuentra en especies de bacilos gramnegativos, Klebsiella pneumoniae y Escherichia coli, confieren a la bacteria potencial de hidrolizar los anillos lactámicos β de cefotaxima, ceftazidima o aztreonam.

Otro grupo son carbapenemasas de Klebsiella pneumoniae (KPC), enzimas que confieren resistencia a cefalosporinas de tercera y cuarta generaciones y carbapenémicos.

Otros tipos de mecanismos de resistencia:

Uno secundario a ausencia de receptores de penicilina (PBP) ocurre como resultado de mutación cromosómica.

Otro, secundario al fracaso del lactámico β para activar enzimas autolíticas en pared celular, el microorganismo es inhibido no aniquilado. Esta tolerancia se observa especialmente con estafilococos y estreptococos.

Fármacos que inhiben la síntesis de pared celular: penicilinas, cefalosporinas, vancomicina y cicloserina.

La bacitracina, teicoplanina, vancomicina, ristocetina y novobiocina inhiben los primeros pasos en biosíntesis del peptidoglucano.

Inhibición de función de membrana celular:

La membrana citoplasmática de bacterias tiene estructura distinta a células animales y es dañada fácilmente por ciertos fármacos:

Polimixinas, tienen péptidos cíclicos que dañan las membranas que contienen fosfatidiletanolamina, componente principal de membranas bacterianas.

Algunos antibióticos interfieren con biosíntesis de membranas citoplasmáticas: ácido nalidíxico y novobiocina inhiben síntesis de DNA y síntesis de ácido teicoico.

La valinomicina intermedia el paso de iones potasio.

Ciertos ionóforos forman poros hidrófilos en la membrana; otros transportan iones liposolubles, aniquilan células al descargar potencial de membrana, indispensable para fosforilación oxidativa y otros procesos.

Daptomicina, bactericida que al unirse a membrana celular de manera dependiente del calcio provoca despolarización del potencial, liberando potasio intracelular.

Inhibición de la síntesis de proteínas:

Las eritromicinas, lincomicinas, tetraciclinas, aminoglucósidos, estreptograminas, oxazolidinonas y cloranfenicol inhiben síntesis de proteínas en las bacterias, el mecanismo se desconoce.

Inhibición de síntesis de ácidos nucleicos:

Algunos fármacos actúan inhibiendo síntesis de ácidos nucleicos: quinolonas, pirimetamina, rifampicina, sulfonamidas, trimetoprim y trimetrexato.

Resistencia a los antimicrobianos

Mecanismos de resistencia de los microorganismos contra los fármacos.

•          Producen enzimas que destruyen al fármaco activo.

•          Cambian permeabilidad al fármaco.

•          Forman sitio de acción estructural modificado para el fármaco

•          Forman vía metabólica modificada que desvía reacción inhibida por el fármaco.

•          Producen enzima modificada que puede llevar a cabo función metabólica pero resulta menos alterada por el fármaco.

Origen de la farmacorresistencia

Origen no genético de farmacorresistencia

Para la mayor parte de acciones antibacterianas es necesaria replicación de bacterias, los microorganismos que carecen de actividad metabólica son fenotípicamente resistentes a fármacos, sin embargo, su progenie es sensible.

Origen genético de la farmacorresistencia

La mayor parte de microorganismos resistentes a fármacos es resultado de algún cambio genético y de procesos de selección ulteriores por los antimicrobianos.

Resistencia cromosómica

Resultado de mutación espontánea en un locus que regula sensibilidad a determinado antimicrobiano. La presencia del antimicrobiano sirve como mecanismo de selección para suprimir a microorganismos sensibles y fomentar proliferación de los mutantes resistentes.

Resistencia extracromosómica

Las bacterias contienen elementos genéticos extracromosómicos, plásmidos, que transportan genes de resistencia a antimicrobianos y regulan formación de enzimas que pueden destruirlos antimicrobianos.

Resistencia cruzada

Algunos microorganismos son resistentes a fármacos que comparten un mecanismo de acción.

