CAPÍTULO 34: Legionella y Coxiella

El presente capítulo considera los siguientes microorganismos:

• Legionella pneumophila

• Coxiella burnetii

Legionella es un género de bacilos gramnegativos que recibió su nombre por el brote en la convención de la American Legion, donde se descubrió. El nombre de la especie tipo, Legionella pneumophila, refleja su propensión a causar la neumonía necrosante conocida como “enfermedad de los legionarios”. Ahora se sabe que las especies de Legionella se propagan en el ambiente en estanques, amebas y la cañería de edificios grandes. Coxiella, una causa de neumonía conocida mucho tiempo antes que Legionella, comparte muchas características patogénicas, epidemiológicas y clínicas con Legionella.

BACTERIOLOGÍA

ESTRUCTURA

Legionella pneumophila es un bacilo gramnegativo delgado, pleomórfico, que puede presentar una forma elongada, filamentosa, de hasta 20 µm de longitud. En muestras clínicas, el microorganismo se tiñe mal o no se tiñe en lo absoluto por las tinciones habituales de Gram o con las tinciones histológicas usuales; sin embargo, puede demostrarse su presencia con ciertos métodos de impregnación de plata (tinción de Dieterle) y por tinciones simples sin etapas de decoloración. En ocasiones presentan flagelos polares, subpolares y laterales. La mayor parte de las bacterias del género Legionella son móviles y no suelen encontrarse esporas.

Desde el punto de vista estructural, L. pneumophila tiene características similares a las de las bacterias gramnegativas con una membrana externa típica, una capa delgada de proteoglucanos y una membrana citoplásmica. La toxicidad del lipopolisacárido (LPS) de L. pneumophila es significativamente inferior que la de otras bacterias gramnegativas como Neisseria y enterobacterias. Esto se ha atribuido a la conformación química de las cadenas laterales de LPS que hacen que la superficie celular sea altamente hidrofóbica, una propiedad que puede promover la distribución en aerosoles.

METABOLISMO

Legionella es un microorganismo patógeno intracelular facultativo que se multiplica hasta alcanzar números altos dentro de amebas de vida libre, otros protozoos y macrófagos. En sistemas de agua hechos por humanos, los microorganismos persisten en un estado metabólico bajo embebidos en biopelículas. In vitro, L. pneumophila no crece en medios bacteriológicos enriquecidos comunes, como agar sangre, debido a requerimientos de ciertos aminoácidos (L-cisteína), iones férricos y condiciones un poco ácidas (el pH óptimo es de 6.9). Incluso cuando se satisfacen estos requerimientos, el crecimiento en condiciones aeróbicas es lento; es necesario que transcurran 2 a 5 días para que se produzcan colonias que tienen una superficie distintiva que semeja vidrio esmerilado. Si bien algunas acciones enzimáticas (catalasa, oxidasa, β lactamasa) son demostrables, la clasificación de Legionella depende en su mayor parte de las características antigénicas, el análisis químico y las comparaciones de homología de ácido nucleico. El familiar más cercano entre las bacterias patógenas es Coxiella burnetii (véase más adelante).

Legionella pneumophila tiene múltiples serogrupos (16) y hay más de otras 50 especies de Legionella (p. ej., L. longbeachae, L. bozemanii, L. dumoffi, L. micdadei). La cepa de Filadelfia original (serogrupo 1) aún es la más común, y un número limitado de serogrupos de L. pneumophila explica 80 a 90% de los casos. Esto sugiere mayor virulencia para los humanos, ya que la frecuencia de L. pneumophila entre las especies que se encuentran en el ambiente es inferior al 30%. Menos de la mitad de las especies distintas de L. pneumophila se aislaron de infecciones humanas.

