Antimicrobian resistance patterns in uropathogens of hospitalized patients

Abstract
Background: The etiology of infections of the urinary tractus has been established for decades, but nevertheless the increasing augment of bacterian resistance has greatly changed its sensitive/resistance pattern, thus leaving few therapeutic margins for its empirical treatment. Due to the multiresistance of uropathogens to different families of antibiotics -even counting with the microbiologic study mostly at hospital level- their mechanisms are most of the time related with the combination of different resistant mechanisms, as among them for example, the production of betalactamasas of an extended spectrum (BLEEs) by enterobacteria, which constitutes an emergent sanitary problem at present. Objective: To determine antimicrobian resistance pattern in uropathogens in hospitalized for a 3-year period. Methods: The samples to Urocultive were processed by Diramic-10 semiautomatic system. The identification of microorganism was conduced following the CLSI (Clinical and Laboratory Standards Institute) norms, the appraisal of the antimicrobian susceptibility was performed by 6.0 Diramic System. Results: 25.6% of samples were positive, E. coli continues to be the aislated microorganism with a greater frequency in hospitalized patients, presented seven resistance patterns with combinations worthy of mentioning, is the high resistance to ciprofloxacin (70-83%), where 45% of strains to 4 or more antimicrobians were observed. Conclusion: The treatment of urinary infections due to multirresistant germs, constitutes a difficult therapeutic handling at the moment, by a significant reduction of the sensitiveness to antibiotic in circulating uropathogens and great variability in the resistance pattern an issue that presupposes a change in the diagnosis strategy for the microbiology laboratory and the policy to be followed by the institutions with antimicrobians.

Key words
Escherichia coli, antimicrobian resistance, uropathogens, urinary infection, resistance pattern

Artículo completo
Introducción

El surgimiento de infecciones resistentes a los antibióticos está llegando a niveles sin precedentes y nos estamos quedando sin medicamentos efectivos para combatirlas, lo que constituye un grave problema de salud en la actualidad. Es generalmente en el medio hospitalario, donde la aparición de cepas bacterianas multirresistentes genera una gran morbilidad y mortalidad, entre las cuales tienen una alta incidencia y prevalencia las infecciones del tracto urinario (ITU).
A pesar de que la etiología de estas infecciones ha sido bien establecida durante décadas, el aumento creciente de la resistencia ha cambiado mucho su patrón de sensibilidad/resistencia, lo que deja poco margen para su tratamiento empírico, aun contando con estudios microbiológicos. Esto se debe al aumento de los factores de riesgo en el medio hospitalario, al grado de virulencia de los microorganismos, a la presencia de sistemas de drenajes o sondas del tracto urinario utilizadas para diagnóstico o procedimientos terapéuticos, a anormalidades anatómicas y funcionales y a otras enfermedades de base que los pacientes pueden presentar.¹ Todo esto influye en el incremento de las tasas de infección nosocomial y el consumo de antibióticos crea una presión selectiva² que genera diferentes mecanismos de resistencia de las poblaciones bacterianas.

Tipos de resistencia

La adquisición de material genético por las bacterias susceptibles a los antibióticos procedentes de bacterias con resistencia se produce a través de conjugación, transformación o transducción con trasposones, que a menudo facilitan la incorporación de genes de resistencia múltiple al genoma o plásmido. En el caso de la resistencia natural, todas las bacterias de la misma especie son resistentes a algunas familias de antimicrobianos, eso les permite tener ventajas competitivas con respecto a otras cepas y pueden sobrevivir en caso que se emplee ese antimicrobiano.³
La aparición de la resistencia en una bacteria se produce a través de mutaciones (cambios en las secuencias de bases de los cromosomas) y por la transmisión de material genético extracromosómico procedente de otras bacterias. En el primer caso, la resistencia se trasmite de forma vertical de generación en generación. En el segundo, la transferencia de genes se realiza horizontalmente a través de plásmidos u otro material genético movible como integrones y trasposones; esto último no sólo permite la trasmisión a otras generaciones, sino también a otras especies bacterianas. De esta forma, una bacteria puede tener resistencia adquirida a uno o varios antimicrobianos, sin necesidad de haber estado en contacto con ellos.⁴

Mecanismos de resistencia

Las bacterias han desarrollado varios mecanismos para resistir la acción de los antimicrobianos. El primero de ellos es a través de un sistema de expulsión activa del antibiótico, una especie de bomba expulsora que utilizan las bacterias para la excreción de productos residuales o tóxicos, con la que puede eliminar además muchos de estos agentes antibacterianos. El segundo se realiza mediante la disminución de la permeabilidad de la pared bacteriana, con la pérdida o modificación de los canales de entrada (porinas).

