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304 © 2014. Elsevier España, S.L. Reservados todos los derechos 32Bordetella Aunque hace unos años se consideraba que las infecciones por Bordetella eran relativamente infrecuentes y principalmente restringidas a los pacientes pediátricos, en los últimos años este concepto ha cambiado espectacularmente. 1. ¿Por qué han aumentado las infecciones por B. pertussis en los últimos años? 2. ¿Cuál es el origen epidemiológico de las infecciones por B. pertussis? 3. ¿Por qué la tos ferina en los adultos es clínicamente diferente de la enfermedad en los niños? 4. ¿Por qué el cultivo de B. pertussis no es una buena herramienta diagnóstica? Las respuestas a estas preguntas están disponibles en www.StudentConsult.es Bordetella es un cocobacilo gramnegativo muy pequeño (0,2 a 0,5 × 1 mm de diámetro), aerobio estricto. En la actualidad se reconocen ocho especies, y cuatro de ellas son responsables de enfermedad en el ser humano (tabla 32-1): Bordetella pertussis (cuadro 32-1), el agente responsable de la tos ferina; Bordetella parapertussis, causante de una forma más leve de tos ferina; Bordetella bronchiseptica, res- ponsable de una enfermedad respiratoria en perros, cerdos, animales de laboratorio y, de forma ocasional, de enfermedad respiratoria en el ser humano; y Bordetella holmesii, una causa poco frecuente de sepsis. Bordetella pertuSSiS Fisiología y estructura Las especies de Bordetella se diferencian por sus caracterís- ticas de crecimiento, reactividad bioquímica y propiedades antigénicas. A pesar de sus diferencias fenotípicas, los es- tudios genéticos han puesto de manifiesto que las cuatro especies patógenas para el ser humano son idénticas o están estrechamente relacionadas y se diferencian solamente a nivel de la expresión de los genes de virulencia. En este momento, sin embargo, las especies no se han sometido a una nueva clasificación y se deben seguir considerando como especies diferentes. Los microorganismos de Bordetella presentan unas nece- sidades nutricionales sencillas, aunque algunas especies son muy sensibles a sustancias y metabolitos tóxicos presentes en los medios de laboratorio empleados habitualmente. El medio de cultivo de estas especies (en especial, B. pertussis) ha de ser complementado con carbón, almidón, sangre o albúmina, las cuales absorben las moléculas tóxicas. Los mi- croorganismos son inmóviles y oxidan aminoácidos, pero no fermentan carbohidratos. Patogenia e inmunidad La infección por B. pertussis y el desarrollo de la tos ferina necesitan la exposición al microorganismo, la adherencia bacteriana a las células epiteliales ciliadas del aparato res- piratorio, el crecimiento de las bacterias y la producción de un daño tisular localizado y de una toxicidad sistémica. La adherencia de los microorganismos a las células del epitelio ciliar está mediada por adhesinas proteicas (tabla 32-2). La pertactina y la hemaglutinina filamentosa contienen una secuencia Arg-Gly-Asp (motivo RGD) que facilita la unión a las integrinas glucoproteicas sulfatadas de las mem- branas de las células respiratorias ciliadas. Estas adhesinas se unen también al CR3, un receptor de glucoproteína de la superficie de los macrófagos. Esta interacción conduce a la captación fagocítica de las bacterias sin iniciar un estallido oxidativo, el cual reviste importancia para la supervivencia y replicación intracelulares de las bacterias. Asimismo, protege a B. pertussis frente a la acción de los anticuerpos humorales. Se han descrito unas proteínas semejantes en B. parapertus sis y B. bronchiseptica. La toxina pertussis es una toxina A-B clásica que consiste en una subunidad tóxica (S1) y cinco subunidades de unión (S2 a S5; están presentes dos subuni- dades S4 en cada molécula de toxina). La subunidad S2 se une a la lactosilceramida, un glucolípido que está presente en las células ciliadas respiratorias. La subunidad S3 se une a los receptores en las células fagocíticas, lo que da lugar a un aumento de CR3 en la superficie celular, que facilita la unión mediada por la pertactina y la hemaglutinina filamentosa y la posterior fagocitosis bacteriana. Se ha identificado