ENFERMEDAD DEL LEGIONARIO

EPIDEMIOLOGÍA

Un brote epidémico muy publicitado de neumonía entre asistentes a la Convención de la American Legion de 1976, en Filadelfia, condujo al aislamiento de un agente infeccioso que no se había identificado con anterioridad: L. pneumophila. El evento fue singular en la historia de la Medicina. Por meses el público estadounidense elaboró teorías sobre las posibles causas que iban desde sabotaje químico hasta viroides; existía el temor de que ocurriera algo similar a la novela de Michael Crichton publicada en 1969, The Andromeda Strain (La cepa de Andrómeda). Fue casi decepcionante encontrar que un bacilo gramnegativo que no podía teñirse ni cultivarse por los métodos comunes era el causante de la enfermedad. La investigación de los Centers for Disease Control and Prevention fue un ejemplo sobresaliente de los beneficios de perseguir la evidencia epidemiológica hasta encontrar la causa microbiológica que explica el cuadro. Hoy se sabe que la enfermedad había estado presente por muchos años. Se han detectado anticuerpos específicos y microorganismos en materiales conservados desde el decenio de 1950–1959, y un misterioso brote epidémico interhospitalario en 1965 se resolvió retrospectivamente mediante el estudio de muestras preservadas. En la actualidad, la mayoría de los casos de enfermedad del legionario en Estados Unidos es causada por unos pocos serogrupos de L. pneumophila, incluida la cepa original Filadelfia, pero existe variación considerable en todo el mundo. En Australia, Nueva Zelanda y Japón, L longbeachae y L pneumophila se encuentran con frecuencia similar.

En la Naturaleza, las bacterias del género Legionella se encuentran ampliamente distribuidas en lagos de agua dulce, ríos y sedimentos de aguas subterráneas. También se encontraron en tierra húmeda de macetas, en el barro y en las riberas de los ríos. En estos sitios, también existían como parásitos de protozoarios, lo que incluyó numerosas especies de amibas, que parecían ser el reservorio ambiental. La transmisión a las personas ocurre cuando se crean aerosoles en suministros de agua creados por los humanos, en las cuales se encuentra la bacteria Legionella. La mayor parte de los brotes epidémicos han ocurrido en grandes edificios como hoteles, fábricas y hospitales con torres de enfriamiento o en alguna parte del sistema de aire acondicionado como mecanismo de diseminación. Algunos brotes epidémicos hospitalarios han implicado dispositivos respiratorios y agua potable proveniente de partes del sistema de agua caliente como grifos y duchas. Incluso el aerosol utilizado en los supermercados para hacer que los vegetales tengan aspecto fresco se ha identificado como fuente de brotes epidémicos. Las bacterias del género Legionella llegan a persistir en suministros de agua pese a procedimientos estándar de desinfección, en particular cuando el agua se encuentra caliente y las tuberías contienen zonas de bajo flujo que comprometen la acción eficaz de los componentes del cloro.

Es difícil informar la incidencia general de las infecciones por Legionella, porque la mayor parte de la información se ha obtenido de brotes epidémicos, los cuales constituyen sólo una pequeña parte de los casos totales. Las estimaciones basadas en seroconversiones sugieren que en Estados Unidos ocurren casi 25 000 casos cada año. La tasa de ataque entre los individuos expuestos se calcula en menos de 5% y los casos graves se limitan a individuos con inmunodepresión. La transmisión de persona a persona no se ha documentado y los microorganismos no se han aislado de individuos sanos. Los cultivos en amibas de vida libre producen células de Legionella que son más resistentes a las variaciones ambientales (ácido, temperatura, presión osmótica) y tienen mayor tendencia a la infectividad.

PATOGENIA

Legionella pneumophila es notable por su propensión para atacar el pulmón, y generar una neumonía necrosante de focos múltiples. Desde el punto de vista microscópico, el proceso afecta los alveolos y los bronquiolos terminales, respetando relativamente los bronquiolos de mayor calibre y los bronquiolos (figura 34–1). El exudado inflamatorio contiene fibrina, neutrófilos, macrófagos y eritrocitos. Una característica notable es la preponderancia de las bacterias en fagocitos y la destrucción lítica de las células inflamatorias.

Las bacterias Legionella inhaladas llegan a los alveolos, donde se fijan a su blanco patogénico, el macrófago alveolar. En este proceso, son auxiliadas por flagelos, pelos (pili) y varias otras proteínas. Después de su fijación, las bacterias entran al macrófago en una vacuola endocítica. Dentro de la célula L. pneumophila inicia un proceso que evita la fusión con el lisosoma, y en lugar de eso recluta ribosomas, mitocondrias y elementos del retículo endoplasmático (ER, endoplasmic reticulum) de la célula hospedera hacia su propio fagosoma, llamado vacuola que contiene Legionella (LCV, Legionella-containing vacuole) (figura 34–2 A, B). En el nicho de la LCV protegido contra digestión lisosómica, los microorganismos se multiplican hasta alcanzar números altos (figuras 34–2 C, 34–3). Finalmente matan el macrófago y liberan nuevas células para repetir el ciclo. Las múltiples enzimas liberadas en este proceso llevan a inflamación, lesiones destructivas en los pulmones, y toxicidad sistémica que tal vez se relacione con la liberación de citocina.

