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DESARROLLO Y ESTRUCTURA
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Vibrio cholerae tiene una baja tolerancia al ácido, pero crece con facilidad bajo condiciones alcalinas (pH 8.0 a 9.5) que inhiben a muchas otras bacterias gramnegativas. Se distingue de los demás Vibrio por sus reacciones bioquímicas, estructura antigénica lipopolisacárida (LPS) O y por su producción de la toxina del cólera (CT, cholera toxin). Existen más de 200 serotipos antigénicos O, sólo dos de los cuales (O1 y O139) causan el cólera. El biogrupo El Tor de V. cholerae, una variante de O1, es un biotipo de la cepa clásica. Las cepas O139 se asemejan fenotípicamente a las cepas El Tor O1, pero también producen una cápsula de polisacárido. Vibrio cholerae posee pelos (pilis) largos filamentosos que forman haces sobre la superficie bacteriana y que pertenecen a una familia de pilis cuya estructura química es similar a las de los gonococos y de numerosos otros patógenos bacterianos. Todas las cepas capaces de causar el cólera producen un factor de colonización denominado pelo corregulado por toxina (TCP, toxin-coregulated pilus) a causa de que su expresión se regula junto con la de la CT. En ambientes acuáticos, V. cholerae produce biopelículas de polisacáridos, que contienen porciones carbohidrato que median la adhesión célula-célula y la fijación a superficies.
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✺ Desarrollo preferente en condiciones alcalinas más que ácidas
✺ El cólera se limita a los serotipos O1 y O139
✺ La biopelícula se produce en el ambiente
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La estructura y mecanismo de acción de la CT se han estudiado de manera exhaustiva (figura 32–2). La CT es una toxina ADP-ribosilante tipo A-B. Su molécula es un agregado de múltiples cadenas de polipéptidos organizadas en dos subunidades tóxicas (A1, A2) y cinco unidades de fijación (B, binding). Las unidades B se fijan al receptor GM1-gangliósido que se encuentra sobre la superficie de muchos tipos de células. Una vez fijada, la subunidad A1 se libera de la molécula de toxina mediante la reducción del enlace disulfúrico que la une a la subunidad A2 e ingresa en la célula por translocación. Dentro de la célula, ejerce su efecto sobre el sistema adenilciclasa asociado con la membrana sobre la superficie de la membrana basolateral. El blanco de la subunidad tóxica A1 es una proteína nucleótida de guanina (G), Gsα, que regula la activación del sistema adenilciclasa. La CT cataliza la ADP ribosilación (figura 21–16) de la proteína G, con lo que la hace incapaz de disociarse del complejo activo de la adenilciclasa. Esto ocasiona la activación persistente de la adenilciclasa intracelular que, a su vez, estimula la conversión del trifosfato de adenosina en 3′, 5′ monofosfato de adenosina cíclico (cAMP, cyclic adenosine 3′,5′-monophosphate). El efecto neto es una acumulación excesiva de cAMP en la membrana celular, lo que ocasiona una hipersecreción de cloro, potasio, bicarbonato y moléculas de agua asociadas hacia el exterior de la célula. Las cepas de V. cholerae distintas a los dos serotipos epidémicos en ocasiones producen CT.
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✺ El receptor de la subunidad B es un gangliósido sobre la superficie celular
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A1 ingresa en el citoplasma y ADP ribosila la proteína G reguladora
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✺ La adenilciclasa se fija en un estado activo
✺ La hiperproducción de 3′, 5′ monofosfato de adenosina cíclico (cAMP) ocasiona una hipersecreción de agua y electrolitos
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El cólera epidémico se propaga primordialmente a través de agua contaminada bajo condiciones deficientes de higiene, en especial cuando el tratamiento de las aguas residuales es inexistente o deficiente. Aunque la portación convaleciente humana es breve, si los numerosos Vibrio purgados de los intestinos de aquellos infectados con cólera llegan al suministro principal de agua, quedan establecidas las condiciones para el contagio. El corto periodo de incubación (dos días) permite que los organismos ingeridos por otros ingresen al ciclo epidémico con rapidez. Aún así, las capacidades modernas de transporte posibilitan los casos importados de cólera; por ejemplo, un paciente varón presentó diarrea en Florida después de comer ceviche (pescado crudo marinado) justo antes de partir de un aeropuerto en Ecuador.
