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* INMUNIDAD Y PATOGENESIS DE LAS ENFERMEDADES RESPIRATORIAS DEL CERDO (Revisión de Literatura) José D. Mogollón, DMV., MS., PhD.; Sandra Valenzuela, Bact. * RESUMEN El propósito del presente trabajo es describir los mecanismos de defensa del aparato respiratorio porcino y transmidr los nuevos hallazgos sobre la patogénesis del citado complejo. El conocimiento de los eventos respirato- rios permite desarrollar mejores medidas para su prevención y control. Palabras Claves Adicionales: Enfermedades respiratorias, inmunosupre- sión, patogénesls. ABSTRACT IMMUNITY AND PATHOGENESIS OF SWINE RESPIRATORY DISEASES The purpose of thls paper was to describe che defense mechanisms of the swlne respiratory tract and to presentan update revlew on the new findlngs about pathogenesls of resplratory complex. The knwoledge of the events that happen during che resplratory dlsease process wlll allow to develop better measures of control and preventlon. Aclditlonal lndex Words: Resplratory diseases, lmmunosupresslon, pa- thogenesls. Programa Nacional de Salud Animal. Corporación Colombiana de Investigación Agrope- cuaria, CORPOICA e Instituto Colombiano Agropecuario, ICA. Avenida El Dorado No. 42-42. Apartado Aéreo 29743. Bogotá, Colombia. ··-- MOGOLLON, J. D.; VALENZUELA, S. Enfermedadesrespiratorias porcinas 105 ...... [[] as enfermedades respiratorias constituyen una de las mayores limi- tantes de la industria porcina intensiva. La neumonía enzoótica ha sido descrita en la mayoría de los ·pa~es productores de cerdos del mundo.Las investigaciones a nivel de matadero hah revelado que del 30 al 80% de los cerdos de sacrificio presentan lesiones neumónicas (Switzer y Ross, 1975). ' Un estudio reciente realizado en los Estados Unidos con cerdos proceden- tes de 337 granjas pertenecientes a 13 estados, estableció que el 440/o de las mismas tenían cerdos con lesiones neumónicas (Muller y Abott, 1986). El significado económico de las enfermedades respiratorias para la industria porcina es bastante considerable. La neumonía por Micoplasma ha sido asociada con disminución del crecimiento y reducción en la eficiencia de conversión alimenticia. Pointon et al. (1985) reportaron que el crecimiento de cerdos mantenidos en contacto con cerdos infectados con Micoplasma se redujo en 12.7% entre los 50 y los 85 kg de peso. En otro trabajo, los mismos investigadores encontraron que la tasa de crecimiento de cerdos expuestos a cerdas (madres) infectadas se redujo en 15.9% entre 8 y 85 kg de peso y la conversión alimenticia se disminuyó en un 13.8% entre los 1 O y 25 kg de peso. De otro lado, Straw et al. (1989) sugieren que por cada 10% de pulmón afectado, la ganancia diaria de peso se reduce en 37.4g; además, es claro que el impacto económico de la neumonía está influenciado por otros factores tales como deficiencias en el medio ambiente, infecciones bacterianas secundarias y uso continuo de las instalaciones y hacinamiento (Morrison et al., 1986). La patología de las enfermedades respiratorias resulta de la interacción de tres componentes separados: el huésped (los cerdos), el medio ambiente y los microorganismos causales de la enfermedad. Como se trata de un problema bastante complejo y de gran importancia económica, en los últimos 1 O años se han realizado intensas investigaciones para obtener soluciones a los proble- mas respiratorios. (Messier y Ross, 1991). A pesar de esto, llama la atención que todavía existen muchas dudas sobre el desarrollo de la enfermedad (patogénesis), la inmunidad y el control de la enfermedad. El propósito de este artículo es describir los mecanismos de resistencia e inmunidad del aparato respiratorio y los aspectos generales sobre patogénesis e inmunidad conferida por vacunas diseñadas para proteger el sistema respi- 106 Revista del CEISA, Vol. 2 No. 2. Julio-Diciembre de 1995 ratorio, con énfasis en la rinitis atrófica, neumonía por mycoplasma y pleuro- neumonía contagiosa porcina. MECANISMOS DE DEFENSA PULMONAR El tracto respiratorio es una amplia superficie del organismo que debido a la naturaleza de su función está muy expuesto al ambiente externo, el cual puede estar cargado (o lleno) de agentes capaces de afectarlo. Por consiguiente, el organismo ha desarrollado un sistema de defensa para detener la invasión de material extraño y prevenir la infección microbiana del cuerpo. Los principales agentes que pueden afectar el sistema respiratorio del cerdo son: a) partículas inhaladas, las cuales, dependiendo del peso y el tamaño, pueden sobrepasar las barreras físicas de la mayorf a de las vías aéreas externas; b) gases irritantes, los cuales ejercen su efecto tanto sobre el tracto respiratorio superior como sobre el inferior; y c) los agentes infecciosos, como los virus y las bacterias (Christensen y Mousing, 1992). El tracto respiratorio del cerdo está compuesto por dos partes funcionales: 1) una parte conductora del aire que va desde la nariz hasta el bronquiolo terminal, y 2) la parte respiratoria que va desde el bronquiolo respiratorio hasta el alvéolo. Anatómicamente existen tres regiones: 1) la parte superior-cavidad nasal; 2) la región media compuesta por la nasofaringe, la laringe, la tráquea y los bronquios; y 3) la zona inferior que abarca desde los bronquiolos hasta los alvéolos (Christensen, 1992). Los mecanismos de defensa del pulmón se dividen en dos categorías generales, dependiendo del momento de su aparición y de su especificidad: no específicas constitutivas y específicas inducidas. No específicas significa que una defensa en particular es efectiva contra varios