Manual de bases antibióticos Índice Introducción 1. Microbiología 2. Célula eucariota 3. Célula procariota 4. Clasificación bacteriana 5. Generalidades de antibióticos 6. Antibióticos que actúan en la pared celular bacteriana Betalactámicos 1 Penicilinas 2 Isoxazolilpenicilinas 3 Penicilinas semisintéticas: aminopenicilinas 4. Inhibidores de betalactamasas. 5. Penicilinas antipseudomonas. 6. Cefalosporinas No betalactámicos. 1. Glucopéptidos 2. Polimixinas 7. Antibióticos que actúan en las subunidades 50S ribosomales 1 Macrólidos 2 Lincosamidas 3 Fenicoles 8. Antibióticos que actúan en las subunidades 30S ribosomales Aminoglucósidos 9. Antibióticos que actúan en el metabolismo del PABA 1 Sulfonamidas 10. Antibióticos que Inhiben la acción de ARNm y ADN Rifamicinas 11. Antibióticos que actúan en el ADN de la bacteria Imidazoles 12. Antibióticos que actúan en el ADN girasa de la bacteria Quinolonas 13. Omnicef R. Cefalosporina de 3ª Generación 14. Indicaciones de Omnicef R 1. Otitis media aguda 2. Sinusitis 3. Faringoamigdalitis 4. Neumonía adquirida en la comunidad 15. Glosario 2 Introducción El avance de la infectología, inmunología, farmacología y en especial la antibioticoterapia obligan al médico a saber más de estas ciencias para aprovechar la amplia gama de armas terapéuticas contra las infecciones ocasionadas por bacterias cada vez más resistentes a los antibióticos de uso común, por ende el representante médico debe ir a la par con este conocimiento para poder ofrecer al médico la mejor opción para sus pacientes. Pretendemos con estos conocimientos, que el Representante se gane el respeto y la confianza del médico, ya que el manual tiene un enfoque médico y mercadológico que nos dará los argumentos para hacer promociones éticas y profesionales para vender nuestros antibióticos. En un afán de simplificar el trabajo de aprendizaje, hemos eliminado algunos conceptos que no tienen importancia para la promoción. Esto es debido a que si bien veremos temas de microbiología y medicina, no será necesario por ejemplo, el revisar qué estudios de laboratorio se llevan a cabo para realizar un diagnóstico o bien explicar los procedimientos quirúrgicos o paliativos que poco o nada se relacionan con nuestra promoción. En otros apartados más, sólo hemos mencionado algunos conceptos como mera cultura general y no les daremos mayor explicación para no complicar el entendimiento y no alejarnos del objetivo principal, que es aprender conceptos médicos enfocados a nuestros productos. Sección 1 MICROBIOLOGÍA La Microbiología (del griego «µικρος» mikros” pequeño”, «βιος» bios, “vida” y «-λογία» logos, tratado, estudio, ciencia) es la ciencia que estudia a los microorganismos que no pueden verse sin ayuda del microscopio tales como bacterias, virus y hongos, y abarca la morfología, fisiología, genética y reproducción. <la microbiología también comprende el estudio de las células, actualmente se distinguen dos grupos de células, las eucariotas y las procariotas. Las eucariotas están representadas por las células más evolucionadas como las de los animales (incluido el hombre) y plantas. Las procariotas, están representadas por las bacterias, ya que tienen una estructura más primitiva. 3 El estudio de la microbiología, sobre todo de los microorganismos que ocasionan enfermedad (patógenos) en el hombre, se relaciona con otras ciencias de la medicina como la patología, epidemiología e inmunología. El estudio de la célula es básico y fundamental para la comprensión del mecanismo de acción de los diferentes antibióticos, así como para el estudio de las bacterias y las enfermedades que producen. Algunos antibióticos tienen la capacidad de actuar tanto en la célula humana como en la célula bacteriana; de ahí se deriva una serie de efectos secundarios que impiden su utilización si no es bajo la supervisión del médico. Las bacterias tienen estructuras y/o propiedades que las hacen más patógenas que otras y es necesario entender estas cualidades para poder comprender mejor el mecanismo de acción de nuestros antibióticos. Célula eucariótica (“Eu” = bien --- “karyon” = núcleo) La estructura orgánica de un animal superior tiene en su base las células, las cuales a su vez, se integran en tejidos y que son parte de un aparato o éstos forman órganos Figura 1. Células eucariotas sistema. A la célula se le puede definir como la unidad anatómica y funcional más pequeña de un ser vivo. Son las células que tienen núcleo bien definido, ya que tienen una membrana nuclear, además que presentan un citoplasma compartimentado con organelos separados o interconectados, limitados por membranas biológicas que son de la misma naturaleza esencial que la membrana plasmática y representan a las células de plantas, animales y humanos. Raramente serán unicelulares (leucocitos y eritrocitos) pues generalmente pertenecen a tejidos. Muchos consideran que la célula es el nivel más bajo de la vida animal, sin embargo, la célula eucariota es un organismo muy complicado cuya aparición probablemente exigió 4 muchos miles de millones de años después que apareció sobre la tierra la forma más antigua de vida, similar al virus de nuestros días. La organización anatómica y las funciones de la célula son mucho más complejas que la de los virus. Figura 2. Estructuras de la célula Citoplasma o Protoplasma. La célula es un saco lleno de líquido, enzimas y substancias químicas; además posee estructuras físicas llamadas organelos, que tienen tanta importancia para la función de la célula y reproducción de la misma. Los organelos y estructuras de una célula típica que con el microscopio de luz pueden distinguirse son los siguientes: membrana celular, citoplasma, membrana nuclear, organelos, núcleo, cromosomas, nucléolo(s), retículo endoplásmico, ribosomas, mitocondrias, aparato de Golgi, lisosomas y otros. El citoplasma también llamado “Protoplasma”, es el material integrante de la célula, constituida principalmente de agua en donde se llevan a cabo las funciones metabólicas, contiene además sales de potasio, magnesio, fosfato, bicarbonato, proteínas, lípidos y carbohidratos, que veremos más adelante. Todo esto está contenido en forma coloidal en el citoplasma, donde también se encuentran una serie de organelos de diferente forma y