CAPÍTULO 35: Pseudomonas y otros bacilos gramnegativos oportunistas

El presente capítulo considera los siguientes microorganismos:

• Pseudomonas aeruginosa

• Burkholderia pseudomallei

• Burkholderia cepacia

• Acinetobacter

• Moraxella

• Aeromonas y Plesiomonas

Existe un gran número de especies de Pseudomonas, la más importante de las cuales es P. aeruginosa. El número de infecciones en humanos originadas por otras especies en conjunto es mucho más bajo que el producido por P. aeruginosa sola. Las bacterias del género Pseudomonas se encuentran más a menudo como colonizadores y contaminantes, pero son capaces de causar infecciones oportunistas. La asignación de nombres para las especies tiene poca importancia clínica además de diferenciarla de P. aeruginosa. Los reportes varían en cuanto a la frecuencia de su aislamiento en casos de bacteriemia, artritis, abscesos, heridas, conjuntivitis e infecciones de vías urinarias. En términos generales, a menos que se aísle en cultivos puros de muestras de alta calidad (toma directa), es difícil asignar importancia patógena a cualquiera de las diversas especies del género Pseudomonas.

BACTERIOLOGÍA

Pseudomonas aeruginosa es un bacilo aerobio, móvil, gramnegativo que es más delgado y más pálido a la tinción que otras enterobacterias; su característica bacteriológica más notable es la producción de pigmentos hidrosolubles de color. Pseudomonas aeruginosa también muestra resistencia a los antimicrobianos de manera más consistente que todas las demás bacterias de importancia médica.

Pseudomonas aeruginosa es lo suficientemente versátil en cuanto a sus necesidades energéticas y de crecimiento como para utilizar moléculas simples como amoniaco y dióxido de carbono como sus únicas fuentes de nitrógeno y carbono. Así, no requiere de medios enriquecidos para su cultivo y logra sobrevivir y multiplicarse en un amplio intervalo de temperatura (20 a 42 °C) en casi cualquier ambiente, lo que incluye entornos ricos en sales. El microorganismo utiliza mecanismos productores de energía por oxidación y altas concentraciones de oxidasa de citocromo (positivo para oxidasa). Aunque es necesario que exista una atmósfera aeróbica para el crecimiento y metabolismo óptimos, la mayor parte de las cepas crecen con lentitud en un entorno anaeróbico si hay nitrato como aceptor de electrones.

El crecimiento en todos los medios de aislamiento comunes es espectacular; las colonias tienen un borde fino. El crecimiento confluente a menudo les brinda un brillo metálico característico y emite un intenso olor “afrutado”. En medios de cultivo, con agar sangre por lo común produce hemólisis. La reacción positiva para la oxidasa de P. aeruginosa la diferencia de otras enterobacterias, y la producción de pigmentos azulosos, amarillentos o pardos la diferencia de la mayor parte de otras bacterias gramnegativas. El pigmento azuloso, conocido como piocianina, es producido sólo por P. aeruginosa. La fluoresceína es un pigmento amarillento que adquiere un color fluorescente bajo la luz ultravioleta y que es producido por P. aeruginosa y por otras bacterias del género Pseudomonas menos patógenas y de vida libre. La piocianina y la fluoresceína combinadas producen un color verde brillante que difunde a través del medio de cultivo.

Los lipopolisacáridos (LPS) están presentes en la membrana externa como proteínas de porina, que pueden diferir de otras de la familia de las enterobacterias, pues ofrecen menos permeabilidad a una amplia variedad de moléculas, lo que incluye antibióticos. Las pilosidades están compuestas por monómeros repetidos de subunidades estructurales de pilina que se extienden desde la superficie celular. Un flagelo polar único impulsa con rapidez el microorganismo y facilita la fijación a los tejidos del hospedador.

