Agentes Quimioterápicos Antimibrobianos (1)

AGENTES QUIMIOTERÁPICOS ANTIMICROBIANOS

Alor Llañez, Mirella Heidi Microbiología Médica Dr. Segami Salazar, Gabriel Hugo

2013-1

DEDICATORIA El presente trabajo lo dedico a mis padres, que con sus consejos siempre me guían y apoyan en las decisiones que debo asumir pues reconozco que la experiencia es el mejor consejero.

ÍNDICE Dedicatoria

2

Introducción

4

I.

DEFINICIÓN

5

1.1. Clasificación 1.1.1. Según su origen 1.1.2. Según su efecto 1.1.3. Según su espectro de actividad 1.1.4. Según su mecanismo de acción

5 5 6 6 7

II. MECANISMOS DE ACCIÓN DE LOS ANTIMICROBIANOS 2.1. Inhibición de la síntesis de la pared celular 2.1.1. Lactámicos  2.2. Inhibición de la función de la membrana celular 2.3. Inhibición de la síntesis de proteínas 2.4. Inhibición de la síntesis de ácidos nucleicos

8 8 11 12 13 16

III. RESISTENCIA A LOS ANTIMICROBIANOS

18

3.1. Mecanismos de la farmacorresistencia 3.2. Origen de la farmacorresistencia 3.2.1. Origen genético 3.2.2. Origen no genético 3.3. Resistencia cruzada 3.4. Limitación de la farmacorresistencia

18 19 19 20 21 22

IV. ACTIVIDAD ANTIMICROBIANA 4.1. In vitro 4.1.1. Factores que modifican la actividad antimicrobiana 4.2. In vivo 4.2.1. Fármaco y microorganismo patógeno 4.2.2. Hospedador y microorganismo patógeno

22 22 22 24 24 26

V. RIESGOS DEL USO INDISCRIMINADO

27

Conclusiones

28

Bibliografía

31

Anexos

32

INTRODUCCIÓN La presente monografía titulada Agentes Quimioterápicos Antimicrobianos se ha considerado conveniente de realizar debido a su importancia esencial tanto en la preparación académica, la práctica médica e incluso en la investigación científica. Se utilizan fármacos para el tratamiento de las infecciones desde el siglo XVII; como la Quinina para el paludismo y la Emetina para la amebiasis. Pero en realidad, la quimioterapia como ciencia se inicia en la primera década del siglo XX al conocerse los principios de la toxicidad selectiva, las relaciones químicas específicas entre los microorganismos patógenos y los fármacos, el surgimiento de la farmacorresistencia y la terapia combinada. El primer tratamiento quimioterápico planificado fueron las arsfenaminas para la sífilis. En 1935 el descubrimiento de la sulfonamida Prontosil rubrum inicia la era actual de la quimioterapia antimicrobiana. En 1940 se demostró que la penicilina, descubierta en 1929 por Fleming, es terapéutica y efectiva. Durante los siguientes 25 años, la investigación se centró en los antibióticos. La penicilina se produjo en masa; se crearon la estreptomicina, tetraciclinas, cloranfenicol y muchos otros. Inicialmente eran aislados a partir de medios filtrados en los que se habían cultivado los mohos respectivos, en la actualidad son modificación sintética de los fármacos conocidos. A continuación se presenta la definición, los mecanismos de acción de los antimicrobianos utilizados con mayor frecuencia, los mecanismos más comunes de resistencia bacteriana, así como también la actividad antimicrobiana tanto in vitro como in vivo y finalmente los riesgos del uso indiscriminado.

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I.

DEFINICIÓN Son sustancias naturales producidas por microorganismos u obtenidas por

modificaciones químicas, que puede inhibir la síntesis de estructuras de otros microorganismos e incluso destruirlo sin causar daño al huésped. Para que un antimicrobiano sea efectivo debe presentar: 1. Toxicidad selectiva, debe destruir o prevenir la actividad del microorganismo sin dañar las células del huésped. Siendo relativa porque solo hasta cierta concentración es tolerable por el huésped. Está en función del receptor específico para la fijación del fármaco y de la inhibición de alguna vía bioquímica indispensable para el microorganismo, pero no para el huésped. 2. Penetración celular y a los tejidos a concentraciones efectivas para entrar en contacto con el microorganismo. 3. No debe alterar el sistema inmune del huésped. 1.1. CLASIFICACIÓN Es posible clasificar a los agentes quimioterápicos antimicrobianos según su origen, efecto, espectro de actividad y su mecanismo de acción. 1.1.1.

SEGÚN SU ORIGEN

Naturales: Se obtienen a partir de microorganismos vivos. Una gran variedad de microorganismos sintetizan antibióticos entre ellos muchas especies del género

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Streptomyces. La penicilina y las cefalosporinas provienen de hongos, la bacitracina y la polimixina proceden de especies del género Bacillus. Sintéticos: Son producidos por síntesis química tales como las sulfonamidas, quinolonas, glicilciclinas. Semisintéticos: Son los más numerosos. El núcleo básico es producido por un microorganismo y se una a radicales obtenidos por síntesis para disminuir su toxicidad, aumentar su espectro de acción, mejorar su acido resistencia para la administración oral y mejorar sus propiedades farmacológicas. 1.1.2. SEGÚN SU EFECTO Bacteriostático,

cuando

inhiben

el metabolismo

o

multiplicación

de

los

microorganismos, pero estos permanecen viables, de manera que, si se suspende el fármaco pueden recuperarse. Los agentes bacteriostáticos son a menudo los inhibidores de la síntesis de proteínas y actúan mediante la unión a ribosomas tales como las tetraciclinas, cloranfenicol, macrólidos, sulfonamidas, trimetropim. Bactericida, producen la muerte de los microorganismos responsables del proceso infeccioso.

