Bacterias productoras de biopelículas
asociadas a infección urinaria
Lcdo. Gustavo Rodríguez
Residente de 2do año
Especialidad en Bacteriología Clínica-Hospital Vargas de
Caracas
En la actualidad las infecciones del tracto
urinario (ITU) afectan anualmente 150 millones de personas en el mundo, ocurren
sin distinción de género ni edad y causan eventos
clínicos que pueden generar secuelas o incluso comprometer la vida del paciente.(1-3) Las ITU se definen
como
una patología clínica causada por la
colonización y multiplicación microbiana en el aparato urinario, teniendo como
consecuencia alteraciones morfológicas y funcionales, acompañada de una
respuesta inmunológica que no siempre es evidenciable.(1)
Una de las
clasificaciones más utilizadas cuando se habla de ITU es según su localización, en este grupo se
encuentran la ITU de vías bajas o cistitis y las de vías altas o pielonefritis.
Las ITU de vías bajas es una
infección limitada a la vejiga y a la uretra, ésta
es más frecuente en niñas mayores de 2 años y mujeres
en edad reproductiva, en el niño y el varón joven son poco comunes y se
relacionan con anomalías anatómicas en el sistema urinario o con enfermedades
subyacentes como prostatitis respectivamente. Los pacientes refieren síntomas
limitados a inflamación local como disuria, poliaquiuria, orina turbia, y
molestias abdominales bajas.(4-6)
En cuanto a las ITU de vías altas o pielonefritis es una infección que puede llegar a comprometer
el parénquima renal, afectando mayormente a mujeres embarazadas y personas con
anomalías anatómicas. Los pacientes generalmente presentan síntomas sistémicos
como; fiebre, decaimiento, dolor abdominal, dolor lumbar y frecuentemente
vómitos.(4-6)
Existen otro tipo de ITU que no pertenecen a una clasificación
como tal, y se describen de forma individual, como la bacteriuria asintomática,
la cual es la infección urinaria más
frecuente en mujeres embarazadas y puede progresar hasta el establecimiento de
una pielonefritis teniendo como consecuencia partos prematuros y recién nacidos
de bajo peso; generalmente se evidencia con la
presencia de urocultivo positivo y ausencia de
marcadores inflamatorios en el examen orina completo en pacientes sin sintomatología
clínica de una infección.(4-6)
En el mismo orden de ideas, también es de
importancia la ITU recurrente, éstas infecciones según su patogenia pueden ser recidivas
(persistencia de la misma cepa que ocasiono el foco de infección) o
reinfecciones (son nuevas infecciones causadas por una cepa distinta o por la
misma cepa) que afecta mayormente a mujeres jóvenes sanas y sin anomalías anatómicas,
generalmente se presentan cistitis sintomáticas que cursan en brotes, es decir,
periodos con episodios frecuentes de infección urinaria, seguidos de episodios
silentes, este tipo de infección se evidencia con 3 o más ITU bajas, 2 o
más pielonefritis o 1 episodio de
pielonefritis, más una ITU baja en un año.(4-6)
En
condiciones normales, la orina y las vías urinarias son estériles y solo la
uretra distal esta colonizada por la flora cutánea y vaginal (Lactobacilos,
Corinebacterias, Estreptococos y Estafilococos), transitoriamente puede
albergar bacilos Gram negativos. Previamente a un episodio de infección
urinaria se produce una colonización vaginal (hembras) o periuretral (varones)
persistente de microorganismos que provienen del colon. Desde estas
localizaciones ascienden a la vejiga y
excepcionalmente a la pelvis y parénquima renal, ocasionando los eventos
clínicos anteriormente descritos.(6)
Según
estudios, la Escherichia coli (E. coli) causa más del 90% de los
episodios de cistitis aguda mientras que, Staphylococcus
saprophyticus, Proteus mirabilis,
Klebsiella pneumoniae, Streptococcus agalactiae, Enterococcus
spp y Pseudomonas aeruginosa son responsables en su mayoría del resto de
los episodios.(3)
El establecimiento, la complicación y recurrencia de estas
infecciones es de origen multifactorial y viene dado por factores tanto del
huésped (estado de inmunosupresión, cateterismo, anomalías fisiológicas o
anatómicas renales, litiasis, procedimientos invasivos recientes, entre otros);
así como factores propios del microorganismo (tamaño del inoculo, virulencia
bacteriana, la resistencia a
antibióticos y producción de biopelículas). Esta última es una característica
de gran impacto clínico ya que las infecciones relacionadas con la formación de
biopelículas representan entre un 65% y un 80% de todas las infecciones en
general reportadas.(7)
En este sentido, las bacterias existen
en la naturaleza bajo dos formas o estados: a) bacterias planctónicas (de libre
flotación) y b) bacterias en biopelículas (en colonias de microorganismos
sésiles). Desde los tiempos de Koch, bacteriólogos y clínicos se han dedicado