otra adhesina, conocida como fimbria, en B. pertussis, que parece intervenir en la unión a células de mamífero en los cultivos. Se desconoce la función de las fimbrias en el proceso de unión a las células ciliadas in vivo; no obstante, las fim- brias y las restantes adhesinas de B. pertussis estimulan la inmunidad humoral in vivo y se han incorporado a las vacunas acelulares. B. pertussis produce varias toxinas que intervienen en las manifestaciones localizadas y sistémicas de la enferme- dad. La porción S1 de la toxina pertussis tiene actividad de ribosilasa de difosfato de adenosina (ADP) para las proteínas G de la superficie de la membrana (proteínas reguladoras de unión a nucleótidos de guanina). Estas proteínas regulan la actividad adenil ciclasa. La toxina pertussis inactiva Gia, la proteína inhibidora que controla la actividad de la adenil ciclasa. La expresión incontrolada de la enzima conlleva un incremento de las concentraciones de monofosfato de adenosina cíclico (AMPc), y un ulterior aumento de las secreciones respiratorias y la producción de mucosidad característica de la fase paroxística de la tos ferina. BORDETELLA 305 © E ls ev ie r. Fo to co pi ar s in a ut or iz ac ió n es u n de lit o. La adenil ciclasa/hemolisina es una toxina con dos fun- ciones que se activa en la célula diana de mamífero por la calmodulina intracelular y cataliza la conversión del trifos- fato de adenosina endógeno (ATP) a AMPc en las células eucariotas (al igual que hace la toxina pertussis). La toxina adenil ciclasa inhibe también la quimiotaxis, la fagocitosis y la destrucción mediada por los leucocitos. Esta toxina puede ser importante para la protección inicial de las bacterias durante las etapas iniciales de la enfermedad. La toxina dermonecrótica es una toxina termolábil que a dosis bajas causa vasoconstricción de los vasos periféricos en los ratones; esto se acompaña de una isquemia local, la migración de los leucocitos hasta los espacios extravasculares y la aparición de hemorragia. A dosis elevadas, esta toxina provoca reacciones mortales en los ratones. Es probable que la toxina sea responsable de la destrucción tisular localizada en las infecciones del ser humano, aunque son necesarios otros estudios para confirmar este dato. La citotoxina traqueal es un monómero de peptidoglucano de la pared celular de bajo peso molecular que tiene una afinidad específica por las células epiteliales ciliadas. A bajas concentraciones causa ciliostasis (inhibición de los movi- mientos de los cilios), y a las concentraciones más elevadas que se producen en fases más tardías de la infección produce la extrusión de las células ciliadas. La citotoxina traqueal interfiere de forma específica en la síntesis de ácido desoxi- rribonucleico (ADN), por lo que impide la regeneración de las células dañadas. Este proceso altera los mecanismos Tabla 32-2 Factores de virulencia asociados a Bordetella pertussis Factor de virulencia Efecto biológico Adhesinas Hemaglutinina filamentosa Necesaria para el anclaje a las glucoproteínas sulfatadas en las membranas de las células ciliadas de la tráquea; muy inmunógena Pertactina Igual que con la hemaglutinina filamentosa toxina pertussis La subunidad S2 se une a los glucolípidos en la superficie de las células respiratorias ciliadas; la subunidad S3 se une al gangliósido en la superficie de las células fagocíticas Fimbrias Se une a las células de los mamíferos; no se conoce su papel en la enfermedad aunque estimulan la inmunidad humoral Toxinas toxina pertussis La subunidad S1 inactiva G1a, la proteína de superficie de la membrana que controla la actividad de la adenil ciclasa; su expresión incontrolada origina un incremento de las concentraciones de AMPc; la toxina inhibe la muertepor fagocitosis y la migración de los monocitos Adenil ciclasa/ hemolisina Aumenta la concentración intracelular de adenil ciclasa e inhibe la muerte por fagocitosis y la migración de los monocitos toxina dermonecrótica Produce lesiones cutáneas que dependen de la dosis o reacciones fatales en modelos experimentales animales; su papel en la enfermedad es desconocido Citotoxina traqueal Un fragmento de peptidoglucano