biofilms. un nuevo desafio en el control de las ... · están en actividad, replicándose. (figura...

58 Medicina Infantil Vol. XI N° 1 Marzo 2004

COLUMNA ENFERMERIA

BIOFILMS. UN NUEVO DESAFIO EN EL CONTROL DE LASINFECCIONES HOSPITALARIAS

Lic. Elena Andión

INTRODUCCIONLos biofilms son colonias de microorganismos

adheridas entre sí y a una superficie (que puede serviva o inerte), envueltas en una matriz “protectora”.Esta matriz polimérica es también conocida comoEPS (extracellular polymeric substances) y está for-mada por polisacáridos y glucoproteínas.

Pueden hallarse en catéteres centrales, prótesise implantes de cualquier tipo, catéteres vesicales,circuitos del respirador, tubos endotraqueales, vál-vulas cardíacas, aorta, stents de la vía biliar, oídomedio, placa dental, parénquima pulmonar de pa-cientes fibroquísticos, etc.

El implante de un DBM desencadena en nuestroorganismo un proceso de integración tisular (res-puesta orgánica y natural frente a todo cuerpo ex-traño). Mediante este proceso, el DBM recibirá, en-tre otros, compuestos de fibronectina, fibrinógeno,colágeno, albúmina, vitronectina, etc. Estos com-puestos, inicialmente “integradores” del DBM, actua-rán también como receptores bacterianos en la lla-mada “carrera por la superficie”. Esta “carrera” ten-drá lugar entre el proceso de integración tisular delDBM a nuestro organismo y las bacterias que trata-rán de adherirse al mismo y se desarrollará en for-ma competitiva y paralela. Las bacterias, dotadas deuna gran capacidad de adaptación al medio, sueleninclinar la balanza a sus favor, adueñándose de lasuperficie del DBM. (Figuras 1 y 2).

Tanto las bacterias (u hongos en muchos casos)como los materiales constituyentes de los DBM po-seen cargas negativas y tienden a repelerse dificul-

tando inicialmente las posibilidades de adherenciabacteriana. Finalmente y debido a que las bacteriascuentan con fuerzas hidrofóbicas de atracción, ven-cen esa resistencia y logran acercarse al DBM.

En esta etapa, de acercamiento inicial o “attach-ment”, también citada como “etapa planctónica”,

Supervisora en Control de InfeccionesHospital de Pediatria “Prof. Dr. Juan P. Garrahan”

http://www.medicinainfantil.org.ar

Infecciones hospitalarias 59

las bacterias son todavía vulnerables y pueden serdestruidas. La adherencia bacteriana sobre el DBMen esta primera etapa es químicamente reversiblee inespecífica. Si el crecimiento bacteriano sobreel DBM progresa y se organiza como biofilm, elproceso de adherencia resultará específico e irre-versible. (Figura 3)

Muchas veces, especialmente en la etapaplanctónica, las adhesinas bacterianas y las fimbriascomo por ejemplo las de la Escherichia coli, puedenser reconocidas por los fagocitos circulantes y eli-minadas. Más tarde, si bien la microcolonia forma-da generará una respuesta inmune, su tamaño serádemasiado grande como para ser fagocitada. Porotra parte, la liberación de enzimas por parte de losfagocitos que rodean la colonia puede producir da-ños en los tejidos circundantes al biofilm, lo que seráaprovechado para el crecimiento del mismo.

Las bacterias productoras de betalactamasas con-centran esta enzima en su matriz, impidiendo que losantibióticos betalactámicos puedan afectarlas.

Debido a que el acceso a los nutrientes delmedio ambiente externo les resulta dificultoso, lasbacterias ubicadas cerca de la superficie declinansu actividad y adoptan un estado de vida latente.En cambio, las bacterias ubicadas en las capassuperiores del biofilm continúan con su actividadmetabólica, replicándose y emitiendo exopolisacá-ridos con los cuales se mantienen unidas albiofilm. (Figura 6).

Una vez que las bacterias (organizadas comomicrocolonias), se han estabilizado sobre una su-perficie, se envían señales químicas entre sí me-diante las cuales ordenarán la formación delbiofilm. Cuando la emisión de señales químicassupera un umbral determinado, se activan meca-nismos genéticos de producción de sustanciasextracelulares - exopolisacáridos - que actuaráncomo resinas de intercambio iónico y servirán desoporte al biofilm. (Figura 4).

La producción de exopolisacáridos se torna exu-berante formándose redes que mantienen a lasbacterias unidas entre sí y a la superficie. Esta redque constituye el sistema interno de la matriz, lasprotege de la acción de la fagocitosis y los antibió-ticos. (Figura 5).



