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+Gonzalo Alvear+
Las nuevas técnicas moleculares de identificación bacteriana han demostrado que las vías aéreas no son estériles, como se pensaba hasta hace poco. Mucho se está discutiendo sobre el rol de estas bacterias comensales” tanto en la salud como en las enfermedades pulmonares. Este artículo se enfoca justamente a este cambio de paradigma y discute el peligro del mal uso de los antibióticos bajo la mirada de la microbiota pulmonar.
Clin Pulm Med 2016;23:fifty seven-66
Infecciones pulmonares persistentes
Las infecciones bacterianas pulmonares se categorizan generalmente como agudas crónicas dependiendo del tiempo de evolución, pero en la práctica, la separación dependerá más probablemente de que si se resuelven no luego de la terapia antibiótica. Un gran número de pacientes con disrupciones en la inmunidad pulmonar en el clearence mucosal, sufren de infecciones que típicamente no se resuelven luego del tratamiento con antibióticos (ATB). A diferencia de otras formas crónicas de infección, las respuestas inmunológicas a las infecciones bacterianas en las vías aéreas parecen no evolucionar hacia la respuesta adaptativa clásica, sino que, más bien, desarrollan inexorablemente una respuesta neutrofílica, similar a la de las infecciones agudas. Es por esa razón, que las infecciones pulmonares crónicas podrían ser consideradas más bien como infecciones persistentes, ya que la mayoría de las bacterias involucradas en ellas sobreviven al tratamiento que debería normalmente erradicarlas, pudiendo persistir durante toda la vida del huésped.
Todas las infecciones pulmonares persistentes se caracterizan por periodos de estabilidad y periodos de exacerbaciones, los que provocan excesiva morbilidad y pérdida de función pulmonar si no son tratados. Las contribuciones microbiológicas a las exacerbaciones han sido tradicionalmente determinadas mediante los cultivos, basándose la selección del tratamiento antibiótico en los resultados de esos cultivos. Pero existen una sequence de situaciones clínicas que cuestionan la utilidad de este enfoque. De hecho, muchos de los pacientes no muestran una respuesta clínica a los ATB dirigidos contra el organismo cultivado en el esputo y, en otras ocasiones, responden a ATB a los que no deberían responder. En otros pacientes, se cultivará el mismo organismo en forma repetida a pesar de haber recibido el tratamiento antibiótico apropiado.
– EPOC
Los estudios realizados con cultivo de esputo han mostrado que el 50% de las exacerbaciones en la EPOC se deben a infecciones bacterianas y entre el 25% al 50% a infecciones virales. La adquisición de nuevas cepas de Haemophilus influenzae, Moraxella catarrhalis Streptococcus pneumoniae en el pulmón se asocia con un aumento en el riesgo de exacerbaciones. Estas bacterias patógenas frecuentemente colonizan los pulmones de los pacientes con EPOC entre los periodos de exacerbaciones, apareciendo típicamente en los cultivos de esputo en estado estable, por lo que son catalogadas como colonizaciones.
Tradicionalmente, se ha considerado que las exacerbaciones en la EPOC se producen por la infección por nuevas cepas de bacterias por algún virus, por lo que el tratamiento con ATB corticoides orales se administra para erradicar al nuevo organismo y/ disminuir la inflamación pulmonar. Cuando el paciente responde a esta terapia, se presume que la acción específica del ATB logró eliminar la nueva bacteria. Pero esto se ha demostrado solo en aquellos pacientes hospitalizados por exacerbaciones más severas y, si bien el uso de ATB en la mayoría de estos pacientes puede mejorar los síntomas, no se ha demostrado que mejoren la mortalidad global ni la estadía hospitalaria en la mayoría de ellos. De ahí que el uso generalizado de ATB para todos los pacientes EPOC con exacerbaciones es debatible.