La producción de enzimas inactivantes de los antimicrobianos constituye el tercer mecanismo; de esta forma son inhibidos los aminoglucósidos, el cloranfenicol y el caso más típico, el de los betalactámicos, cuya resistencia bacteriana se produce cuando el germen modifica la proteína diana, cambia su función o produce enzimas distintas.³
Existen otros menos explorados, como el relacionado con la producción de biopelículas. Se ha postulado que las células bacterianas encajadas en matrices de polisacáridos que constituyen la biopelícula son menos accesibles a la difusión del antimicrobiano.⁵ La segunda razón es que se trata de una forma de indiferencia al fármaco a causa de los nutrientes y otras limitantes, pues muchas células bacterianas dentro de la biopelícula no se replican ni metabolizan lo suficiente para que el antibiótico funcione de manera eficaz.⁶ La tercera hipótesis, y actualmente la más apoyada, es que las bacterias dentro de las biopelículas se mantienen en estado refractario a los antimicrobianos; es decir una combinación de indiferencia y persistencia.⁷

Resistencia antimicrobiana

Existen una gran variabilidad de patrones de resistencia natural en las enterobacterias. Las quinolonas y fluoroquinolonas tienen actividad antimicrobiana basada en la inhibición de la topoisomerasa Ia, topoisomerasa II o ADN-girasa y la topoisomerasa IV.^8-10 Las bacterias desarrollan resistencia a las quinolonas a través de dos mecanismos básicos: el primero, incluye mutaciones cromosómicas que alteran la molécula de ADN girasa, enzima necesaria para la replicación y reparación del ADN bacteriano y blanco de acción de las quinolonas. El segundo mecanismo involucra mutaciones que alteran la estructura de la membrana externa, disminuyendo su permeabilidad.¹¹
Se ha observado una reducción importante de la efectividad de las fluoroquinolonas en las ITU en la última década, ya que su uso indiscriminado en las infecciones urinarias no complicadas, así como en la atención primaria, ha incrementado la resistencia a las fluoroquinolonas en algunos países de Europa, Asia, Sudamérica y otras regiones,^12,13 lo que pone de manifiesto una combinación de varios mecanismos que actúan para producir un fenotipo resistente. Las mutaciones puntuales dentro de la ADN girasa causan una reducción de la afinidad de la enzima por el antibiótico, con ladisminución subsiguiente de la sensibilidad del patógeno al antimicrobiano. La topoisomerasa IV es un blanco secundario para la acción de las fluoroquinolonas en ausencia de una ADN girasa susceptible. Otras mutaciones afectan la acumulación intracelular del fármaco por alteración de la membrana celular, por ejemplo alterando la expresión de las proteínas de membrana, alteraciones del lipopolisacárido y/o expulsión del antibiótico de la célula bacteriana. Las mutaciones en la membrana celular tienden a conferir resistencia antimicrobiana múltiple a sustancias no relacionadas pero clínicamente importantes.¹⁴
Los aminoglucósidos son antimicrobianos bactericidas que inhiben la síntesis proteica al unirse al ribosoma, el mecanismo más importante de resistencia a los aminoglucósidos es la inactivación enzimática. Muchas enzimas destruyen el ribosoma en el sitio de entrada en la membrana citoplasmática; como este grupo de antimicrobianos difunde lentamente hacia el interior de la célula, son fácilmente inactivados por tres tipos de enzimas: las acetiltransferasas, que acetilan un grupo amino del antibiótico, las fosfotransferasas (APH) que fosforilan un grupo hidroxilo y, finalmente, las nucleotidiltransferasas (ANT) que adenilan también un grupo hidroxilo. Cada enzima reconoce un cierto número de aminoglucósidos, lo cual se traduce en un fenotipo de resistencia concreto.¹⁵
Las sulfonamidas y la trimetoprima son antimicrobianos bacteriostáticos que inhiben la síntesis del ácido fólico bacteriano, actúan secuencialmente en la síntesis de purinas. Su resistencia puede deberse a la adquisición de un plásmido que codifica para una dihidrofolato reductasa alterada.^16,17
Las penicilinas y cefalosporinas son antimicrobianos betalactámicos, bactericidas, ambos inhiben la síntesis de la pared celular al unirse a las proteinas ligadoras de penicilina (PBP o PLP). La resistencia a estos antimicrobianos esta dada por la enzima betalactamasa, cambios en las proteínas ligadoras de penicilina, alteración de la diana y expresión de bombas de eliminación activa. Ellos son inactivados por una gran variedad de enzimas betalactamasas, las cuales actúan en distintos sitios de la bacteria y tienen distinta especificidad. Con los betalactámicos, el microorganismo puede mostrar resistencia intrínseca por diferencias estructurales en las PBP, objetivos blanco de tales fármacos. También puede adquirir resistencia por la generación de PBP de alto peso molecular, con menor afinidad por el antibiótico; éste parece ser el factor más importante.¹⁸