Tenemos como

ejemplos

a

los

-lactámicos,

cefalosporinas,

aminoglucósidos, glicilciclinas, rifampicinas, polimixinas, quinolonas. 1.1.3. SEGÚN SU ESPECTRO DE ACTIVIDAD Reducido: Actúan sobre una especie bacteriana. Las Polimixinas actúan en las bacterias gramnegativas, las estreptograminas y oxazolidinonas en grampositivas. Intermedio: Actúan sobre varias especies bacterianas como las Penicilinas. Microbiología Médica – III CICLO

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Amplio: Actúan sobre las bacterias gramnegativas y grampositivas como el cloranfenicol, tetraciclinas y algunas cefalosporinas. 1.1.4. SEGÚN SU MECANISMO DE ACCIÓN Inhibición de la síntesis de la pared celular. Inhibición de la función de la membrana celular. Inhibición de la síntesis proteica. Inhibición de la síntesis de ácidos nucleicos. Gráfico 1 Agentes Quimioterápicos Antimicrobianos

Fuente: http://www.ucv.ve/fileadmin/user_upload/facultad_farmacia/catedraMicro/Tema8_Quimioterapia.pdf

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II.

MECANISMOS DE ACCIÓN DE LOS ANTIMICROBIANOS Gráfico 2 Mecanismos de acción antimicrobiana

Fuente: Gilliespie S. Bamford K. Medical Microbiology and infection at a Glance, 2012

2.1. INHIBICIÓN DE LA SÍNTESIS DE LA PARED CELULAR Los antimicrobianos inhibidores de la síntesis de la pared celular interrumpen en distintas etapas el proceso de transpeptidación y de unión del péptidoglucano, que es el constituyente esencial de la pared bacteriana. La pared celular es una capa externa rígida de la cual depende la forma de la célula. Esta pared presenta diferencias en cuanto a su estructura; la cual permite establecer la clasificación de las bacterias, con base a la respuesta al procedimiento de la tinción Gram. Las grampositivas son capaces de retener el complejo de cristales de color violeta además de yodo después del lavado con alcohol, y las gramnegativas, que al no retener el complejo se vuelven translúcidas y se tiñen con safranina. Así las bacterias grampositivas adquieren un aspecto violáceo ante el microscopio y las gramnegativas se ven de color rojo. Microbiología Médica – III CICLO

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La pared celular de las bacterias grampositivas se caracteriza por poseer 40 hojas de peptidoglucano, también denominado mureína o mucopéptido, que constituye el 50 % del material de la pared celular. Además presenta ácido teicoico de la pared y ácido teicoico de la membrana, o ácido lipoteicoico; y el ácido teicurónico. Se ha propuesto la presencia de polisacáridos; sin embargo, no se tiene certeza ya que los ácidos teicoico y teicurónico pueden tener carbohidratos. Gráfico 3 Pared celular de las bacterias grampositivas

Fuente: http://www.qb.fcen.uba.ar/microinmuno/SeminarioTinciones_archivos/image008.gif. 23.10.2007

A diferencia de la pared celular de las bacterias grampositivas, las bacterias gramnegativas solo presentan de 1 a 2 hojas de peptidoglucano y este se encuentra en el espacio periplásmico, que se ubica entre la membrana interna y la externa. Las lipoproteínas unen el peptidoglucano a la membrana externa, la cual posee capas asimétricas, ya que hay presencia de lipopolisacáridos en su capa externa a diferencia de las membranas biológicas simétricas.

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AGENTES QUIMIOTERÁPICOS ANTIMICROBIANOS Gráfico 4 Pared celular de las bacterias gramnegativas

Fuente: http://www.qb.fcen.uba.ar/microinmuno/SeminarioTinciones_archivos/image008.gif. 23.10.2007

El peptidoglucano está formado por polisacáridos y polipéptidos con numerosos enlaces cruzados. Los polisacáridos contienen a

los aminoglúcidos

N-

acetilglucosamina y al ácido acetilmurámico. La rigidez de la pared celular depende de los enlaces cruzados de las cadenas peptídicas como resultado de las reacciones de transpeptidación que llevan a cabo diversas enzimas. Gráfico 5 Estructura del Peptidoglucano

Fuente: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Peptidoglucano.jpg

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Si la pared celular se daña como por ejemplo con la lisozima o si se inhibe su formación la célula se lisa. En un medio hipertónico (sacarosa 20 %) la formación dañada de la pared genera la formación de protoplastos en bacterias grampositivas y de esferoplastos en grannegativas, estos se encuentran limitados por una membrana citoplasmática frágil. Y si la célula estuviera en un medio isotónico captaría líquido y explotaría. 2.1.1. LACTÁMICOS  Los lactámicos  son el grupo más ampliamente usado entre los antibióticos; incluye penicilinas, cefalosporinas, monobactams, carbacefem, carbapenems e inhibidores de la β-lactamasa. Contienen un anillo β-lactámico en su estructura molecular, que le da la propiedad de inhibir la síntesis de la pared celular. El mecanismo se inicia con las proteínas enlazadoras de penicilina, PBP; las cuales actúan enlazando estos fármacos a sus receptores. Bajo regulación cromosómica hay varios tipos de PBP que generan diferentes respuestas como un alargamiento anormal de la célula o defectos en la periferia de la pared celular generando lisis. Al unirse el lactámicos  se inhibe la reacción de transpeptidación por lo tanto se bloquea la síntesis de peptidoglucano. Finalmente se eliminan o inactivan los inhibidores de las enzimas autolíticas con lo que empieza la lisis si es que es un medio isotónico y si es hipertónico se formaran protoplastos y esperoplastos que sintetizaran proteínas y ácidos nucleicos por algún tiempo más.