– Bronquiectasias no fibrosis quística
La característica en estos pacientes son las infecciones progresivamente más severas y la exposición a inflamación pulmonar repetitiva y persistente que lleva a mayor compromiso en la función pulmonar. Los métodos de cultivos tradicionales han mostrado la presencia de H. Influenzae y Pseudomona aeruginosa como los patógenos más comunes en el esputo de estos pacientes. Se ha establecido que las bases del tratamiento consisten en la limpieza de la vía aérea, los broncodilatadores y los ATB. Estos últimos deben ser guiados por los resultados de los cultivos de esputo, ya sean actuales previos y también dependiendo de los organismos más comúnmente aislados en la comunidad. Como el tratamiento de estos pacientes no sigue ninguna recomendación internacional consensuada, dada la heterogenicidad de su presentación clínica, la mayoría de los tratantes se basan en la experiencia de los pacientes con fibrosis quística y con EPOC.
Cultivo de esputo
La producción de esputo es la marca de las infecciones pulmonares y es la forma menos invasiva de conseguir muestras de las vías aéreas inferiores para el estudio médico. Décadas de investigación usando las técnicas microbiológicas clásicas, guiadas por los postulados de Koch, han determinado qué especies particulares de bacterias son atribuidas a infecciones pulmonares particulares. La capacidad para cultivar un patógeno, seleccionar un antibiótico que pueda eliminarlo y curar al paciente es un resultado muy satisfactorio tanto para el enfermo como para el médico y ha validado a las técnicas de cultivo como el gold customary” en la literatura médica. Hoy en día, los cultivos de esputo se realizan siguiendo protocolos diseñados en los años Nineteen Seventies y 80s, con algunas pequeñas adaptaciones para reconocer patógenos nuevos. La evaluación y determinación de las concentraciones inhibitorias mínimas (CIM) de los ATB se realizan in vitro en medios ricos y es la mejor técnica para asumir condiciones de rápido crecimiento bacteriano in vivo. Las CIM son menos útiles en infecciones prolongadas en las infecciones persistentes, como en el caso de las bronquiectasias.
El nuevo paradigma en las infecciones respiratorias persistentes
– Infecciones diversas, polimicrobianas
Con la introducción de la microbiología molecular (el estudio de microbios por medio de técnicas genéticas), se hizo posible la detección de patógenos con mayor velocidad y sensibilidad y a menor costo. Todas las bacterias tienen el gen de una pequeña subunidad de ADN ribosomal llamada 16SrDNA, por lo que su secuenciación ayuda a identificar a las bacterias. Con la técnica de reacción de la polimerasa en cadena (PCR) se amplifica este gen y, posteriormente, con la hibridización por sondas específicas se identifica al patógeno específico. Esta técnica no provee de datos cuantitativos, pero gracias a ella el concepto de microbiota” de las vías aéreas comenzó a tomar forma y, además, al mirar los clones presentes de una misma especie, como la P. aeruginosa, se demostró que los pacientes pueden tener docenas de clones distintos con grados variables de relaciones y que muchos de estos clones no crecen con las técnicas de cultivos tradicionales.
La mayoría de las especies encontradas con estas nuevas técnicas existen en la flora bucal regular” y también en el esputo espontáneo. También se evidenció la presencia de una gran cantidad de bacterias anaeróbicas en lo que se consideraba un ambiente estrictamente aeróbico como es el pulmón. Pero también estás técnicas tienen sus críticas ya que si bien muestra presencia de ADN de las especies bacterianas, esto no significa necesariamente que esas especies estén vivas que estén con un metabolismo capaz de causar una enfermedad. Además, estas técnicas genéticas son incapaces de determinar si la micro organism identificada ha formado un biofilm en las vías aéreas, ya que la formación de biofilm requiere un fenotipo persistente que incluye tolerancia a los antibióticos y la evitación de la acción de los neutrófilos.