Los antibióticos actúan sobre las bacterias queestán en actividad, replicándose. (Figura 7).

El biofilm queda de ese modo constituido porbacterias (la tercera parte) y por sustancias de se-creción celular que absorben agua y atrapan pe-queñas partículas.

Las colonias cuentan con un microambiente condiferentes pH, disposición de nutrientes y concen-tración de oxígeno.

Las bacterias organizadas en biofilm son capa-ces de producir compuestos y sintetizar un sinnú-mero de proteínas, hecho que no ocurre normal-mente o en medios de cultivo.

Los microscopios avanzados como el láser(confocal) scanner han permitido la observación delos biofilm en su estado natural. Esto ha posibilita-do diferentes líneas de investigación destinadas aimpedir la formación y desarrollo de biofilms o biena lograr su destrucción si ya se ha instalado. Mu-chas investigaciones se han centrado en tratar deinterferir en la emisión de señales químicas mien-tras que otras como por ejemplo las relacionadascon la placa dental, estudiaron la influencia de lasvariaciones de oxígeno, pH y disposición de nu-trientes en la modificación de la microflora delbiofilm.

Las mutaciones en los genes P de Pseudomo-nas aeruginosa pueden producir cambios defensi-vos en el crecimiento o mantenimiento de la colo-nia bacteriana frente a los antibióticos.

Por razones mecánicas y ocasionalmente, algu-nas bacterias pueden desprenderse del biofilm.Otras veces, las bacterias se desprenden del biofilmdebido a que dejan de producir los exopolisacári-dos con los que se mantenían conectadas y se li-beran del mismo. Este fenómeno se conoce como“variación de fase”.

Magnitud del problema y estrategiasde prevención

Muchos de los microorganismos productores debiofilm como Staphylococcus coagulasa negativo(SCN) y Staphylococcus aureus (SA) son comensa-les habituales de la piel. La mejor estrategia paraprevenir su introducción dentro de los DBM, es eltratamiento previo de la piel llevándola a un esta-do de colonización mínima.

Como ejemplo práctico puede citarse la coloca-ción de un catéter central de corta permanencia ydonde cobra importancia la antisepsia practicadasobre la piel del paciente. Este acto debe jerarqui-zarse teniendo en cuenta tres factores importantes:1. Elección del antiséptico: adecuado a la técnica

a realizarse y disponible en el mercado local(amplio espectro, acción rápida y acciónresidual).

2. Técnica con la que se realiza la antisepsia: enbanda o en espiral tratando de no pasar dosveces por el mismo lugar.

3. Tiempo de contacto del antiséptico con la piel

Las bacterias en estado de vida latente, cerca-nas a la superficie del DBM y que no son destrui-das por la acción del antibiótico pueden regenerarel biofilm en cuestión de horas, utilizando comoparte de sus nutrientes los restos de las bacteriasque resultaron muertas. (Figura 8).

A través de las redes de unión de exopolisacá-ridos mediante las cuales las bacterias se conec-tan entre sí, se transfieren elementos genéticosextracromosómicos que contribuyen a la resisten-cia bacteriana.

Muchas veces los antibióticos pueden penetrarel interior del biofilm, pero en muchas partes delmismo su concentración no resulta suficiente parasu destrucción. Las bacterias incluidas en unbiofilm son al menos 500 veces más resistentes quelas formas libres, no solo a la acción antibiótica sinotambién a la activación del sistema de complemen-to y la fagocitosis de los neutrófilos.

La matriz que integra el biofilm es penetrada porfluidos, conductos y canales de agua, que permi-ten la circulación de nutrientes solubles, productosde secreción del metabolismo, enzimas, oxígeno ymateriales de desecho removidos.



antes de incidirla: si por ejemplo, se elige iodo-povidona solución, el tiempo de contacto nodebe ser inferior a 60 segundos y debe dejarsesecar sobre la piel.

4. Mantenimiento de los antisépticos: en su enva-se original, de plástico opaco, con válvula deseguridad y cerrados. Los antisépticos provis-tos en frascos procesados por su fabricante yque revisten las condiciones citadas, general-mente de 250 a 500 cm3 no requieren de cam-bios frecuentes y pueden usarse hasta su fina-lización. Si los frascos se rellenan en el hospi-tal, debe elegirse un lugar limpio para sufraccionamiento (idealmente la farmacia). Su ta-maño debe oscilar entre 100 y 200 cm3 ya queentre las 48 y 72 horas posteriores a su llenadolos sobrantes deberán desecharse. Estos fras-cos deben lavarse y escurrirse antes de ser nue-vamente rellenados.Algunos gérmenes gram negativos pueden de-

sarrollarse en el interior de los frascos de antisép-ticos. Son muchos los brotes descritos en la lite-ratura en relación a este fenómeno. En 1989, en unhospital de Texas, Estados Unidos, se pudo docu-mentar un brote de Pseudomonas cepacia que sehallaba en el biofilm de frascos que conteníaniodopovidona.