Patrones de resistencia

Teniendo en cuenta la presión selectiva que ejerce el elevado consumo de antimicrobianos en nuestro entorno, es necesario actualizar los datos relativos a los patrones de resistencia bacteriana, ya que éstos pueden variar entre distintas zonas e incluso en una misma área geográfica con el paso del tiempo.¹⁹
La adquisición de multirresistencia puede llevar a la ineficacia de la mayoría de los antimicrobianos utilizados en la práctica clínica. En todos los casos se trata de material extracromosómico que la bacteria adquiere y que puede asimilar y perpetuar a su progenie, bien en forma de plásmido o incorporándolo en su cromosoma. Sin embargo, algunos patrones de resistencia vienen dados no por enzimas adquiridas, sino por mutaciones en los genes cromosómicos naturales de la especie, por lo general en la región del promotor o en los genes reguladores de su expresión.²⁰
La prevalencia creciente de resistencia hace imprescindible que para orientar racionalmente el tratamiento empírico de las infecciones urinarias tanto en la comunidad como en el medio hospitalario, el laboratorio de microbiología informe periódicamente a los clínicos los patrones de sensibilidad de las bacterias potencialmente causantes de infección en cada área geográfica.¹⁹
A pesar de los nuevos conocimientos tanto acerca de los factores relacionados con el huésped cómo en los relacionados con la biología bacteriana, las ITU aún nos enfrentan a numerosos problemas no resueltos relacionados con la resistencia bacteriana, que clínicamente se expresan por recurrencias/persistencias de la infección. Por lo tanto, es necesario un adecuado conocimiento no sólo del agente etiológico sino de cómo evoluciona el patrón de sensibilidad/resistencia en nuestro medio.²¹


Materiales y métodos

Se realizó un estudio prospectivo-retrospectivo a las muestras de orina recibidas en el Laboratorio de Microbiología del hospital CIMEQ en el período 2008-2010, procedentes de pacientes hospitalizados. Las muestras fueron procesadas por el sistema Diramic 10 para urocultivo. El criterio de infección del tracto urinario se basa en la detección de los cambios turbidimétricos que genera el crecimiento microbiano en el medio de cultivo. Este sistema Diramic consta de un programa automatizado basado en un sistema analítico de fluidos, el cual detecta crecimiento bacteriano utilizando un principio conductimétrico. El sistema emplea una bomba peristáltica seguida de un sensor de fluidos y un mininefelómetro de McFarland. La detección del crecimiento bacteriano se basa en los cambios de las características nefelométricas del caldo inoculado, evidenciados luego de su incubación durante 4 horas. Este sistema se utiliza tanto para la detección de crecimiento bacteriano en muestras de orina como para la realización de antibiogramas.²² Se siembra en placas con medio CLED y a partir del crecimiento puro de las colonias se efectúa la identificación de los microorganismos siguiendo las normas del Clinical and Laboratory Standars Institute (CLSI); el antibiograma realizado por el sistema Diramic utiliza discos comerciales impregnados con la materia prima conformando un set hospitalario para la evaluación de la susceptibilidad de las cepas aisladas.