Legionella pneumophila logra este control del fagocito por medio del despliegue complejo de más de 200 proteínas. Sólo algunas de estas proteínas tienen funciones que se conocen o se han inferido mediante análisis genómico. Se sabe que la mayor parte de estas proteínas se produce por un sistema de secreción de inyección (tipo IV) que, en contraste con los descritos en otros microorganismos patógenos gramnegativos, opera dentro del infortunado macrófago. A medida que crece la población intracelular, el despliegue de proteínas de virulencia cambia a productos que facilitan el egreso desde la LCV y el macrófago; algunos causan lisis de membrana formadora de poro. Todo el proceso en protozoos ambientales es similar al que se observa en el macrófago. Tanto en amibas como en humanos este crecimiento rápido tiene lugar en condiciones ricas en nutrientes. De modo similar a otras bacterias patógenas intracelulares (Chlamydia, Chlamydophila y Coxiella), L. pneumophila también tiene una fase restringida por nutriente en la cual se producen los elementos que median resistencia al estrés ambiental y facilitan la infectividad futura. Tal parece ser la situación en el estado metabólico bajo de células embebidas en biopelículas, que proliferan en las tuberías de sistemas de agua construidos por manos humanas.

INMUNIDAD

De la misma forma en que la multiplicación intracelular es la clave de la virulencia de L. pneumophila, la detención de su proliferación por mecanismos de inmunidad innata y adaptativa es el aspecto más importante de la inmunidad. Este alto nivel de inmunidad innata contra la infección por Legionella de la mayor parte de las personas se relaciona con un patrón de respuesta con reconocimiento rápido desencadenado por receptores de tipo toll (TLR, toll-like receptors) en macrófagos y células dendríticas que reconocen LPS de Legionella. La activación de la respuesta inmunitaria adaptativa mediada por linfocitos T_H1 y sus citocinas asociadas (IFN-γ, IL-12, IL-18) completa el proceso de activación de los macrófagos y la destrucción intracelular de la Legionella invasora. El fracaso de este aspecto de la respuesta inmunitaria es la razón primaria en la mayor parte de los casos de enfermedad del legionario progresiva en individuos con inmunodepresión. Los anticuerpos formados en el curso de una infección por Legionella son útiles para el diagnóstico, pero no parecen ser importantes en la inmunidad. Se desconoce si las personas que han tenido enfermedad del legionario están inmunizadas contra la reinfección y la enfermedad.

LEGIONELOSIS: ASPECTOS CLÍNICOS

MANIFESTACIONES CLÍNICAS

La legionelosis es una neumonía tóxica grave que inicia con mialgias y cefalea, seguida por fiebre de rápido incremento. En ocasiones se desarrolla tos seca que más tarde se vuelve productiva, pero la producción de esputo no es una característica prominente. Los escalofríos, dolor torácico pleurítico, vómito, diarrea, confusión y delirio son manifestaciones que pueden estar presentes. Desde el punto de vista radiológico, se observa un infiltrado intersticial o en placas con tendencia a la progresión hacia consolidación nodular, que puede ser unilateral o bilateral. Las pruebas de función hepática a menudo indican cierta disfunción hepática. En los casos más graves, los pacientes empeoran de manera progresiva y ocurre estado tóxico en tres a seis días, y la enfermedad termina en estado de choque, insuficiencia respiratoria o ambos. La tasa de mortalidad general es cercana a 15%, pero puede ser de más de 50% en algunos brotes epidémicos hospitalarios. La mortalidad es particularmente elevada en pacientes con enfermedades graves subyacentes o con alteración de la inmunidad celular.

Una forma menos común de la enfermedad es la llamada fiebre de Pontiac (llamada así por un brote en Michigan en 1968), es una enfermedad no neumónica que se asemeja a la influenza con fiebre, mialgia, tos seca y un periodo de incubación corto (6 a 48 horas). La fiebre de Pontiac es una enfermedad autolimitante y quizá represente una reacción a la endotoxina o hipersensibilidad a componentes de Legionella o sus hospedadores protozoarios.