microorganismos, mientras que específicas se refiere a que un tipo de defensa está dirigido contra un cepa de una bacteria o virus en particular. Constitutivas significa que el mecanismo de defensa siempre está presente, mientras que inducida quiere decir que la defensa sólo aparece después de que el microorganismo ha hecho contacto previo con el huésped (Salyers y Whitt, 1994). Los mecanismos de defensa no especifica constitutiva incluyen el sistema de deposición de materiales particulados, el aparato mucociliar, los factores bioquímicos y humorales en las secreciones nasales y traqueobronquiales, el reflejo de la tos y el sistema pulmonar de macrófagos (Pirie, 1980). MOGOLLON, J. D.; VALENZUE~ S. Enfermedadesrespiratorias pordnas 107 Las defensas específicas inducidas están conformadas por anticuerpos específicos presentes en las se<;:reciones nasales y traqueobronquiales, particu- larmente lgA producida localmente y secretada sobre la mucosa del tracto respiratorio, fagocitosis mediada por anticuerpos (opsonización) e inmunidad celular específica (Pirie, 1980). '---. -----FLUIDOS QUE RECUBREN LA MUCOSA RESPIRATORIA El epitelio r~spiratorio está cubierto por dos tipos de fluido. Desde la nariz (cavidad nasal) hasta el bronqyiolo terminal hay moco, principalmente una capa espesa de glicoproteína delgada y de aspecto seroso (acuoso) cuando alcanza el bronquiolo; y ya en el alvéolo existe lo que se denomina el fluido alveolar, en el cual el surfactante es el principal constituyente (Thurbeck y Miller, 1988). El moco está compuesto en un 95% por agua y el resto es una variedad de constituyentes de naturaleza proteica o lipídica. La capa de moco (mucina) capta o atrapa muchos materiales extraños y los grupos de sulfato que posee interaccionan con los virus (Pirie, 1980; Thurbeck y Miller, 1988). Otras proteínas que conforman el moco incluyen la pieza secretoria producida por las glándulas mucosas y las inmunoglobulinas lgA e lgM, las cuales son producidas localmente por los acúmulos de tejido linfoide agregado a la mucosa respiratoria. La lgA tiene la función de neutralización y de evitar ia adherencia de agentes bacterianos y virales a la mucosa (Salyers y Whitt, 1994). La lgM tiene por función aglutinar y opsonizar bacterias en los estados tempranos de la infección. En contrastecon las dos anteriores, la lgG (gama- globulina G) aparece por transudación de la sangre en el tracto respiratorio inferior y predomina a nivel del alvéolo pulmonar y los bronquiolos (Salyers y Whitt, 1994). Otros componentes importantes son la lizosima, enzima que degrada la pared bacteriana (peptidoglicanos) de los gérmenes Gram positivos, principal- mente, y la lactoferrina que es una proteína que capta el hierro y lo hace menos disponible para el crecimiento bacteriano (Thurbeck y Miller, 1988). De otro lado, se debe mencionar que el complemento (proteínas del plasma sérico) está en bajas cantidades en las secreciones respiratorias, y la opsonizaci6'n mediada por fracciones del complemento (C3b) es también reducida (Pirie, 1980; Salyers y Whitt, 1994). ·-· 108 Revista del CEISA, Vol. 2 No. 2. Julio-Diciembre de 1995 SISTEMA DE DEPOSICION DE MATERIAL Las características anatómicas y fisiológicas del· tracto respiratorio están diseñadas para proteger al alvéolo del daño que'pueda ocasionar el material inhalado. La naturaleza tubular del árbol traqueobronquial facilita la deposi- ción de material particulado en cada bifurcación (Chirstensen y Mousing, 1992). Este fenómeno ocurre por los cambios bruscos de dirección que presenta dicho conducto y por la disminución en la velocidad del aire inspirado a medida que ocurre su ingreso en las partes inferiores del pulmón. En la parte superior del mismo el material es depositado principalmente por impactación en la tráquea, en la región bronquial por sedimentación e impactación, y ya en el alvéolo, por difusión. En general, se puede afirmar que las partículas de más de 10 micras de diámetro aerodinámico son retenidas en las fosas nasales, principalmente a nivel de los cornetes. Las partículas entre 5 y 1 O micras nunca llegan más allá de las bifurcaciones bronquiales y las de menor diámetro, entre 1 y 3 micras, tienden a penetrar profundamente e impactar en el alvéolo y representan el mayor peligro para el tracto respiratorio (Chirstensen y Mousing, 1992; Pirie, 1980). APARATO MUCOCILIAR El sistema respiratorio del cerdo está completamente protegido por un -- epitelio (cubierta) seudoestratificado, cilíndrico ciliado, recubierto a su vez Por una cepa de moco, como se mencionó anteriormente. Este moco es producido por las células caliciformes del epitelio (Christensen y Mousing, 1992}. Existen, además, entre 50 y 200 cilios por célula. El movimiento ciliar ocurre 1300 veces/min. y su movimiento facilita el desplazamiento del moco Y las partículas depositadas desde los bronquiolos hasta la laringe a una velocidad de 1.0-2.0 cm/min. A nivel de la laringe el moco pasa a la faringe donde es deglutido (Pirie, 1980; Thurbeck y Miller, 1988). La disfunción del aparato mucociliar puede ocurrir por la presencia de gases irritantes como el amoníaco, disminución de la humedad del ambiente Y estrés. Los virus que tienen afinidad por el epitelio respiratorio, como el virus de la influenza porcina y el Mycoplasma hyopneumoniae, tienen un severo efecto sobre la función de sistema mucociliar (Ross, 1992). El fluido alveolar tiene, entre sus mayores componentes, fosfolípidos y lípidos neutros. El fluido alveolar también contiene bastante gammaglobulina lgG, pero menos lgA que el fluido bronquiolar, y tiene complemento, pocas