que mata a las células respiratorias ciliadas y estimula la liberación de interleucina 1 (fiebre) Lipopolisacárido Dos moléculas distintas de lipopolisacáridos con un lípido A o un lípido X; activa la vía alternativa del complemento y estimula la liberación de citocinas; su papel en la enfermedad es desconocido Tabla 32-1 Especies de Bordetella asociadas a enfermedad en el ser humano Microorganismo Origen histórico Bordetella Recibe su nombre de Jules Bordet, quien aisló por primera vez el microorganismo responsable de la tos ferina B. pertussis per, muy o intenso; tussis, tos (tos intensa) B. parapertussis para, que remeda (que remeda pertussis) B. bronchiseptica bronchus, la tráquea; septicus, séptico (bronquio infectado) B. holmesii Recibe este nombre en honor al microbiólogo Barry Holmes CUADRO 32-1 Resumen de Bordetella pertussis Biología, virulencia y enfermedad Cocobacilos gramnegativos muy pequeños No fermentadores pero pueden oxidar aminoácidos como fuente de energía Aerobios estrictos Su desarrollo in vitro requiere un prolongado período de incubación en medios complementados con carbón, almidón, sangre o albúmina Muchos factores de virulencia responsables de la adherencia a las células eucariotas y la producción de destrucción tisular localizada (v. tabla 32-2) La tos ferina se caracteriza por tres estadios: catarral, paroxístico y de convalecencia La enfermedad es más grave en individuos no vacunados Epidemiología Reservorios humanos Distribución universal Los niños menores de 1 año son los que tienen mayor riesgo de infección, pero la prevalencia de la enfermedad está aumentando en niños mayores y en adultos Las personas no vacunadas tienen mayor riesgo de padecer la enfermedad La enfermedad se propaga de una persona a otra por partículas aerosolizadas infectadas Diagnóstico La microscopia no es sensible ni específica El cultivo es específico pero no es sensible Las pruebas de amplificación de ácidos nucleicos son las pruebas más sensibles y específicas La detección de IgG y de IgA se puede emplear como prueba de confirmación Tratamiento, prevención y control El tratamiento con un macrólido (es decir, azitromicina, claritromicina) es eficaz en la erradicación de los microorganismos y en la reducción de la duración de la fase infecciosa La azitromicina se usa en la profilaxis Las vacunas que contienen toxina de tos ferina inactivada, hemaglutinina filamentosa y pertactina son muy eficaces La vacuna pediátrica se administra en cinco dosis (a los 2, 4 y 6 meses de edad y a los 15-18 meses y entre los 4 y 6 años); en adultos, la vacuna se administra a los 11-12 años y se repite la dosis a los 19-65 años 306 MICROBIOLOGÍA MÉDICA normales del aclaramiento y limpieza del árbol respiratorio y da lugar a la tos característica que se asocia a la tos ferina. La toxina también estimula la liberación de interleucina 1 (IL-1), la cual produce fiebre. B. pertussis produce dos lipopolisacáridos distintos, uno de los cuales posee lípido A y el otro presenta lípido X. Ambas moléculas de lipopolisacárido pueden activar la vía alternativa del complemento y estimular la liberación de citocinas. Su papel en el proceso de la enfermedad es desconocido. Epidemiología B. pertussis produce enfermedad en el ser humano y no se conoce ningún otro reservorio animal o ambiental. Aunque la incidencia de tos ferina y su morbimortalidad asociada se redujeron de forma considerable tras la introducción de la vacuna en 1949, la enfermedad sigue siendo endémica en todo el mundo, de la que se estiman unos 20-40 mi- llones de infecciones y 200.000-400.000 muertes anuales, sobre todo entre los niños no vacunados. La incidencia de casos descritos en Estados Unidos es relativamente baja y en 2010 se notificaron 27.550 casos (fig. 32-1); sin embargo, esta cifra infraestima claramente la verdadera incidencia de la enfermedad. Se ha calculado que cada año se producen en Estados Unidos más de 3 millones de casos nuevos de tos ferina. Históricamente la tos ferina se consideraba un proceso infantil, pero ahora una proporción significativa de las infecciones afectan a adolescentes y adultos (fig. 32-2). El reconocimiento de formas más leves