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Generalmente han sido activos solamente contra las bacterias grampositivas, pero el desarrollo de antibióticos de espectro amplio, activos contra varios microorganismos gramnegativos ha aumentado la utilidad de los lactámicos . No generan algún daño en las células de mamíferos porque nuestras células sin pared celular no necesitan el peptidoglucano. La resistencia se presenta por la producción de la lactamasa β, enzima que abre el anillo β-lactámico, gobernada por cromosomas o por plásmidos. Puede haber ausencia de receptores a penicilina por mutación cromosómica. En ocasiones el lactámico  fracasa en el hecho de activar las enzimas autolíticas lo cual lo inhibe pero no lo aniquila. Esta tolerancia se observa en estafilococos y estreptococos. Además de los mencionados tenemos al glucopéptido Vancomicina, Cicloserina y muchos otros que inhiben los primeros pasos de la síntesis del peptidoglucano, que por realizarse en la membrana celular deben ser capaces de atravesarla, como el polipéptido Bacitracina, Novobiocina, Ristocetina, Teicoplanina. 2.2. INHIBICIÓN DE LA FUNCIÓN DE LA MEMBRANA CELULAR Si se altera la integridad funcional de la membrana, las macromoléculas y los iones salen de la célula y esta se daña o muere. La membrana bacteriana tiene una estructura diferente a la de células animales y es dañada con más facilidad por ciertos fármacos. Estos agentes son, en general, detergentes catiónicos que modifican marcadamente la permeabilidad de la membrana celular bacteriana.

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Las polimixinas están constituidas de péptidos cíclicos con grupos hidrófilos y lipófilos

que

dañan

selectivamente

a

las

membranas

que

poseen

fosfatidiletanolamina, dañando la barrera de permeabilidad y el transporte activo. El ácido nalidíxico y la Novobiocina inhiben la síntesis de la membrana celular y la síntesis de ADN. Además la Novobiocina inhibe la síntesis del ácido teicoico. Los ionóforos son compuestos que permiten la difusión rápida de cationes a través de la membrana celular. Actúan formando poros hidrófilos y como transportadores de iones liposolubles, aniquilan a la célula al descargar el potencial de membrana necesario para la fosforilación oxidativa y otros procesos. La Valinomicina permite el paso de iones potasio y la Daptomicina es rápidamente bactericida ya que al unirse a la membrana dependiente de calcio provoca la despolarización del potencial de membrana generando la liberación intracelular del potasio, para tratar infecciones por Staphylococos aureus y para las de la piel y tejidos causadas por bacterias grampositivas altamente resistentes a lactámicos  y a la Vancomicina. También se encuentran los Imidazoles, Triazoles, Colistina y Anfotericina . 2.3. INHIBICIÓN DE LA SÍNTESIS DE PROTEÍNAS La síntesis de proteínas es inhibida mediante interferencia con la función de los ribosomas bacterianos. Los ribosomas bacterianos presentan coeficiente de sedimentación 70S mientras que los eucariotas 80S. Además tienen diferentes subunidades, composición

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química y especificidad funcional; por ello los antimicrobianos de esta clasificación no tienen efectos importantes en los mamíferos. Entre los aminoglucósidos tenemos a la Estreptomicina, Neomicina, Kanamicina, Amikacina y Gentamicina. Son bactericidas que actúan uniéndose a una proteína receptora específica, la P12 en el caso de la Estreptomicina, en la subunidad 30 S del ribosoma microbiano. Luego bloquean la actividad del complejo de iniciación para la formación del péptido (mRNA+formilmetionina+tRNA). En tercer lugar el mensaje del

mRNA

se lee mal en la región de reconocimiento del ribosoma

insertándose un aminoácido incorrecto, formándose una proteína no funcional. Además, se desintegran los polisomas en monosomas no logrando realizar la síntesis proteica. Se presenta resistencia debido a la ausencia de la proteína receptora específica por causa cromosómica, por plásmidos que sintetizan enzimas adeniladoras, acetiladoras y fosforiladoras que destruyen los fármacos y también ocasionan defectos de la permeabilidad reduciendo el transporte activo el aminoglucósido impidiéndole llegar al ribosoma. Los macrólidos, azálidos y cetólidos tales como la eritromicina, azitromicina, claritromicina, cetólido telitromicina se unen a la subunidad 50 S interfiriendo con la formación de complejos de iniciación y con las reacciones de translocación del aminoacilo. La resistencia se genera por ausencia del receptor regulado por plásmido o cromosómico. Las lincomicinas como la clindamicina presentan receptor, modo de acción y resistencia similar a los macrólidos.