función. Con el microscopio de luz, en una célula típica pueden distinguirse el núcleo lleno de 5 nucleoplasma. El núcleo está separado del citoplasma por una membrana nuclear. Membranas celulares Esencialmente todas las estructuras físicas de las células, están rodeadas de una membrana compuesta principalmente de lípidos y proteínas. Los diferentes tipos de membranas incluyen: la celular, nuclear, del retículo endoplásmico, del ribosoma, de los lisosomas y del aparato de Golgi. La membrana celular no es simplemente una frontera entre el exterior y el interior de una célula eucariota. Si bien es una estructura delgada y elástica, que tiene grosor aproximado de 75 a 100 angstroms que envuelve a toda la célula y la separa de las demás, tiene permeabilidad selectiva, ya que sólo deja pasar las substancias importantes para cada especie de célula, al igual que deja salir sustancias de excreción y secreción a través de poros diminutos (7 angstroms). Figura 3. Membrana celular de la célula eucariota La membrana de las células eucariotas es todo un sistema de alarma complejo, capaz de implementar toda una respuesta de defensa al desencadenar la cascada del ácido araquidónico que cuando es agredida por factores externos (como bacterias, virus y hongos), a través de la acción de una fosfolipasa la cual está integrada a la membrana celular y cuando esta se rompe se libera esta enzima desencadenando la cascada del ácido araquidónico, para la producción de leucotrienos (reacción alérgica) y prostaglandinas (inflamación), sustancias clave para la defensa, de nuestro organismo. 6 Figura 4. araquidónico Cascada del ácido Agua. El medio líquido de todo el citoplasma es agua, que alcanza una concentración aproximada del 75%. Muchas substancias químicas celulares están en disolución en ella y otras se presentan en suspensión. El agua permite que las substancias en disolución y en suspensión difundan a distintos sitios de la célula. Es el mecanismo de transporte de las substancias de un sitio a otro de la célula. Electrolitos. Los electrolitos más importantes de la célula son: potasio, magnesio, fosfato, sulfato, bicarbonato, pequeña cantidad de sodio y cloruro. Los electrolitos están en disolución en el agua del citoplasma y son necesarios para la actividad de algunos mecanismos reguladores celulares. Por ejemplo: los electrolitos que actúan en la membrana celular permiten la transmisión de impulsos electroquímicos en las fibras nerviosas musculares, y los electrolitos intracelulares rigen la actividad de reacciones catalizadas por enzimas, indispensables para el metabolismo celular. Proteínas. Después del agua, el componente más abundante de las células son las proteínas, en una proporción que va del 10 a 20% de su masa. Son de importancia particular las nucleoproteínas, presentes en el núcleo y en el citoplasma. Las nucleoproteínas forman principalmente los genes que regulan la función global de la célula y transmiten las características hereditarias de una a otra célula. Lípidos. Los lípidos son varios tipos de substancias que se clasifican en grupos por la propiedad común de ser solubles en solventes para grasas. Por ejemplo, la grasa corriente de tejidos animales es un lípido llamado grasa neutra. Sin embargo, además de 7 la grasa neutra están muy difundidos en las células dos tipos adicionales de lípidos: fosfolípidos y colesterol. La célula media posee de 2 a 3% de lípidos que están en dispersión en toda la célula, pero alcanzan concentraciones especialmente altas en la membrana celular, membrana nuclear y membranas que revisten los organelos del citoplasma, como retículo endoplásmico y mitocondrias. La importancia de los lípidos en la célula depende de que sean insolubles o parcialmente solubles en agua. Se combinan con proteínas estructurales para formar las membranas que separan entre sí a los diferentes compartimentos líquidos de la célula. Carbohidratos. En términos generales, los carbohidratos tienen función estructural escasa en la célula, pero desempeñan un papel importante en la nutrición. La mayor parte de las células del ser humano no tienen gran reserva de carbohidratos pues sólo alcanzan en promedio, el 1% del total de su masa. Sin embargo, los carbohidratos en forma de glucosa se presentan constantemente en el líquido extracelular y pueden ser utilizados fácilmente por la célula. La pequeña cantidad de carbohidratos almacenada en las células consiste casi exclusivamente de glucógeno, polímero insoluble de glucosa. La glucosa, que puede provenir de la desintegración del glucógeno dentro de la célula, o del transporte directo a través de la membrana celular penetrando en el protoplasma, es uno de los nutrimentos principales necesarios para la función celular. La glucosa es desintegrada en las mitocondrias y se combina con oxígeno para formar bióxido carbónico y agua. En esta reacción se libera mucha energía que es utilizada por la célula para desempeñar sus distintas funciones, como son: la síntesis de nuevos compuestos químicos, contracción muscular y transmisión de impulsos nerviosos. La membrana nuclear es una membrana doble con un espacio amplio entre ambas, constituida de proteínas y lípidos que separa al material genético del citoplasma. Retículo endoplásmico. Es una red de membranas, vesículas y tubos que se extienden en todo el citoplasma celular. Estas membranas se localizan entre la membrana citoplasmática y la membrana nuclear externa a manera de un aparato circulatorio de la célula. Se conocen dos tipos de retículo endoplásmico: rugoso o granular que contiene a los ribosomas, y liso o agranular. 8 Retículo endoplásmico rugoso o granular. Como su nombre lo dice, el granular está constituido de gránulos que son ribosomas que se localizan en hileras, los cuales están formados de ARN y su función es la síntesis de proteínas. Se encuentran principalmente en células secretoras, por ejemplo células pancreáticas. Figura 5. Retículo endoplásmico liso y rugoso (ribosomas) Retículo endoplásmico liso o agranular. El agranular o liso sintetiza lípidos y actúa como medio para transportar sustancias hacia el exterior de la célula. Este tipo de retículo carece de partículas de ARN y está presente en células cuya función es secretar, por ejemplo, los ácidos de las células de la mucosa gástrica, en las células intersticiales de los testículos, en las células del cuerpo amarillo, en los músculos estriados y en los hepatocitos. Ribosomas. Son gránulos pequeños constituidos por cadenas de ARN (ARN ribosomal); se les puede encontrar adheridos al retículo endoplásmico o libres dentro del citoplasma en pequeños grupos. En el primer caso tienen como finalidad la formación de proteínas a partir de aminoácidos, que aporta el ARN de transferencia bajo la dirección del ARN mensajero en la secreción proteica celular, y en el segundo caso tienen capacidad para sintetizar proteínas en el crecimiento y división celular. 