Introducción a antimicrobianos


Las enfermedades provocadas por organismos vivos pueden modificarse favorablemente por medio de agentes farmacológicos que actúan sobre el microorganismo sensible, dificultando su desarrollo o destruyéndolo, tales fármacos son los llamados antiinfecciosos o antimicrobianos, que pueden ser locales o generales. Dentro de estos últimos están comprendidos los antibióticos. Un antibiótico o quimioterápico antibiótico es una sustancia derivada o producida por microorganismos que tiene la capacidad a bajas concentraciones, de inhibir el crecimiento o matar las bacterias u otros microorganismos. Como derivan de microorganismos, se excluyen sustancias de vegetales superiores tipo alcaloide como la emetina y la quinina, que son quimioterápicos no antibióticos, y como actúan a bajas concentraciones, se diferencian de los antisépticos como el alcohol, que es formado por levaduras microscópicas. De acuerdo a su espectro en los diferentes grupos bacterianos, los antibióticos son de reducido o amplio espectro. Los de espectro reducido tienen actividad limitada a pocos grupos de microorganismos, por ejemplo, bacterias grampositivas y gramnegativas, abarcando un número pequeño de especies de los mismos y siendo bactericidas. Por el contrario, los de amplio espectro poseen actividad antimicrobiana sobre múltiples grupos de microorganismos, por ejemplo, grampositivos, gramnegativos, espiroquetas, rickettsias, micoplasmas, clamidias, abarcando un gran número de especies en estos grupos y siendo predominantemente bacteriostáticos.

Generalidades sobre Antimicrobianos.

Las enfermedades provocadas por organismos vivos pueden modificarse favorablemente por medio de agentes farmacológicos que actúan sobre el microorganismo sensible, dificultando su desarrollo o destruyéndolo, tales fármacos son los llamados antiinfecciosos o antimicrobianos. 
Hay un grupo de agentes con acción local constituyen el grupo de los antisépticos, con acción sobre bacterias, virus, espiroquetas, protozoarios y hongos. Así mismo se encuentran las sustancias con acción destructora sobre insectos y ácaros, que se denominan parasiticidas externos o ectoparasiticidasDe otra parte, se encuentran los antiinfecciosos generales sistémicos (que se distribuyen por todo el organismo), cuya condición particular es que penetran al sitio donde deben destruír específicamente un microorganismo dado, sin ejercer efectos tóxicos sobre el huésped. Tales antiinfecciosos sistémicos con una composición definida, son los quimioterápicos.

Definición de quimioterapia antimicrobiana

La quimioterapia consiste en el empleo de sustancias químicas en el tratamiento de las enfermedades. Es la rama de la farmacología que se ocupa del estudio de sustancias de composición química definida que introducidas en el organismo son capaces de lesionar o destruír específicamente agentes patógenos vivos, careciendo simultáneamente de efectos tóxicos sobre el huésped. Se subraya que a diferencia de los antisépticos, estos agentes quimioterápicos deben ser introducidos en el organismo. Además tienen alta afinidad por los microorganismos y baja por el organismo, lo cual sustenta el principio de la toxicidad selectiva.

Definición de antibiótico

Un antibiótico o quimioterápico antibiótico, es una sustancia derivada o producida por microorganismos que tiene la capacidad a bajas concentraciones, de inhibir el crecimiento o matar las bacterias u otros microorganismos. Como derivan de microorganismos, se excluyen sustancias de vegetales superiores tipo alcaloide como la emetina y la quinina, que son quimioterápicos no antibióticos, y como actúan a bajas concentraciones, se diferencian de los antisépticos como el alcohol, que es formado por levaduras microscópicas.
Después del éxito espectacular de la penicilina en la década de los cuarenta, se han intentado aislar antibióticos de diversas bacterias y de hecho, se han descrito miles de sustancias activas antibacterianas, aunque la mayoría carece de utilidad clínica porque son tóxicas o inactivas para el organismo.

Clasificación de los antibióticos según su espectro

Se clasifican en antibióticos de espectro reducido y de amplio espectro.