de la misma en ni- ños más mayores y las mejoras de las pruebas diagnósticas han contribuido de forma clara a este aumento de los casos notificados. Enfermedades clínicas (cuadro 32-2; caso clínico 32-1) La infección se inicia cuando los aerosoles infecciosos son inhalados y las bacterias se adhieren y proliferan en las células epiteliales ciliadas. Después de un período de incubación de 7 a 10 días, el paciente típico presenta la primera de las tres fases (fig. 32-3). La primera fase, la fase catarral, se parece a un catarro común, con rinorrea serosa, estornudos, males- tar general, anorexia y febrícula. Debido a que el número Figura 32-1 Incidencia de tos ferina en Estados Unidos entre 1975 y 2010. Figura 32-2 Distribución por edades de las infecciones por B. pertussis descritas en 1988 (barras rojas) y 2005 (barras azules). BORDETELLA 307 © E ls ev ie r. Fo to co pi ar s in a ut or iz ac ió n es u n de lit o. máximo de bacterias se observa durante esta fase, en la que la causa de la enfermedad aún no se conoce, es en la fase catarral cuando los afectados suponen un riesgo más elevado para sus contactos. Después de 1 o 2 semanas, comienza la fase paroxística. Durante este período, las células epiteliales ciliadas son expulsadas del árbol respiratorio y se altera la eliminación de mucosidad. Esta fase se caracteriza por los típicos paroxismos de la tos ferina (una serie de toses re- petidas seguidas de un estridor inspiratorio). Es frecuente la producción de mucosidad en el aparato respiratorio, la cual es parcialmente responsable de la obstrucción de flujo aéreo. Los paroxismos acaban generalmente con vómitos y un estado de agotamiento. Durante esta fase existe también una mar- cada linfocitosis. Los pacientes afectados pueden sufrir hasta 40 o 50 paroxismos al día durante el acmé de la enfermedad. Después de 2 a 4 semanas, la enfermedad entra en la fase de convalecencia; en este momento, los paroxismos disminuyen en número y gravedad, pero pueden aparecer complicaciones secundarias. Esta presentación clásica de la tos ferina puede no observarse en los pacientes con inmunidad parcial o en los adultos. Estos pacientes pueden tener antecedentes de tos crónica persistente sin estridor o vómitos. Dado que esta presentación no es distintiva, se deberían realizar las pruebas diagnósticas adecuadas para Bordetella y otros patógenos bacterianos respiratorios (p. ej., Mycoplasma pneumoniae, Chlamydophila pneumoniae, Legionella pneumophila) y virales. Diagnóstico de laboratorio Recogida y transporte de las muestras Los microorganismos de B. pertussis son extremadamente sensibles a la desecación y no sobreviven a no ser que se tenga cuidado en la recogida de las muestras y en su trans- porte hasta el laboratorio. La muestra óptima para el diag- nóstico es un aspirado nasofaríngeo. No se deben utilizar frotis bucofaríngeos debido a que no permiten recoger una cantidad suficiente de células epiteliales ciliadas. Las mues- tras para cultivo se deberían inocular en un medio de ais- lamiento recién preparado (p. ej., agar de Regan-Lowe) a la cabecera del paciente. Si no resulta posible, se debería introducir la muestra en un medio de transporte adecuado (p. ej., medio de transporte de Regan-Lowe) y llevarla conrapidez al laboratorio. Microscopia Se puede realizar una prueba de anticuerpos mediante fluo- rescencia directa con anticuerpos monoclonales o policlonales para valorar las muestras; sin embargo, dados los problemas de sensibilidad y especificidad de esta prueba, se debería realizar también la prueba de la reacción en cadena de la polimerasa (PCR), el cultivo o ambos. Pruebas basadas en los ácidos nucleicos Los métodos de amplificación de los ácidos nucleicos, como la PCR, son las pruebas diagnósticas más sensibles para la tos fe- rina. Estos métodos han sustituido a los estudios microscópicos y los cultivos en la mayor parte de los laboratorios que realizan pruebas clínicas. En este momento, muchos laboratorios han desarrollado sus propias pruebas moleculares frente a diversos genes. Por este motivo, las características de rendimiento (es decir, sensibilidad y especificidad) de estas pruebas no están bien