Una capa de exopolisacáridos mucoides se encuentra presente fuera de la pared celular en algunas cepas; esta capa se crea por la secreción de alginato, un copolímero de ácidos manurónico y glucurónico. Se crea por la acción de varias enzimas que transforman de manera eficaz carbohidratos intermedios en polímeros de alginato. Todas las células de P. aeruginosa producen cantidades moderadas de alginato, pero aquellas con mutaciones en los genes reguladores producen cantidades excesivas del polímero. Estas mutantes aparecen como colonias mucoides muy notables en los cultivos provenientes del aparato respiratorio de pacientes con fibrosis quística (CF, cystic fibrosis).

La mayor parte de las cepas de P. aeruginosa produce múltiples productos extracelulares, lo que incluye la exotoxina A (ExoA) y otras enzimas con actividad de fosfolipasa, colagenasas, adenilato ciclasa o elastasa. ExoA es una proteína secretada que desactiva el factor 2 de elongación de las células eucariotas (EF-2) por ribosilación de ADP (ADPR). Lo anterior interrumpe la traducción, lo que conduce a detención de la síntesis de proteínas y muerte celular. Esta acción es similar a la de la toxina de la difteria, pero estas toxinas no están relacionadas. La elastasa actúa en diversos sustratos importantes desde el punto de vista biológico, lo que incluye la elastina, IgA e IgG humana, componentes del complemento y algunas colágenas. La exoenzima S (ExoS) y otras proteínas (ExoT, ExoY, ExoU) se transportan directamente a las células del hospedador por un sistema de secreción por inyección (tipo III). En el interior de la célula, ExoS actúa como proteína G reguladora que afecta el citoesqueleto, las vías de señalización e induce la apoptosis.

ENFERMEDAD POR P. AERUGINOSA

EPIDEMIOLOGÍA

El hábitat primario de P. aeruginosa es el medio ambiente. Se encuentra en agua, tierra y diversos tipos de vegetación en todo el mundo. Pseudomonas aeruginosa se ha aislado de faringe y heces en 2 a 10% de las personas sanas. Las tasas de colonización son mucho más elevadas en individuos hospitalizados. La infección con P. aeruginosa es poco común en personas previamente sanas y es una de las causas más importantes de infección invasora en pacientes hospitalizados con enfermedades subyacentes graves como leucemia, CF y quemaduras extensas (figura 35–1).

La capacidad de P. aeruginosa para sobrevivir y proliferar en agua con escasos nutrientes puede conducir a una gran contaminación de líquidos no estériles, como en ciertos humidificadores de respiradores mecánicos. La inhalación de aerosoles de tales orígenes puede evitar los mecanismos de defensa normales del aparato respiratorio e iniciar una infección pulmonar. Las infecciones han sido consecuencia de la proliferación de Pseudomonas en medicamentos, solución de lentes de contacto e incluso en algunos desinfectantes. Los fregaderos y grifos pueden estar muy contaminados y actuar como fuente ambiental para la contaminación de otros objetos. La presencia de P. aeruginosa en agua para consumo o en alimentos no es una causa de alarma. El riesgo estriba en la proximidad entre los objetos susceptibles de contaminación y las personas que están predispuestas para la infección.

P. aeruginosa es ahora el patógeno bacteriano más común que complica el tratamiento de los pacientes con CF, un defecto hereditario en el transporte de iones cloruro que conduce a acumulación de moco espeso en los conductos y árbol traqueobronquial. En un alto porcentaje de pacientes, el aparato respiratorio finalmente se coloniza con P. aeruginosa, que una vez establecida se vuelve casi imposible de erradicar. Esta infección es una de las principales causas de morbilidad y eventual muerte de estos pacientes.

PATOGENIA

Aunque Pseudomonas aeruginosa es un patógeno oportunista, posee una virulencia particular. El microorganismo por lo común requiere de una alteración significativa en las líneas de defensa primarias (p. ej., una herida) o una vía para esquivarlas (p. ej., una solución contaminada o una sonda endotraqueal) para iniciar la infección. La unión a las células epiteliales es el primer paso en la infección y probablemente esté mediada por pilosidades, flagelos y una cubierta de polisacáridos extracelulares. Los receptores incluyen ácido siálico y N-acetilglucosamina que se originan en los glucolípidos de la superficie celular. La unión es favorecida por la pérdida de fibronectina de superficie, lo que explica en parte la propensión en personas debilitadas.