Resultados y discusión

Los uropatógenos que se identificaron con mayor frecuencia en los pacientes hospitalizados (Figura 1), fueron las enterobacterias (representadas predominantemente por Escherichia coli, con el 75% de los aislamientos), aun con discreta disminución en relación con los aislamientos de pacientes ambulatorios (80%). Otro género identificado en el 7% de las muestras, Enterococcus, se ha convertido en uno de los patógenos nosocomiales de mayor importancia, con características especiales por su creciente resistencia a los antimicrobianos y su comportamiento clínico, que cursa con frecuentes episodios de bacteriemia,²³ seguido de un 8% de K. pneumoniae, 6% de K. ozoenae y 4% para P. mirabilis.






Las infecciones por E. coli se presentaron clínicamente como episodios de bacteriuria sintomática, infecciones persistentes o recaídas, infecciones del tracto urinario superior, sobre todo en pacientes con infecciones complicadas, por anormalidades anatómicas o funcionales, como la vejiga neurogénica, donde se describen aislamientos de dos cepas diferentes de E. coli, o en pacientes con internaciones prolongadas, varios episodios de UTI por diferentes enterobacterias (bacteriurias con cambio de germen), lo cual es una característica muy frecuente en servicios de pacientes con afecciones neurológicas.^2,24


Análisis de la susceptibilidad antimicrobiana

En el análisis de la resistencia in vitro de las cepas de E. coli aisladas en pacientes hospitalizados (Tabla 1) se pudo constatar que más del 70% de las cepas de E. coli aisladas en este período, fueron resistentes a ciprofloxacina, y se destaca que este porcentaje fue aumentando, desde estudios precedentes con un 55.5 %, hasta llegar en 2010 a un 83.1%. En un estudio multicéntrico realizado en Francia, la ciprofloxacina y otras fluoroquinolonas mostraron un buen comportamiento frente a E. Coli;²⁵ estas variaciones pueden mostrar los distintos hábitos de prescripción de antimicrobianos, lo que puede tener gran importancia, ya que demuestra cuánto han cambiado las características de los microorganismos que están asociados a las ITU en nuestro medio. De hecho, en varios países de América latina se informan tasas muy altas de resistencia a antimicrobianos, por producción de BLEE, incluso de infecciones procedentes de la comunidad, lo que constituye un hecho con importantes consecuencias clínicas, microbiológicas y epidemiológicas.²⁶







Se encontraron también elevados porcentajes de cepas de E. coli resistentes a las cefalosporinas de segunda, tercera y cuarta generación. El menor porcentaje de resistencia se informa frente a amikacina e imipenem. Todos estos antimicrobianos aumentaron su porcentaje de resistencia con respecto a años anteriores, y en el caso de la gentamicina, las cepas procedentes tanto de pacientes ambulatorios como hospitalizados, mantuvieron un similar comportamiento (35%-40% de resistencia). En sentido general, es preocupante la resistencia de los uropatógenos no sólo en el medio hospitalario, sino también en la comunidad. Si tenemos en cuenta que después de un período de hospitalización, los pacientes pueden continuar colonizados o tener recurrencias de los síntomas por dichos gérmenes al regresar a su medio, y éstos continúan circulando, creando además dificultades para su tratamiento si no se basa en estudios microbiológicos específicos y se toman las precauciones epidemiológicas necesarias. La ciprofloxacina, las sulfas y la gentamicina, han constituido una opción terapéutica frecuentemente utilizada para las UTI de la comunidad, que cada vez resultan menos eficaces; de hecho, se han estudiado y reportado cepas de E. coli productoras de BLEE aisladas en la comunidad.^20,27







Se identificaron 165 cepas de E. coli multirresistentes (CMR), aisladas del total de urocultivos: 50.9% procedentes de pacientes hospitalizados, que representan el 14.2%, 18.5% y 26.9% de las cepas multirresistentes de 2008, 2009 y 2010, respectivamente, en relación con el total de estudios realizados. El fenómeno de la multirresistencia observado en enterobacterias y, en este caso, en E. coli, puede llevar a la ineficacia de la mayoría de los antimicrobianos utilizados en la práctica clínica.²⁸
La emergencia de bacterias multirresistentes es un fenómeno que concierne tanto a la comunidad científica, como a quienes trabajan en la industria farmacéutica, así como a los clínicos que se enfrentan al fracaso en el tratamiento de enfermedades infecciosas, desde las unidades de cuidados intensivos, las salas de internación, así como en la comunidad. Los factores que se le atribuyen a este fenómeno son múltiples y complejos y dependen de la propia bacteria y de la presión selectiva que ejerce el uso de antibióticos sobre ellas, entre los más comunes.²⁹