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Las tetraciclinas son bacteriostáticas que se unen a la subunidad 30 S bloqueando la unión a él del aminoacil-tRNA inhibiendo la introducción de aminoácidos a la cadena peptídica en bacterias grampositivas y gramnegativas. Suele ser inhibidora y reversible al retirar el fármaco. Presenta resistencia por bombas de salida que expulsan al fármaco y productos del gen tet que protegen al ribosoma por cambios de conformación impidiendo su unión o separándolos regulado por plásmidos. Las glicilciclinas son análogos sintéticos de las tetraciclinas, bactericidas por su fuerte unión al ribosoma. Es activa frente a gran variedad de bacterias grampositivas y gramnegativas incluyendo las resistentes a tetraciclinas, para el tratamiento de infecciones de la piel e infecciones intraabdominales especialmente causadas por bacterias patógenas resistentes a otros antimicrobianos. El cloranfenicol es un bacteriostático que se une a la subunidad 50 S del ribosoma interfiriendo con la unión de los aminoácidos porque inhibe a la peptidiltransferasa pero se restablece su acción al suspender el fármaco. Como mecanismo de resistencia producen aciltransferasas reguladas por plásmido que destruyen la actividad del fármaco. Las estreptograminas son una combinación de quinupistrina y dalfopistrina que actúan en sinergia ya que aisladamente no presentan ninguna acción. Se unen irreversiblemente a diversos sitios de la subunidad 50S de los ribosomas de bacterias grampositivas.

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La oxazolidinonas como la linezolida inhiben la formación de N-formilmetioniltRNA,

complejo de iniciación de la subunidad 30 S de los ribosomas de las

bacterias grampositivas. 2.4. INHIBICIÓN DE LA SÍNTESIS DE LOS ÁCIDOS NUCLEICOS La rifampicina inhibe la proliferación bacteriana al unirse fuertemente con la RNA polimerasa inhibiendo la síntesis de RNA. La resistencia se establece por un cambio en la RNA polimerasa por mutación cromosómica. Las quinolonas y fluoroquinolonas son análogos sintéticos del ácido nalidíxico, estas bloquean la DNA girasa evitando el desempaquetamiento del ADN. La inhibición de la síntesis de los ácidos nucleicos también se da por la inhibición de la síntesis del ácido fólico bacteriano, que es un factor importante en la síntesis de ácidos nucleicos, entre los antimicrobianos que realizan este mecanismo tenemos a las sulfonamidas, trimetoprim y la pirimetamina Gráfico 6 Acción de sulfonamidas, trimetoprim y pirimetamina en la síntesis de ácido fólico

Fuente: Autora

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Las sulfonamidas son bacteriostáticas que presentan una estructura similar al ácido p-aminobenzoico, PABA. El PABA junto con el ATP de una pteridina forman el ácido dihidropterico que se convierte en ácido fólico, precursor de la síntesis de ácidos nucleicos. La sulfonamida sustituye al PABA formando un análogo no funcional del ácido fólico y también inhibe a la dihidropteroato sintetasa. La resistencia se da en exceso de PABA inhibe competitivamente a la sulfonamida. No causa ningún efecto en las células animales porque no sintetizan ácido fólico. Gráfico 7 Comparación de las estructuras del Ácido p-aminobenzoico y la sulfonamida

Fuente: Jawetz, Melnick, Adelberg. Microbiología médica. 25 ed.

El trimetroprim inhibe a la ácido dihidrofólico reductasa la cual reduce al ácido dihidrofólico a ácido tetrahidrofólico, una fase en la secuencia que provoca la síntesis de purinas. Si hacen sinergia cinco partes de sulfonamida y una de trimetoprim se produce un bloque secuencial que se ha utilizado para tratar la neumonía, paludismo, enteritis por shigella, infecciones urinarias. La pirimetamina inhibe también a la dihidrofolato reductasa pero es más tóxica contra las células de mamíferos que el trimetoprim. La sulfonamida, pirimetamina y clindamicina juntas se emplean en el tratamiento de la toxoplasmosis.

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III.

RESISTENCIA A LOS ANTIMICROBIANOS

3.1. MECANISMOS DE FARMACORRESISTENCIA 1. Enzimas que destruyen al fármaco activo El estafilococo y los bacilos gramnegativos son resistentes a la Penicilina G, ya que sintetiza -lactmasa. Las bacterias gramnegativas son resistentes a los aminoglucósidos ya que por intermedio de un plásmido se producen enzimas adeniladoras, fosforiladoras y acetiladoras.

2. Variación de la permeabilidad al fármaco La tetraciclina es eliminada de las bacterias resistentes por las bombas de salida de la membrana bacteriana. Los estreptococos presentan una barrera de permeabilidad a los aminoglucósidos se vence al usar un fármaco activo en la pared celular. También hay cambios de permeabilidad para las polimixinas. 3. Alteración del sitio de acción Los microorganismos resistentes a la eritromicina presentan un receptor modificado en la subunidad 50 S. La resistencia a las penicilinas y cefalosporinas puede darse por la pérdida o alteración de las PBP. 4. Formación de una vía metabólica alternativa Esta vía modificada desvía la reacción inhibida por el fármaco. Las bacterias resistentes a las sulfonamidas no necesitan PABA, al igual que los mamíferos pueden utilizar el ácido fólico preformado.

