Antibióticos, patógenos y mecanismos de infección: apuntes de microbiología clínica

Introducción a los Antibióticos y Agentes Antimicrobianos

ATB: Se define como una sustancia derivada de un organismo vivo, generalmente de un microorganismo o una modificación química de la misma, que inhibe la reproducción, crecimiento o incluso destruye los microorganismos y células anormales de animales superiores.

Agente bacteriostático: Tiene la propiedad de inhibir la multiplicación bacteriana, misma que se reanuda cuando se retira el agente.

Agente bactericida: Tiene la propiedad de eliminar bacterias. Esta acción difiere de la bacteriostasis únicamente en que es irreversible; el microorganismo muerto no puede reproducirse más.

Sinergismo: Bactericida + bactericida; el resultado terapéutico es mayor a la suma de sus efectos aislados.

Suma de efectos: Estático + estático; el resultado terapéutico es igual a la suma de sus efectos.

Antagonismo: Estático + bactericida; el resultado terapéutico es inferior a la suma de sus efectos aislados.

Indiferencia: Cuando la presencia de un antibiótico no modifica la actividad del otro, actúa el más activo de los dos.

CMI (Concentración Mínima Inhibitoria): Cantidad mínima del antibiótico capaz de impedir el desarrollo bacteriano (expresado en microgramos).

CMB (Concentración Mínima Bactericida): Concentración mínima de antibiótico capaz de producir no solo la inhibición del crecimiento, sino la muerte de las bacterias.

Clasificación de los Antibióticos

• a) Según su estructura: Betalactámicos (penicilinas naturales, penicilinas semisintéticas, penicilinas resistentes a penicilinasa).
• b) Inhibidores de betalactamasa.
• c) Cefalosporinas: De 1ra a 4ra generación.
• d) Glucopeéptidos: Vancomicina.
• e) Empleo oral: Quinolonas (1ra y 2da generación).
• f) Sulfonamidas: De vida corta, media y larga.

Regiones de Ataque y Mecanismos de Acción

1. Pared bacteriana: Ejercen su efecto a través del bloqueo de su síntesis. Interfieren en la síntesis de peptidoglucanos, llevando a la lisis bacteriana. Actúan solamente en microorganismos en crecimiento activo (betalactámicos, glucopéptidos como vancomicina, bacitracina).
2. Agentes activos en la membrana: (Polimixinas). Son péptidos catiónicos con actividad tipo detergente que rompen la porción fosfolipídica de la membrana de las bacterias Gram negativas.
3. En la síntesis de proteínas: Aminoglucósidos y tetraciclinas actúan en la unidad 30S del ribosoma, induciendo errores en la información dada al ARNm (proteína inútil). El cloranfenicol actúa en la unidad 50S, impidiendo que se formen los péptidos.
4. A nivel de ácidos nucleicos: Sulfamida y trimetoprima (antimetabolitos) impiden la síntesis de purinas. El tinidazol provoca la ruptura de las cadenas del ADN.

Penicilina y Cefalosporinas

Penicilina: Antibiótico natural o semisintético de estructura betalactámica, con actividad bactericida de corto, medio y amplio espectro.

Mecanismo de acción: Penetran la pared a través de porinas para unirse a las proteínas fijadoras de penicilina (PBPs), enzimas comprometidas en la etapa final del ensamblaje de la pared celular y el remodelamiento de esta durante el crecimiento y división. Requiere que la bacteria esté en multiplicación activa. Si la bacteria es intracelular, carece de pared o está en reposo, la penicilina no es eficaz.

Mecanismo de resistencia: Disminución de la permeabilidad de la pared (cierre de porinas), inactivación por betalactamasas en el medio extracelular (Gram positivas) o en el espacio periplásmico (Gram negativas), y modificaciones en las PBPs.

Efectos colaterales: Toxicidad nula, encefalopatía (por aumento de dosis), anemia hemolítica.

Cefalosporinas: Mecanismo similar a las penicilinas.

• Cefalexina: 1ra generación, vía oral.
• Cefalotina: Parenteral, 1ra generación.

Glucopéptidos (Vancomicina): Actúan en la pared, de corto espectro. Inhiben el crecimiento de la pared y mueren por alteración en la síntesis de ARN. Resistencia en Gram negativas debido a que no atraviesan la pared bacteriana. Efectos secundarios: náuseas, taquicardia, síndrome de cuello rojo.