Dado el hospedador susceptible adecuado, la virulencia de P. aeruginosa no es inesperada, por su miríada de enzimas y otros factores (figura 35–2). La importancia de ExoA se apoya en estudios en humanos y en animales, que correlacionan su presencia con malos resultados y la presencia de anticuerpos contra ésta, con supervivencia. El efecto de la ExoA no es inmediato, porque es uno de varios factores de virulencia activados por medio de un sistema regulador de gen llamado detector de quórum. En estas condiciones, lactonas y/o quinolonas secretadas por P. aeruginosa señalan su presencia a las otras células bacterianas. El sistema es cuantitativo, de modo que cuando la población de células de Pseudomonas alcanza un cierto umbral, las señales dirigen el gen que codifica para citotoxina para que sea transcrito, y a continuación toda la población a la vez produce la toxina. No se ha demostrado efecto sistémico tipo difteria de la ExoA, pero su acción se correlaciona con las lesiones principalmente invasivas y localmente destructivas que se observan en infecciones por P. aeruginosa.

La elastasa y fosfolipasa desdoblan proteínas y lípidos, respectivamente, lo que permite que el microorganismo adquiera nutrientes del hospedador y se disemine a partir del sitio local. Muchos sustratos de importancia biológica de elastasa hacen evidente su importancia, en particular el que le da su nombre, elastina. La elastina se encuentra en algunos sitios con ataque preferente por P. aeruginosa, como los pulmones y vasos sanguíneos. La destrucción hemorrágica incluye las paredes vasculares (figura 35–3), característica histológica distintiva de la infección por Pseudomonas. La disfunción intracelular causada por ExoS y por otros factores inyectados por un sistema de secreción inicia inmediatamente después del contacto con la célula del hospedador. ExoS se asocia con diseminación a partir heridas de quemaduras y con acciones de destrucción de las células, lo que incluye su acción sobre el citoesqueleto. El pigmento azuloso, piocianina, se ha detectado en lesiones en seres humanos y parece tener efectos tóxicos en la función de las células ciliares respiratorias.

Pseudomonas aeruginosa y fibrosis quística

P. aeruginosa es el más persistente de los microorganismos infecciosos que complican la evolución de la CF. La colonización inicial puede verse favorecida por el hecho de que las células de estos pacientes están menos sialiladas que las células epiteliales normales, lo que proporciona un mejor acceso a los receptores ideales para la adherencia de P aeruginosa: los defectos en el epitelio de los pacientes con CF también pueden impedir la eliminación bacteriana por descamación. La característica más notoria de esta relación hospedador-patógeno es la aparición de cepas con múltiples mutaciones en genes reguladores, que provocan la sobreproducción del polímero de alginato grueso. La colonización de los bronquios luego se convierte en una biopelícula con microcolonias de bacterias y detritos incrustados en el alginato (figura 35–4). La alta osmolaridad de las secreciones de CF característicamente espesas facilita la expresión de estos mutantes hiperproductores de alginato. Para P. aeruginosa, la biopelícula confiere protección muy ventajosa contra el sistema inmunitario (complemento, anticuerpos, fagocitos) y los fármacos antimicrobianos. Las redes reguladoras globales responsables de la detección de quórum y sus efectos sobre la producción de alginato y otros comportamientos relacionados con la virulencia siguen siendo un foco central en la búsqueda de tratamientos novedosos.

INMUNIDAD

La inmunidad humana a la infección por Pseudomonas no es bien comprendida. Inferencias obtenidas de estudios en animales y observaciones clínicas sugieren que la inmunidad humoral y celular es importante. La fuerte propensión de P. aeruginosa para infectar a aquellos con inmunidad celular defectuosa indica que estas respuestas son de particular importancia.