al estudio de los gérmenes planctónicos, ésto se ha debido, al hecho de que la investigación de las biopelículas
bacterianas es singularmente más difícil con respecto a las bacterias
planctónicas, ya que el cultivo en el
laboratorio tiene una escasa relación frente a los ambientes microbianos
verdaderos lo cual ha limitado la comprensión respecto a las interacciones de
los microorganismos productores de biopelículas y el huésped.(8)
Las biopelículas se definen como
comunidades de microorganismos que crecen embebidos en una matriz de
exopolisacáridos y adheridos a una superficie inerte o un tejido vivo. En
general, el componente mayoritario de la biopelícula es el agua, que puede
representar hasta un 97% del contenido total. Además del agua y de las células
bacterianas, la matriz de esta forma microbiana es un complejo formado
principalmente por exopolisacáridos secretados por las propias células que
forman parte del mismo. En menor cantidad se encuentran otras macromoléculas
como proteínas, DNA y productos diversos procedentes de lisis de las bacterias.(9)
Estudios realizados utilizando
microscopia confocal han mostrado que la arquitectura de la matriz de la biopelícula
no es sólida y presenta canales que permiten el flujo de agua, nutrientes y
oxígeno incluso hasta las zonas más profundas. La existencia de estos canales
no evita, sin embargo, que dentro de la biopelícula podamos encontrarnos con
ambientes diferentes en los que la concentración de nutrientes, pH u oxígeno
sea variable. Esta circunstancia aumenta la heterogeneidad sobre el estado
fisiológico en el que se encuentra la bacteria dentro de la biopelícula y es
por ello que se dificulta su estudio.(8,9)
La biología de estas comunidades
microbianas se centra en su ciclo vital e interacciones con el medio ambiente.
El ciclo vital es un proceso dinámico que puede ser dividido en 3 partes:
adherencia, crecimiento y separación o desprendimiento. La adherencia sobre una
superficie es la etapa inicial en el proceso de formación de la biopelícula, en
bacterias Gram negativas como; Pseudomonas
aeruginosa, Escherichia coli, Salmonella spp, entre otras; la presencia de
flagelos y frimbias son factores que le otorgan la capacidad de alcanzar la
superficie y contrarrestar la repulsiones hidrofobicas. Sin embargo aunque este
factor ayuda al proceso, no es un requisito esencial, ya que, bacterias Gram
positivas inmóviles como Estafilococos y Estreptococos son capaces de formar biopelículas.(10)
Una vez que la bacteria se ha adherido
a la superficie, comienza la fase de crecimiento en la cual las células
comienzan a dividirse y las células hijas se extienden alrededor del sitio de
unión, formando una microcolonia similar a como ocurre durante el proceso de
formación de colonias en placas de agar (8,9).
Finalmente, en la tercera etapa, luego de que la biopelícula ha alcanzado la
madurez, algunas células, ya sea aisladas o en conglomerados bacterianos, se
liberan de la matriz para poder colonizar nuevas superficies, cerrando el
proceso de formación y desarrollo de la biopelícula. El desprendimiento puede
ser resultado de fuerzas externas (arrastre o movimientos mecánicos) o por procesos
activos inducidos por la misma biopelícula. La separación proporcionaría un
mecanismo para que las bacterias migren desde zonas densamente colonizadas a
áreas que podrían favorecer mejor su desarrollo, logrando así formar nuevas comunidades
microbianas en sitios distantes.(8)
Actualmente, a pesar de que se han
realizado gran cantidad de investigaciones con respecto a las biopelículas y su
capacidad patogénica, los mecanismos por los cuales se hacen resistentes aún no
son completamente claros, pero se han considerado: la inactivación de
antibióticos por polímeros extracelulares o modificaciones enzimáticas, la baja
disponibilidad de nutrientes lo que contribuye a una baja tasa de crecimiento,
los cambios fenotípicos que adquiere la población bacteriana dentro de la biopelícula
y la persistencia bacteriana; solos o en combinación, estos factores son usados
para explicar la supervivencia de las bacterias dentro de estas comunidades,
así como también la capacidad de producir infecciones crónicas y con tendencias
recurrentes.(9,11)
La transición del estado
planctónico al modo de crecimiento en forma
de biopelícula se relaciona con un estado crónico de la infección, en
contraste con las fases más agudas causadas por microorganismos en estado
planctónico. Las infecciones crónicas se caracterizan por la persistencia del
microorganismo a pesar de la respuesta inmunológica del hospedador y de emplear
un tratamiento antimicrobiano adecuado .(6) Es así como las biopelículas representan un problema de salud pública, tomando mayor
importancia en personas que requieren
dispositivos médicos permanentes, ya que las condiciones ambientales creadas en
la superficie de un catéter intra o