Los antibióticos de espectro reducido se refieren a aquellos con actividad antimicrobiana limitada a pocos grupos de microorganismos, por ejemplo, bacterias grampositivas y gramnegativas, abarcando un número pequeño de especies de los mismos y siendo bactericidas.
Los antibióticos de amplio espectro son aquellos que poseen actividad antimicrobiana sobre múltiples grupos de microorganismos, por ejemplo, grampositivos, gramnegativos, espiroquetas, rickettsias, micoplasmas, clamidias, abarcando un gran número de especies en estos grupos y siendopredominantemente bacteriostáticos.

Mecanismos de acción antibacteriana

Las drogas quimioterápicas antibióticas y no antibióticas son generalmente bacteriostáticas. La bacteriostasis se refiere a cuando una sustancia impide el crecimiento (lo cual equivale a evitar la multiplicación de las bacterias), crecimiento que se reanuda cuando se retira el fármaco. Cabe observar que la mayoría de las sustancias bactericidas a bajas concentraciones se comportan como bacteriostáticas, con lo cual dichos bacteriostáticos actúan como antisépticos, pero no pueden ser empleados en tejidos vivos porque también los lesionan, por lo cual solamente se pueden usar en la piel y las mucosas. En la figura  a continuación se ilustra el mecanismo de acción de los antibióticos en cuanto a bactericidas y bacteriostáticos. Debe destacarse que una inhibición prolongada del crecimiento ocasiona la muerte bacteriana, aún normalmente en la tercera fase o fase estacionaria del crecimiento bacteriano, con lo cual un mayor número de bacterias perderán la viabilidad y pasarán a estar en fase 4.
 

Diferencias en los mecanismos de los antibióticos bactericidas y bacteriostáticos.   

Las bacteriostasis suele ser suficiente para que el organismo se cure del proceso infeccioso,siempre y cuando sus mecanismos de defensa naturales tengan un funcionamiento normal.
La comprensión de la estructura de la pared celular ayuda a comprender las diferencias en la sensibilidad a los antiinfecciosos: por ejemplo, la capa exterior de los gramnegativos es fácilmente permeable a moléculas hidrófilas con peso menor a los 150 Dalton.
En la figura  a continuación se muestran los diferentes blancos celulares en los cuales actúan los antibióticos. A continuación, se describen brevemente los mecanismos de acción contra los microorganismos.

Alteración de la membrana celular: se producen alteraciones de la permeabilidad a elementos nutritivos como proteínas, además de nucleótidos, lo cual es incompatibles con la vida de la bacteria.
Inhibición de la síntesis de los ácidos nucleicos: con lo cual se impide el desarrollo microbiano, por ejemplo, las quinolonas al inhibir la enzima ADN-girasa.
Antimetabolitos: en este caso, la droga interfiere con la utilización de un metabolito esencial. En la figura a continuación se ilustran los efectos antimetabolito de la sulfas o sulfonamidas.

Efecto antimetabolito de las sulfonamidas.

Inhibición de la síntesis de las proteínas: con lo cual se altera la maquinaria enzimática indispensable para la vida celular.

Mecanismo de acción de los macrólidos para inhibir la síntesis de proteínas        

En la gráfica se observa como se van formando paso a paso los polipéptidos, por ensamblaje de varios aminoácidos: cuando llega un nuevo aminoácido unido a un ARN de transferencia al sitio aceptor de la subunidad 50S ribosomal, la secuencia peptídica presente en el sitio donador de esta subunidad, se ensambla al nuevo aminoácido, dando origen a un complejo peptidil ARNt: para que se repita el ciclo nuevamente, el peptidil ARNt debe pasar nuevamente al sitio donador, fenómeno conocido como transpeptidación. Los macrólidos al unirse a la subunidad 50S, evitan la transpeptidación.

Inhibición de la síntesis de la pared celular: cuando la pared no se forma por el impedimento en la síntesis de mucopéptido, la célula bacteriana al momento de su división por fisión binaria, explota por la elevada presión osmótica de su interior de aproximadamente 25 atmósferas. Los agentes betalactámicos al interferir con la síntesis de la pared bacteriana, ocasionan cambios morfológicos ilustrados  a continuación

¿Cuando se considera muerto un microorganismo?