ENFERMEDAD POR P. AERUGINOSA: ASPECTOS CLÍNICOS

MANIFESTACIONES

Pseudomonas aeruginosa puede producir cualquiera de las infecciones extraintestinales oportunistas causadas por enterobacterias. Se han observado infecciones de heridas por quemaduras, heridas abiertas, vías urinarias, piel, ojo, oído y vías respiratorias y todas llegan a progresar a la bacteriemia. Pseudomonas aeruginosa es una de las causas más comunes de infección en heridas contaminadas en el medio ambiente (p. ej., osteomielitis después de fracturas expuestas o heridas por punción con clavos en el pie).

Particularmente en pacientes con neutropenia, la neumonía por P. aeruginosa es una infección destructiva que avanza rápido y está vinculada con necrosis alveolar, invasión vascular, infartos y bacteriemia. La infección pulmonar en pacientes con CF es diferente; es una infección crónica que alterna entre un estado de colonización y una bronquitis o neumonía más manifiesta (figura 35–5). Aunque las características más agresivas de la infección por Pseudomonas en los inmunodeprimidos no son comunes en la CF, la infección sigue siendo lo suficientemente grave como para ser la principal causa de muerte en estos pacientes.

P. aeruginosa también es una causa común de otitis externa, incluido el “oído de nadador” y una otitis externa potencialmente mortal que se observa en pacientes con diabetes. La foliculitis de la piel puede seguir al sumergirse en jacuzzis que se contaminaron con el microorganismo. También puede causar conjuntivitis, queratitis o endoftalmitis cuando se introduce en el ojo por traumatismo o medicación contaminada o solución para lentes de contacto. La queratitis llega a progresar con rapidez y destruir la córnea en un periodo de 24 a 48 horas. En algunos casos de bacteriemia por P. aeruginosa, se desarrollan pápulas cutáneas que progresan a úlceras necróticas negras, una afección llamada ectima gangrenoso. Las lesiones son el resultado de la invasión directa y la destrucción de las paredes de los vasos sanguíneos por parte del microorganismo.

DIAGNÓSTICO

Pseudomonas aeruginosa crece con rapidez en medios de cultivo. La combinación de colonias características con producción de piocianina (figura 35–6) y positivas para oxidasa y la capacidad de crecer a 42 °C es suficiente para diferenciar P. aeruginosa de otras especies de Pseudomonas. Las pruebas bioquímicas permiten identificar otras especies, pero no se utilizan de manera rutinaria a menos que exista fuerte evidencia clínica de infección.

TRATAMIENTO

De las bacterias patógenas, P. aeruginosa es el microorganismo más resistente a muchos antimicrobianos. La resistencia inherente se debe a las porinas que restringen la entrada de compuestos antibióticos al espacio periplásmico. Las cepas de P. aeruginosa son uniformemente resistentes a penicilina, ampicilina, cefalotina, tetraciclina, cloranfenicol, sulfonamidas y los primeros aminoglucósidos (estreptomicina, kanamicina). Se ha destinado una cantidad significativa de recursos en el intento de desarrollar antimicrobianos con actividad anti-Pseudomonas. Todo el tratamiento debe estar guiado por pruebas de susceptibilidad a los antimicrobianos, ya que los patrones de resistencia son muy variables. Los aminoglucósidos de uso actual (gentamicina, tobramicina y amikacina) aún son activos contra la mayoría de las cepas. De los β lactámicos, piperacilina/tazobactam, cefepima, ceftazidima, imipenem/cilastatina, meropenem y doripenem tienen las mejores perspectivas de éxito; por el contrario, aztreonam tiene tasas de eficacia bajas. En general, las infecciones urinarias pueden tratarse con un solo fármaco, pero las sistémicas más graves por P. aeruginosa se tratan inicialmente con la combinación de un β lactámico anti-pseudomonas y un aminoglucósido, particularmente en pacientes neutropénicos. También es factible usar fluoroquinolonas si existe susceptibilidad.

El tratamiento de la infección por P. aeruginosa en la CF constituye un problema especial porque la mayoría de los antimicrobianos eficaces solo se administra por vía intravenosa. A fin de evitar la hospitalización, se utilizan a menudo fármacos orales para tratar las exacerbaciones leves. Los pacientes que tienen síntomas persistentes o progresivos son ingresados para “limpieza” con múltiples antibióticos intravenosos. La naturaleza crónica de la colonización por P. aeruginosa conduce al desarrollo progresivo de resistencia durante la evolución de la enfermedad del paciente. La tobramicina en aerosol se utiliza en muchos pacientes con CF, con evidencia de efectividad clínica para mejorar la función pulmonar y disminuir el riesgo de hospitalización.