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✺ La transmisión es a través del suministro de agua no tratada
✺ El periodo de incubación es de dos días
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El cólera es endémico en el subcontinente indio y ahora en África. Durante los últimos dos siglos, el cólera se ha extendido periódicamente más allá de su ubicación histórica a otras partes de Asia, Indonesia e incluso Europa en el siglo XIX durante las sucesivas pandemias, cada una de las cuales duró de 5 a 25 años. La actual trajo el cólera al hemisferio occidental por primera vez desde 1911. Los casos esporádicos del cólera en Estados Unidos aparecieron por primera vez a principios de la década de 1970–1979 y se atribuyeron al consumo de cangrejos y camarones mal cocidos capturados en la costa del Golfo de Luisiana y Texas. En 1991, América Latina se vio afectada por una epidemia de cólera y se notificaron casos en 21 países, desde Perú hasta el norte de México. Una epidemia masiva de cólera siguió al devastador terremoto de 2010 en Haití. Actualmente, hay una epidemia de cólera en curso en Tanzania y las naciones africanas circundantes que comenzó entre 2015 y 2016 y está causada por V. cholerae 01, biotipo El Tor, serotipo Ogawa. La enfermedad es ahora endémica con decenas de miles de casos y miles de muertes reportadas hasta ahora.
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✺ El cólera es endémico en el subcontinente indio y en el este de África
✺ Las pandemias abarcan décadas
✺ Los casos de la Costa del Golfo fueron el resultado del consumo de mariscos poco cocidos
✺ Las epidemias latinoamericanas se han generalizado
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La cepa dominante del siglo XX fue el biotipo El Tor, aislado por primera vez de los peregrinos a La Meca en el campo de cuarentena de El Tor en Egipto en 1905 por Koch. Esta cepa sobrevive un poco más en la Naturaleza y es más probable que produzca casos subclínicos de cólera que facilitaron su diseminación. En 1992 se detectaron los primeros casos de cólera debidos a un serotipo distinto del O1 en India y Bangladesh. El serotipo nuevo (O139 Bengala) es completamente virulento, con la amenaza adicional de una capacidad aumentada de producir la enfermedad en personas cuya inmunidad se debía a la exposición al serotipo anterior. El análisis genómico de las cepas epidémicas haitianas clonales mostró que son casi idénticas a las cepas variantes de V. cholerae El Tor O1 aisladas en Bangladesh en 2002 y 2008, probablemente introducidas en Haití desde el sur de Asia por miembros de fuerzas de paz de la Organización de las Naciones Unidas asintomáticos, y difieren bastante de aislados peruanos anteriores. Estas realidades ilustran el potencial de propagación mundial del cólera y los desafíos para las estrategias de vacunación diseñadas para prevenirlo.
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✺ El biotipo El Tor dominó en el siglo XX, ahora el serotipo O139 se está extendiendo
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El potencial epidémico de V. cholerae depende de su capacidad para sobrevivir tanto en ambientes acuáticos como en hospederos humanos. En el ambiente externo persiste en un estado latente en asociación con mariscos y plancton al unirse a su exoesqueleto quitinoso en las biopelículas formadas en el estado de agua de mar latente, pero no durante la infección. Esta vida dual se facilita por una proteína superficial capaz de fijarse a un constituyente de la quitina así como a las glucoproteínas y lípidos que se encuentran en el epitelio intestinal. El rastreo satelital ha vinculado los cambios climáticos periódicos (calentamiento del agua de mar), los aumentos en plancton y las epidemias de cólera a lo largo de las costas de América del Sur. Por lo demás, el microorganismo es frágil y sólo sobrevive unos cuantos días en el ambiente fuera de sus hospederos humanos o crustáceos.
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✺ La supervivencia de V. cholerae en crustáceos y plancton facilita que ocurran las epidemias
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El cólera era desconocido en Haití antes del 2010. ¿Cómo podría un terremoto causar una epidemia allí?