DIAGNÓSTICO

El método establecido para el diagnóstico combina el anticuerpo fluorescente directo (DFA, direct fluorescent antibody) con el cultivo de tejidos infectados; la PCR es un método alternativo. Para este propósito, se prefieren muestras de alta calidad, como aspirados pulmonares, lavado broncoalveolar o biopsias, porque es posible que el microorganismo no se encuentre en el esputo. Por lo común, la tinción de Gram no muestra bacterias porque se tiñen mal, pero los microorganismos se revelan con DFA utilizando conjugados específicos contra L. pneumophila. Estos conjugados utilizan anticuerpos monoclonales que se unen a todos los serotipos de L. pneumophila, pero no a bacterias diferentes a L. pneumophila. La prueba con DFA es rápida, pero da resultados positivos en sólo 25 a 50% de los casos demostrados por cultivo.

Los cultivos deben llevarse a cabo en agar de extracto de levadura de carbón amortiguado (BCYE, buffered charcoal yeast extract) que incluya complementos (aminoácidos, vitaminas, L-cisteína, pirofosfato férrico), que satisface las necesidades de crecimiento para Legionella. Se amortigua para satisfacer las condiciones ácidas óptimas para la proliferación de Legionella. El aislamiento de bacilos gramnegativos grandes en un medio de cultivo BCYE después de 2 a 5 días y que no han crecido en medio de cultivo habituales (agar sangre, agar chocolate) debe considerarse como Legionella. El diagnóstico se confirma con tinción DFA de los frotis bacterianos preparados a partir de las colonias. El medio de cultivo BCYE también permite el aislamiento de bacterias del género Legionella diferentes a L. pneumophila.

La dificultad y el lento crecimiento de los medios de cultivo junto con la baja sensibilidad del DFA han rechazado estos métodos en favor de otros; esto condujo al desarrollo de procedimientos de amplificación de ácidos nucleicos (NAA, nucleic acid amplification) para muestras respiratorias y métodos de inmunoanálisis para la detección de antígenos en orina. Los métodos de NAA, como la reacción en cadena de polimerasa (PCR, polymerase chain reaction), han demostrado ser más rápidos y mucho más sensibles que el DFA. Una prueba simple de detección de antigenuria con tiras reactivas ha demostrado ser sensible para el serogrupo 1 de L. pneumophila, el más común, pero menos sensible para otros serogrupos de bacterias del género Legionella. El principal obstáculo para el uso más amplio de estos métodos es que la legionelosis es poco común salvo en población inmunodeprimida; esto tiende a limitar su disponibilidad a laboratorios de referencia y en hospitales que atienden a individuos con inmunodepresión. La demostración de un incremento significativo en los anticuerpos séricos se utiliza principalmente para el diagnóstico retrospectivo en estudios epidemiológicos.

TRATAMIENTO

La mejor información sobre el tratamiento antimicrobiano aún proviene del brote epidémico original en Filadelfia. La causa de la legionelosis se desconocía por completo en ese momento y los casos se trataron con diversos regímenes terapéuticos. Los pacientes tratados con eritromicina evolucionaron mejor que aquellos que recibieron penicilinas, cefalosporinas o aminoglucósidos. Más tarde se demostró que la mayor parte de las bacterias del género Legionella producen β lactamasas. Las pruebas de susceptibilidad in vitro y los estudios en animales confirmaron la actividad de la eritromicina y demostraron que azitromicina, fluoroquinolonas, doxiciclina, rifampicina y trimetoprim-sulfametoxazol también son activos; actualmente se prefiere una fluoroquinolona o la azitromicina.

PREVENCIÓN

La prevención de la legionelosis incluye reducir la producción de aerosoles en lugares públicos provenientes del agua que pudiera estar contaminada con Legionella. La prevención se complica por el hecho de que, comparadas con otras bacterias ambientales, las bacterias de Legionella son relativamente resistentes a la cloración y al incremento de la temperatura; se han aislado bacterias en calentadores de agua que persisten incluso a más de 50 °C. Los métodos para descontaminación de los sistemas de agua aún continúan en evaluación. Algunos brotes epidémicos se han controlado y eliminado con hipercloración, al corregir el funcionamiento inapropiado en sistemas de aguas o al incrementar de manera transitoria la temperatura del sistema por arriba de 70 °C. La instalación de sistemas de ionización de plata y de cobre similares a los utilizados en albercas ha resultado eficaz como último recurso en hospitales contaminados con cuadros recurrentes de legionelosis nosocomial. Un brote reportado en una unidad de cuidado intensivo neonatal en Chipre se rastreó a humidificadores autónomos que habían sido llenados con agua corriente; esto subraya tanto la ubicuidad de Legionella como la necesidad de al menos empezar con agua estéril siempre que sea posible.