Limitación de farmacorresistencia

Es posible reducir al mínimo el surgimiento de farmacorresistencia en infecciones:

•          Manteniendo concentración suficientemente elevada del fármaco en tejidos para inhibir tanto población original como mutantes de primer paso.

•          Administrando al mismo tiempo dos fármacos que carezcan de resistencia cruzada, cada uno retrasa el surgimiento de mutantes resistentes a otros fármacos.

•          Evitando contacto del microorganismo con fármaco especialmente valioso al limitar su empleo.

Actividad antimicrobiana in vitro

Se mide para establecer:

•          Potencia de un antimicrobiano en solución.

•          Concentración en líquidos corporales y tejidos.

•          Sensibilidad de determinado microorganismo a concentración conocida del fármaco.

Factores que modifican la actividad antimicrobiana:

PH ambiental, componentes del medio, estabilidad del fármaco, tamaño de siembra, intervalo de incubación, actividad metabólica de los microorganismos.

Medición de actividad antimicrobiana

La sensibilidad de una bacteria patógena a un antimicrobiano se mide por dos métodos principales: dilución o difusión, utilizados para establecer potencia del antibiótico en la muestra o sensibilidad del microorganismo.

Método de dilución

Se incorporan cantidades escalonadas de antimicrobianos a medio bacteriológico líquido o sólido, los medios inoculados con bacterias de prueba y se incuban. El criterio de valoración es la cantidad de sustancia antimicrobiana necesaria para inhibir la proliferación de bacteria de prueba o aniquilación.

Método de difusión

Se coloca disco de papel filtro, contiene determinada cantidad de fármaco en superficie de medio sólido en el que se ha sembrado el microorganismo investigado. Después de incubación, se mide diámetro de la  zona transparente de inhibición que rodea al disco como medida del poder de inhibición que tiene el fármaco contra microorganismo investigado.

Actividad antimicrobiana in vivo

Es mucho más complejo que las circunstancias in vitro, abarca fármaco, microorganismo y hospedador:

Relaciones entre fármaco y microorganismo patógeno

Ambiente:

Las influencias ambientales repercuten en microorganismos ubicados en tejidos y regiones del cuerpo, la respuesta de población microbiana es menos uniforme en hospedador que en tubo de ensayo:

•          Estado de actividad metabólica.

•          Distribución del fármaco.

•          Ubicación de los microorganismos.

•          Sustancias que interfieren.

Concentración:

En el cuerpo, los microorganismos no tienen contacto con una concentración constante de fármaco; en el tubo de ensayo sí:

•          Absorción

•          Distribución.

•          Inestabilidad de la concentración

•          Efecto posantibiótico.

Relaciones entre hospedador y microorganismo patógeno

Las relaciones entre hospedador y microorganismo patógeno son modificadas por antimicrobianos de varias formas:

Modificación de respuesta de tejidos: respuesta inflamatoria del tejido a  infecciones, se modifica si el fármaco suprime multiplicación de microorganismos pero no los elimina del cuerpo, así un problema agudo se transforma en crónico.

Modificación de respuesta inmunitaria: Cuando una infección es modificada por antimicrobiano, en ocasiones también se modifica respuesta inmunitaria del hospedador.

Modificación de la flora microbiana: Los antimicrobianos repercuten no sólo en microorganismos que causan enfermedades sino también en miembros sensibles de flora microbiana normal, se crea desequilibrio que en ocasiones causa enfermedad.

Aplicación clínica de los antibióticos

Selección de los antibióticos

La selección depende de un diagnóstico específico y Pruebas de sensibilidad a los antimicrobianos.

TERAPIA ANTIMICROBIANA.

Principios generales.

El objetivo es seleccionar el antibiótico más efectivo, dosis y duración para garantizar la resolución del proceso. Se deben conocer los principios de farmacología que rigen la formulación de antibióticos; también se deben utilizar las ayudas clínicas y de laboratorio para tener un conocimiento de la evolución de la terapia y poder predecir resultados y complicaciones.

¿Se necesita realmente un antibiótico?