MOGOLLON, J. D.; VALENZUELA, S. Enfennedadesrespiratorias porcinas 109 opsoninas y abundante sur.factante producido por las células alveolares tipo 11 (neumocit6tipo 11). Este fluidG> alveolar tiene como funciones facilitar la fagocitosis, mantener la tensión superficial, modular la función fagocítica y neutralizar materiales extraños (Salyers y Whitt, 1994; Thurbeck y Miller, 1988). MACROFAGOS AL'VEQ_~RES Las vías aéreas desde la nariz hasta el bronquiolo terminal se mantienen relativamente "limpias", por la acción del aparato mucociliar que continua- mente remueve el moco desde las partes distales (posterior) del pulmón hacia la laringe, pero este mecaP1ismo no tiene ningún efecto sobre el alvéolo (Thurbeck y Miller, 1988). En el alvéolo no existe este tipo de moco (fluido) y el mecanismo de defensa está representado por el macrófago alveolar. Esta célula se deriva o se origina de células pluripotenciales localizadas en la médula ósea de los huesos; algunas de estas células viven también o se 'localizan en el intersticio de los sectas alveolares y dan origen a macrófagos maduros bajo condiciones de alta tensión de oxígeno, medio en el cual cumplen su función. La característica de este tipo de macrófago es la presencia de muchos fagosomas y lisosomas en el citoplasma celular, lo cual confirma su alta actividad metabólica. Esta célula está encargada de fagocitar (ingerir) y destruir a las bacterias (Pirie, 1980; Salyers y Whitt, 1994). Los macrófagos tienen otras funciones importantes, además de fagocitar y destruir bacterias. Estas células producen citoquinas, que son proteínas que inducen la fiebre y estimulan el sistema inmunológico. Los macrófagos son parte importante en la inducción de respuestas tales como la producción de anticuerpos (inmunidad humoral) y la activación de linfocitos T citotóxicos (inmunidad celular) (Salyers y Whitt, 1994). En general, se reconoce que el macrófago alveolar como fagocito no inmune es prácticamente inactivo, a menos que exista un estudio inmune donde el complemento y los anticuerpos le colaboren en el cumplimiento de su función. BACTERIAS AEROBICAS EN FLUIDOS BRONCOALVEOLARES DE CERDOS SANOS En un trabajo reciente se encontró que, aun bajo condiciones de buena higiene, existen en el fluido del compartimiento broncoalveolar del tracto respiratorio porcino bacterias potencialmente patógenas y no patógenas, sin causar signos clínicos de enfermedad pulmonar. Estos estudios fueron realiza- j)IIB&JOTECA AGROPECUAR.IA /DE eOLOMBfA t t O Revista del CEISA, Vol. 2 No. 2. Jalio-Didembre de 1995 dos con broncoscopio de fibra óptica y lavados del fluido broncoalveolar. Se detectaron entre 5 x 102 y 103 unidades formadoras de colonias, UFC/ml en un 50% de los animales examinados y se identificaron hasta 25 especies y géneros de bacterias. Se destacan la Staphy/ococctis hyiens, la S. aureus, E. coli, Klebssiella spp., etc.; en un solo lavado se hallaron hasta seis especies. Aparentemente existe un equilibrio dinámico entre la deposición y coloniza- ción de las bacterias inhaladas de un lado, y la· red de macrófagos del sistema alveolar de los cerdos sanos inmunocomponentes, por el otro. ASPECTOS GENERALES DE LA PATOGENESIS DE LOS PROBLEMAS RESPIRATORIOS Como se pudo apreciar en lo antes descrito, el organismo del cerdo ha desarrollado un sistema de defensa para combatir los agentes agresores, pero estos mecanismos pueden ser sobrepasados por la concentración de agentes en el aire inspirado. No obstante, muchos factores intervienen en la aparición o no de la enfermedad; dentro de ellos merecen mencionarse el estado inmunológico de los animales, las características de virulencia de los agentes infecciosos y las condiciones de .estrés a que son sometidos los animales en las explotaciones intensivas. En general, existen cuatro posibilidades de daño del tracto respiratorio: infeccioso, físico, químico e inmunológico. Además, hay en el cerdo dos,,.. regiones anatómicas que aparentemente están más expuestas a riesgo que otras: 1) Los cornetes nasales, que son la primera línea de defensa en contra del material inhalado, y 2) La región bronquiolar, la cual está menos protegida que el resto del árbol respiratorio (tráquea) y es altamente susceptible al efecto tanto de gases como de agentes particulados. Un ejemplo es la asociación de rinitis atrófica con el daño de los cornetes nasales y la neumonía enzoótica con la alteración de la región bronquiolar (Christensen y Mousing, 1994). El datio pulmonar puede ocurrir por producción local de poderosos antioxidantes como el anión superóxido, el peróxidode hidrógeno y los radicales hidroxilo. Estos radicales tóxicos de oxígeno son producidos por los leucocitos (monocitos y neutrófilos) cuando llegan al sitio donde están f os agentes agresores, para llevar a cabo su destrucción. Es claro, también, que el pulmón está normal- mente protegido por sistemas enzimáticos antioxidantes como la superoxido-dis- mutasa, la glutationa-peroxidasa y la oxidasa NADPH, fuera de las vitaminas antioxidantes como las vitaminas E y C. (Salyers y Whitt, 1994). Es importante destacar que el sistema de defensa descrito funciona en forma automática y no involucra la activación de los neutrófilos (células de defensa MOGOLLON, J. D.; VALENZUELA, S. Enfennedadesrespiratorias porcinas 111 -_.,________ circulantes en el torrente sanguíneo). La llegada de los neutrófilos marca el final deHuncionamiento del sistema de defensa y el inicio de un problema patológico (~añotisulare inflamación) en el pulmón (Thurbeck y Miller, 1998). En cerdos se han realizado numerosas investigaciones con el propósito de dilucidar la patogénesis