9 Figura 6. Ribosomas y sus subunidades 30S y 50S El ribosoma está compuesto de subunidades ribosómicas que se clasifican en: 30S, 50S, 70S, etcétera. Aparato de Golgi. El aparato de Golgi es un orgánulo presente en todas las células eucariotas y debe su nombre a Camilo Golgi, Premio Nobel de Medicina en 1906 junto con Santiago Ramón y Cajal. Su función es completar la fabricación de algunas proteínas. Funciona como una planta empaquetadora, modificando vesículas del retículo endoplásmico rugoso. El material nuevo de las membranas se forma en varias cisternas del aparato de Golgi. Dentro de las funciones que posee el aparato de Golgi se encuentran la glicosilación de proteínas (es decir, elaborar glicoproteínas), glicosilación de lípidos, selección, destino, almacenamiento de estas sustancias para su distribución en los lisosomas, los cuales contendrán distintas enzimas. 10 Está íntimamente relacionado con el retículo endoplásmico. Las vacuolas sintetizan carbohidratos. Lisosomas. Es un organelo que proviene del aparato de Golgi y está recubierto por una membrana y contiene enzimas de hidrolasas ácidas, que funcionan como aparato digestivo de la Aparato de Golgi célula. Estas enzimas desdoblan los principales nutrientes como son: proteínas, hidratos de carbono, lípidos y ácidos nucleicos, también participan en la necrosis y autolisis celular. Cilios. Son filamentos Figura 7. Aparato de Golgi y lisosomas de la célula eucariota sobresalen de móviles que la superficie de algunas células especialmente de las vías aéreas superiores e inferiores. Suelen ser múltiples y pueden aparecer solos. Cada uno de ellos tiene en su base un gránulo denso denominado cuerpo basal. 11 Figura 8. Cilios sobre el epitelio columnar pseuestratificado En las células con cilios muestran un movimiento rápido en un sentido (da el golpe efectivo) y lento en el otro (golpe de retorno), de esta forma, impulsan el moco con impurezas que se encuentran sobre la célula. Ejemplo: el epitelio columnar pseudoestratificado ciliado con glándulas mucosas recubren la tráquea, bronquios, trompa de Eustaquio y senos paranasales, y su función principal es ayudar a eliminar moco con las impurezas atrapadas por éste, desde las vías aéreas superiores y hasta del pulmón, en forma de esputo o flema. Figura 9. Movimientos de los cilios sobre el epitelio columnar pseuestratificado Mitocondrias. Tienen forma redonda o alargada y su número varía de pocas a varios miles en una sola célula, como en los hepatocitos en que puede haber de 2,000 a 3,000 mitocondrias. Desde el punto de vista funcional, la mitocondria contiene la mayor parte de las enzimas necesarias para el ciclo del ácido cítrico (ciclo de Krebs) que guarda relación con el desdoblamiento final del material alimenticio y liberación de energía. Es ahí donde se produce el ATP (adenosin trifosfato) que es utilizado por la célula como fuente de energía. 12 Figura 10. Estructuras de las mitocondria Núcleo. El núcleo se encuentra generalmente en el centro de la célula y está rodeado por una membrana llamada membrana nuclear a la cual se le observa una serie de poros a través de los cuales se realiza un intercambio de sustancias entre el citoplasma y el núcleo. Además contiene cromosomas, que a su vez están constituidos de genes y dentro de éstos se encuentran las cadenas de ácido desoxirribonucleico (ADN) con toda la información genética indispensable para reproducirse. Figura 11. Célula Núcleo Cromosoma Gen ADN Bases púricas y pirimídicas Cromosomas. Son estructuras que se encuentran dentro del núcleo y están constituidas básicamente por genes y éstos a su vez por ADN, el cual tiene la información genética de cada individuo que lo hace distinto a los demás miembros de su especie. 13 Ácido desoxirribonucleico (ADN). Dentro de los genes se encuentra el ADN que es una estructura helicoidal químicamente constituida por un azúcar, la desoxirribosa, un fosfato y por cuatro bases nitrogenadas llamadas bases púricas (adenina (timina y citosina). Con todos es capaz de guardar y guanina) y pirimídicas Figura Cromosomas la 12. estos elementos la célula información genética de todo individuo y contener además la información fundamental para el funcionamiento interno de la célula. El ADN es comparado con un plano o un código que contiene las instrucciones necesarias para construir otros componentes de las células, como las proteínas y las moléculas de ARN. Los segmentos de ADN que llevan esta información genética son llamados genes, pero las otras secuencias de ADN tienen otros propósitos estructurales o toman parte en la regulación del uso de esta información genética. El material genético está compuesto de una estructura fibrilar, constituida por un ADN circular, enrollado sobre sí mismo. 14 El ácido desoxirribonucleico, frecuentemente abreviado como ADN o DNA por sus siglas en inglés, es un polímero de nucleótidos, es decir, un polinucleótido. Un polímero es un compuesto formado por muchas unidades de aminoácidos simples conectadas entre sí, por un azúcar (la desoxirribosa), una base nitrogenada (de bases púricas (adenina – guanina) y pirimídicas (citosina – timina) y un grupo fosfato que los une. Figura 13. Ácido desoxirribonucleico y sus bases púricas y pirimídicas El acomodo de estos aminoácidos que forman el ADN, lo realiza el ARN mensajero, de acuerdo al código dictado por el ADN que se lleva a cabo dentro de la célula. La replicación del ADN es el proceso por el cual se obtienen copias o réplicas idénticas de una molécula de ADN. La replicación es fundamental para la transferencia de la información genética de una generación de células a la siguiente y por ende, es la base de la herencia. 