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5. Producción de una enzima modificada Aún lleva a cabo su función pero es menos alterada por el fármaco. En las bacterias resistentes al trimetoprim la dihidrofólico reductasa se inhibe con menos eficacia que en las sensibles. Gráfico 8 Mecanismos de resistencia antimicrobiana

Fuente: Gilliespie S. Bamford K. Medical Microbiology and infection at a Glance, 2012

3.2. ORIGEN DE LA FARMACORRESISTENCIA 3.2.1. ORIGEN GENÉTICO La resistencia cromosómica surge como resultado de la mutación espontánea en un locus que controla la sensibilidad de un antimicrobiano. El antimicrobiano aparte de suprimir a los microorganismos sensibles fomenta la proliferación de los resistentes. Las mutaciones espontáneas ocurren con una frecuencia de 10–12 a 10–7 constituyendo una causa rara de resistencia a los fármacos. Sin embargo, la resistencia a la rifampicina es más frecuente de 10–7 a 105, por ello el tratamiento exclusivamente con rifampicina a menudo fracasa. La

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resistencia se genera por un cambio en un receptor estructural para un fármaco como el de la proteína P12 que sirve como receptor para el enlace de la estreptomicina; la mutación en el gen que regula a la P12 provoca la resistencia a la estreptomicina. También otra mutación puede provocar la pérdida de la PBP ocasionando resistencia a los lactámicos β. La resistencia extracromosómica esta representada por los plásmidos, algunos transportan genes de resistencia a uno y varios antimicrobianos. Los genes de los plásmidos suelen regular la formación de enzimas que pueden destruir a los antimicrobianos como en la resistencia a las penicilinas y cefalosporinas donde transportan genes para que se formen las lactamasas β. Codifican las enzimas que acetilan, adenilan o fosforilan diversos aminoglucósidos, para enzimas que determinan el transporte activo de las tetraciclinas a través de la membrana celular. El material genético y los plásmidos se pueden transferir a través de transducción, transformación y conjugación. 3.2.2. ORIGEN NO GENÉTICO Los microorganismos

que no se multiplican o que carecen de

actividad metabólica son fenotípicamente resistentes a los antimicrobianos pero su progenie sí es sensible. Las micobacterias a menudo sobreviven en los tejidos durante varios años después de la infección pero están reprimidos por las defensas del hospedador y no se multiplican, son resistentes al tratamiento y no se pueden erradicar con medicamentos. Si se suprime la inmunidad celular se empiezan a multiplicar y se reanuda la sensibilidad a los mismos fármacos.

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Los microorganismos pueden perder su sitio de acción específico para un fármaco durante varias generaciones y por lo tanto son resistentes. A veces los microorganismos sensibles a la penicilina cambian a formas L con deficiencia de la pared celular durante la administración de penicilina y al carecer de paredes celulares son resistentes a los fármacos que inhiben la síntesis de la pared celular y así permanecen durante varias generaciones. Cuando restablecen su forma original vuelven a producir la pared celular, de nuevo son sensibles a la penicilina. Otros infectan al hospedador en los sitios donde los antimicrobianos no penetran o no son activos. Los aminoglucósidos como la gentamicina no son efectivos en el tratamiento de la salmonelosis intestinal ya que la salmonela es intracelular y los aminoglucósidos no penetran en las células, de igual manera para la legionelosis por la ubicación intracelular de Legionella pneumophila. 3.3. RESISTENCIA CRUZADA Existen microorganismos resistentes a cierto fármaco y también a otros con los que comparten un mecanismo de acción. Esto se da entre fármacos con similitud química como en diferentes aminoglucósidos o entre los que tienen un modo similar de enlace o acción como los macrólidos y la lincomicina. En algunas clases de fármacos, el núcleo activo de la sustancia química es tan similar entre distintos congéneres como en las tetraciclinas haciendo extensa la resistencia cruzada.

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3.4. LIMITACIÓN DE LA FARMACORRESISTENCIA Se puede reducir al mínimo el surgimiento de la farmacorresistencia en las infecciones de las siguientes maneras: 1. Manteniendo una concentración suficientemente elevada del fármaco en los tejidos para inhibir tanto la población original como los mutantes de primer paso. 2. Administrando al mismo tiempo dos fármacos que carezcan de resistencia cruzada y que cada uno retrase el surgimiento de mutantes resistentes a otros fármacos. Es el caso de la rifampicina e isoniazida en el tratamiento de la tuberculosis. 3. Limitando el empleo de un fármaco valioso para evitar su contacto con el microorganismo.

IV. ACTIVIDAD ANTIMICROBIANA 4.1. IN VITRO Es importante medir la actividad antimicrobiana in vitro para establecer la potencia de un antimicrobiano en solución; la concentración en los líquidos corporales y tejidos; y la sensibilidad de determinado microorganismo a una concentración conocida del fármaco. 4.1.1. FACTORES QUE MODIFICAN LA ACTIVIDAD ANTIMICROBIANA

1. pH ambiental, Algunos fármacos son más activos a un pH ácido como la nitrofurantoína; otros a pH alcalino como los aminoglucósidos y sulfonamidas.