de la enfermedad respiratoria aguda y crónica; los resultados han demostrado que los princtpa~ mecanismos afectados son el macrófago alveolar y el aparato mucociliar. La- mayoría de las enfermedades respiratorias son de naturaleza bacteriana y estos microorganismos, que tien- den a ser parte común de la flora nasal, producen enfermedad como resultado de un estado de inmunosupresión que se origina, en la mayoría de los casos, por infecciones primarias con agentes virales o micoplasma,. o por estrés sicológico y medio ambiental. Dentro de los virus que desencadenan el proceso respiratorio por alteración ,, del sistema de defensa pulmonar se pueden mencionar: el virus de la peste porcina clásica, el virus de la influenza porcina, el virus de Auyeski y el virus del síndrome respiratorio y reproductivo porcino (PRRS) (Fuentes y Pijoan, 1987; Iglesias et a/., 1988 y Ochoa, 1978). En un estudio experimental se demostró que cerdas de 6 a 7 semanas de edad, inoculadas con una cepa virulenta del virus de Auyeski más la Pasteure//a mu/tocida, desarrollaron lesiones pulmonares (Fuentes y Pijoan, 1987). De otro lado, investigaciones in vitro realizadas con cultivos de macrófagos alveolares infectados con el virus de Auyeski demostraron que la infección viral redujo la fagocitosis de partículas opsonizadas (glóbulos rojos de oveja cubiertos con anticuerpos) y afectó notoriamente los mecanismos de digestión y degradación de las partículas ingeridas (fagocitadas), debido a que se alteró la formación del fagosoma-lisosoma y se disminuyó el metabolismo oxidativo de los macrófagos. Estos efectos de la infección viral sobre los macrófagos predisponen al animal infectadq a la infección bacteriana secundaria (Iglesias et al., 1988). Este efecto inmunosupresor ha sido también muy estudiado con el virus del síndrome respiratorio y reproductivo (PRRS), el cual tiene predilección por las células del sistema inmune, y las manifestaciones de enfermedad se pueden asociar directamente con cambios en el sistema inmunológico del ar.imal afectado. El PRRS tiene una afinidad por los macrófagos alveolares, y la replicación directa del virus en estas células y en otras del sistema inmunoló- gico resulta en la destrucción de células importantes para la protección en contra de bacterias invasoras (Molitor, 1994). t t 2 Revista del CEISA, Vol. 2 No. 2. Julio-Diciembre de 1995 Numerosos agentes bacterianos han sido aislados de animales con proble- mas respiratorios secundarios a la infección con el virus PRRS: Actinobacillus pleuropneumoniae, Mycoplasma hyopneumoniae, Haemophilus paras u is, Ac- tinomyces pyogenes y Streptococcus suis. La mayoría de estos problemas neumónicos ocurren en las fases del destete y crecimiento de los cerdos. Llama la ate•nción que uno de los agentes bacterianos más frecuentemente aislados desde la aparición del PRRS en los Estados Unidos es el H. parasuis. En el caso del Centro de Diagnóstico de la Universidad de Minnesota se identificaron 318 cepas en 1992, comparadas con 35 en 1988 (Molitor, 1994). En general, se considera que la manera más probable de transmisión de los prob lemas respiratorios es por contacto directo entre animales, o por estornudos muy cercanos que son inspirados antes de que las goticas i nfectivas lleguen a deshidratarse. La transmisión por medio de aerosoles es muy rara y se necesitarían grandes dosis infectivas para iniciar la infección (Christensen y Mousing, 1992). Como ya se mencionó, la iofección primaria que da origen al proceso es probablemente de naturaleza viral o micoplásmica (Mycoplasma hyopneumo- niae). En los dos casos, la transmisión de la infección es primero vertical (de madres-cerdas jóvenes a lechones) y después del destete es horizontal, por contacto directo entre lechones nacidos de madres (cerdas) jóvenes y lechones de madres viejas. La aparición de los primeros casos de dificultad respiratoria ocurre 2 a 3 semanas después del destete. Es claro que el estrés que acompaña al destete produce también un estado de inmunosupresión que favorece la diseminación de agentes infecciosos (Ross, 1992). Este estrés de tipo sicológico surge por el mezclado de lechones de diferentes camadas en una jaula o corral, lo cua l genera cambios de comportamiento como las peleas para estab lecer un orden jerárqu ico en el nuevo grupo de animales. En un estudio reciente se demostró que entre los cerdos domésticos alojados en corrales existe una estructura social y hay grandes diferencias entre individuos en cuanto a la susceptibilidad a la enfermedad y la respuesta inmunológica se refiere. Se encontró, por ejemplo, que los individuos con un nivel social jerárquico alto mostraron una respuesta de inmunidad celu lar mayor y, por lo tanto, estaban mejor protegidos cuando se vacunaron contra la enfermedad de Auyeski (Hessing et al., 1994). Finalmente, la enfermedad respiratoria, especialmente los problemas pul- monares tienden a ser muy dinámicos con aparición de lesiones meumónicas MOGOLLON, J. D.; VALENZUELA, S. Enferrnedadesrespiratorias porcinas 11 l y resolución de las mismas varias veces durante la vida de un mismo animal (Noyes et al., 1988). RINITIS ATROFICA La rinitis atrófica progresiva se ha defrtrido-.e_omo una enfermedad compleja de los cerdos caracterizada por atrofia de los cornetes nasales, distorsión o acortamiento de la trompa y reducción en la tasa de crecimiento (Figura 1). FIGURA 1. Rinitis Atrófica Porcina. Nótese la práctica desaparición de los cornetes nasales en un caso de rinitis atrófica progresiva . Actualmente existe suficier:ite evidencia de que tanto la Bordetella bron- chiceptica como la Pasteurella multocida tipo D y algunas cepas tipo A son capaces de causar atrofia de los cornetes; sin embargo, la severidad y la persistencia de los cambios que ellas producen son diferentes (De Jong y Ackermanm, 1986). En el caso de la Pasteurella multocida, la inyección parenteral de la toxina en lechones libres de gérmenes produce cambios en los cornetes, lo cual indica que la se'(eridad, la persistencia y los cambios inflamatorios en la mucosa nasal no son un prerequisito esencial para el desarrollo de lesiones (Chanter y Rutter, 1989; Doster et al., 1980). 