15 El mecanismo consiste esencialmente en la separación de las dos hebras de la doble hélice, las cuales sirven de molde para la posterior síntesis de cadenas complementarias a cada una de ellas, que llevará por nombre ARN mensajero (ARNm). El resultado final son dos moléculas idénticas a la original. Figura 14. Replicación del ADN Figura 15. ADN girasa o topoisomerasa. Este tipo de replicación se denomina semiconservativa debido a que cada una de las dos moléculas resultantes de la duplicación presenta una cadena procedente de la molécula “madre” y otra recién sintetizada. Las proteínas que intervienen en este proceso de replicación de ADN se denominan ADNgirasas, también conocidas como “topoisomerasas”; son enzimas isomerasas (enzimas que transforman un isómero de un compuesto químico en otro) que actúan sobre la topología del ADN humano. Nucléolo Por otra parte, contiene a los nucléolos (que pueden ser de uno a cuatro), constituidos principalmente por ácido ribonucleico (ARN mensajero) el cual está encargado de sintetizar proteína durante la división celular, con la cual organizará la multiplicación y funcionamiento celular. Ácido ribonucleico (ARN). El ARN es una sustancia constituida por un fosfato pero ya no por una desoxirribosa, sino por una ribosa y cuatro bases nitrogenadas púricas, adenina y guanina y bases pirimídicas, citosina y uracilo, (este último es el análogo de la timina del ADN). Es el 16 mediador entre el ADN del núcleo para dirigir las reacciones bioquímicas en el citoplasma. Hay tres formas características del ácido ribonucleico (ARN): a) ARN mensajero (ARNm) es una molécula de una sola tira, elaborada por el núcleo de la célula como complemento a una tira de ADN. El ARNm transcribe la información almacenada en el ADN que determina el orden de sucesión de los aminoácidos que contiene el mismo ADN para formar una proteína. Está constituido por una cabeza metilada, fragmentos de codones con la plantilla específica de lo que dicta el ADN del núcleo y una cola Poly A. Figura 16. Ácido ribonucleico mensajero (ARNm) b) ARN ribosomal (ARNr), una segunda forma de ARN asociada con los ribosomas del retículo endoplásmico en el citoplasma. Constituye el 60 % del ribosoma, el resto del organelo es proteico y contiene cerca de 75 tipos de proteínas estructurales y enzimas necesarias para las síntesis de proteínas obtenidas del conjunto de diversos aminoácidos. El ARN ribosomal recibe los aminoácidos del ARN de transferencia para Figura 17. Ácido ribonucleico ribosomal (ARNr) sintetizando proteínas a partir de aminoácidos 17 formar de manera secuencial, las proteínas según lo solicitado por el ARN mensajero. c) El ARN de transferencia (ARNt) coloca a los aminoácidos en el sitio apropiado de acuerdo al molde del ARNm y pueden ser diferenciados por la facultad que cada uno tiene, de aceptar sólo un aminoácido y transportarlo para ser empleado en la síntesis proteica. Para que se lleve a cabo la entrega del aminoácido dentro del ribosoma, el anticodón debe ensamblarse con el codón del ARN mensajero. Síntesis de proteínas. Para lograr la síntesis de proteínas al unir al menos 50 aminoácidos, se requiere la participación tanto del ARNm mensajero como del ARNr ribosomal y la entrega de los aminoácidos por parte del ARNt de transferencia. Figura 18. Ácido ribonucleico de transferencia (ARNt) transporta aminoácido 18 Figura 19. Síntesis proteica del ribosoma con la participación de los tres tipos de ARN el mensajero, el de transferencia y el ribosomal. División celular. Las células nuevas se forman a partir de células más viejas por medio de un proceso conocido como división celular o mitosis, que da como resultado la duplicación y distribución de los cromosomas celulares. Aparentemente, las células pueden duplicarse exactamente, debido a la capacidad de la célula progenitora de transmitir su conjunto de características a las células descendientes. De esta manera se transmiten las características que sobrevivieron a la selección natural. Por esta razón las células nuevas están mejor capacitadas para sobrevivir. La división celular (mitosis) tiene cinco pasos aparentes que son: Interface, Profase, metafase, Anafase y Telofase. CÉLULA PROCARIÓTICA Las células procarióticas están representadas por las bacterias. La célula procariota es más simple que la célula eucariótica a cualquier nivel con excepción de: la pared celular y la cápsula, estructuras que no tiene la célula humana, sin embargo, hay bacterias intracelulares que no tienen pared ni cápsula. Figura 20. Célula procariota con todas las estructuras posibles Cápsula. Algunas células bacterianas están rodeadas por una capa de material viscoso llamada 19 cápsula, compuesta por polímeros de azúcares (polisacáridos). Esta cápsula está unida firmemente a la pared celular, sus funciones son de protección contra la acción de los macrófagos, anticuerpos y complemento. También son la base para la elaboración de vacunas tal es el caso para el Streptococcus pneumoniae, Neisseria meningitidis o Haemophilus influenzae tipo b, también sirve para adherirse a los epitelios tal es el caso del Streptococcus beta hemolítico del grupo A, que se adhiere a la faringe y amígdalas o el Streptococcus mutans a la superficie de los dientes originando caries. Sin esta cápsula el microorganismo se eliminaría fácilmente con la saliva, también la Escherichia coli se une al epitelio urinario y aún más sorprendente, es el Staphylococcus epidermidis que se une al polietileno de los equipos de venopunción y las superficies lisas del instrumental médico, para causar infecciones nosocomiales. Pared celular. La pared celular de las bacterias es una estructura rígida que mantiene la forma característica de cada célula procariota (cocos, bacilos, cocobacilos y espiroquetas). Es precisamente en esta estructura en donde actúan los antibióticos betalactámicos como las cefalosporinas. Es importante señalar que la célula humana no tiene pared celular, sólo las bacterias. 