La presencia de fiebre no es sinónimo de infección, la fiebre puede ser el resultado de otros procesos inflamatorios, además no todos los pacientes infectados tienen fiebre. Los signos y síntomas de infección pueden ser variados en algunos enfermos.

Sí requieren antibióticos las infecciones bacterianas obvias, pues demorar el inicio de una terapia puede poner en peligro la vida. La elección inicial se basa en la información disponible que permite suponer los patógenos responsables, hasta que los datos de los cultivos modifiquen el tratamiento.

¿Se recolectaron las muestras necesarias antes de iniciar los antibióticos?

Todo liquido o secreción corporal presente en el sitio de infección, debe ser sometido a los estudios microbiológicos del caso. Los resultados de los exámenes pueden guiar la terapia inicial. Es necesario recordar que el éxito de esta depende del aislamiento de un patógeno responsable. Los cultivos tomados después de iniciados los antibióticos no muestran los verdaderos microorganismos responsables de la infección.

¿Cuáles son los gérmenes responsables de la infección?

Depende del sitio de la infección, lo usual es que sea producida por los gérmenes que allí residen. También se debe tener en cuenta la edad del enfermo, estado inmune, uso previo de antibióticos, resultados de exámenes anteriores. También hay que tener en cuenta la etiología de las infecciones.

Para garantizar una elección apropiada, hay que conocer el comportamiento usual de los patógenos frente a los antibióticos y el patrón de sensibilidad especifico de cada germen.

¿Cuál es el sitio de la infección y la severidad de la misma?

Las respuestas a esta pregunta permitirán elegir el antibiótico apropiado, la dosis y la duración que garanticen concentraciones terapéuticas efectivas.

¿Si varios antibióticos son efectivos, cuál de ellos es el mejor?

Debería utilizarse el más efectivo contra el patógeno, el menos toxico y que no sea costoso. Esto amerita varios puntos:

El espectro del antibiótico: se prefieren los de amplio espectro mientras llegan los resultados de laboratorio definitivos.

La penetración del antibiótico y el pH en el sitio de la infección: la actividad antimicrobiana de algunos fármacos, disminuye significativamente en medios ácidos y ambientes anaerobios.

Las alergias y efectos tóxicos potenciales: dependen de las características propias del hospedero.

Las características farmacocinéticas y farmacodinámicas del antibiótico: las primeras tienen que ver con el transporte y difusión del fármaco a través de los distintos órganos y sistemas, y las ultimas con los efectos terapéuticos o tóxicos que este produce.

Son bactericidas los betalactámicos, aminoglicósidos, vancomicina, quinolonas y metronidazol, porque a las concentraciones normalmente alcanzadas en el sitio de infección, son capaces de matar sin que su acción dependa de las defensas del hospedero.

Son bacteriostáticos la eritromicina, clindamicina, tetraciclina, sulfas y cloranfenicol, pues para ejercer su labor antimicrobiana, requieren la participación de mecanismos de defensa íntegros.

Siempre que sea necesaria una acción inmediata, o cuando no se pueda confiar en la eficacia del sistema inmune del paciente, deben preferirse los antibióticos bactericidas a los bacteriostáticos.

Al aumentar la concentración de un antibiótico en el sitio de la infección incrementa proporcionalmente e ilimitadamente su poder bactericida, como ocurre con los aminoglicósidos y las fluoroquinolonas, para optimizar su eficacia sin incrementar sus efectos nefrotóxicos, se recomienda administrar toda la dosis del día en una sola entrega. Las altas concentraciones así obtenidas inhiben la aparición de resistencia de bajo nivel (cuando una bacteria se expone a concentraciones subletales de un antibiótico).

Con los betalactámicos ocurre que luego de que en el sitio de la infección se alcanzan concentraciones mayores de 4 a 6 veces la concentración inhibitoria mínima (CIM), la actividad bacteriana se satura y aumentar la dosis no mejorará su eficiencia, entonces se recomienda dividir la dosis diaria total en pequeñas dosis con intervalos cortos.