Flora Normal y Relaciones Microorganismo-Huésped

Flora normal: Su composición es función de la disponibilidad de nutrientes, pH, oxígeno, potencial redox del tejido, receptores celulares, inhibidores presentes y la colonización por otros microorganismos.

Distribución del Microbioma Humano

• Zonas estériles: Laringe, tráquea, bronquios, esófago, estómago, tracto urinario alto, aparato genital superior y sangre.
• Piel: Staphylococcus spp., Streptococcus spp., hongos y levaduras.
• Conjuntiva: Staphylococcus spp.
• Cavidad oral: Candida, Streptococcus, Neisseria, estafilococos.
• Gastrointestinal: Enterobacterias, Candida, Lactobacillus, Pseudomonas.

Patógenos por Localización

• Piel: Leishmania, Taenia.
• Vías respiratorias superiores: Haemophilus influenzae.
• Aparato genitourinario: Neisseria, Chlamydia, enterovirus.

Relaciones Microorganismo-Huésped

• Comensalismo: Un organismo se beneficia y el otro no recibe efectos aparentes.
• Simbiosis: Dos microorganismos que interactúan y ambos se benefician mutuamente.
• Parasitismo: Un organismo obtiene beneficios a expensas del daño al otro.

Principales Patógenos Bacterianos

Escherichia coli (E. coli)

Fuentes de contaminación: Animales (bovino, porcino), humanos (tracto intestinal, excrementos), agua contaminada con materia fecal durante el procesamiento de materia animal, y leche cruda.

• E. coli enterohemorrágica (ECEH): Causa colitis hemorrágica y cólicos severos. Puede estar presente en el intestino de los bovinos y contaminar la carne durante el sacrificio y la molienda. Periodo de incubación de hasta 8 días. Las personas jóvenes pueden desarrollar síndrome urémico hemolítico (SUH). Dosis infectiva: 10 microorganismos.
• E. coli enteroinvasora (ECEI): La enfermedad se presenta entre las 12-72 horas. Dosis infectiva: 10 microorganismos. Causa cólico abdominal, diarrea, vómito, fiebre y puede desencadenar SHU. Se transmite por alimentos contaminados con excrementos, de forma directa o a través de aguas contaminadas (hamburguesas, leche no pasteurizada, jugo de manzana, lechuga).
• E. coli enteropatógena (ECEP): Causa diarrea infantil infecciosa con dosis bajas. Provoca deshidratación, desequilibrio de electrolitos y muerte en niños en época de lactancia. Se transmite por carne y pollo crudo.
• E. coli enterotoxigénica (ETEC): Responsable de la gastroenteritis y la diarrea del viajero. La contaminación del agua con excremento humano lleva a la contaminación de los alimentos. Niños y viajeros son los más expuestos. Dosis muy alta (de 100 millones a 10 mil millones), donde estos microorganismos proliferan y producen toxinas que inducen la secreción de líquidos (productos lácteos, quesos).

Staphylococcus aureus

Habita en la nariz y la piel. Es causante de intoxicaciones alimentarias, infecciones en tejidos blandos, síndrome de shock tóxico y neumonía.

Factores de virulencia: Proteínas de superficie (proteína A, proteína fijadora de colágeno), cápsula, toxinas (ETA, TSST, SE), ácido lipoteicoico y enzimas hidrolíticas.

Patogénesis: Vómitos y dolores abdominales.

Clostridium perfringens

Bacilo anaerobio Gram positivo, encapsulado, esporulado e inmóvil. Habita en el intestino de humanos, suelo, agua y alimentos. Causa gangrena gaseosa y ejerce su patogenicidad a través de toxinas citotóxicas, una enterotoxina y enzimas extracelulares.

Clostridium botulinum

Bacilo anaerobio Gram positivo, generador de esporas, móvil y sin cápsula. Se encuentra en la tierra, alimentos vegetales y animales. Es productor de la toxina botulínica, la cual causa botulismo al impedir que los músculos se contraigan (bloquea la liberación de acetilcolina, generando relajación muscular).

Infección, Patogenicidad y Virulencia

Infección: Resultado por el cual un microorganismo se desarrolla y se establece en un huésped, sea o no perjudicado.

Patogenicidad: Capacidad de un microorganismo de causar enfermedad. Frecuentemente usado para describir o comparar especies.