extraluminal, por ejemplo, lo convierten en un sitio ideal para la unión
bacteriana y la formación de biopelículas,
puesto que una vez establecida resulta difícil su tratamiento con agentes
antimicrobianos de primera línea.(11)
La
ITU asociada al catéter es una de las
infecciones asociadas a la atención en salud más comunes en todo el mundo,
representando alrededor del 80% de todas las infecciones urinarias nosocomiales.(11) La existencia de las biopelículas y la multiplicación de distintas
poblaciones bacterianas en el interior
del catéter, puede hacer que en un paciente con sonda permanente, las bacterias
aisladas en un cultivo de orina obtenida mediante punción del catéter no
coincidan con las de la biopelícula (debido a una adherencia muy fuerte al
catéter y un arrastre mecánico muy débil). Por ello, se recomienda que en los
pacientes con sonda de más de dos semanas, cuando se sospecha una infección
urinaria, se cambie la sonda, y la orina para el cultivo se recoja a través de
la nueva sonda.(12)
Con respecto a las infecciones
recurrentes las pacientes (mujeres jóvenes y premenopausicas) son más
susceptibles a la colonización vaginal por uropatógenos, lo cual está condicionado
en parte por factores genéticos. Se ha demostrado que las células
uroepiteliales de las pacientes no secretoras para el grupo ABO (es decir, las
que expresan los antígenos de los grupos sanguíneos en los hematíes pero no en
la saliva ni en las secreciones mucosas) tienen una mayor susceptibilidad para
la adherencia por uropatógenos, debido a que expresan dos glicoesfingolípidos
en la membrana celular con mayor avidez para los receptores de los E. coli uropatógenos,
y un riesgo superior a presentar infección urinaria recurrente.(12)
En cuanto a la terapéutica, la
infecciones recurrentes terapéuticas en mujeres se establecen: profilaxis antibiótica (continua o postcoital), administración de arándanos y
autotratamiento de las cistitis.
Siendo los antibióticos más utilizados las quinolonas, cefalosporinas,
fosfomicina, nitrofuranos, trimetoprimas y sulfonamidas. La elección de
una u otra pauta dependerá del número de infecciones y de los síntomas que
experimente la paciente en los episodios de cistitis, de su relación con la
actividad sexual y de las preferencias de la mujer (en especial en pacientes
renuentes a tomar tratamiento antibiótico).(12)
Otros estudios afirman que debido a la
compartimentalización y diferenciación espacial, estructural y funcional de la
biopelícula, los antibióticos
interactúan de diferente forma en las diferentes zonas de la misma. El análisis
de la actividad antimicrobiana con el sistema de celda de flujo revela que
algunos agentes (como el ciprofloxacino) es eficaz sólo en la zona externa de
la biopelícula (metabólicamente activa), mientras que otros (como la colistina)
sólo tiene efecto bactericida sobre las zonas internas de la biopelícula (atenuadas
metabólicamente), proporcionando un fundamento racional para el establecimiento
de la terapia basada en la combinación de antibióticos.(7)
En la actualidad no existe un protocolo
general para el procesamiento de las muestras procedentes de infecciones
relacionadas con la formación de biopelículas. Los
estudios clásicos de sensibilidad a los antimicrobianos, como la técnica de
difusión en disco o los métodos de microdilución en caldo, que proporcionan la
concentración mínima inhibitoria (CMI) utilizada para definir los puntos de
corte de susceptibilidad; sensible, intermedio y resistente (S, I y R) y los
parámetros farmacodinámicos/farmacocinéticos (PK/PD) que predicen éxito
terapéutico se realizan, aún hoy en día, con bacterias en estado planctónico.(7)
Como se ha
comentado anteriormente, los microorganismos que forman parte de la biopelícula
son significativamente más resistentes a los antimicrobianos que los que
crecen planctónicamente, y no se han conseguido establecer por el momento
puntos de corte para estas formas de crecimiento. Por lo tanto, los resultados
de las pruebas de sensibilidad clásicas no se deberían extrapolar para
predecir el éxito terapéutico en las infecciones relacionadas con la formación
de biopelículas, y no ofrecen directrices de cara al tratamiento de tales infecciones.(7)
De esta forma es palpable la necesidad que tienen tanto el bacteriólogo, como
el clínico, de desarrollar protocolos de procesamiento a muestras que se
relacionan con la formación de biopelículas, así como pruebas de
susceptibilidad más reproducibles y menos complejas (en comparación con las antes
mencionadas), con el fin de diagnosticar y tratar de forma eficaz las
infecciones causadas por microorganismos
en forma de biopelículas, todo ello en pro de garantizar calidad de vida o una
mejoría absoluta del paciente.
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