El problema de la contaminación del esputo por la flora bucal ha sido evaluado en varios estudios al utilizar métodos de lavado broncoalveolar limpios”. Estos estudios han demostrado que algunas especies identificadas en el esputo no se encuentran en el lavado broncoalveolar, pero sí se mantiene la identificación de muchos organismos no tradicionales” y anaeróbicos. Estudios recientes en pulmones explantados de trasplantes pulmonares demuestran, no sólo la diversidad entre las especies, sino que también cierta diversidad regional. Por ejemplo, se ha visto que muestras de distintos lóbulos contienen distintas poblaciones, con algunas diferencias drásticas entre ellos (1) también la existencia de diferencias microanatómicas en la composición y diversidad de la comunidad bacteriana incluso en el mismo lóbulo explantado (2). Estos hallazgos sugieren la compleja interrelación entre las comunidades bacterianas, tal como se ve también en el intestino.
Los estudios que han usado los perfiles de ARN y la metabolómica han demostrado que los anaerobios y otros organismos difíciles de cultivar participan en los procesos metabólicos y contribuyen al medio químico pulmonar.
En suma, los estudios de la microbiota pulmonar han llevado al reconocimiento que los pulmones sanos no son estériles, sino que están habitados por una microbiota polimicrobiana, siendo la mayoría de ellas anaeróbicas (Prevotella, Veillonella, Fusobacterium) y que también habitan en la cavidad oral, lo que sugiere que la aspiración podría contribuir a la microbiota pulmonar.
– Orígenes de la infección
Las fuentes de los organismos que crecen en los cultivos clásicos en las infecciones pulmonares persistentes se han relacionado típicamente al ambiente a otros pacientes, pero la mayoría de los pacientes desarrollan estas infecciones sin contacto con otros individuos con enfermedades pulmonares. Muchos de los organismos encontrados en estas infecciones persistentes son considerados como ambientales”, pero son muy pocos los aislados genéticamente en los enfermos, que se parecen a los que se aíslan en el ambiente.
En la mayoría de los casos, los patógenos pueden ser detectados mediante técnicas moleculares antes de que crezcan en los cultivos. Está cada vez más claro que las comunidades microbianas de las vías aéreas superiores, y probablemente también de las vías aéreas inferiores, no provienen de los patógenos clásicos, sino que de microbios considerados como componentes de la flora normal” y que no son informados típicamente en los cultivos. Si bien el tracto respiratorio humano se considera actualmente no estéril, está claro que normalmente no está en un estado de inflamación y se considera que, al igual que en el intestino, la colonización de la vía aérea es un proceso regular. De hecho, la mayoría de las mismas especies ocupan inicialmente ambos nichos y son influenciadas tanto por la dieta como por otras características ambientales modificables. Los estudios han sugerido que la colonización temprana con la flora normal”, tanto de la vía aérea superior como del intestino, es regular en los niños y que podría ser que una falla en el establecimiento de la homeostasis regular lleve a un aumento en la inflamación y al daño, permitiendo potencialmente el desarrollo de infecciones pulmonares por especies típicamente asociadas con las enfermedades pulmonares.
Se cree que la patogénesis de la EPOC, a diferencia de la fibrosis quística y las bronquiectasias no fibrosis quística, no se relaciona con algún proceso infeccioso, aunque se ha sugerido que un mecanismo potencial podría ser la inflamación gatillada por la disbiosis de la microbiota pulmonar (definida como la disrupción de la microbiota, debido potencialmente a las infecciones pulmonares repetitivas, cursos de antibióticos, corticoides y aspiración). Aunque actualmente no existen evidencias concluyentes que apoyen esta hipótesis de la disbiosis, se sabe que las exacerbaciones de la EPOC se producen generalmente por infecciones pulmonares. En la actualidad, se está recién comenzando a entender la compleja relación entre la microbiota pulmonar y la inflamación pulmonar durante las exacerbaciones, en comparación con el estado estable” de la EPOC.