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Piense ➱ Aplique 32–1. Las interrupciones de la infraestructura sanitaria causadas por los terremotos pueden contribuir a las epidemias, pero solo si el patógeno ya está presente. Irónicamente, en este caso fueron los trabajadores humanitarios que llegaron en avión para ayudar quienes llevaron al V. cholerae con ellos. La ausencia de inmunidad en la población haitiana aceleró la propagación y aumentó la morbilidad.
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A fin de producir el cólera, V. cholerae debe llegar al intestino delgado, nadar al interior de las criptas intestinales, multiplicarse y producir factores de virulencia. En las personas sanas se requiere de la ingesta de grandes cantidades de bacterias para superar la barrera de ácido en el estómago. La colonización del tracto intestinal completo desde el yeyuno al colon por V. cholerae requiere de la adherencia a la superficie epitelial por medio de la proteína antes mencionada y los pelos (pili) de su superficie. Las bacterias recién transmitidas desde casos de cólera son hiperinfecciosas en virtud de la motilidad quimiotáctica que facilita la colonización del intestino delgado. La característica sobresaliente de patogenicidad de V. cholerae es la capacidad de las cepas virulentas para secretar CT, de la cual depende la enfermedad del cólera. El paso de agua y electrolitos desde la célula hacia la luz intestinal es la causa fundamental de la diarrea acuosa propia del cólera. Las cepas no O1, no O139 se han aislado esporádicamente a partir de casos de gastroenteritis pero no producen CT y, así, no provocan la enfermedad del cólera.
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✺ Se requiere de grandes dosis para pasar la barrera de ácido del estómago
✺ Los pelos y las proteínas median la adherencia epitelial
✺ La hipersecreción mediada por la CT ocasiona la diarrea
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La pérdida de líquidos que se produce por la estimulación de la célula con adenilciclasa depende del equilibrio entre la cantidad de crecimiento bacteriano, producción de toxina, secreción y absorción de líquidos en la totalidad del tracto intestinal. La salida de líquidos y electrolitos es máxima en el intestino delgado, donde la capacidad de secreción es elevada y la capacidad de absorción es baja. El líquido diarreico puede llegar a muchos litros por día, con un contenido de NaCl aproximadamente igual al del plasma, pero con concentraciones significativas de potasio y bicarbonato. El resultado es la deshidratación (pérdida de líquido isotónico), hipopotasemia (pérdida de potasio) y acidosis metabólica (pérdida de bicarbonato). La mucosa intestinal permanece inalterada a excepción de cierta hiperemia, dado que V. cholerae no invade ni daña al enterocito de otras maneras.
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✺ El intestino delgado pierde litros de líquido
✺ Las pérdidas de K+ y bicarbonato provocan hipopotasemia y acidosis
✺ La mucosa intestinal se encuentra estructuralmente inafectada; no hay invasión
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Regulación genética de la virulencia
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La expresión de los diversos factores de virulencia de V. cholerae se controla por medio de un sistema coordinado de dos componentes que involucra sensores ambientales y hasta 20 genes cromosómicos divididos entre una isla de patogenicidad (PAI, pathogenicity island) que contiene la CT y otra que contiene TCP. El regulador principal es una proteína transmembranal (ToxR) que “detecta” los cambios ambientales en pH, osmolaridad y temperatura, que la convierten en una forma activa. En el estado activo, ToxR puede encender los genes de CT de manera directa además de activar la transcripción de una segunda proteína reguladora, ToxT. ToxT, cuyo efector natural podría ser la bilis, activa la transcripción de los genes de virulencia que se encuentran en ambas PAI, incluyendo TCP y CT. Otro conjunto de detectores ambientales cambia V. cholerae desde formas que nadan libremente hacia el estado sésil, formador de biopelícula, asociado con persistencia ambiental en crustáceos. Sistemas detectores de quórum despliegan la expresión de estos genes de virulencia en un momento en el cual hay una masa crítica de V. cholerae para sostenerla.
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✺ ToxR controla los genes CT y TCP
✺ Formación de biopelícula expresada en crustáceos en el ambiente
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Las defensas no específicas como la acidez gástrica, la motilidad y la mucosa intestinales son importantes en la prevención de la colonización por V. cholerae. Por ejemplo, en las personas que carecen de acidez gástrica (gastrectomía o aclorhidria por desnutrición), la tasa de ataque del cólera es más elevada. El estado inmunitario se ha asociado más fuertemente con sIgA dirigida contra LPS antígeno O, CT (subunidad B) y TCP. Aún no se han establecido los mecanismos protectores precisos.