114 Revista del CEISA, Vol. 2 No. 2. Julio-Diciembre de 1995 El hallazgo de las cepas toxigénicas de P. multocida productoras de toxina dermonecrótica, incrementó el conocimiento de la patogénesis de esta enferme- dad (Chanter, 1989). Las infecciones con 8. bronchicep_tica causan rinitis atrófica con moderados signos clínicos caracterizados por una rinitis atrófica no progresi- va, la cual no tiene mucho significado económico. En contraste, las infecciones con cepas toxigénicas de P. multocida producen cambios severos en los cornetes con deformación de la cara, lo cual ocurre en la mayoría de los brotes de rinitis atrófica progresiva (Chantery Rutter, 1989; De Jong y Ackermanm, 1986). Es necesario destacar que en lechones libres de patógenos, las infecciones con B. bronchiceptica facilitan la colonización por P. multocida toxigénica, llevando a lesiones mucho más severas que cuando ocurre la infección de cada uno de estos microorganismos por separado (Chanter y Rutter, 1989). Patogénesis El conocimiento detallado de los factores de virulencia de estos agentes infecciosos es bien importante para diseñar programas adecuados de control y, especialmente, para la elaboración de mejores vacunas. La B. bronchiceptica coloniza fácilmente el epitelio nasal normal, sobre todo en animales jóvenes, mientras que la P. mu/tocida puede colonizar - animales adultos, incluyendo cerdas madres o reproductores. La Bordetella tiene varios mecanismos de virulencia que le ayudan a la colonización, incluyendo una hemaglutinina (proteína no fimbria!, adhesina) y fimbrias (Chanter y Rutter, 1984; Nakait et al., 1988). La Pasteurella no es un colonizador agresivo. En condiciones experimen- tales la colonización nasal se ha logrado con la infección previa de la cavidad nasal por 8. bronchiceptica, o mediante el tratamiento previo de la mucosa nasal con un irritante suave como el ácido acético (Chanter y Rutter, 1989; De Jong y Ackermanm, 1986). La 8. bronchiceptica genera una toxina que, a su vez, produce una marcada inflamación de la mucosa nasal e incrementa la producción de moco, situación que favorece la colonización del P. multocida, la cual se adhiere y se multiplica en el moco (Chanter y Rutter, 1989). En general, se reconoce que el ácido acético y la 8. bronchiceptica tienen como característica provocar un daño cilioestasis que predispone la coloniza- ción de P. multocida (Nielsen y Rosendal, 1994). MOGOLLON, J. D.; VALENZUELA, S. Enfennedadesrespiratorias pordnas 115 . ., . .____________ La P. multocida también posee una hemaglutinina y algunas cepas pueden presentar.Jimbrias; además, se ha observado la presencia de una proteína de membrana (proteína H), en cepas de rinitis que pueden servir como un factor de adhesión. (Trigo y Pijoan, 1986 y 1988). Recientemente se ha demostrado que la colonización en las amígdalas puede jugar un papel significativo en la patQgénesis de la enfermedad, sirvien- do como una fuente disponible de cepas -toxigénicas para colonizar los cornetes después de alguna alteración de la mucosa. Aparentemente, las cepas toxigénicas de P. multocida no necesitan colonizar los cornetes para producir rinitis atrófica. (Ackermanm et al., 1991 ). ' La inocul_ación intramuscular de la toxina dermonecrótica purificada de la P. multocida en lechones de 4 a 6 semanas de edad produjo: a) daño severo en los cornetes; b) cambios degenerativos y necróticos en el hígado y en el riñón; y e) polioencefalomelacia. Esta acción sistémica de la toxina podría -· explicar la pérdida de peso y el retardo en el crecimiento que sufren los animales con rinitis atrófica progresiva. (Doster et al., 1990). De otro lado, se ha observado que la toxina dermonecrótica de la P. mu/tocida induce diferenciación de las células de la médula ósea de los huesos largos para generar células con el fenotipo de preosteclastos y osteoclastos. Este efecto fue similar a la acción del 1,25 (OH)2 VIT D3. Además, se encontró que estimula la aparición de receptores para calcitonina en las células con caracterfstitcas de osteoclastos. Estos hallazgos confirman que la toxina tiene un efecto sistémico. Vacunación Considerando que el conocimiento sobre los mecanismos de virulencia de la P. multocida todavía no es muy completo, existen tres posibilidades para producir inmunidad: 1) vacunación parenteral con vacunas muertas que estimulan anticuerpos antibacteriales para prevenir la colonización de la mucosa nasal; 2) vacunas vivas atenuadas quizás con cepas no toxigénicas para prevenir colonización; y 3) vacunas toxoides para prevenir el efecto dañino de la toxina. La mayoría de la atención se ha concentrado sobre esta última alternativa (Trigo, 1992). En el <;Jesarrollo de planes de vacunación se debe tener en cuenta que la P. multocida puede colonizar cerdos jóvenes y adultos; por consiguiente, existe la necesidad de proveer al lechón de inmunidad pasiva al vacunar la cerda e inducir la producción de inmunidad activa en el lechón. 