20 Las paredes celulares no son estructuras homogéneas, sino que poseen distintas capas que varían según el tipo de bacteria, existiendo diferencias tanto en su grosor como composición. Estas diferencias morfológicas se utilizan para identificar y clasificar a las bacterias, así como diferenciarlas mediante la tinción de Gram. La pared celular de las bacterias Gram (+) es más delgada (10 - 15 nm) que la de las Gram (-) (20 - 25 nm). Tanto las bacterias Gram (+) como las Gram (-) poseen peptidoglicanos, responsables de la rigidez y fuerza mecánica de la pared celular, de la forma bacteriana y de la resistencia a la lisis osmótica. Existe prácticamente en todas las bacterias y hay más de 100 peptidoglicanos distintos. Algunas zonas de peptidoglicanos son abiertas por enzimas Figura 21. Membrana, pared celular y cápsula de una bacteria Gram positiva bacterianas llamadas autolisinas para que así se puedan añadir más polímeros para más pared celular y la célula pueda crecer y dividirse. Además de dar forma a la célula bacteriana, la pared celular sirve como filtro para impedir que algunas sustancias penetren dentro de la célula y permitir el paso de otras. Pared celular de las bacterias Gram (+): Es relativamente simple, constituida sólo por tres capas: la membrana citoplásmica, una capa gruesa de peptidoglicanos y una capa exterior variable denominada cápsula. Debajo de la membrana y/o pared celular se encuentran las (Penicillin-Binding-Proteins) PBPs, por sus siglas en inglés o proteínas fijadoras de penicilina, estructuras comprometidas en la formación de la pared celular para su multiplicación por fisión binaria, a través de tres procesos: a) Acercamiento de los peptidoglicanos unos a otros. b) Reconocimiento entre los enlaces de peptidoglicanos. c) Eslabonamiento de dichos peptidoglicanos. 21 Figura 22. Membrana, pared celular y cápsula de una bacteria Gram positiva Pared celular de las bacterias Gram (-): Esta es una estructura sumamente compleja de dos capas principales, dos membranas internas o citoplasmáticas y otra externa además de una capa de peptidoglicanos. El espacio que existe entre la membrana citoplasmática y la pared celular externa se denomina “espacio periplásmico”. En este espacio periplásmico se lleva a cabo el metabolismo del oxígeno de las bacterias aerobias, también se encuentran las enzimas que producen las bacterias (betalactamasas) para defenderse de los antibióticos. La capa característica de las Gram (-) es la membrana externa que actúa como barrera selectiva al paso de algunas sustancias. También debajo de la membrana citoplasmática y/o pared celular se encuentran las PBPs o Figura 22. Membrana, pared celular y cápsula de una bacteria Gram positiva proteínas fijadoras de penicilina comprometidas en la formación de la pared celular al igual que en las bacterias Gram positivas. Crecimiento de la pared celular. A medida que crece en masa el citoplasma, la pared celular se alarga mediante el eslabonamiento de peptidoglicanos por parte de las PBPs 22 (proteínas fijadoras de penicilina) para conformar más pared celular y dar lugar a la pared de la célula bacteriana hija. Membrana citoplasmática. Aproximadamente de 7.5 nm, está compuesta fundamentalmente de fosfolípidos (20% 30%) y proteínas (50% - 70%). Los fosfolípidos forman una bicapa donde se intercalan las proteínas. La mayor parte de las membranas de procariotas no contienen, como ocurre en las eucariotas, esteroles, tales como el colesterol por lo que son menos rígidas que las de las eucariotas. Función de la membrana citoplasmática: • Actúa como filtro para la mayor parte de las moléculas solubles en agua, siendo mucho más selectiva que la pared celular. • Contiene enzimas biosintéticas que actúan en la producción de energía y síntesis de la pared celular. Citoplasma. En la célula procariota el 80% del citoplasma corresponde a agua y el resto lo componen ácidos nucleicos, proteínas, carbohidratos, lípidos, iones orgánicos, compuestos de bajo peso molecular y partículas. En este fluido espeso ocurren muchas reacciones químicas tales como la síntesis del material celular a partir de los nutrientes (anabolismo). Ribosomas. Tanto en la célula eucariota como procariota son organelos donde tiene lugar la síntesis de proteínas. Sin embargo, en las células bacterianas al no existir sistemas internos de 23 membranas, los ribosomas se encuentran libres en el citoplasma. Los ribosomas están compuestos de un 60% de ARN y un 40% de proteínas. Los ribosomas bacterianos están formados por dos subunidades de diferente tamaño: 50S, 30S y 70S. En los ribosomas 50S (S=Svedberg) actúan los antibióticos macrólidos, lincosamidas y fenicoles, inhibiendo la síntesis de las proteínas de bajo valor biológico, por lo que son bacteriostáticos. En las subunidades 30S actúan los aminoglucósidos inhibiendo la síntesis de proteínas de alto valor bilógico lo que les da su carácter de bactericida. Cloranfenicol actúa en las subunidades 50 y 70S. Área nuclear. Al contrario de las eucariotas, las procariotas no poseen una membrana que englobe al núcleo porque disperso en todo también pueden Figura 23. Ribosomas y sus subunidades 30S y 50S se encuentra el citoplasma, existir transposones y plásmidos que son elementos extracromosómicos compuestos de ADN y que tienen información para replicarse, emigrar a otras bacterias e información para defenderse de los antibióticos. Flagelos. Son filamentos helicoidales que se extienden desde el citoplasma a través de la pared celular. Los flagelos son los responsables de la movilidad de las bacterias en los líquidos, alcanza velocidades de hasta 100 µm/segundo, lo que equivale a 3,000 veces la longitud de su cuerpo por minuto. El leopardo, uno de los animales más veloces, alcanza una velocidad máxima de 1,500 veces la longitud de su cuerpo por minuto. 