Los microorganismos hallados con mayor fre-cuencia en catéteres centrales de corta permanen-cia son SCN, SA, Candida albicans y parapsilosis,Pseudomonas aeruginosa, Klebsiella pneumoniae,enterococus faecalis y acinetobacter calcoaceticus.(Figura 9).

do por inoculación directa durante el acto quirúr-gico, por cercanía desde una infección “vecina” obien por siembra hematógena desde infeccionesalejadas. En estos casos resulta de vital importan-cia la descolonización previa de la piel del pacien-te. Muchos estudios han determinado un disminu-ción importante en el nivel de colonización de la pielpor Staphylococcus aureus cuando se realizan ba-ños prequirúrgicos con gluconato de clorhexidinaal 4%. Como mayor sea el número de baños pre-vios, mayor será el nivel de descolonización de lapiel.

La práctica de por lo menos tres baños prequi-rúrgicos no siempre resulta jerarquizada en la ma-yoría de la instituciones de salud y muchas veceshay carencia de las instalaciones necesarias paraasegurarla.

Es frecuente la realización de un solo bañoprequirúrgico a los pacientes previamente interna-dos y ninguno a los pacientes ambulatorios queingresan directamente a la hora prevista para lacirugía. A estos últimos generalmente se les ha in-dicado que se bañen en su hogar, pero su cumpli-miento resulta difícil de garantizar.

El baño prequirúrgico ofrece la posibilidad deminimizar la colonización de la piel del paciente yes la primer herramienta a considerar en el controlde las infecciones de sitio quirúrgico y de los DBMque se implanten durante la cirugía.

La segunda herramienta es la profilaxisantibiótica prequirúrgica cuyo objetivo es lograr unaconcentración importante de antibiótico a niveltisular que impida la implantación bacteriana en elmomento de la incisión quirúrgica. Como medidade control de infecciones resulta imprescindible encirugías donde se coloquen implantes o prótesis.La tercer herramienta es la técnica quirúrgica. Elcirujano debe trabajar evitando el sangrado, mane-jar los tejidos con suavidad y delicadeza, erradicarespacios muertos, remover los tejidos desvitaliza-dos (necróticos) y reducir la duración de la cirugía.Las zonas desvitalizadas fomentan el crecimientobacteriano e inhiben la capacidad fagocítica ybactericida de los leucocitos. Por otra parte, elambiente anaerobio de los tejidos necróticos limi-ta aún más la actividad de los leucocitos. Cualquiercuerpo extraño, incluyendo material de sutura odrenajes, puede promover la inflamación del sitioquirúrgico e incrementar la probabilidad de implan-tación bacteriana y posterior infección de los teji-dos que resulten contaminados.

SCN se adhiere al material del DBM (generalmen-te plástico) usando fuerzas electrostáticas y de ten-sión hidrofóbica de la superficie y adhesinas espe-cíficas incluyendo un polisacárido capsular que ac-túa como adhesina intercelular. SA en cambio, de-pende para su adhesión de elementos que aportael huésped, como fibronectina, fibrinógeno y colá-

Figura 9: Micrografía electrónica del interior de la superficie deun catéter vascular removido de un paciente que muestra cre-cimiento de un biofilm de Pseudomonas aeruginosa (Yassien etal. 1995). Department of Biological Sciences. University foSouthern, California.

En relación con las prótesis, tales como las vas-culares, los shunt neuroquirúrgicos, los implantesortopédicos, los catéteres de larga permanencia,etc., las bacterias pueden llegar al DBM implanta-



geno, ya que cuenta con proteínas de superficiegenéticamente definidas que le permiten esa adhe-sión. Sin embargo, no todas las cepas de SA cuen-tan con dichas proteínas. SA tiene afinidad porDBM metálicos y superficies de catéteres vascula-res.

En las endocarditis de las válvulas protésicas losmicroorganismos más frecuentes son SCN, SA,Enterococcus sp., Cándida sp. y bacilos gram ne-gativos.

El material de las prótesis y el acabado de sussuperficies tienen influencia en la factibilidad deformación de biofilm. Cordero y colaboradores, uti-lizando un modelo animal, hallaron que las super-ficies de cromo – cobalto eran más propensas a laimplantación de SA que las de titanio y que el mis-mo fenómeno ocurría entre las superficies porosasversus las pulidas.