definidas, aunque parecen mejores que las de la micros- copia y el cultivo. Cultivo En este momento el cultivo suelen realizarlo laboratorios que no pueden realizar pruebas de ácidos nucleicos o que Figura 32-3 Presentación clínica de la enfermedad por Bordetella pertussis. CUADRO 32-2 Especies de Bordetella: resúmenes clínicos Bordetella pertussis: tras un período de incubación de 7 a 10 días, la enfermedad se caracteriza por un estadio catarral (semejante al catarro común) que evoluciona a una fase paroxística (tos repetitiva seguida de estridor inspiratorio) y, posteriormente, a una etapa de convalecencia (disminución de los paroxismos y las complicaciones secundarias) Bordetella parapertussis: causa una variante más leve de tos ferina Bordetella bronchiseptica: origina fundamentalmente una enfermedad respiratoria en animales, aunque puede producir bronconeumonía en el ser humano Bordetella holmesii: causa poco frecuente de sepsis CASO CLÍNICO 32-1 Brote de B. pertussis en trabajadores sanitarios Pascual y cols. (Infect Control Hosp Epidemiol 27:546-552, 2006) informaron de un brote de tos ferina entre los trabajadores de un hospital. El caso inicial, una enfermera anestesista, presentó un cuadro agudo de tos, paroxismos seguidos de vómitos y episodios apneicos que le provocaron pérdida de conciencia. Se examinó al personal del servicio de cirugía, a los pacientes expuestos y a los familiares con cultivos y pruebas de PCR, y se obtuvo serologías de los pacientes con síntomas respiratorios. Doce (23%) trabajadores sanitarios y 0 de 146 pacientes tenían tos ferina clínica. La ausencia de enfermedad en los pacientes se atribuyó al uso de máscaras, buenos hábitos de tos y contacto cara a cara limitado. Este brote pone en evidencia la susceptibilidad de los adultos a las infecciones y la naturaleza altamente infecciosa de B. pertussis. 308 MICROBIOLOGÍA MÉDICA combinan ambas pruebas. La sensibilidad de los cultivos se ve afectada por factores del paciente (como la fase de la enfermedad, el uso de antibióticos), la calidad de la muestra, las condiciones de transporte y los métodos de cultivo. El medio de Bordet-Gengou ha dejado de utilizarse a favor del medio con carbón de Regan-Lowe complementado con glicerol, peptonas y sangre de caballo. El medio se de- be incubar en aire a 35 °C y en una cámara humidificada durante 7 o 12 días. Debido a que la calidad de los medios afecta en gran medida al éxito del cultivo, los laboratorios que no suelen cultivar muestras de Bordetella deben re- mitir estas muestras a un laboratorio de referencia para su procesamiento. A pesar del empleo de medios de cultivo óptimos, menos de la mitad de los pacientes infectados obtiene resultados positivos en los cultivos. Identificación Los microorganismos de B. pertussis se identifican por sus características microscópicas, la morfología de sus colonias en los medios selectivos y por su reactividad con un antisuero específico (bien en una reacción de aglutinación o con los reactivos que se usan en la prueba con anticuerpos fluores- centes directos). Las reacciones fenotípicas (p. ej., pruebas bioquímicas) se pueden usar para diferenciar las especies de Bordetella. Detección de anticuerpos Es difícil interpretar los resultados de las pruebas serológicas debido a que la microscopia y las técnicas de cultivo cons- tituyen unas referencias relativamente poco sensibles para poder evaluar estas pruebas. Se han desarrollado pruebas de análisis de inmunoadsorción ligada a enzimas (ELISA) para la detección de anticuerpos inmunoglobulina A (IgA), IgM e IgG frente a hemaglutinina filamentosa y toxina pertussis, pertactina y fimbrias. Los anticuerpos dirigidos frente a la toxina de la tos ferina son específicos para B. pertussis; sin embargo, pueden aparecer anticuerpos frente a los otros antígenos en las infecciones producidas por otras especies de Bordetella y otras bacterias. Tratamiento, prevención y control El tratamiento de la tos ferina es principalmente sintomá- tico, con vigilancia de enfermería durante las fases paroxís- tica y de convalecencia de la enfermedad. Los antibióticos pueden mejorar la evolución clínica y reducir la