Virulencia: El grado de patogenicidad de un microorganismo, usado para describir o comparar cepas de una misma especie.

Depende de: Estado del sistema inmunitario del huésped, dosis infectiva y factores de virulencia del microorganismo.

Factores de Virulencia Bacterianos

Ayudan a: Adherirse, invadir, causar enfermedad y evadir las defensas del huésped.

Codificados en: ADN cromosómico, ADN de bacteriófagos, plásmidos y transposones.

Tipos: Factores de adherencia, factores de invasión, cápsulas, endotoxinas y exotoxinas.

• Adherencia:
  • No específica (reversible): Interacciones hidrofóbicas, atracción electrostática y vibraciones atómicas.
  • Específica (irreversible): Adhesinas fimbriales y no fimbriales.
• Invasión:
  • Factores de diseminación: Hialuronidasa (estreptococos), colagenasa, neuraminidasa.
  • Enzimas que causan hemólisis: Hemolisinas, leucocidinas (estafilococos), estreptolisinas (estreptococos).
  • Enzimas digestivas: Proteasas, lipasas.

Sistemas de Inmunidad

1. Inmunidad natural: Piel (transpiración, pH ácido del sudor, glándulas sebáceas), boca (saliva, descamación), estómago (pH ácido), intestino (peristaltismo, moco, jugo gástrico, bilis), y células fagocíticas (fagocitos, macrófagos, inflamación aguda).
2. Inmunidad adquirida: Humoral y celular.

Endotoxinas y Exotoxinas

Endotoxinas

Tipo de toxina bacteriana con las siguientes propiedades: producida exclusivamente por bacterias Gram negativas. Es un componente de la pared celular Gram negativa (lípido A del lipopolisacárido - LPS). Su acción requiere la presencia de la bacteria en el huésped. Es liberada cuando las células bacterianas y su pared se desintegran.

Modo de acción: Irritación e inflamación del epitelio, irritación gastrointestinal, inflamación e injuria vascular, activación del sistema de coagulación e inhibición de su sistema de control.

Exotoxinas

Pueden ser producidas tanto por bacterias Gram positivas como Gram negativas. Son secretadas activamente por la bacteria. Su acción no requiere necesariamente la presencia de la bacteria viva en el huésped. Químicamente, muchas son péptidos o proteínas y son sensibles al cloro (con excepción de la enterotoxina de S. aureus).

Tipos:

• Neurotoxinas: Afectan la transmisión sináptica de las neuronas.
• Citotoxinas: Inhiben la síntesis proteica.
• Enterotoxinas: Alteran la absorción de agua en el intestino delgado.

Toxinas A/B

Son toxinas que contienen un sitio A (activo) y un sitio B (de unión). Pueden clasificarse en:

• Toxinas que actúan sobre señales de transducción (toxina del cólera, toxina termolábil).
• Toxinas que actúan en el tráfico vesicular (toxina tetánica, toxina botulínica).
• Toxinas disruptoras de membrana (formadoras de poros como las lisinas, o toxinas que activan la fosfolipasa C).

Shigelosis y Patogénesis Intestinal

Shigelosis: Enfermedad producida por especies de Shigella, que son bacilos Gram negativos, inmóviles, anaerobios facultativos y no esporulados. Su hábitat natural es el colon humano y se transmite a través del contacto directo o indirecto con agua y alimentos contaminados con materia fecal de personas infectadas.

Patogenicidad: Está asociada a la habilidad de invadir y colonizar el epitelio intestinal mediante factores de virulencia como IpaB e IpaC. Forma poros a través de la membrana de las células del epitelio intestinal, permitiendo la penetración de la bacteria al citoplasma del enterocito. Posteriormente se multiplica e infecta a las células adyacentes a través de protrusiones, sin entrar en contacto con el medio extracelular, destruyendo las células del huésped.

Prevención: La contaminación de los alimentos se puede evitar previniendo el contacto directo o indirecto con materia fecal de personas infectadas, mediante el uso de agua segura y garantizando la correcta higiene del manipulador de alimentos.

Cuadro clínico: Diarrea (con sangre y moco), fiebre, náuseas, vómitos, cólicos y convulsiones (especialmente en niños).

Dosis infectiva: 10 a 200 células.

Periodo de incubación: 1 a 3 días.