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2. Componentes del medio, el polianetolsulfonato de sodio y otros detergentes aniónicos inhiben a los aminoglucósidos. El PABA en los extractos de tejido antagoniza a las sulfonamidas. Las proteínas séricas se fijan a las penicilinas. 3. Estabilidad del fármaco, a temperatura de incubadora, varios antimicrobianos pierden su actividad. Las penicilinas se inactivan lentamente, mientras que los aminoglucósidos y la ciprofloxacina son muy estables durante un periodo prolongado. 4. Tamaño de la siembra, cuanto mayor es la siembra bacteriana, menor es la sensibilidad del microorganismo. Una población grande de bacterias se inhibe con menos rapidez e integridad que una pequeña. Además, la probabilidad de que surja una mutante resistente es mayor en una población grande. 5. Intervalo de incubación, a veces los microorganismos no son aniquilados sino sólo inhibidos cuando tienen contacto con el antimicrobiano durante corto tiempo. Mientras más prolongada sea la incubación, mayor es la probabilidad de que surjan mutantes resistentes o que los menos sensibles empiecen a multiplicarse conforme se degrada el fármaco. 6. Actividad metabólica de los microorganismos, los microorganismos que proliferan rápida y activamente son más sensibles a los farmacos que los que están en reposo. Los microorganismos inactivos metabólicamente que sobreviven al contacto prolongado con un fármaco, en ocasiones tienen descendencia sensible al mismo medicamento.

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4.2. IN VIVO El análisis de la actividad del antimicrobiano in vivo es más complejo que in vitro, ya que también participa el hospedador. 4.2.1.

FÁRMACO Y MICROORGANISMO PATÓGENO Las

influencias

ambientales

variables

repercuten

en

los

microorganismos ubicados en los distintos tejidos y diferentes regiones del cuerpo del hospedador, a diferencia del ambiente constante del tubo de ensayo o la caja de Petri. 1. Estado de actividad metabólica, muchos microorganismos tienen una actividad reducida de biosíntesis y por lo tanto son relativamente insensibles a la acción farmacológica. A menudo sobreviven al contacto con una gran concentración de fármacos y posteriormente generan una recaída clínica de la infección. 2. Distribución del fármaco, la distribución del antimicrobiano en los tejidos y líquidos es desigual. Muchos no llegan al sistema nervioso central y la concentración en la orina es mucho mayor que en la sangre u otros tejidos. La respuesta del tejido que induce el microorganismo lo protege del fármaco. El tejido necrótico y pus absorben el fármaco impidiendo el contacto con la bacteria. 3. Ubicación de los microorganismos, a menudo se ubican dentro de las células de los tejidos. Los fármacos penetran en estas células a distinta velocidad, las tetraciclinas alcanzan la misma concentración dentro de los monocitos y en el líquido extracelular. Otros como la gentamicina no penetran en las células del

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hospedador, diferente del tubo de ensayo, donde los microorganismos tienen contacto directo con el fármaco. 4. Sustancias que interfieren, a veces el fármaco es retenido por la sangre y las proteínas o fosfolípidos de los tejidos; otras veces reacciona con los ácidos nucleicos del pus y es absorbido hacia los exudados, células y restos necróticos. Por ejemplo, en el tejido necrótico, el pH llega a ser muy ácido, poco favorable para la acción de los aminoglucósidos.

En el cuerpo, los microorganismos no tienen contacto con una concentración constante de fármaco; en el tubo de ensayo sí lo hacen.

1. Absorción, si se administran por vía oral se absorbe mediante el aparato digestivo y si se inyectan es a través de los tejidos. Además, se excreta y desactiva continuamente variando la concentración del fármaco en los compartimientos del cuerpo, presentando los microorganismos contacto con distintas concentraciones del antimicrobiano. 2. Distribución, algunos fármacos penetran muy poco en ciertos tejidos como en el sistema nervioso central y la próstata. Por lo tanto, la concentración del fármaco después de la administración sistémica no siempre es la correcta para el tratamiento efectivo. Por lo general la concentración de los fármacos en la orina es mucho mayor que en la sangre. 3. Inestabilidad de la concentración, se debe mantener una concentración efectiva del fármaco en el sitio donde proliferan los microorganismos infecciosos y durante el tiempo suficiente para erradicar a los microorganismos. Para ello, se

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debe tomar en cuenta la relación tiempo-dosis. Mientras mayor sea cada dosis del medicamento, mayor será el intervalo permisible entre las dosis. 4. Efecto posantibiótico, es la proliferación tardía de las bacterias después de haber sido expuestas a los antimicrobianos. Es una propiedad de la mayor parte de los antimicrobianos, los aminoglucósidos y fluoroquinolonas tienen efectos posantibióticos in vitro prolongados contra los bacilos gramnegativos mientras que muchos lactámicos β no exhiben efecto posantibiótico con los bacilos gramnegativos. 4.2.2. HOSPEDADOR Y MICROORGANISMO PATÓGENO 1. Modificación de la respuesta de los tejidos, la respuesta inflamatoria del tejido a las infecciones se modifica si el fármaco suprime la multiplicación de microorganismos pero no los elimina del cuerpo, transformándose un problema agudo en uno crónico. 2. Modificación de la respuesta inmunitaria, cuando una infección es modificada por un antimicrobiano, en ocasiones también se modifica la respuesta inmunitaria del hospedador. 3. Modificación de la flora microbiana, los antimicrobianos no solo repercuten en los microorganismos que causan enfermedades sino también en los miembros sensibles de la flora microbiana normal creandose un desequilibrio que en ocasiones causa una enfermedad.

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V.