PREVENCIÓN

Se han desarrollado vacunas que incorporan antígenos somáticos para diversos serotipos de P. aeruginosa y han demostrado ser inmunógenas en humanos. Las personas elegibles en forma primaria para tales preparaciones son pacientes con lesiones por quemaduras, CF o inmunodepresión. Si bien se ha demostrado cierta protección, estas preparaciones en general han resultado decepcionantes.

Burkholderia pseudomallei es un saprófito en tierra, lagunas, arrozales y en campos de cultivo de vegetales ubicados en el sureste asiático, Filipinas, Indonesia y en otras regiones tropicales. La infección se adquiere por inoculación directa o por la inhalación de aerosoles o polvo que contienen la bacteria. La enfermedad resultante, denominada melioidosis, suele ser una neumonía aguda; sin embargo, es lo bastante variable para comportarse como infecciones subagudas, crónicas o incluso recurrentes que pueden continuarse con la diseminación sistémica. Algunos soldados presentaron recaídas años después de su regreso de Vietnam. Las características clínicas y radiológicas en ocasiones se asemejan a tuberculosis. En casos fulminantes de melioidosis puede sobrevenir insuficiencia respiratoria rápida y se desarrollan abscesos metastásicos en la piel u otros sitios. Aunque intrínsecamente resistente a una amplia gama de antibacterianos, B. pseudomallei puede ser susceptible a tetraciclina, sulfonamidas y trimetoprim-sulfametoxazol (así como cloranfenicol, aunque su toxicidad excluye su uso en muchos países desarrollados). El complejo Burkholderia cepacia es un grupo de especies oportunistas que se ha encontrado que contaminan reactivos, desinfectantes y dispositivos médicos de la misma manera que P. aeruginosa. También complicó la evolución la CF, pero no produce el polímero mucoide que se observa con P. aeruginosa.

El género Acinetobacter incluye cocobacilos gramnegativos que en ocasiones en la tinción de Gram lucen lo bastante redondos como para que se les confunda con Neisseria. En el aislamiento primario son muy similares a las enterobacterias en cuanto a su patrón de crecimiento y morfología de las colonias, pero se caracterizan por su incapacidad para fermentar carbohidratos o para reducir nitratos. Como ocurre con la mayoría de los microorganismos analizados en este capítulo, el aislamiento de Acinetobacter de distintas muestras de los sitios normalmente estériles (sangre, líquido de lavado broncoalveolar) no define la infección porque estas bacterias aparecen con frecuencia como colonizadoras cutáneas y respiratorias. Se encuentran con mayor frecuencia como contaminantes de casi cualquier superficie húmeda, incluidos los jabones y algunas soluciones desinfectantes. La neumonía es la infección más común, seguida de las infecciones de las vías urinarias y de los tejidos blandos. Las infecciones respiratorias nosocomiales fueron seguidas hasta equipos contaminados de terapia respiratoria, y la bacteriemia a catéteres intravenosos infectados. Si bien el tratamiento se complica con frecuencia por la resistencia a las penicilinas, cefalosporinas y, en ocasiones, aminoglucósidos, los aislados de Acinetobacter virtualmente panresistentes han producido brotes en unidades de cuidados intensivos y hospitales militares en el extranjero.

Moraxella es otro género de bastones gramnegativos cocobacilares que por lo general forman pares de extremo a extremo. Algunas especies requieren medios enriquecidos, como agar sangre o chocolate; su morfología, crecimiento con requerimientos nutricionales especiales, y reacción de oxidasa positiva, pueden dar lugar a confusión con Neisseria en el laboratorio. Moraxella catarrhalis se encuentra en la flora orofaríngea normal, y es una causa ocasional de infección del tracto respiratorio inferior y de otitis media. En casos de otitis media se ha detectado M. catarrhalis en cultivo mixto con microorganismos patógenos como Haemophilus influenzae y Streptococcus pneumoniae. Dado que M. catarrhalis frecuentemente produce β lactamasa, se le ha culpado de “proteger” a los otros patógenos cuando fracasa el tratamiento con β lactámico.