El concepto microbiológico de muerte celular es la incapacidad irreversible de reproducción, lo cual significa que al no poderse reproducir esta célula bacteriana es incapaz de producir una coloniaen un medio de cultivo.

Mecanismos de resistencia bacteriana a los antiinfecciosos.

Algunas especies bacterianas son naturalmente resistentes a ciertos antibióticos porque poseen una pared celular que es impenetrable para los antibióticos y otras veces porque cuenta con rutas metabólicas en los que los antibióticos no ejercen influencia. Esta es la llamada falta de susceptibilidad, mal llamada resistencia natural. La resistencia propiamente dicha es la adquirida, lo cual se refiere a la ausencia de susceptibilidad a un antibiótico al que era previamente susceptible, por mutación, es decir cambios en el ADN que la bacteria puede transmitir a sus descendientes. La resistencia adquirida se manifiesta por medio de:
  • Alteración de la permeabilidad o el transporte de antibióticos a través de la pared celular.
  • Aumento de la producción de metabolitos esenciales.
  • Síntesis de una proteína alterada en ligar de la normalmente involucrada en la actividad de un antibiótico.
  • Producción de una enzima que destruye el antibiótico, por ejemplo betalactamasas, que pueden penicilinasas y cefalosporinasas.

Métodos de estudio de los quimioterápicos

Para estudiar estos fármacos existen procedimientos in vitro in vivo en los animales y el humano, siendo aplicables tanto a los antibióticos como a los no-antibióticos.

Métodos in vitro

El antibiograma que es el método por excelencia, determina la susceptibilidad antimicrobiana es decir, los efectos de los fármacos sobre los cultivos de microorganismos o bacterias y así puede estudiarse la acción bacteriostática –detención del crecimiento- y bactericida –muerte de los gérmenes- aunque en general se acostumbra a estudiar la primera. En esta forma se determina elespectro antimicrobiano, es decir, el conjunto de microorganismos susceptibles o sensibles a la droga.
El procedimiento más empleado en clínica es utilizar discos de papel de filtro impregnados con el fármaco que se colocan en el cultivo sólido, donde el efecto antimicrobiano de tipo bacteriostático se mide por la zona de inhibición de crecimiento producida; este es el llamado método del disco, que es correlacionable con las concentraciones inhibitorias mínimas o CIM.
Otro método comprende el de dilución en caldo o turbidimetría, en el cual se colocan cantidades definidas de microorganismos en tubos con caldo, simultáneamente con soluciones de droga en progresión geométrica. El crecimiento bacteriano provoca turbidez del caldo y si no existe crecimiento el líquido queda claro. El grado de turbidez se puede medir por espectrofotómetro -razón del nombre de turbidimetría- y la CIM es la concentración del fármaco en el tubo SIN TURBIDEZ. También por turbidimetría es posible determinar la existencia de sinergismo o antagonismo en los quimioterápicos.

Métodos in vivo

Estos permiten el estudio de fármacos en infecciones experimentales y sirven para determinar la afinidad del fármaco por el microorganismo y por los órganos del huésped y por ende, determinar la ausencia o no de toxicidad.

Definición de algunos términos relacionados con la farmacodinamia antibacteriana.

Concentración Inhibitoria Mínima (CIM)

Se ha definido como “la más baja concentración del agente antimicrobiano que evita el desarrollo de turbidez luego de incubación durante una noche de un inóculo de 105 -10organismos por ml.” Adicionalmente, se considera que un microorganismo es sensible a un antimicrobiano cuando la CIM es menor a la cuarta parte del máximo nivel sérico obtenible del antimicrobiano. 
Paradójicamente, existen casos en que se produce mejoría de infección a pesar de CIM subterapeúticas, lo cual se explica porque el antibiótico a CIM subinhibitorias o inferiores a las esperadas estimula la fagocitosis.

Concentración Bactericida Mínima (CBM)

Es la concentración más pequeña de antibiótico que resulta en una disminución del 99.9% del número de bacterias, luego de incubar durante una noche. Generalmente la CBM no es útil como método clínico, excepto en el caso de una infección llamada endocarditis bacteriana. Frecuentemente la CIM coincide con la CBM, de modo que la CIM es más tenida en cuenta por ser más fácil de determinar.