116 Revista del CEISA, Vol. 2 No. 2. Julio-Diciembre de 1995 Las bacterinas muertas que contienen B. bronchiceptica, P. multocida y el toxoide han sido muy efectivas en el control de la rinitis atrófica. Las toxoides-bac- terinas muertas son mejores que los toxoides puros porque previenen tanto el efecto de la toxina como la colonización. El uso de la vacuna-debe ir acompañado de cambios en el manejo de los animales y de las i~stalationes (Trigo y Pijoan, 1988). NEUMONIA ENZOOTICA La neumonía causada por el Mycoplasma hyopneumoniae es una enfer- medad crónica con alta morbilidad y baja mortalidad. El signo clínico principal es una tos crónica, principalmente en cerdos en crecimiento y finalización. La muerte puede ocurrir por infecciones bacterianas secundarias. La aparición de signos clínicos depende de la virulencia de la cepa actuante en un área determinada y de la presencia de ciertos factores predisponentes como el estrés, creado por la mezcla de animales de diferentes orígenes o corrales, el hacinamiento, o las deficiencias en la ventilación, o las infecciones virales o bacterianas (Morrison et al., 1986). Patogénesis Los aerosoles y el contacto directo son los medios de transmisión más incriminados en la diseminación del M. hyopneumoniae. Los portadores sanos o los animales afectados se consideran como las fuentes primarias de infección (Clarketa/., 1991). La infección con M. hyopneumoniae se establece en el epitelio respiratorio. Se ha demostrado que el M. hyopneumoniae se asocia íntimamente con los cilios de las células del epitelio seudoestratificado cilíndrico ciliado de la tráquea, bronquios y bronquiolos. Como consecuencia de esta infección se produce un daño del aparato mucociliar y de las células epiteliales (Pijoan y Ochoa, 1978). Se ha sugerido que una sustancia mitogénica presente en las membranas celulares del micoplasma puede ser responsable de la respuesta linfocftica que se encuentra en los pulmones infectados. En un estudio reciente, Messier y Ross (1991) demostraron que las membranas de M. hyopneumoniae eran mitogénicas para linfocitos porcinos in vitro. En otro estudio sequizo conocer la interacción de M. hyopneumoniae con otros agentes y para tal efecto se inocularon tres grupos de animales: un grupo con M. hyopneumoniae; otro grupo con P. multocida tipo A y un tercer grupo con ambos agentes. En el primer grupo se encontró una neumonía leve; MOGOLLON, J. D.; VALENZUELA, S. Enfennecladesrespiratorias porcinas 117 · ·.- -------ausencia total de síntomas y lesiones en el segundo, mientras que en el tercer g',-upo s~ presentaron síntomas agudos y lesiones pulmonares severas junto con un incren'lento significativo en el consumo de alimento. Se concluyó, entonces, que la neumo,-iía enzoótica presenta mayor importancia clínica y económica , cuando existe una infección secundaria con P. multocida. (Ciprian et al., 1988). En respuesta a la hipotésis de que la infección por Aj. hyopneumoniae predispone al huésped a una invasión subsea:tente por otros patógenos, se realizó una prueba in vitro de la capacidad fagocítica de los macrófagos alveolares y se consideró a la fagocitosis como la principal medida de elimi- nación de agentes patógenos del tracto respiratorio posterior. Los macrófagos fueron tolectados en la necropsia de cerdos·inoculados con M. hyopneumoniae o Actinobacil/us pleuropneumoniae y de cerdos no inoculados como controles. Se encontró que los macrófagos alveolares de cerdos inoculados con M. hyopneumoniae presentaban una capacidad fago- cítica menor cuando se compararon con aquéllos decerdos inoculados con A. :pleuropneumoniae y de los cerdos control, demostrándose, por lo tanto, una predisposición del huésped infectado con el M. hyopneumoniae a una infec- ción bacteriana secundaria. (Caruso y Ross, 1990; Messier y Ross, 1991 ). Vacunación El control efectivo de la neumonía por Mycoplasma depende de cambios en ciertas medidas de manejo, como sería la de proporcionar un medio ambiente adecuado, incluyendo calidad del aire, ventilación y un número apropiado de animales por unidad de área. El uso estricto de los sistemas de producción "todos dentro, todos fuera" es posiblemente el método más efectivo para controlar la infección en granjas infectadas. (Clark et al., 1991 ). Para prevenir la presentación de la neumonía enzoótica se ha experimen- tado con diferentes tipos de vacuna. Recientemente se han introducido en el mercado bacterinas de M. hyopneumoniae químicamente inactivadas, las cuales se aplican en algunos casos, tanto a las madres como a los lechones y en otros, sólo a los lechones lactantes. Se ha logrado demostrar que ocurre un aumento en la ganancia diaria de peso en las granjas infectadas, porque hay una disminución significativa en las lesiones pulmonares. Sin embargo, se reconoce que estas vacunas no previenen la infección ni disminuyen la presencia de la enfermedad en las granjas. (Petersen y Weiss, 1990) (Figura 2). De otro lado, se ha observado que los anticuerpos circulantes (inmunidad humoral), medidos por medio de ELISA indirecta, no desempeñan un papel importante en la protección. Además, no se ha observado una correlación entre 118 Revista del CEISA, Vol. 2 No. 2. Julio-Diciembre de t 995 FIGURA 2. Neumonía enzoótica porcina. Obsérvense las áreas de conso lidación neumón ica en la parte anteroventral de los lóbulos pulmonares. la respuesta serológica y el porcentaje de lesiones pulmonares ocasionadas por Mycoplasma. Se piensa que la respuesta de inmunidad celu lar local y/o la presencia de anticuerpos secretados localmente en el pulmón son probable- mente las defensas más importantes contra el M. hyopneumoniae. (Messier et a/., 1990; Ross, 1992). PLEUROPNEUMONIA CONTAGIOSA El Actinobacillus