ASPECTOS BACTERIOLÓGICOS

Coxiella burnetii es un bacilo gramnegativo, y la causa de la fiebre Q. Su crecimiento intracelular ha hecho que se le clasifique junto con las rickettsias; sin embargo, ahora se sabe que está más estrechamente relacionada con Legionella. C. burnetii, que previamente se creía que era un parásito intracelular obligado, no sufre los déficits metabólicos de las Rickettsia, y ahora se ha cultivado en un ambiente libre de células. El nicho de crecimiento primario de Coxiella burnetii en humanos es el macrófago alveolar, donde despliega el mismo sistema de secreción (tipo IV) usado por L. pneumophila. Coxiella burnetii continúa multiplicándose incluso después de fusión con fagosoma/lisosoma, porque está adaptada a crecer a pH bajo, y resiste enzimas lisosomales. En su ciclo de crecimiento, Coxiella incluye una forma que es resistente al secado y a otras condiciones ambientales, muy parecido a las propiedades de una espora bacteriana. Estas formas no tienen la composición química de las esporas de Bacillus o de Clostridium, pero no sobreviven durante periodos prolongados en el ambiente. Se considera que esto explica la capacidad de C. burnetii para producir infección mediante inhalación de aerosol, a menudo a considerable distancia de la fuente probable.

INFECCIÓN POR COXIELLA: FIEBRE Q

La fiebre Q es principalmente una zoonosis transmitida desde animales hacia humanos por inhalación más que por mordedura de artrópodos. Su distribución es mundial entre una amplia gama de mamíferos, de los cuales el ganado vacuno, ovino y caprino se asocia más con la transmisión a personas. Coxiella burnetii crece particularmente bien en tejido placentario; alcanza números enormes (menos de 10¹⁰ por gramo), que en el momento de partición contaminan el suelo y fómites, donde puede sobrevivir por años. La fiebre Q ocurre en quienes están expuestos a animales infectados o a sus productos, en particular granjeros, veterinarios y trabajadores involucrados en la matanza de animales. Otro ambiente de alto riesgo son las instalaciones de investigación de animales donde no se proporciona protección adecuada al personal. Se considera que la infección en todas estas circunstancias depende de inhalación, que puede ser a cierta distancia del sitio de generación de los aerosoles infecciosos. La infección también ocurre por ingestión de productos animales, como leche no pasteurizada.

FIEBRE Q: ASPECTOS CLÍNICOS

Coxiella burnetii tiene afinidad por el sistema reticuloendotelial, pero se sabe poco de los aspectos patológicos, porque los casos mortales son raros. Al igual que en el ganado, casi todas las infecciones en humanos son subclínicas. Cuando es evidente en clínica, la fiebre Q por lo general empieza un promedio de 20 días después de la inhalación, con inicio repentino de fiebre, escalofríos y cefalea. En ocasiones hay una tos leve, seca, perruna y neumonía intersticial en placas, y no hay exantema. La hepatoesplenomegalia y los resultados anormales en las pruebas de función hepática son comunes. Las complicaciones como miocarditis, pericarditis y encefalitis son raras. La infección crónica también es rara, pero es en particular importante cuando adopta la forma de endocarditis. Hay evidencia de que las cepas asociadas con endocarditis constituyen un subgrupo antigénico de Coxiella burnetii.

El diagnóstico de fiebre Q por lo general se efectúa al demostrar títulos altos o en aumento de anticuerpos contra antígeno de C. burnetii mediante procedimientos de fijación de complemento, ensayos de inmunofluorescencia (IFA, immunofluorescence assays), o inmunovaloración enzimática, o por medio de PCR. Si bien casi todas las infecciones se resuelven de manera espontánea, se considera que la terapia con doxiciclina acorta la duración de la fiebre y disminuye el riesgo de infección crónica. Se ha mostrado que las vacunas estimulan la producción de anticuerpos, y algunos estudios han sugerido un efecto protector para trabajadores densamente expuestos.