RIESGOS DEL USO INDISCRIMINADO El uso indiscriminado de antibióticos debe limitarse por lo siguiente:

1. Sensibilización generalizada de la población, generando hipersensibilidad, anafilaxia, eritema, fiebre, trastornos hematológicos, hepatitis colestásica y quizá conjuntivopatías y vasculopatías. 2. Variación de la flora normal del organismo, donde la enfermedad es resultado de la proliferación excesiva de microorganismos resistentes a los fármacos. 3. Ocultamiento de una infección grave sin erradicarla. Por ejemplo, suprimiendo las manifestaciones clínicas de un absceso mientras la infección continúa. 4. Toxicidad directa del medicamento, las cefalosporinas y penicilinas pueden causar granulocitopenia o trombocitopenia; y los aminoglucósidos, nefropatía o lesión del nervio auditivo. 5. Aparición de farmacorresistencia al eliminar a los microorganismos sensibles a los fármacos del ambiente saturado de antibióticos, como en los hospitales, sustituyéndolos los farmacorresistentes.

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CONCLUSIONES 1. El médico debe conocer con detalle, los aspectos fundamentales de la farmacología de los agentes antimicrobianos, tan útiles en la terapéutica. 2. Un antimicrobiano ideal debe presentar toxicidad selectiva, penetración celular y no debe alterar el sistema inmune del hospedador. 3. Es de suma importancia para nuestra formación conocer el origen, efecto en los microorganismos, espectro de actividad y mecanismo de acción de los antimicrobianos. 4. Los bacteriostáticos son agentes antimicrobianos que impiden el desarrollo y la multiplicación de los microorganismos, pero sin destruirlos. 5. Los bacteriostáticos están representados por las tetraciclinas, el cloranfenicol, los macrólidos, las sulfonamidas, el trimetropim. 6. Los bactericidas son antimicrobianos capaces de provocar lisis bacteriana. 7. Entre los bactericidas se encuentran los -lactámicos, los aminoglucósidos, las rifampicinas, las polimixinas, las quinolonas. 8. Los antimicrobianos se estudian de acuerdo a su mecanismo de acción, ya que posibilita la comprensión del desarrollo y el mecanismo de resistencia bacteriana. 9. Los inhibidores de la síntesis de la pared celular interrumpen el proceso de transpeptidación en la formación de los péptidoglicanos, que son el constituyente esencial de la pared bacteriana. 10. Los lactámicos , cefalosporinas, cicloserina, vancomicina, novobiocina, bacitracina son inhibidores de la síntesis de la pared celular.

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11. Las PBP son proteínas encargadas de la fijación de las penicilinas a la membrana celular bacteriana con el fin de que se una un lactámico . 12. Los inhibidores de la función de la membrana celular modifican la permeabilidad y permiten el escape de iones y macromoléculas. 13. Entre los inhibidores de la función de la membrana celular tenemos a las polimixinas, valinomicina, daptomicina, imidazoles, triazoles. 14. La síntesis de proteínas es inhibida mediante la interferencia con la función de los ribosomas bacterianos. 15. Los inhibidores de la subunidad ribosomal 30S son los aminoglucósidos, las tetraciclinas. las glicilciclinas. 16. En la inhibición de la subunidad ribosomal 50S actúan el cloranfenicol, los macrólidos, la lincomicina, las estreptograminas. 17. La inhibición de la síntesis de los ácidos nucleicos se da por la inhibición selectiva de la síntesis o replicación del DNA bacteriano, por inhibición de la RNA polimerasa o por la inhibición de la síntesis del ácido fólico bacteriano. 18. Los antimicrobianos que inhiben la síntesis de ácidos nucleicos son la rifampicina, quinolonas, sulfonamidas, trimetoprim, pirimetamina. 19. Los mecanismos de resistencia a los antimicrobianos son producción de enzimas, variación de la permeabilidad al fármaco, formación de un sitio de acción estructural modificado para el fármaco, formación de una vía metabólica modificada que desvíe la reacción inhibida por el fármaco y producción de una enzima modificada.

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20. El origen genético de la farmacorresistencia puede ser cromosómico y extracromosómico. 21. La resistencia cromosómica se da por una mutación espontánea en un locus y la resistencia extracromosómica por los genes de los plásmidos. 22. El

origen

no

genético

se

da

porque

los

microorganismos

están

metabólicamente inactivos, pierden su sitio de acción específico o infectan en lugares donde no penetra el fármaco. 23. En la resistencia cruzada se presenta resistencia a fármacos que comparten un mecanismo de acción; por similitud química, aminoglucósidos, o poseen un modo de enlace o acción similar como los macrólidos con la lincomicina. 24. Es posible reducir la farmacorresistencia manteniendo una concentración del antimicrobiano suficientemente elevada en los tejidos, administrando al mismo tiempo dos fármacos que carezcan de resistencia cruzada y limitando el empleo de un fármaco valioso. 25. En el análisis de la actividad del antimicrobiano in vitro participan el fármaco y el microorganismo patógeno, mientras que la actividad in vivo es más compleja, ya que también participa el hospedador. 26. Los factores que modifican la actividad antimicrobiana in vitro son el pH ambiental, componentes del medio, estabilidad del fármaco, tamaño de la siembra, intervalo de incubación y metabolismo de los microorganismos. 27. El uso indiscriminado de los antimicrobianos puede generar en la población sensibilización generalizada, variación de la flora normal del organismo, ocultamiento de una infección grave, toxicidad directa del medicamento y aparición de farmacorresistencia. Microbiología Médica – III CICLO