Los géneros Aeromonas y Plesiomonas tienen características bacteriológicas similares a las de Enterobacterias, Vibrio y Pseudomonas; se trata de aerobias y anaerobias facultativas, atacan a los carbohidratos de forma fermentativa y demuestran diversas reacciones bioquímicas. Las colonias de Aeromonas son típicamente β hemolíticas. El parecido de Aeromonas y Plesiomonas a las Pseudomonas surge de su positividad a la oxidasa y flagelos polares; su hábitat es básicamente ambiental (agua y tierra), pero ocasionalmente se pueden encontrar en el tubo digestivo humano.

Aeromonas es poco común, pero puede causar infecciones de heridas muy virulentas adquiridas en agua dulce o salada. El inicio puede ser tan rápido como en las ocho horas siguientes a la lesión y la celulitis progresa con rapidez a fascitis, mionecrosis y bacteriemia en menos de un día. Aeromonas también es la causa principal de infecciones relacionadas con el uso médico de sanguijuelas, por su presencia regular en el intestino anterior de la sanguijuela. Además de las infecciones oportunistas, cierta evidencia sugiere una participación ocasional de Aeromonas en gastroenteritis a través de la producción de toxinas con propiedades enterotóxicas y citotóxicas. Plesiomonas también se relaciona con diarrea enterotóxica; estas asociaciones no son lo bastante fuertes para garantizar los intentos de aislar de manera sistemática Aeromonas y Plesiomonas de evacuaciones diarreicas. Es común una resistencia a las penicilinas y cefalosporinas. La mayor parte de las cepas muestran susceptibilidad a la tetraciclina, y en forma variable a aminoglucósidos, lo que incluye gentamicina.

GRUPO “HACEK”

El acrónimo HACEK denota especies de los géneros Haemophilus, Aggregatibacter, Cardiobacterium, Eikenella y Kingella que están implicadas en hasta 3% de todos los casos de endocarditis infecciosa; estos patógenos suelen producir infecciones en personas con válvulas cardiacas protésicas u otra enfermedad miocárdica subyacente. Estas especies forman parte de la microbiota de la cavidad oral y la región superior del aparato respiratorio en los humanos, y tienden a producir síndromes que son insidiosos y difíciles de diagnosticar. El tratamiento con cefalosporinas de tercera generación produce resultados favorables en 80 a 90% de los casos

OTROS BACILOS GRAMNEGATIVOS

Existen muchos otros bacilos gramnegativos que causan enfermedades graves en humanos. Algunos pertenecen a la flora residente en tanto que otros provienen del ambiente. Muchos de éstos no fermentan carbohidratos ni reaccionan en muchas de las pruebas utilizadas de manera sistemática para la identificación de bacterias y, por tanto, su identificación con frecuencia se retrasa en tanto se intentan pruebas adicionales o se envían microorganismos a laboratorios de referencia. La importancia clínica de estos microorganismos es en esencia la misma; el médico por lo común recibe un reporte de “bacteria no fermentadora” u otro término descriptivo junto con pruebas de susceptibilidad. La importancia del aislado se determina con bases clínicas. Las principales características de algunos de estos microorganismos se muestran en el cuadro 35–1; los tipos de infecciones listadas ahí son las más comunes entre casos aislados reportados y no deben interpretarse como típicas para cada microorganismo.

En algunos bacilos gramnegativos no es posible reconocer la especie. Si es de importancia clínica, tales cepas se envían a centros de referencia como los Centers for Disease Control and Prevention (CDC) en Atlanta, Georgia. Por último, algunos han recibido la designación de “grupo IIF de los CDC”, lo que quizá aparezca en los reportes clínicos; después probablemente se asigne un nuevo género o especie si existe acuerdo entre los taxonomistas.