Patrones de resistencia de las cepas aisladas de E. coli

De las 870 cepas de E. coli aisladas en urocultivos de los pacientes hospitalizados, 291 (33.4%) expresaron resistencia desde uno hasta siete antimicrobianos, que fueron divididos para su mejor comprensión, en 21 diferentes patrones (Tabla 2). El mayor número (160 cepas, 54.9%) presentaron patrones de resistencia desde uno a tres antibióticos, mientras que 131 cepas (45%), presentaron resistencia a entre cuatro y siete antimicrobianos. Como puede observarse, existe una gran variabilidad de los patrones de resistencia en este período, de donde se puede deducir que este comportamiento está expresando posiblemente la asociación de varios mecanismos de resistencia, ya sea producción de betalactamasas o alteraciones de la permeabilidad. La diseminación de la resistencia a cefalosporinas es más frecuentemente relacionada con plásmidos que contienen genes que codifican BLEE;³⁰ las mutaciones cromosómicas y/o alteraciones de la membrana externa dadas por la resistencia a las fluoroquinolonas, así como la acetilación enzimática que inactiva especialmente alguno de los aminoglucósidos.³¹






En los pacientes hospitalizados es habitual encontrar una mayor variabilidad de patrones de resistencia debido a que el intercambio de material genético en este ambiente entre poblaciones bacterianas permite el intercambio de características fenotípicas que originan la aparición de nuevas cepas, lo que les resulta ventajoso, especialmente si el ADN adquirido codifica la resistencia a los antimicrobianos.³²
El análisis de los patrones de resistencia a los antimicrobianos de uso frecuente debe ser un análisis periódico en los laboratorios de microbiología clínica, para poder establecer mejores estrategias de control de las cepas circulantes en el hospital con una adecuada lectura interpretada de los patrones de resistencia, y así poder llevar a cabo un seguimiento de determinadas betalactamasas capaces de difundir y producir brotes epidémicos.^26,32
El tratamiento de las infecciones urinarias por gérmenes multirresistentes constituye un problema de difícil manejo terapéutico en la actualidad, por una reducción significativa de la sensibilidad a los antibióticos en los uropatógenos circulantes, variabilidad en los patrones de resistencia, que presupone un cambio en la estrategia de diagnóstico para el laboratorio de microbiología y en la política con antimicrobianos para la institución.

Conclusiones y recomendaciones
Escherichia coli continúa siendo el uropatógeno que más frecuentemente circula en el medio hospitalario; sin embargo, los patrones de susceptibilidad/resistencia han variado mucho, por lo que cada vez es menos sensible a los antibióticos que clásicamente han sido de elección en las infecciones del tracto urinario, como los aminoglucósidos (gentamicina), las fluoroquinolonas (como la ciprofloxacina) e incluso a cefalosporinas como la cefuroxima o la ceftriaxona, combinando patrones de resistencia diversos, que sugieren la presencia de diferentes mecanismos de resistencia bacteriana. Este hecho limita las opciones terapéuticas, con frecuentes persistencias y recaídas de la enfermedad, que hacen necesario profundizar en su estudio a través de la epidemiología molecular de la resistencia. Es por tanto recomendable el estudio sistemático de los patrones de sensibilidad/resistencia de los gérmenes que circulan en el medio hospitalario (y también en la comunidad), a fin de trazar estrategias de tratamiento bien fundamentadas, evitar el uso empírico de antibióticos y realizar buenas prácticas de prescripción, incorporando a los laboratorios técnicas microbiológicas para estudiar los mecanismos de resistencia implicados, así como aumentar el arsenal terapéutico con nuevas familias de antibióticos, ya que la lucha contra el incremento de la resistencia es de todos, si no queremos quedarnos dentro de muy poco tiempo sin tratamientos efectivos para las infecciones urinarias.

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