La vida media sérica (VMS), es el tiempo requerido para que la concentración plasmática de una droga caiga a la mitad del pico máximo alcanzado.

El efecto postantibiótico (EPA), es la supresión de la actividad bacteriana que persiste después de que un microorganismo deja de estar expuesto a un antibiótico. Es mayor mientras mayor sea la concentración de la droga y el tiempo de exposición a ella, y depende especialmente del antibiótico y del germen.

Las interacciones medicamentosas: la utilización concomitante de antibióticos con otras drogas u antimicrobianos es nefasta.

El costo: no solo es el valor comercial del antibiótico, también el costo de su administración. Debe ir incluido el valor del personal, el de los posibles errores en la preparación y administración y el de los chequeos sanguíneos periódicos.

¿Es necesario combinar antibióticos?

Cuando el efecto de dos fármacos unidos sobre un microorganismo es mejor que la suma de los efectos de cada uno por separado. Las indicaciones son:

Cuando se requiere cubrimiento de amplio espectro.

En infecciones polimicrobianas.

Buscando sinergismo.

Para prevenir la emergencia de resistencia.

Las desventajas son la posibilidad de un efecto antagónico, de toxicidad y alergias a las drogas, incremento de los costos y el riesgo de inducir la colonización de gérmenes multirresistentes.

¿Hay consideraciones especiales relacionadas con el hospedero?

Es frecuente que los pacientes infectados tengan deteriorado su sistema inmune y la función de sus órganos vitales, lo que obliga a elegir un antibiótico específico para cada enfermo. El análisis cuidadoso de factores como alergias, la edad, el peso y las funciones hepáticas y renales, obligan a descartar antibióticos efectivos para la infección en general, pero inadecuados para el paciente en particular. Es necesario medir los niveles séricos de aminoglicósidos y vancomicina para optimizar la terapia y evitar su toxicidad.

Acerca de la evolución.

¿Está mejorando el paciente?

¿Requerirá modificarse la terapia inicial?

¿Existen causas que originen posibles fallas en el tratamiento?

¿Cuál es la duración óptima de éste?

Se harán modificaciones a la terapia inicial de acuerdo a la evaluación del curso clínico de la infección. Siempre debe ajustarse el espectro antibacteriano cuando el germen responsable ya se haya identificado. La duración del tratamiento dependerá de la infección presente, pero debe individualizarse siempre.

Pacientes sin respuesta satisfactoria al esquema terapéutico inicial.

Antes de pensar en una falla en el tratamiento se deben reevaluar las manifestaciones clínicas de infección:

Temperatura

Estado de conciencia.

Estabilidad hemodinámica

Conteo de leucocitos

Descartar infección nueva

Repetir estudios microbiológicos

Cuando se define una falla terapéutica se debe considerar:

Falta de perfusión adecuada en el sitio de la infección.

Selección inapropiada del antibiótico de acuerdo al sitio de infección.

La emergencia de resistencia.

Selección de microorganismos resistentes, cuando el antimicrobiano induce la colonización por ellos o elimina los susceptibles en las infecciones polimicrobianas.

Posibilidad de infección por gérmenes no habituales, los cuales no responden a los esquemas convencionales.

Antibióticos.

Betalactámicos.

Interfieren con la formación de la pared celular bacteriana.

Penicilinas.

Penicilinas naturales: la V, de uso oral, para tratar infecciones por estreptococo o neumonías leves por neumococo. La G, de uso intramuscular o intravenoso, para estreptococos del grupo viridans, estreptococos B hemolíticos, estreptococos anaerobios y microaerofílicos.

Aminopenicilinas: similar a lo que sucede con la penicilina G, penetran la barrera hematoencefálica cuando está inflamada.

Penicilinas resistentes a las penicilinasas: fueron desarrolladas para el tratamiento de infecciones por Staphylococcus spp y siguen siendo su única indicación. No tienen actividad contra enterococos.

Carboxipenicilinas: son activas contra Pseudomonas aeruginosa, Enterobacter, Morganella, Proteus, Providencia. Son inactivas contra la Klebsiella.