Concentración Antibiótica Mínima (CAM)

Es la presencia residual de antibiótico en la sangre con niveles por debajo de la CIM.

¿En qué consiste el Efecto Post-Antibiótico (EPA)?

Se define EPA como la supresión del crecimiento bacteriano que persiste después de la exposición de microorganismos a un antimicrobiano. El EPA es uno de los principales parámetros considerados dentro de la farmacodinamia de los antibióticos, ocurre por alguna forma de daño no letal a los microorganismos (lo cual significa que el EPA no es bactericida), o por la persistencia de droga en algún sitio de unión a la bacteria, que la deja incapacitada para su reproducción en tanto que dura el efecto.

El EPA solo se obtiene si se alcanzan previamente concentraciones mayores o iguales a la CIM.

Ventajas que ofrece EPA

Las siguientes son las ventajas del efecto pos-antibiótico:

  • Posibilita una administración espaciada.
  • Mantiene igual eficacia antimicrobiana cuando los niveles caen por debajo de la CIM.
  • Disminuye los efectos adversos.
  • Mejora el cumplimiento del paciente.
  • Mayor farmacoeconomía al disminuír número de dosis e incidencia de morbilidad asociada al fármaco.


Sinergismo y antagonismo entre antimicrobianos

El sinergismo de la acción antibiótica usualmente se define por una mayor acción antimicrobiana de una combinación de antibióticos, cuando se compara frente al efecto antimicrobiano de cada fármaco por separado. El sinergismo ocurre cuando las CIM de cada antibiótico en combinación se reducen al 25% de la de cada antibiótico por separado, lo cual significa que un fármaco afecta al microorganismo con un mecanismo tal que se vuelve más sensible al efecto bloqueador del otro. El antagonismo se define por la duplicación de las CIM de los antibióticos en combinación frente a su uso por separado.
Como regla general para antagonismos: los antibióticos bacteriostáticos (como tetraciclina, eritromicina, cloranfenicol) a menudo antagonizan la acción de otro bactericida (como betalactámicos, vancomicina, aminoglucósidos) porque los bacteriostáticos inhiben la división celular, proceso que es necesario que ocurra para que se dé el efecto bactericida; dos fármacos bactericidas puede hacer sinergia.


Definición de otros términos


Desinfectante: sustancia que mata los microorganismos en objetos inanimados.

Antiséptico: sustancia que mata los microorganismos o impide su crecimiento en tejidos vivos.

Mecanismo de acción de antivirales

Muchos de los compuestos terapéuticos asequibles actúan interrumpiendo alguna de las fases de infección y replicación (reproducción de los componentes virales dentro de la célula infectada).
Los antirretrovirales inhiben la polimerasa de ADN dependiente de ARN o transcriptasa reversa del virus de inmunodeficiencia humana.

Mecanismo de acción de antifúngicos

La falta de ergosterol en la pared celular ocasiona depleción de esteroles esenciales y acumulo de esteroles no funcionales, con lo cual se producen los siguientes fenómenos en la membrana:

  • Fluidez anormal.
  • Trastorno de las enzimas ligadas a la membrana
  • Aumento de la actividad de quitina sintetasa

Como resultado del funcionalismo anormal de la membrana se producen anormalidades de las enzimas mitocondriales, e inducción de septación anormal, con lo cual se produce la inhibición del crecimiento.


Mecanismo de acción de antipalúdicos

Las aminoquinolinas dañan membranas, a altas dosis se intercala con ADN parasitario, inhiben enzimas como proteasas de hemoglobina. Además, Interfiere con función mitocondrial y altera la síntesis de pirimidinas. Otros, como la sulfapirimetamina alteran la vía metabólica de la dihidrofolato reductasa, con lo cual bloquean la reproducción del parásito.


Mecanismo de antihelmínticos

Los antihelmínticos alteran el metabolismo disminuyendo el transporte de glucosa y mermando la energía del parásito por medio de desacoplamiento de fosforilación oxidativa. Adicionalmente cusan parálisis muscular del parásito.

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