Las vías aéreas bajas como un ecosistema
La naturaleza compleja de las vías aéreas bajas con múltiples especies interactuando se ha descrito como un ecosistema. Como los pacientes con infecciones pulmonares persistentes son frecuentemente evaluados por la progresión de la enfermedad, típicamente se les realizan numerosos estudios, tanto en sangre como en esputo, a lo largo de la vida, los que pueden ser analizados en busca de cambios y relacionarlos con el estado de la enfermedad. Es así como se ha logrado identificar cómo cambia el microbiomo con los años en forma retrospectiva, estableciéndose que los pacientes con microbiomos más diversos”, y que mantienen dicha diversidad, tienen menores cambios en su función pulmonar basal en el tiempo y aquellos que van perdiendo la diversidad con los años, muestran disminución significativa de la función pulmonar. El uso de ATB se relaciona fuertemente con la pérdida de la diversidad, aunque no está claro si esto es la causa de la pérdida la respuesta a los síntomas cambiantes. Estos hallazgos han sido corroborados en una serie de estudios de seguimiento realizados con varias técnicas en poblaciones diferentes de pacientes con fibrosis quística.
A diferencia de la fibrosis quística, la relación entre la severidad de la EPOC y la diversidad de la microbiota pulmonar no ha sido establecida aún, aunque parece que los pacientes EPOC tienen mayor diversidad en la microbiota que los controles sanos, y que esta diversidad disminuye en los EPOC muy severos, aunque no está claro hasta qué grado esto refleja la severidad de la EPOC.
– Las exacerbaciones y el efecto del tratamiento con antibióticos
Si se considera a las vías aéreas inferiores como un ecosistema, se podría concluir que durante los periodos de exacerbaciones se produciría la disrupción de este ecosistema. Varios investigadores han estudiado los cambios en la microbiota que ocurren alrededor de las exacerbaciones. El uso de ATB se asocia con beneficios en la mortalidad cuando se trata de las exacerbaciones severas, tanto en la EPOC como en la fibrosis quística, aunque su uso pareciera alterar la sana diversidad de la microbiota. Esto ha sido estudiado en pacientes con fibrosis quística, mostrando que los ATB no cambian sustancialmente la cantidad de bacterias ni la diversidad en el esputo y que la diversidad no disminuye durante la exacerbación. Otros estudios, utilizando las técnicas moleculares, han sugerido que la eficacia clínica de los ATB podría no estar relacionada con la limpieza del organismo específico al cual está dirigido el tratamiento, el que es siempre uno de los patógenos clásicos de las vías aéreas inferiores, aunque también se ha demostrado claramente que los ATB disminuyen el número de patógenos cultivables” en el esputo, lo que sugiere que las técnicas moleculares son capaces de identificar un porcentaje mucho mayor de bacterias no cultivables que son incapaces de distinguir una bacteria viva de una muerta. Todos estos datos sugieren que las especies bacterianas, como las Pseudomonas, no son siempre la causa de las exacerbaciones que el efecto de los antibióticos no está en alterar las cantidades absolutas de estas especies.
En cuanto a la microbiota y su rol en las exacerbaciones de la EPOC, se ha sugerido que la recuperación de la microbiota se ve fuertemente afectada por la terapia las terapias elegidas para tratar la exacerbación. Las exacerbaciones en los pacientes colonizados con P. aeruginosa están generalmente relacionadas con otros organismos y los cultivos de esputo tradicionales son técnicas insensibles para monitorizar los cambios bacterianos durante las exacerbaciones.