Ureidopenicilinas: mayor capacidad para pasar las porinas de los gram negativos. Actividad contra P. aeruginosa, estreptococos y enterococos.

Amdinocilina: solo es activa contra gram negativos. Tiene actividad sinergística con otras penicilinas.

Efectos adversos de las penicilinas: reacciones de hipersensibilidad (brotes cutáneos, anafilaxis), pueden ser causa de fiebre. También pueden presentarse efectos secundarios gastrointestinales. Además de poder presentar neutropenia, anemia hemolítica, disfunción plaquetaria.

Cefalosporinas.

Tienen actividad bacteriana y al igual que las penicilinas, inhiben la síntesis de la pared celular.

Primera generación: son activas contra estreptococos y estafilococos oxacilinosencibles. Los compuestos de este grupo o pasan la barrera hematoencefálica.

Segunda generación: en general, amplían el espectro de la primera generación contra los gram negativos. La cefuroxima, cefamandol y cefonicid son activos contra los cocos gram positivos.

Tercera generación: tienen un espectro amplio contra los gram negativos, incluidos los adquiridos intrahospitalariamente. Cubren bien las enterobacterias en general.

Las cefalosporinas están contraindicadas en pacientes con alergia grave a la penicilina. En casos de brote cutáneo como manifestación de alergia a la penicilina se puede utilizar la cefalosporina como alternativa.

Cuarta generación: conservan la actividad de la tercera generación contra gram negativos. Además de tener buena actividad contra los cocos gram positivos. Tienen muy pobre actividad contra anaerobios.

B-lactámicos unidos a inhibidores de betalactamasas.

El sulbactam, el ácido clavulánico y el tazobactam son B-lactámicos con muy poca actividad antimicrobiana que actúan como suicidas al unirse a las B-lactamasas. Los dos últimos son los inhibidores más potentes.

La asociación ampicilina/sulbactam y amoxicilina/ácido clavulánico, les ha permitido recuperar su actividad contra estafilococos oxacilinosensibles, enterococos productores de B-lactamasas, algunas enterobacterias y los anaerobios en general.

Carbapenem.

Es el antibiótico de más amplio espectro actualmente disponible, tiene actividad contra gram positivos, gram negativos y anaerobios. No es activo contra estafilococos resistentes a la oxacilina.

Su uso en infecciones del SNC no está recomendado, porque se presentan convulsiones en un porcentaje elevado.

Al igual que las cefalosporinas, su uso está contraindicado en pacientes con historia de alergia grave a la penicilina.

No se debe utilizar en forma indiscriminada, para evitar la emergencia de resistencia, dado que es la alternativa en casos de multirresistencia.

Monobactámicos.

El aztreonam es el único disponible, limitado a los gram negativos.

Glicopéptidos.

Actúan inhibiendo la síntesis de peptidoglicanos en la pared celular. Son activos contra todos los estreptococos hemolíticos, estreptococos del grupo viridans.

Están indicados en el manejo de infecciones por estafilococos oxacilinorresistentes o cuando hay antecedentes de alergia grave a la penicilina.

Aminoglicósidos.

Actividad contra gram negativos facultativos. Se dan como terapia asociada en el manejo de bacteremias por estreptococo del grupo B, estreptococo del grupo viridans e infecciones por Listeria.

Actúan inhibiendo la síntesis de proteínas, por su acción a nivel ribosomal. Estudios resientes asocian su rápido efecto bactericida con actividad a nivel de la pared celular. No son activas en medios ácidos o con baja tensión de oxígeno.

Secundario a su uso, se puede presentar bloqueo muscular, mediado por su capacidad de reducir la actividad de acetilcolina en las membranas postsinápticas. En ocasiones producen depresión respiratoria.

Macrólidos.

Son compuestos que actúan a nivel ribosomal. Son activos contra S. pyogenes, S. pneumoniae, algunas cepas de Neisseria y Haemophilus, Corynebacterium diftheriae, Clostridium, Listeria, Treponema, cocos anaerobios y algunos Bacteroides de la cavidad oral, Mycoplasma, Legionella, Chlamydia pneumoniae, Chlamydia trachomatis, Campylobacter y Bartonella henselae.