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✺ La tasa de ataque es mayor con la aclorhidria
✺ La inmunidad se asocia con sIgA
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CÓLERA: ASPECTOS CLÍNICOS
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El cólera típico tiene un inicio rápido que empieza con sensación de plenitud e incomodidad abdominal, accesos de peristalsis y evacuaciones sueltas. También es posible que se presenten vómitos. Rápidamente, las heces se vuelven acuosas, voluminosas, casi inodoras y hay presencia de moco; se denominan heces de agua de arroz. No hay presencia de eritrocitos ni leucocitos en las heces y el paciente no exhibe fiebre. Las características clínicas del cólera son el resultado de la extrema pérdida de líquidos y desequilibrio de electrolitos, lo que propicia deshidratación extrema, hipotensión y muerte en cuestión de horas si no se trata. Ninguna otra enfermedad produce deshidratación con tanta rapidez como el cólera.
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✺ La diarrea acuosa extrema produce una pérdida masiva de líquidos
✺ La deshidratación y el desequilibrio de electrolitos son los problemas principales
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La sospecha inicial de cólera depende de reconocer las características clínicas típicas dentro de un entorno epidemiológico adecuado. Un diagnóstico bacteriológico se lleva a cabo mediante el aislamiento de V. cholerae a partir de las heces. El organismo se desarrolla en medios de laboratorio comunes como agar sangre y agar McConkey, pero su aislamiento se mejora con un medio selectivo (agar de tiosulfato-citrato-sales biliares-sucrosa). Una vez aislado, el organismo se identifica fácilmente por sus reacciones bioquímicas. Fuera de las áreas endémicas del cólera, los laboratorios no utilizan el medio selectivo para cultivos de heces en forma rutinaria, de modo que se debe alertar al laboratorio clínico de la sospecha de cólera.
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El diagnóstico de cólera requiere de un cultivo de heces en un medio selectivo
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El desenlace del cólera depende de equilibrar el líquido diarreico y las pérdidas iónicas con un adecuado reemplazo de líquidos y electrolitos. Esto se logra mediante la administración oral, intravenosa, o ambas, con soluciones de glucosa con concentraciones fisiológicas de sodio, cloro y concentraciones mayores a las fisiológicas de potasio y bicarbonato. Hay disponibilidad de las formulaciones exactas en forma de paquetes secos a los que se añade un volumen especificado de agua. El reemplazo oral, en especial si se inicia de manera puntual, es suficiente para todos los casos, a excepción de los más graves, y ha reducido la mortalidad del cólera en forma sustancial. La terapia antimicrobiana desempeña un papel secundario al reemplazo de líquido al acortar la duración de la diarrea y la magnitud de la pérdida de líquido. Una dosis única de azitromicina proporciona terapia antimicrobiana óptima, pero la doxiciclina, una fluoroquinolona o el trimetoprim-sulfametoxazol, también son fármacos eficaces.
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✺ El reemplazo oral o intravenoso de líquidos y electrolitos es esencial
✺ La terapia antimicrobiana permite reducir la duración y la gravedad
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El cólera epidémico, enfermedad relacionada con la higiene deficiente, no persiste donde el tratamiento y desecho de residuos humanos son adecuados. Debido a que en gran parte del mundo se carece de las condiciones de higiene adecuadas, es necesario adoptar medidas secundarias locales, como hervir y clorar el agua durante las epidemias. El cólera asociado con la ingesta de cangrejo y camarones se previene mediante realizar una cocción adecuada (10 minutos) y evitar la recontaminación por contenedores y superficies. Las vacunas preparadas a partir de células completas, lipopolisacáridos y subunidades B de la CT han resultado decepcionantes y ofrecen una protección poco duradera. El interés actual se ha centrado en vacunas con cepas vivas atenuadas a causa de su potencial para estimular una respuesta inmune local de sIgA.
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✺ La desinfección del agua y la cocción de mariscos evitan las infecciones
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Las vacunas hasta el momento han arrojado resultados decepcionantes