24 Los flagelos funcionan rotando como un sacacorchos lo que permite a la bacteria moverse en los líquidos con mayor facilidad. Las bacterias móviles se mueven en una dirección u otra por diferentes razones. Su movimiento puede depender de su ambiente, acercarse o alejarse de algo como luz o calor. Fimbrias o Figura 24. Helicobacter pylori con flagelos. Son piliformes, Pili. no formaciones helicoidales, que no tienen nada que ver con el movimiento. Suelen ser más cortos, más delgados y más numerosos que los flagelos. Están formados por subunidades de una proteína llamada pilina. Diferentes tipos de pili están asociados a diferentes funciones como la adherencia a superficies y la reproducción sexual de bacterias (conjugación; paso de plásmidos a través de un pili de una célula a otra). Diámetro de las bacterias. El tamaño de las bacterias varía dependiendo de las especies entre menos de 1 µm y 250 µm; siendo lo más habitual entre 1 y 10 µm. Una característica de las células bacterianas es la alta proporción que existe entre el área de la superficie y el volumen de la célula. Esto significa que poseen una gran superficie a través de la cual pueden entrar nutrientes para alimentar a un pequeño volumen; con lo cual pueden realizar muchas reacciones metabólicas y crecer rápidamente. Así, por ejemplo, Escherichia coli tarda 20 minutos en dividirse mientras que una célula de mamífero en laboratorio tarda de 13 a 24 horas. Sección 4 Clasificación bacteriana Ante la gran cantidad de bacterias que ocasionan enfermedades en el hombre se han tratado de clasificar de múltiples formas; sin embargo esto no ha sido posible, así que se han seleccionado características prácticas para que al médico se le facilite sospecharlas o identificarlas en determinadas infecciones. 25 Tabla 1. Clasificación bacteriana Clasificación bacteriana Tinción Forma Agrupación Enzimas Requerimiento de oxígeno Patogenicidad Tinción La clasificación más común es por la tinción de Gram positivas o negativas según su respuesta al procedimiento de tinción. Este procedimiento así denominado en honor del apellido de su inventor, Hans Christian Gram en 1884, fue desarrollado como un intento para teñir selectivamente las bacterias de los tejidos infectados. La diferencia entre las bacterias Gram negativas y las Gram positivas reside en la pared celular; las bacterias Gram positivas captan la tinción por tener una pared más sencilla y las Gram negativas al tener una pared más compleja no la captan. Forma La forma de una bacteria está determinada por la rigidez de su pared celular. Las bacterias poseen una de las tres formas fundamentales: esférica (coco), cilíndrica (bacilo), una combinación de coco - bacilo (cocobacilo) y espiral (espiroqueta). Cocos Las células esféricas se denominan cocos y su pared celular por lo general es muy sencilla, para captar el colorante en la tinción de Gram y aunque existen cocos Gram negativos, la gran mayoría son Gram positivos. Son los más abundantes en la naturaleza y muchos coexisten con los seres humanos, ya que en muchas ocasiones pertenecen a la flora normal pero también son oportunistas cuando disminuyen las defensas del individuo y entonces pueden invadir los tejidos, la sangre y provocar infecciones severas. 26 En este grupo están el Streptococcus pneumoniae y pyogenes, Staphylococcus aureus y epidermidis. Los cuales pueden agruparse en pares (diplococos), cadenas (estreptococos), o racimos (estafilococos). Figura 25. Bacterias con forma de cocos. Bacilos. A las de forma cilíndrica se les denomina bacilos y la palabra significa bastón. Los extremos de estas células suelen ser redondeados, rectos, en forma de huso o cuerno. La mayor parte de estas bacterias tienen una pared celular más compleja, cuentan con espacio periplásmico y por lo tanto son bacterias Gram negativas. Aquí se encuentra a la Escherichia coli, Proteus mirabilis y Klebsiella pneumoniae. Los bacilos generalmente no se agrupan en disposiciones características, aunque hay excepciones. 27 Figura 26. Bacterias con forma de bacilos Cocobacilos. Algunas bacterias no pueden clasificarse como coco o bacilo debido a que su forma tiene una combinación de ambas, por lo que se les llama cocobacilos, como el Haemophilus influenzae o la Moraxella catarrhalis. Muchas bacterias, cocos, bacilos o cocobacilos, tienen una cápsula, que les permite evadir la respuesta inmune y permiten clasificarlas. Permiten hacer una sub clasificación de las bacterias. Figura 27. Bacterias con forma de cocobacilos Espiroqueta. 28 Sin duda son la bacterias menos frecuentes y tienen una forma espiral o helicoidal, se les denomina espiroquetas y se caracterizan por su forma de “sacacorchos”, como las espiroquetas de la sífilis o el Helicobacter pylori. Estas bacterias pueden tener o no “flagelos” que son prolongaciones que se encuentran en los extremos de la bacteria lo que les permiten desplazarse entre los fluidos del cuerpo humano con mucha rapidez. Figura 28. Bacterias con forma de espiroqueta. Agrupación bacteriana. Muchas veces al mirar al microscopio se observan células unidas unas a otras, formando colonias. Las bacterias de forma espiral (espiroquetas) suelen ser células separadas y otras especies pueden observarse agruparse en disposición que va a depender del ambiente en el que se realice la división celular y si la célula hija permanece junto a la célula madre una vez realizada la división celular. Cada una de estas disposiciones es típica de una especie, puede usarse para su identificación. Cuando un coco se divide en dos, forma un diplococo tal es el caso de la Neisseria meningitidis, pero cuando un coco se une a varios y permanecen unidos después de varias divisiones, forma una cadena denominada Streptococcus. 29 Figura 29. Streptococcus agrupado en cadenas. Algunos cocos se agrupan en racimos y dan la apariencia de uvas, tal es el caso de los estafilococos (Staphylococcus aureus, Staphylococcus epidermidis y Staphylococcus saprophyticus) Requerimientos de oxígeno. Muchas bacterias requieren de oxígeno para vivir y reproducirse por lo tanto se les denominará como aeróbicas estrictas; sin embargo, muchas de ellas se adaptarán al ambiente sin oxígeno y se les conocerá como anaerobias facultativas. Pero también puede suceder el caso contrario, que la bacteria deba mantenerse en un medio anaerobio (sin oxígeno) reproducirse, un pero estricto Figura 30. Staphylococcus agrupado en racimos. medio para al encontrarse en oxigenado puede adaptarse y será entonces una bacteria aeróbica facultativa. 