La menor prevalencia de desarrollo bacterianoen superficies de titanio puede relacionarse con suspropiedades de osteointegración que permiten a lostejidos blandos adherirse a la superficie del implan-te antes que cualquier microorganismo sea capazde hacerlo, es decir, permite al organismo ganar la“carrera por la superficie”.

Con respecto a la ventaja que ofrecen al respec-to las superficies pulidas, se ha sugerido que pue-de deberse a la presencia de una menor área desuperficie disponible para la adherencia bacteria-na y a las menores distancias que deben recorrerlas células del huésped para alcanzar la superficie.

Los biofilm pueden causar corrosión en elinstrumental quirúrgico debido a que producencambios químicos en las proximidades de la super-ficie del metal. Las sulfatobacterias incrementan lacorrosión del metal a través de un efecto directo,retiran hidrógeno y de un efecto indirecto, como laproducción de sulfuro de hidrógeno y sulfuro dehierro. El desarrollo de biofilm por parte de este tipode bacterias acelera los procesos corrosivos. Lalimpieza exhaustiva mediante cepillos de cerdasduras (no metálicos), el uso de detergentes enzi-máticos y enjuague con aguas blandas, disminuyeen gran parte el riesgo de corrosión en elinstrumental quirúrgico.

Muchos pacientes requieren del uso de DBM enforma crónica. Ejemplo de ello son los pacientescon cateterismo urinario prolongado. En este casoes importante tener en cuenta el material constitu-yente del dispositivo. Los catéteres vesicales desilicona presentan mayores dificultades para laadherencia bacteriana minimizando las probabilida-des de desarrollo de biofilm en su interior. Los mi-croorganismos que en forma frecuente pueden pro-ducir biofilm en el interior del catéter vesical sonEscherichia coli , Proteus mirabilis, Pseudomonasaeruginosa, Enterococcus faecalis y algunas vecesSCN.

Dentro del biofilm, Proteus sp. produce ureasaque hidroliza la urea generando amonio. Este ele-va el pH del biofilm que en contacto con la orinaprecipita minerales originando litiasis en el interiordel catéter vesical que termina obstruyendo el flu-jo urinario.

En los pacientes fibroquísticos, Pseudomonasaeruginosa puede formar biofilm que habitarán elárbol pulmonar en forma crónica dando lugar aneumonías a repetición. La presencia de biofilmhace fracasar el tratamiento antibiótico y generacepas multirresistentes.

Un estudio realizado por investigadores del Ins-tituto de Agrobiotecnología y Recursos Naturales enconvenio con la Universidad y Gobierno de Nava-rra, España, determinó que la matriz de los biofilmspertenecientes a enterobacterias está compuestaen gran parte por celulosa. El estudio se realizó enbiofilms que crecen en el agua, determinando quelas enterobacterias que pueden producir celulosahacen más resistente el biofilm a los efectos de lacloración y de hecho, la supervivencia de las mis-mas está directamente relacionada con su produc-ción. Las investigaciones continúan en el intento debloquear la producción de celulosa bacteriana parala cual deben dirigirse hacia las dos proteínas re-cientemente descubiertas que están implicadas enla regulación de la celulosa a nivel genético.

Las personas que han padecido salmonelosispueden quedar como portadoras crónicas (por añosy hasta toda la vida). La salmonella, microorganis-mo productor de celulosa, se asocia a los cálculosbiliares y se libera a través de la bilis al aparatodigestivo y por el mismo a través de la materiafecal. Para que la Salmonella pueda asociarse a loscálculos biliares necesita formar un biofilm. La de-gradación del biofilm o su interrupción haría libe-rar rápidamente las bacterias a través de las hecesy el paciente quedaría libre de la misma en pocassemanas, interrumpiéndose su estado de portador.

Desde hace aproximadamente una década seincorporó el uso de detergentes enzimáticos en lalimpieza de DBM que van a ser reusados. El deter-gente enzimático remueve la materia orgánica dela superficie de los DBM por digestión enzimática.La eficacia de la limpieza enzimática depende dela mezcla de enzimas presente en el producto ele-gido. Para que la actividad de la enzima proteasasea efectiva, es necesario remover todo el almidóny otros carbohidratos propios de las membranascelulares de la materia orgánica. Las membranascelulares tienen un componente significativo (8%)de carbohidratos que cubren el exterior de las cé-lulas y evitan el contacto de la proteasa con lasproteínas de la materia orgánica a eliminar. La pre-sencia de lipasa también es importante porque lasgrasas tienden a permanecer como aceites sobrela superficie de la solución de limpieza y podrían



redepositarse al extraer el DBM. El conocimiento dela existencia de cepas de enterobacterias produc-toras de celulosa ha impactado también en la in-dustria de los detergentes enzimáticos y a las tresenzimas cuya presencia se recomienda en este tipode producto de limpieza de DBM: proteasa, amilasao carbohidrasa y lipasa, se ha incorporado la ne-cesidad de contar también con celulasa.