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ANEXOS AGENTES QUIMIOTERÁPICOS ANTIMICROBIANOS Alumna: Alor Llañez, Mirella Heidi Los antimicrobianos son sustancias naturales producidas por microorganismos u obtenidas por modificaciones químicas; el antimicrobiano ideal debe presentar toxicidad selectiva, es decir ser capaz de inhibir la síntesis de estructuras de los microorganismos e incluso destruirlos sin dañar al huésped. Se pueden clasificar en Bacteriostáticos, que inhiben el metabolismo o multiplicación del microorganismo, pero como este permanece viable, si se suspende el fármaco puede recuperarse; tenemos como ejemplo a las Tetraciclinas, Cloranfenicol, Macrólidos, Sulfamidas, Trimetropim; y los Bactericidas, que producen la muerte de los microorganismos responsables del proceso infeccioso, aquí encontramos a los -lactámicos, Aminoglucósidos, Rifampicinas, Polimixinas, Quinolonas. MECANISMO DE ACCIÓN DE LOS FÁRMACOS ANTIMICROBIANOS Inhibición de la síntesis de pared celular: El sitio de acción de los -lactámicos son las proteínas fijadoras de penicilina (PBP), estos actúan inhibiendo el proceso de transpeptidación, esencial en la síntesis de peptidoglucano de la pared celular. Se incluyen en esta clasificación a las cefalosporinas, vancomicina, cicloserina, bacitracina, Novobiocina, Ristocetina. Inhibición de las funciones de la membrana celular: A este grupo pertenecen las Polimixinas, y también los ionóforos que formando poros hidrófilos y transportando iones liposolubles permiten la difusión rápida de cationes a través de la membrana, son ejemplos la Valinomicina y la Daptomicina, que actúan descargando el potencial de membrana. También encontramos al ácido Nalidíxico, Imidazoles, Triazoles. Inhibición de la síntesis de proteínas: La inhibición selectiva es posible gracias a las diferencias entre los ribosomas bacterianos y eucariotas. Los Aminoglucósidos, tienen su acción en la subunidad 30S ribosómica bloqueando la actividad normal del complejo de iniciación y provocan una lectura errónea del mRNA. Las Tetraciclinas se unen de forma reversible a la subunidad 30S del ribosoma, bloqueando la unión de los complejos aminoacil-tRNA, impidiendo la continuación de la síntesis proteica, las Glicilciclinas son más activas que las tetraciclinas, por lo que es indicada contra bacterias resistentes. El Cloranfenicol, Lincomicinas, Macrólidos, oxazolidinonas también pertenecen a este grupo. Inhibición de la síntesis de los ácidos nucleicos: Encontramos a las Rifampicinas, que inhibe a la ARN polimerasa, las Quinolonas, bactericidas sintéticas que bloquean a la ADN-girasa. Las sulfonamidas sustituyen al ácido p-aminobenzoico (PABA) de las bacterias formando un análogo no funcional del ácido fólico. Pertenecen también el trimetoprim y la pirimetamina. RESISTENCIA A LOS FÁRMACOS ANTIMICROBIANOS Mecanismos 1. Producción de enzimas: -lactamasas 2. Variación de la permeabilidad al fármaco

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AGENTES QUIMIOTERÁPICOS ANTIMICROBIANOS 3. Alteración del sitio de acción 4. Formación de una vía metabólica alternativa 5. Producción de una enzima modificada Origen de la farmacorresistencia Origen genético: La resistencia cromosómica se desarrolla como resultado de una mutación espontánea en un locus que controla la susceptibilidad a un antimicrobiano determinado y la resistencia extracromosómica está representada por los plásmidos, que llevan genes para la resistencia a uno o a varios antimicrobianos. Origen no genético: Los microorganismos metabólicamente inactivos pueden ser fenotípicamente resistentes a los fármacos, pueden perder su sitio de acción específico cambiando su estructura debido a la exposición de un fármaco y también pueden infectar en lugares donde no penetra el fármaco. Resistencia cruzada: Se da cuando los microorganismos presentan resistencia a cierto fármaco y a otros que comparten un mecanismo de acción. Limitación de la farmacorresistencia: Es posible reducirla al mínimo manteniendo una concentración suficientemente elevada en los tejidos, administrando al mismo tiempo dos fármacos que carezcan de resistencia cruzada y limitando el empleo de un fármaco valioso. ACTIVIDAD ANTIMICROBIANA In vitro Los factores que modifican su actividad son el pH ambiental, componentes del medio, estabilidad del fármaco, tamaño de la siembra, intervalo de incubación y actividad metabólica de los microorganismos. In vivo: El análisis de la actividad del antimicrobiano in vivo es más complejo que in vitro, ya que también participa el hospedador. Fármaco y microorganismo patógeno: Se han descrito ya interacciones importantes pero in vivo influyen también el ambiente y la concentración del fármaco. Hospedador y microorganismo patógeno: En esta relación se presenta modificación de la respuesta de los tejidos, modificación de la respuesta inmunitaria y modificación de la flora microbiana. RIESGOS DEL USO INDISCRIMINADO 1. 2. 3. 4. 5.

Sensibilización generalizada de la población Variación de la flora normal del organismo. Ocultamiento de una infección grave sin erradicarla. Toxicidad directa del medicamento. Aparición de farmacorresistencia.

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