pleuropneumoniae (Ap) es la causa de la pleuropneumo- nía porcina, una enfermedad severa casi siempre fatal de los cerdos de todas las edades. El Ap surgió como un problema de inusitada importancia en la década de los setenta, siendo reportada en varios países en forma sucesiva. Debido a la naturaleza compleja de la enfermedad los programas de preven- ción y control han sido poco efectivos, lo cual ha repercutido en grandes pérdidas económ icas para los productores. (Fedorka-Cray et al., 1993). Solamente los cerdos son susceptibles a la infección por Ap. Hasta el presente se han descrito 12 serotipos. La distribución de los serotipos varía según las diferentes regiones geográficas, siendo los más frecuentemente MOGOLLON, J. D.; VALENZUELA, S. Enfennedadesrespiratorias porcinas t 19 reportados los serotipos 1, 5 y 7. La aparición de la enfermedad en una granja libre de la infección se puede asociar con la introducción de cerdos portadores sanos. Lu_~go el Ap se disemina entre los cerdos por contacto directo y en menor proporción, por aerosol. (Fedorka-Cray et al., 1993). Se debe mencionar que la industrialización de la producción porcina ha contribuido a la diseminación y a la severidad de los brotes ocasionados por la enfermedad. Bajo estas condiciones de_producción, existen factores que . ........__ favorecen su incidencia como el hacinamiento, el transporte, los cambios de temperatura, la deficiente ventilación y otros. Las granjas totalmente susceptibles a la enfermedad son las más afectadas. En granjas donde el problema es endémico, la infección afecta a cerdos de 12 semanas de edad (Figura 3). FIGURA 3. Pleuropneumonía contagiosa porc ina. Nótese la seve ra área neumónica en el lóbulo diafragmático derecho; la lesión es de tipo fibrina necróti co hemorrágico. 120 Revista del CEISA, Vol. 2 No. 2. Julio-Diciembre de 1995 Patogénesis El A. pleuropneumoniae está provisto de un impresionante grupo de factores de virulencia, los cuales son responsables de las severas lesiones típicas de la enfermedad y, a su vez, le permiten sobrevivir in~vivo. Hasta el presente se han descrito, dentro de estos factores, los s[guientes:· 1. Una cápsula de ponsacáridos que le confiere al Ap la especifidad del serotipo. La cápsula puede proteger a la bacteria de las defensas del huésped, tales como opzonización y fagocitosis, y puede ser un factor de resistencia a la destrucción (lisis) mediada por el complemento. 2. Las adhesinas, tales como: hemaglutininas, fimbrias y pilis localizadas sobre la superficie de la bacteria, las cuales están implicadas en la adherencia a superficies del huésped; pero su papel en la patogénesis no está bien dilucidado (Fedorka-Cray et al., 1993; Nicolet, 1990). 3. El Lipopolisacárido (LPS), molécula de alto peso molecular que forma parte de la membrana externa de las bacterias Gram negativas. El LPS induce la liberación de mediadores que promueven la inflamación. Estos mediadores activan varios tipos de células que participan en la inflamación aguda del pulmón, como los neutrófilos y los-macrófagos. El LPS purificado de Ap puede inducir una neumonía intersticial o multifocal, o consolidación pulmonar, debido a una severa reacción inflamatoria. · 4. Las Exotoxinas bacterianas, que son proteínas solubles extracelulares liberadas por microorganismos vivos (Nicolet, 1990). Se han descrito hemoli- sinas, citotoxinas y pleurotoxinas, las cuales también producen lesiones pul- monares. Las exotoxinas más importantes son la Hlyl/Clyl y la Hlyll/Clyll que tienen un peso molecular entre 103 y 105 kg y una actividad hemolítica y citotóxica. Estas exotoxinas son tóxicas para glóbulos rojos, macrófagos pul- monares, linfocitos y otros tipos de celulares de pulmón (Frey y Nicolet, 1990; Jansen et al., 1992; Vanleegoed et al., 1989). 5. Las protefnas de membrana externa, las cuales pueden ser importantes en la regulación de ciertas proteínas de superficie en respuesta a condiciones ambientales de crecimiento, como los bajos niveles de hierro que ocurren in vivo (Denner y Potter, 1989). Bajo estas condiciones, se da la aparición de nuevas proteínas en la superficie de la bacteria (sideróforos), necesarias para captar hierro del ambiente, elemento que se requiere para la multiplicación bacteriana. 6. Otros factores; se han descrito también otros factores de virulencia de menor importancia tales como: una lgA proteasa, un factor de permeabilidad MOGOLLON, J. D.; VALENZUELA, S. Enfennedades'respiratorias porcinas 121 -~ y otros factores solubl~ cuya participación en la patogénesis de la enfermedad -- ·-......_no está muy definida (Fedork Cray et a/., 1994). En relación con el proceso de patogénesis, se ha demostrado que Ap es capaz de adherirse a anillos traqueales in vitro, aunque se notaron diferencias , entre y aun dentro de serotipos. Recientemente, también se encontró que en los estadios tempranos del proceso de la enfermedad, la interacción de la bacteria con las células de la membrana.e!_veolar es crucial. El antígeno del APP se ha detectado en alvéolos, especialmeñte sobre las membranas alveo- lares en las áreas neumóticas, lo cual también sugiere un daño de las exotoxinas a la membrana alveolar. Es bien sabido en la literatura -que una de las características de esta enfermedad es la vasculitis y trombosis de los vasos medianos.