También deben tenerse en cuenta otros aspec-tos relacionados con la probabilidad de formaciónde biofilm, especialmente a la hora de decidir elreuso de determinados DBM. Más allá de las dis-posiciones legales vigentes que rigen el reuso deDBM, antes de tomar decisiones al respecto, hayque evaluar las posibilidades que el mismo ofrecede efectuar una buena limpieza. Esto es de sumaimportancia en DBM que cuentan con canales, con-ductos, ranuras, acodaduras y sitios de difícil lle-gada. Un ejemplo típico es la limpieza y desinfec-ción de endoscopios flexibles. Dada la conforma-ción interior del mismo, es factible la formación ydesarrollo de biofilm en sus múltiples canales yranuras. El tratamiento preventivo de los endosco-pios debe tener como objetivo impedir la implan-tación y desarrollo de biofilms en su interior. Paraello, tanto el detergente enzimático usado en el la-vado como el agente desinfectante de alto nivelusado posteriormente, deben ser introducidos me-diante presión con jeringas. Debe asegurarse quetanto el primero como el segundo han tenido ac-ceso a todas las partes internas del endoscopio.

En épocas de crisis económica - financieracomo las que ha atravesado recientemente el sis-tema de salud de nuestro país, se ve acrecentadala práctica del reuso de los DBM. Si bien es facti-ble el reprocesamiento seguro de muchos de ellos,es importante antes de tomar cualquier decisióndefinir si el mismo puede ser sometido a un com-pleto proceso de descontaminación que incluye en

sus primeros pasos prelavado, lavado y secado paralo cual resultará imprescindible el desarmado pre-vio y completo de todas las partes que integran elDBM. Si esto no es posible, el DBM no podrá re-procesarse para ser usado en un nuevo paciente.

El campo de la investigación frente al problemade los biofilm, especialmente asociados con losDBM, se encuentra en sus primeras etapas. Peromientras tanto son muchas las estrategias que pue-den desarrollarse para evitar su implantación tantoen superficies vivas como inertes y como ha podi-do observarse, la mayoría de ellas son medidascosto – efectivas y de fácil aplicación en la prácti-ca diaria.

LECTURA RECOMENDADA- www.alientoassist.com/biofilm.htm- www.tecnun.es/asignaturas/cientecmedam- www.drwebsa.com.ar/fudesa. Aranda H. Es el biofilm evitable o

inevitable en el ámbito hospitalario?. Nº 16. Agosto 2000. Bue-nos Aires.

- www.ciencias.ima.es/publicaciones/encuentros54/bacterias/htm- Walker J, Bradshaw D, Bennett A. et al. Microbial biofilm formation

and contamination of dental. Unit water system in General DentalPractice in: Applied and Environmetal Microbiology, Agosto 2000.Pág. 3363 – 3367. Usa.

- Herve B. Biofilme en fibrosis quística in: Revista Chilena deInfectología. Vol 19, Nº 4, pág. 277. 2002.

- www.expol.com/autovac/basecientifica2.htm- www.igme.es/Internet/web/aguas.htm- www.kaiko.com/ep./noticias.htm . Biopelículas de bacterias- www.diariomedico.com/edicion/noticia.htm Cambios genéticos en

las bacterias en biofilm- Durlach, R. El biofilm bacteriano y su interacción con el material

médico. BEHA. Boletín de Epidemiología Hospitalaria y Control deInfecciones del Hospital Alemán. Año V. Nº 14. Nov. 2002. Pág.1-7. Buenos Aires.

- Vandaux P., Francois P.,Lew D., Waldvogel F. Host FactorsPredisposing to and Influencing Therapy of Foreign BodyInfections in : Infections associated with indwelling medicaldevices. Eds. Waldvogel, Francis and Bisno, Alan, Third Edition.ASM Press. Chapter 1. Pág.1 –26. Washington DC. 2000.

- Foster T., Höök, M. Molecular basis of adherence of Staphylococ-cus aureus to biomaterials in : Infections associated withindwelling medical devices. Eds. Waldvogel, Francis and Bisno,Alan, Third Edition. ASM Press. Chapter 2. Pág. 27 - 39. Washing-ton DC. 2000.


biofilms. un nuevo desafio en el control de las ... · están en actividad, replicándose. (figura...

Documents