30 Productoras de enzimas. Muchas bacterias producen una infinidad de enzimas que sería difícil identificarlas por esta característica, sin embargo, una de las formas comunes y actuales es cuando una bacteria es capaz de producir enzimas que inactivan a los antibióticos betalactámicos, macrólidos, aminoglucósidos, fenicoles, quinolonas etcétera. Dichas enzimas son complejas y siempre diferentes dependiendo del antibiótico que se esté utilizando para erradicarla. Por tal motivo tomaremos sólo a esta condición para el estudio de las bacterias de este curso, en productoras o no de enzimas inactivadoras de antibióticos Figura 31. Betalactamasa enzima inactivadora de antibióticos betalactámicos Patogenicidad. Hay una enorme cantidad de bacterias, muchas de ellas sin clasificar y que son potencialmente capaces de ocasionar enfermedad. Se dice que son bacterias patógenas aquellas que de una manera directa o como oportunistas, pueden ocasionar enfermedad; esto es importante ya que muchas bacterias que generalmente no causan enfermedad, en casos especiales donde la inmunidad se encuentra comprometida, pueden enfermar a una persona. Bacterias extracelulares. Las bacterias extracelulares son aquellas que causan infecciones dañando a la célula eucariota y son la mayoría de las bacterias que causan infecciones en humanos y animales. 31 Características generales: • Se multiplican por fisión binaria. o Fuera de las células del huésped. o En la matriz extracelular. o En los fluidos orgánicos. o En cavidades y luces de los diferentes tractos del organismo. • Suelen provocar reacciones tisulares purulentas y formación de abscesos. • Crecen rápido y producen toxinas que ocasionan inflamación • Pueden evadir la respuesta inmune y crear resistencia antibiótica rápida. • Su estrategia es eludir la fagocitosis y a los anticuerpos. • Ocasiona la mayoría de los procesos infecciosos bacterianos. Las bacterias extracelulares más comunes son. • Streptococcus pneumoniae • Haemophilus influenzae • Moraxella catarrhalis • Staphylococcus aureus • Staphylococcus epidermidis • Streptococcus beta hemolítico del grupo A • Escherichia coli • Klebsiella pneumoniae • Proteus mirabilis • Pseudomonas aureginosa • Salmonella tiphy • Shigella dysenteriae Bacterias intracelulares. En general se caracterizan por producir con mayor frecuencia infecciones persistentes, ya sean crónicas, insidiosas, latentes o lentas, por intervenir de manera importante factores de inmunidad celular y porque en esta situación los microorganismos se encuentran protegidos y son más resistentes a los anticuerpos así como a los antibióticos. Dentro de las bacterias se pueden mencionar a las bacterias intracelulares facultativas y bacterias intracelulares obligadas. Este tipo de bacterias tienen las siguientes características: 32 • Capacidad para sobrevivir y multiplicarse en el interior de los fagocitos y otras células. • Son relativamente poco toxicas y las células infectadas sobreviven. • Se pueden adquirir por aire, sangre, secreciones y alimentos. • Período de incubación larga y enfermedad persistente. • Afectan a especies especificas • Su vía de entrada puede ser por: o Mordeduras de insectos § o o Ritketssia Mucosa respiratoria § Mycobacterium tuberculosis § Legionella pneumophila Mucosa intestinal § Salmonella tiphy § Listeria monocytogenes. Bacterias Intracelulares Facultativas Se multiplican en el medio extracelular, si se produce la fagocitosis, presentan mecanismos que interfieren con los procesos de digestión intracelular y pueden permanecer viables durante mucho tiempo en el interior del fagocito o invadir otras células, además tienen estrategias de supervivencia intracelular. En las bacterias intracelulares facultativas, la multiplicación intracelular es una estrategia que no solo permite escapar de ciertos mecanismos inmunitarios, sino que también puede facilitar la diseminación bacteriana por el interior del organismo. Ejemplo de bacterias intracelulares facultativas: • Mycobacterium tuberculosis • Mycobacterium bovis • Mycobacterium leprae • Salmonella tiphy • Brucella • Listeria phenumophila • Listeria monocytogenes Bacterias intracelulares obligadas. 33 Son aquellas bacterias incapaces de generar ATP (Adenosin trifosfato) implicado para la energía celular, tomándolo de la célula eucariota que parasitan, no se ven al microscopio de luz ya que son muy pequeñas y carecen de pared celular de peptidoglicanos. Fisión binaria. A diferencia de las células eucariotas que se dividen por mitosis, las procariotas se dividen por fisión binaria, que es una multiplicación menos compleja y donde intervienen de una manera muy activa las proteínas fijadoras de penicilina, sitio donde actúan los antibióticos betalactámicos. Por otra parte, para que los antibióticos actúen, la célula bacteriana debe estar en plena reproducción. Sólo así ejercen su mecanismo de acción. La fisión binaria es una forma de reproducción asexual que se lleva a cabo en arqueobacterias, bacterias, levaduras de fisión, algas unicelulares y protozoos. Consiste en la división del ADN, seguidas de la división del citoplasma (citocinesis), dando lugar a dos células hijas. La mayor parte de las bacterias se reproducen por bipartición, lo que produce una tasa de crecimiento exponencial. Por ejemplo, bajo condiciones óptimas, la Escherichia coli se puede dividir una vez cada 20 minutos. El ADN bacteriano tiene tasas de mutación elevadas. De esta manera, la rápida reproducción bacteriana, da amplias oportunidades para que se produzcan nuevas cepas capaces de desarrollar resistencia a antibióticos y les ayuda a proliferar en una gran variedad de ambientes. Figura 32. Fisión binaria de las células procariotas Sección 6 Bacterias importantes para Omnicef R® 34 En este manual sólo trataremos las bacterias que ocasionan infecciones que puedan ser tratadas con nuestro antibiótico tales como otitis media, sinusitis, faringitis, faringoamigdalitis, bronquitis, neumonía de la comunidad, neumonía atípica, infección de vías urinarias, infección de piel y tejidos blandos, heridas infectadas, osteomielitis, artritis séptica, que son las mismas que reportan los líderes de opinión en la literatura nacional e internacional, por tal motivo, haremos hincapié en su correcta pronunciación y escritura, ya que serán las herramientas para nuestro trabajo diario para hacer una promoción de calidad. De ahí la importancia de conocerlas para que sean incluso un tema de conversación con el médico. Nomenclatura La taxonomía (del griego ταξις, taxis, ‘ordenamiento’, y νοµος, nomos, ‘norma’ o ‘regla’) es la ciencia de la clasificación. Habitualmente, se emplea el término para designar