En las bronquiectasias no fibrosis quística, también se ha visto repetidamente que a mayor diversidad del microbiomo, mejor función pulmonar. El VEF1 se mantiene en poblaciones de pacientes que no tienen bacterias en el esputo y en aquellos que mantienen mayor diversidad de la población bacteriana. Aunque son varias las especies que se han identificado en esta población bacteriana, la Pseudomona es la responsable, en la mayoría de los pacientes, de las exacerbaciones frecuentes y de la función pulmonar disminuida. Se ha demostrado que las Pseudomonas se asocian con un VEF1 disminuido y mayor número de exacerbaciones que cualquier otro taxón. El uso de la azitromicina diaria en las bronquiectasias demostró una disminución en las exacerbaciones infecciosas, lo que ha llevado al uso generalizado de este ATB como tratamiento a largo plazo. La evaluación de los datos del estudio BLESS mostró un cambio significativo en los taxones de la microbiota que no estaban dominadas por la Pseudomona (three). Todo esto sugiere que el uso crónico de ATB podría cambiar significativamente la microbiota de manera tal que la diversidad disminuya y se seleccione un taxón dominante.
Todos estos estudios sugieren que las exacerbaciones de las infecciones pulmonares persistentes podrían también ser polimicrobianas, incluyendo el crecimiento de varias bacterias virus, más que la introducción de nuevos patógenos. Los cultivos de esputo son incapaces de detectar cambios importantes en la microbiota pulmonar que ocurren durante las exacerbaciones y con el tratamiento. Además, la terapia elegida (antibióticos, corticoides ambos) podría tener profundos efectos sobre la microbiota. Además, estos efectos del tratamiento podrían persistir un tiempo después de que estas terapias han sido descontinuadas. Estos resultados sugieren que la disbiosis de la microbiota pulmonar (el desbalance microbiana en el microbiomo pulmonar) podría ser responsable de las exacerbaciones en la EPOC.
Persistencia explicada por el crecimiento como biofilm
El crecimiento planktónico es un modo de crecimiento bacteriano caracterizado como de vida libre”, es decir, que crecen rápidamente en medios ricos en nutrientes. Todas las técnicas de cultivo clásicas evalúan este tipo de crecimiento bacteriano. Con el desarrollo de las técnicas moleculares, una vasta población de organismos no cultivables han sido identificados, describiéndose una nueva forma de crecimiento, caracterizada por la agrupación fuerte sobre una superficie en microcolonias. Se estima que sobre el ninety nine% de las biomasas de bacterias sobre el planeta existen en esta forma de crecimiento llamado biofilm”. Existen varias diferencias fisiológicas importantes entre el crecimiento planktónico y el de biofilm y la mayoría de estas diferencias pueden explicar las características clínicas de las infecciones pulmonares persistentes. El crecimiento bacteriano en biofilm se define clásicamente como un crecimiento en grupo, fuertemente unido, adherido a una superficie y encerrado en una matriz de exopolisacáridos producidos por las mismas bacterias. Las bacterias que viven dentro del biofilm son más resilientes que las bacterias planktónicas en cuanto al ataque” químico, ambiental y antimicrobiano y pueden tolerar, sin adquirir un rasgo genético nuevo, las concentraciones de antibióticos sobre los valores de CIM, los que se estiman para las bacterias en crecimiento planktónico. También, el biofilm puede resistir los efectos de los antibióticos al sacrificar” las capas más externas de la colonia. Estas características ayudan a explicar cómo las bacterias sin patrones resistencia” clásicos a los ATB pueden sobrevivir los múltiples cursos de ATB usados para tratar las infecciones pulmonares persistentes.
Las infecciones humanas que toman la forma de biofilms incluyen todas las infecciones de dispositivos externos como catéteres, tubos endotraqueales, cables e implantes prostéticos, pero también, en las infecciones pulmonares persistentes, se ha observado crecimiento en biofilm en el esputo y dentro de las vías aéreas, aunque no adherido a superficies. Se ha observado en el esputo y en secreciones de la vía aérea, tejidos de colonias compactas intercaladas y rodeadas de neutrofilos muertos moribundos, incapaces de penetrar la estructura. Esto ayuda a comprender el rol de los mucolíticos y de la importancia de la limpieza de las secreciones. Evidencias de biofilms se han observado en la fibrosis quística, EPOC y bronquiectasias no fibrosis quística. Todos los patógenos clásicos de estas patologías (Pseudomonas, Staphylococcus, Haemophilus, Moraxella) son capaces de formar biofilms en el laboratorio y hay varios estudios que apoyan la noción de biofilms polimicrobianos con interacciones entre las especies coinfectantes. Presumiblemente las especies con requerimientos de nutrientes específicos con la capacidad de tolerar daños particulares, podrían dominar dentro de ciertos nichos dentro del biofilm.