Los efectos secundarios se dan a nivel gastrointestinal: nauseas, vomito, sensación quemante y dolor abdominal.

Lincosamidas.

Actúan en un nivel similar de los macrólidos. Son activas contra S. pneumoniae, S. pyogenes, S. viridans, S. aureus, S. epidermidis, anaerobios gram positivos y gram negativos.

Los efectos secundarios más frecuentes son a nivel gastrintestinal, el principal es la diarrea.

Cloranfenicol.

Actúa sobre el ribosoma. Es un antibiótico de amplio espectro. Indicado en fiebre tifoidea, plaga, brucelosis y en casos de meningitis, en pacientes alérgicos a la penicilina.

Tetraciclinas.

Son bacteriostáticos que inhiben la actividad ribosomal. Son activos contra gram positivos y gram negativos. Hay de acción corta, acción intermedia y acción prolongada

Como efectos secundarios se puede presentar fotosensibilidad y brotes cutáneos, a nivel gastrointestinal se presentan náuseas, vómitos y diarreas.

Rifampicina.

Actúa inhibiendo la ADN-ARN polimerasa. Es el pilar en el tratamiento de la tuberculosis, por lo que se debe evitar su uso indiscriminado. Es activa contra estafilococos y estreptococos.

Metronidazol.

Actúa inhibiendo la síntesis de ADN. Tiene actividad contra cocos anaerobios, espiroquetas orales. De elección en el manejo de colitis pseudomembranosa y vaginosis bacteriana.

Los efectos adversos son convulsiones, encefalopatía, neuropatía periférica, efecto disulfiram con el alcohol, sabor metálico y molestias grastrointestinales.

Polimixinas.

Son activos solo sobre enterobacterias y Pseudomonas. Son muy nefrotóxicos y neurotóxicas. No se recomienda su uso sistémico, excepto en casos de multirresistencia.

Sulfamidas y trimetoprim.

Bacteriostáticos que interfieren con la síntesis de ácido fólico. Las sulfonamidas tienen un espectro amplio contra cocos gram positivos, enterobacterias y H. influenzae.

Producen efectos adversos importantes como brotes cutáneos, fiebre, ictericia, hepatitis, leucopenia, agranulocitosis.

También se utiliza en infecciones por toxoplasma y a nivel tópico es útil en el manejo de pacientes quemados.

El trimetoprim inhibe la dihidrafolato reductasa. Es activo contra los cocos gram positivos y las enterobacterias.

En los efectos adversos se tiene fiebre, brote cutáneo, leucopenia.

La combinación se utiliza para el tratamiento de infecciones urinarias, exacerbaciones bacterianas en pacientes bronquíticos, en infecciones gastrointestinales. Tiene actividad bactericida contra gram negativos facultativos y estafilococos.

Quinolonas.

Infieren con la síntesis de ADN al unirse a la girasa de ADN, son activas contra gérmenes gram negativos facultativos, estafilococos, cocos gram positivos y gérmenes anaerobios.

Los efectos adversos más frecuentes son a nivel gastrointestinal y en SNC con cefalea, confusión, insomnio, psicosis y convulsiones.

Oxazolidinonas.

De origen sintético, con actividad contra una variedad de Streptocicus spp y Staphylococcus spp, comparable a la de los betalactámicos y la vancomicina. Son inhibidoras de la síntesis de proteínas, de actividad bacteriostática.

Los efectos adversos pueden ser cefalea, diarrea, discoloración de la lengua.

Estreptograminas.

Antibióticos naturales. Se ha utilizado como antiestafilocóccico. Actúan uniéndose a las subunidades del ribosoma. Tienen actividad bacteriostática.

Los efectos adversos son: mialgias, artralgias, flebitis severas.

Antibióticos tópicos.

Se utilizan como profilaxis de infección en áreas de la piel que han perdido su integridad y en el tratamiento de piodermas primarios o secundarios.