· En reproducci9nes experimentales no se han podido detectar antígenos de APP en la pared de los vasos, lo cual podría sugerir que las endotoxinas' serían las responsables por el daño vascular. La distribución de las lesiones en los lóbulos diafragmáticos del pulmón se podría explicar por la deposición de partículas inhaladas (aerosoles), de acuerdo con la conforma- , ción anatómica de las bronquios en forma de"y". Vacunas La protección contra A. pleuropneumoniae es el serotipo específico; no existe protección cruzada entre serotipos. Las vacunas (bacterinas) comerciales consisten en bacterias completas inactivadas químicamente adicionadas a un adyuvante, las cuales protegen contra la mortalidad pero no contra la infección o el desarrollo de lesiones crónicas en el pulmón, es decir, que la protección es parcial (Thacker et al., 1992). En general, se puede afirmar que de todos los factores de virulencia estudiados hasta el presente (cápsula, proteínas de membrana, LPS, hemolisi- na), ninguno confiere protección total cuando se ha tratado de inmunizar animales con preparados vacuné!les elaborados con cada uno de estos factores por separado (Doster et al., 1990). Las vacunas comerciales no contienen hemolisina, fimbrias o sideróforos (proteínas de membrana captadoras de hierro). Es probable que las vacunas comerciales no contengan todos los componentes antigénicos del A. pleuropneumoniae para inducir una protec- ción completa y así, evitar la formación de lesiones (Thacker et al., 1992). Es necesario llamar la atención sobre los hallazgos recientes que hablan de la administración vía oral o nasal (aerosol) de A pleuropneumoniae, inactivado o no, a lechones sanos. Se detectó en estos ensayos una clara respuesta de inmunidad secretoria en el tracto respiratorio, lo cual sugiere un 122 Revista del CEISA, Vol. 2 No. 2. Julio•Didembre de 1995 tráfico de los linfocitos sensibilizados desde el intestino hacia las vías bron- coalveolares. En lavados del fluido broncoalveolar de animales vacunados con este sistema se ha observado un incremento significativo en el número de linfocitos T, CDV y T y CDB. Igualmente, hay un aumento significativo en el número de células plasmáticas, lo cual también indica una migración de las células plasmáticas desde la lámina propia"de la tráquea y los bronquios. No obstante, las vacunas orales o nasales, aunque inducen una inmunidad secre- toria significativa, reducen la morbilidad y mortalidad pero no previenen el desarrollo de lesiones pulmonares. De los antígenos del A p/europneumoniae mencionados anteriormente se han utilizado varios para construir vacunas recombinantes. La más simple está constituida por CL VI recombinante, la pleurotoxina (CIYIII) y la proteína de membrana externa. Esta vacuna ·parece que es más protectiva en modelos experimentales y podría reemplazar a la primera generación de vacunas actualmente en uso, las cuales no ofrecen protección cruzada. ¡, Finalmente, es difícil recomendar un esquema de vacunación sin conocer el estado inmunológico de la granja frente a la enfermedad. Un muestreo serológico o un estudio epidemiológico puede mostrar la edad de aparición de la enfermedad en los lechones jóvenes. La inmunidad materna puede interferir con la inmunidad activa. Si no es posible determinar el punto crítico de infección por medio de serología, se puede sugerir un programa de vacunación triple comenzando una semana después del destete y repitiendo a las 7 y 9 semanas de edad; no obstante, si la inmunidad materna es alta, la primera dosis se debe demorar hasta la octava semana de edad. CONCLUSIONES Las bacterias que afectan el tracto respiratorio se encuentran tanto en la superficie de las mucosas respiratorias como en los tejidos subyacentes con ciertos mecanismos de defensa del huésped, los cuales tienen que sobrepasar para poder establecer la infección y desarrollar luego la enfermedad. En ciertos casos, el daño que se observa en los pulmones es producido, en parte por la acción directa de la bacteria y sus productos, y en parte, por la movilización de los sistemas de defensa del huésped tratando de eliminar la bacteria agresora. Las bacterias patógenas poseen ciertas características que están relaciona- das con su habilidad para producir la enfermedad. Estas características se conocen como factores de virulencia, los cuales están asociados con el MOGOLLON, J. D.; VALENZUELA., S. Enfermedadesrespiratorias porcinas 1%3 -- . desarrollo de la patogénesis de la enfermedad y comprenden aquellos factores -- que provocan daño en. los tejidos y órganos del huésped. -..... \ La investigación sobre los factores de riesgo que predisponen al síndrome ,, respiratorjo porcino junto con la caracterización de los factores de virulencia bacterianos, han contribuido a establecer mejores programas de prevención y control de las enfermedades respiratorias de importancia económica en la industria porcina colombiana. ...._ __ _ REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS - 1. Ackermanm, M. R.; Cheville, N. F.; Gallagher, J. E. 1991. Colonization of the pharyngeal to'nsil and respiratory tract of the gnoto~iotic pig by a toxigenic strain of Pasteurella multocida type D. Vet. pathol. 28: 267-274. 2. •' Caruso, J. P.; Ross, R. F. 1990. Effects of Mycoplasma hyopneumoniae and Actinobacillus pleuropneumoniae (Haemophilus) infections on al- veolar macrophage functions in swine. AM. J. 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RESUMEN MECANISMOS DE DEFENSA PULMONAR FLUIDOS QUE RECUBREN LA MUCOSA RESPIRATORIA SISTEMA DE DEPOSICIÓN DE MATERIAL APARATO MUCOCILIAR MACROFAGOS ALVEOLARES BACTERIAS AERÓBICAS EN FLUIDOS BRONCOALVEOLARESDE CERDOS SANOS ASPECTOS GENERALES DE LA PATOGÉNESIS DE LOS PROBLEMAS RESPIRATORIOS RINITIS ATRÓFICA NEUMONIA ENZOÓTICA PLEUROPNEUMONÍA CONTAGIOSA CONCLUSIONES REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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