Implicaciones terapéuticas
Como el modelo para describir estas infecciones es reemplazado por uno nuevo, más biológico (Figura three), uno podría preguntarse hasta qué punto las estrategias terapéuticas que se han desarrollado, las que típicamente mejoran al paciente, logran realmente este efecto.
El cultivo de infecciones polimicrobianas es un trabajo muy arduo, altamente subjetivo y podría no identificar los organismos causantes, sino que más bien aquellos que simplemente no compiten” con sus vecinos en los medios elegidos para el cultivo. Además, el resultado del tratamiento podría no ser la supresión del organismo visto en el cultivo, sino más bien la supresión de una gran cantidad de organismos que típicamente no crecen en esos cultivos. Existe claramente un beneficio clínico con el uso de ATB para tratar las exacerbaciones severas de las infecciones persistentes pulmonares, pero el uso de ATB en las exacerbaciones leves en respuesta a nuevos patógenos adquiridos sin síntomas asociados, podría tener efectos significativos no reconocibles sobre la estabilidad del ecosistema de las vías aéreas inferiores.
Algunas prácticas que se aplican a las infecciones agudas debieran probablemente no hacerse para el tratamiento de las infecciones pulmonares persistentes:
– Los datos del cultivo no debieran ser tomados en cuenta al determinar cuándo un organismo particular es adquirido, pero hay que tener en cuenta que si aparece en el cultivo se debe a que existe en mayor abundancia y que tiene posiblemente algún rol clínico más relevante.
– Los datos del cultivo no deberían ser considerados para determinar si una especie es erradicada”, siendo mejor considerarla como suprimida”.
– Los CIM no deberían ser considerados al elegir los antibióticos en las infecciones pulmonares persistentes ya que no predicen respuesta. Podrían tener ciertas implicaciones pronósticas en cuanto a que cuán probablemente el primer ATB funcionará y también podría servir como biomarcador de cuán frecuente el paciente ha recibido ATB.
– El cambio en la prescripción de ATB en base a la información de un nuevo cultivo en pacientes que están respondiendo a la terapia actual podría tener múltiples consecuencias no intencionales, incluyendo resistencia por infecciones parcialmente tratadas y pérdida de efectividad si el organismo cultivado no es el responsable de los síntomas actuales.
– La tolerancia a los ATB es más possible en las infecciones pulmonares persistentes.
El uso juicioso de la información del cultivo en las infecciones pulmonares persistentes debería ser la norma y el basarse solo en ella podría tener gran impacto en el ecosistema de las vías aéreas inferiores. El futuro de la microbiología clínica probablemente será redibujado por los métodos moleculares para describir mejor lo que está presente en las infecciones que se están tratando.
BIBLIOGRAFÍA
1) Brown PS, Pope CE, Marsh RL, et al. Directly sampling the lung of a younger youngster with cystic fibrosis reveals various microbiota. Ann Am Thorac Soc. 2014;eleven:1049-1055
2) Erb-Downward JR, Thompson DL, Han MK, et al. Evaluation of the lung microbiome within the wholesome” smoker and in COPD. PLoS One. 2011;6:e16384
three) Rogers GB, Bruce KD, Martin ML, et al. The impact of lengthy-term macrolide remedy on respiratory microbiota composition in noncystic fibrosis bronchiectasis: an analysis from the randomised, double-blind, placebo-managed BLESS trial. Lancet Respir Med. 2014;2:988-996
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