a la taxonomía biológica, la ciencia de ordenar la diversidad biológica en taxones, anidados unos dentro de otros, ordenados de forma jerárquica, formando un sistema de clasificación. Cuando hablamos de taxonomía bacteriana nos estamos refiriendo exclusivamente a la microbiología que tiene que ver con estos microrganismos. El nombre de las bacterias está compuesto por género y especie, por ejemplo Streptococcus es el género y la especie pneumoniae. El género siempre se escribirá con mayúscula y la especie con minúscula, además para diferenciarlas con el resto del texto, es fundamental escribirlas en itálicas o bien subrayar. Tabla 2. Escritura de correcta de las bacterias Correcto Incorrecto Streptococcuspneumoniae Streptococcus pneumoniae (Debe escribirse en itálicas) Streptococcuspneumoniae Streptococcus Pneumoniae (la especie debe escribirse en minúscula) Streptococcuspneumoniae STREPTOCOCCUS PNEUMONIAE (No escribir en mayúsculas) S.pneumoniae S. Pneumoniae (la especie se escribe con minúscula) 35 A algunas bacterias se les puede denominar de una manera coloquial siempre y cuando no se incluya el género o la especie, por ejemplo, «los estreptococos, estafilococos, gonococo, salmonela, la E. coli, etcétera». La pronunciación correcta de las bacterias tiene varios objetivos ya que le dará calidad a nuestra promoción, dará la impresión que nuestra preparación fue sólida y sobre todo dignificará nuestra labor, ya que el representante médico se verá muy profesional, sin embargo, también tienen que saber que hay profesionales de la medicina que no saben la pronunciación correcta de las mismas y obviamente nuestra labor no será corregir a los médicos. Tabla 3 Escritura y pronunciación de bacterias Así se escribe Así se pronuncia Streptococcus pneumoniae Estreptococo neumonie Haemophilus influenzae Emófilus influenze Moraxella catarrhalis Moraxela catarralis Streptococcus beta hemolítico del gpo A Estreptococo beta hemolítico del grupo A Staphylococcus aureus Estafilococo aureus Staphylococcus epidermidis Estafilococo epidermidis Escherichia coli Esqueriquia coli Proteus mirabilis Proteus mirábilis Klebsiella pneumoniae Clebsiela neumonie Escherichia coli enterotoxigénica Esqueriquia coli enterotoxigénica Streptococcus pneumoniae Es un coco Gram positivo, no productor de betalactamasas, que ocasiona otitis media aguda, sinusitis, bronquitis y neumonía. Antiguamente se le conocía como Diplococcus pneumoniae o más informalmente como neumococo. Los estreptococos son bacterias esféricas en forma de coco que se agrupan en cadenas (Strep) y/o pares (Diplo), están ampliamente distribuidos en la naturaleza, se dividen por fisión binaria por lo que a veces se ven en pares. Poseen una cápsula compuesta de polisacáridos complejos que permiten clasificarlos en serotipos, por eso sabemos cuáles son los más prevalentes en una población, cuales son 36 los más patógenos, que enfermedades produce pero su principal función es evadir la respuesta inmune para que los macrófagos de nuestro organismo no los puedan fagocitar, es decir la cápsula permite “esconder” al neumococo de nuestras defensas, sin embargo, la cápsula se utiliza también, para la elaboración de vacunas las cuales están fabricadas precisamente con estas cápsulas, ya sea conjugadas con una proteína o bien solas para generar una respuesta de defensa. Figura 33. Streptococcus pneumoniae con pared celular y c´+apsula Para clasificar a los neumococos se utiliza la clasificación Danesa y existen 92 serotipos capsulares diferentes conocidos hasta el momento. Se conocen los serotipos más comunes del Streptococcus pneumoniae 1, 3, 4, 5, 6A, 6B, 7F, 9V, 14, 18C, 19A, 19F y 23F y los resistente a los antibióticos son los serotipos 6A, 14, 19A, 19F, 23F, aunque no sea productor de betalactamasas, resisten la acción de los antibióticos por la disminución de afinidad a las proteínas fijadoras de penicilina (PBPs). El Streptococcus pneumoniae es una bacteria que puede tener una letal sinergia de patogenicidad o capacidad de producir enfermedad junto al virus de la influenza ya que la neuraminidasa, proteína que tienen tanto el virus de la influenza como el Streptococcus pneumoniae para provocar una infección, más rápida y efectiva al epitelio respiratorio, por eso las complicaciones de la influenza generalmente son ocasionadas por el neumococo. La pared desempeña un papel importante en los procesos de colonización, adherencia, inflamación e invasión bacteriana, ya que el neumococo modula, a través de la variación de fase, la distribución de subcomponentes de la pared relacionados con la internalización de la bacteria o la inducción de la respuesta inflamatoria durante el proceso de infección. 37 El Streptococcus pneumoniae tiene 6 PBPs a saber: 1a, 1b, 2x, 2a, 2b y 3, de las cuales la PBP más importante es la 2b, ya que la mayoría de los betalactámicos (penicilina, ampicilina, isoxazolilpenicilinas, cefalosporinas de primera generación, etcétera) se unen sólo a ella. Sin embargo, el cefdinir, la amoxicilina y cefotaxima se unen a la mayoría de estas PBPs. Los factores de riesgo para desarrollar resistencia del Streptococcus pneumoniae a la penicilina son: pertenecer al grupo etario de cero a cuatro años y ancianos; la sub Figura 34. Streptococcus pneumoniae con sus diferente proteínas fijadoras de penicilina PBPs dosificación de antibióticos. Enfermedades que ocasiona: El Streptococcus pneumoniae es una bacteria muy patógena ya que tan sólo en USA ocasiona al año 3,000 casos de meningitis, 50,000 de bacteriemia, 500,000 de neumonía previa bronquitis y 7,000,000 de otitis media, lo que representa más de cuatro billones de dólares en costos por atención médica. En México hay más de 10,000 neumonías por año y en el mundo se presentan más de 150 millones de infecciones por esta bacteria, muere un niño cada 15 segundos en el planeta por el neumococo. Es la primera causa de meningitis en niño, al igual que en otitis media aguda, sinusitis, bronquitis, neumonías y bacteriemias. Las neumonías en el adulto ocasionadas por el neumococo son la principal 38 causa de muerte en los mayores de 50 años. Afecta a cualquier persona pero con mayor frecuencia a niños menores de cinco años, adultos mayores de 50 años y pacientes inmunocomprometidos. 39