infectividad, en particular durante las fases precoces de la enfermedad; sin embargo, la convalecencia depende de la rapidez y del grado de regeneración de las células epiteliales ciliadas. Los macrólidos (como eritromicina, azitromicina, claritro- micina) son eficaces para erradicar a los microorganismos; sin embargo, este efecto tiene un valor limitado porque la enfermedad generalmente no se reconoce durante el período de máxima contagiosidad. En general, la azi- tromicina y la claritromicina se toleran mejor y son los macrólidos preferidos. Los pacientes con intolerancia a macrólidos pueden recibir trimetoprima-sulfametoxazol o fluoroquinolonas. Las vacunas inactivadas con células completas para tos ferina se han asociado a una frecuencia de complicaciones inaceptable y han sido sustituidas en los Estados Unidos por vacunas acelulares. En este momento, en EE.UU. están aprobadas dos vacunas acelulares (una para niños y otra para adultos) que se administran combinadas con las vacunas para la difteria y el tétanos. Ambas vacunas contienen toxina de la tos ferina inactivada, hemaglutinina filamentosa y pertactina. La vacuna pediátrica se administra a los niños a los 2, 4, 6 y 15-18 meses, y la quinta dosis se administra entre los 4 y los 6 años. Las recomendaciones actuales de la vacuna adulta sugieren administrarla a los 11 o 12 años y repe- tir la dosis en los adultos entre los 19 y 65 años. Los estu dios realizados para medir la inmunidad humoral y celular fren- te a los antígenos de la tos ferina han encontrado inmunidad en más del 90% de los receptores adolescentes de la vacuna más de 5 años después de la vacunación. Debido a que la tos ferina es muy contagiosa en una po- blación vulnerable, y a que las infecciones asintomáticas de los miembros de la familia de un paciente sintomático pueden mantener la enfermedad en una comunidad, se ha utilizado la profilaxis con azitromicina en casos seleccionados. otrAs esPecies de Bordetella B. parapertussis origina entre el 10% y el 20% de los casos leves de tos ferina que ocurren anualmente en Estados Uni- dos. B. bronchiseptica produce una enfermedad respiratoria principalmente en los animales, pero se ha asociado a la colonización del aparato respiratorio humano y la enfer- medad broncopulmonar. Los investigadores de los Centros para el Control y la Prevención de Enfermedades de Atlanta han descrito que B. holmesii se asocia principalmente a septicemia. EStUDIO DE UN CASO y PREGUNtAS Una niña de 5 años fue trasladada a un centro de salud por presentar un cuadro de tos grave e intratable. Durante los 10 días previos había tenido un catarro que había empeorado. La tos comenzó el día anterior y de forma tan espectacular que con frecuencia iba acompañada de vómitos. La niña se encontraba agotada porlos accesos de tos. El hemograma mostraba una marcada leucocitosis con predominio de linfocitos. El médico que la examinó sospechó que la niña tenía tos ferina. 1. ¿Qué pruebas de laboratorio se pueden llevar a cabo para confirmar el diagnóstico clínico del médico? ¿Qué muestras se deben recoger y cómo se deben enviar al laboratorio? 2. ¿Qué factores de virulencia produce B. pertussis y cuáles son sus efectos biológicos? 3. ¿Cuál es la evolución natural y el pronóstico de la enfermedad? ¿Cómo se puede prevenir? Las respuestas a estas preguntas están disponibles en www.StudentConsult.es Visite www.StudentConsult.com para ver una animación que muestra la función de la toxina de la tos ferina. BIBLIOGRAFÍA Carbonetti N: Pertussis toxin and adenylate cyclase toxin: key virulence factors of Bordetella pertussis and cell biology tools, Future Microbiol 5:455-469, 2010. Cassiday P, et al: Polymorphism in Bordetella pertussis pertactin and pertussis toxin virulence factors in the United States, 1935-1999, J Infect Dis 182:1402-1408, 2000. Cherry J: Immunity to pertussis, Clin Infect Dis 44:1278-1279, 2007. De Gouw D, et al: Pertussis: a matter of immune modulation, FEMS Microbiol Rev 35:441-474, 2011. Edelman K, et al: Immunity to pertussis 5 years after booster immu- nization during adolescence, Clin Infect Dis 44:1271-1277, 2007.
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