Eliminación de los portadores nasales de S. aureus: con el uso tópico de mupirocina en la mucosa nasal se ha logrado reducir los portadores nasales y en las manos hasta por un año. Su uso indiscriminado puede generar resistencia.

Tratamiento de infecciones.

Pioderma primario: mupirocina en impétigo localizado con pocas lesiones y en foliculitis.

Pioderma secundario: eczemas crónicos, se utiliza mupirocina.

Acné: los agentes tópicos están indicados en casos leves o moderados de acné vulgaris.

Infecciones óticas: si el compromiso es importante se deben usar antibióticos sistémicos.

Agentes específicos.

Mupirocina (ácido pseudomónico A): actúa inhibiendo la sintetasa de isoleucil-tARN, con gran afinidad por las bacterias.

Neomicina: es un aminoglicósido activo contra gram negativos aerobios, también contra estafilococos. Puede generar reacciones alérgicas en la piel.

Bacitracina: actúa bloqueando la formación de la pared celular. Activa contra organismos gram positivos, estafilococos y estreptococos. Se utiliza en profilaxis de heridas traumáticas limpias. Puede presentar dermatitis.

Polimixina: produce disrupción de la membrana bacteriana, tiene actividad solo sobre algunos gram negativos. Rara vez produce reacciones alérgicas.

Resistencia bacteriana a antibióticos.

Son sustancias químicas de bajo peso molecular derivadas de otros microorganismos o sintetizadas químicamente. El uso de estas sustancias ha llevado al desarrollo y diseminación de poblaciones bacterianas resistentes.

La resistencia bacteriana se debe a su capacidad de variabilidad genética, y puede ocurrir mediante tres tipos de mecanismos:

Mutaciones puntuales espontaneas, que afectan los genes que codifican para la molécula que liga el antibiótico.

Reorganización de segmentos de DNA en su cromosoma, responsables de deleciones, inserciones, duplicaciones mediadas por transposones o secuencias de inserción.

Adquisición de segmentos de DNA originados en otras bacterias mediante plásmidos, bacteriófagos o transposones.

La resistencia a antibióticos está dada por diferentes mecanismos:

Inactivación enzimática del antibiótico.

Modificación de la molécula blanco del antibiótico.

Restricción de la entrada del antibiótico a la célula.

La expulsión del antibiótico por la célula antes de que actúe.

Etc…

Control de la resistencia a antibióticos.

Los mecanismos bacterianos de resistencia y su diseminación entre poblaciones son mucho más eficientes que la capacidad humana de producir más y mejores antibióticos. La estrategia radicaría no solo en producir mejores antibióticos sino en modificar las condiciones de su uso para que se disminuya su impacto sobre el mundo microbiano.

Recomendaciones para el uso racional de antibióticos y el control de resistencia.

La selección de la terapia depende de:

La respuesta clínica.

La sensibilidad de las bacterias aisladas.

Los niveles de antibiótico en el suero o líquidos corporales y en los tejidos.

La actividad bactericida del suero.

Estado inmunitario del paciente.

También se debe tener en cuenta:

Disponibilidad del antibiótico en el medio.

Costo.

La presencia o no de cepas resistentes.

Infecciones adquiridas en la comunidad o intrahospitalarias.

Epidemiología de la resistencia a los antibióticos en el área.

Todo esto con el fin de controlar la aparición de resistencia. Estas recomendaciones pueden dividirse en las dirigidas al médico, a las instituciones hospitalarias y a las autoridades de salud.

Comportamiento de la resistencia bacteriana en Latinoamérica.

Es un problema de salud pública en todos los países del mundo. En Latinoamérica se observan mayores porcentajes de resistencia. Algunas de las características que favorecen este comportamiento son la exposición excesiva e innecesaria de las bacterias a los antibióticos por el uso y la formulación inadecuada, la venta libre sin fórmula médica, las condiciones propias de los hospitales y la comunidad que facilitan el desarrollo y la diseminación de microorganismos resistentes y las limitaciones de las pruebas de laboratorio “in vitro” para detectar la aparición de fenotipos resistentes.

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