Un antimicrobiano es un agente que mata microorganismos ( microbicida ) o detiene su crecimiento ( agente bacteriostático ). [1] Los medicamentos antimicrobianos se pueden agrupar según los microorganismos contra los que actúan principalmente. Por ejemplo, los antibióticos se utilizan contra las bacterias y los antifúngicos contra los hongos . También se pueden clasificar según su función. El uso de medicamentos antimicrobianos para tratar infecciones se conoce como quimioterapia antimicrobiana , mientras que el uso de medicamentos antimicrobianos para prevenir infecciones se conoce como profilaxis antimicrobiana . [2]
Las principales clases de agentes antimicrobianos son los desinfectantes (agentes no selectivos, como la lejía ), que matan una amplia gama de microbios en superficies no vivas para prevenir la propagación de enfermedades, los antisépticos (que se aplican al tejido vivo y ayudan a reducir la infección). durante la cirugía) y antibióticos (que destruyen los microorganismos dentro del cuerpo). El término antibiótico originalmente describía sólo aquellas formulaciones derivadas de microorganismos vivos pero ahora también se aplica a agentes sintéticos , como las sulfonamidas o las fluoroquinolonas . Aunque el término solía estar restringido a los antibacterianos (y los profesionales médicos y la literatura médica lo utilizan a menudo como sinónimo de ellos), su contexto se ha ampliado para incluir todos los antimicrobianos. Los agentes antibacterianos se pueden subdividir en agentes bactericidas , que matan las bacterias, y agentes bacteriostáticos , que ralentizan o detienen el crecimiento bacteriano. En respuesta, nuevos avances en las tecnologías antimicrobianas han dado lugar a soluciones que pueden ir más allá de la simple inhibición del crecimiento microbiano. En cambio, se han desarrollado ciertos tipos de medios porosos para matar los microbios al contacto. [3] El uso excesivo o incorrecto de los antimicrobianos puede conducir al desarrollo de resistencia a los antimicrobianos . [4]
El uso de antimicrobianos ha sido una práctica común durante al menos 2000 años. Los antiguos egipcios y los antiguos griegos utilizaban mohos específicos y extractos de plantas para tratar las infecciones. [5]
En el siglo XIX, microbiólogos como Louis Pasteur y Jules Francois Joubert observaron antagonismo entre algunas bacterias y discutieron las ventajas de controlar estas interacciones en medicina. [6] El trabajo de Louis Pasteur sobre fermentación y generación espontánea condujo a la distinción entre bacterias anaeróbicas y aeróbicas. La información recopilada por Pasteur llevó a Joseph Lister a incorporar métodos antisépticos, como la esterilización de instrumentos quirúrgicos y el desbridamiento de heridas en los procedimientos quirúrgicos. La implementación de estas técnicas antisépticas redujo drásticamente el número de infecciones y muertes posteriores asociadas con los procedimientos quirúrgicos. El trabajo de Louis Pasteur en microbiología también condujo al desarrollo de muchas vacunas para enfermedades potencialmente mortales como el ántrax y la rabia . [7] El 3 de septiembre de 1928, Alexander Fleming regresó de unas vacaciones y descubrió que una placa de Petri llena de estafilococos estaba separada en colonias debido al hongo antimicrobiano Penicillium rubens . Fleming y sus asociados lucharon por aislar el antimicrobiano, pero hicieron referencia a su potencial terapéutico en 1929 en el British Journal of Experimental Pathology . [8] En 1942, Howard Florey , Ernst Chain y Edward Abraham utilizaron el trabajo de Fleming para purificar y extraer penicilina para usos medicinales, lo que les valió el Premio Nobel de Medicina de 1945 . [9]
Los antibacterianos se utilizan para tratar infecciones bacterianas . Los antibióticos se clasifican generalmente en betalactámicos , macrólidos , quinolonas, tetraciclinas o aminoglucósidos . Su clasificación dentro de estas categorías depende de su espectro antimicrobiano, farmacodinamia y composición química. [10] El uso prolongado de ciertos antibacterianos puede disminuir la cantidad de bacterias entéricas , lo que puede tener un impacto negativo en la salud . El consumo de probióticos y una alimentación razonable pueden ayudar a reemplazar la flora intestinal destruida . Se pueden considerar los trasplantes de heces para pacientes que tienen dificultades para recuperarse de un tratamiento prolongado con antibióticos, como en el caso de infecciones recurrentes por Clostridioides difficile . [11] [12]
El descubrimiento, desarrollo y uso de antibacterianos durante el siglo XX han reducido la mortalidad por infecciones bacterianas. La era de los antibióticos comenzó con la aplicación terapéutica de las sulfonamidas en 1936, seguida de un período "dorado" de descubrimientos entre 1945 y 1970, aproximadamente, cuando se descubrieron y desarrollaron varios agentes estructuralmente diversos y muy eficaces. Desde 1980, la introducción de nuevos agentes antimicrobianos para uso clínico ha disminuido, en parte debido al enorme gasto que supone desarrollar y probar nuevos fármacos. [13] Paralelamente, ha habido un aumento alarmante en la resistencia antimicrobiana de bacterias, hongos, parásitos y algunos virus a múltiples agentes existentes. [14]
Los antibacterianos se encuentran entre los medicamentos más utilizados y entre los medicamentos que los médicos suelen utilizar indebidamente, por ejemplo, en las infecciones virales del tracto respiratorio . Como consecuencia del uso generalizado e imprudente de antibacterianos, se ha producido una aparición acelerada de patógenos resistentes a los antibióticos, lo que ha resultado en una grave amenaza para la salud pública mundial. El problema de la resistencia exige que se redoblen los esfuerzos para buscar agentes antibacterianos eficaces contra las bacterias patógenas resistentes a los antibacterianos actuales. Las posibles estrategias para lograr este objetivo incluyen un mayor muestreo de diversos entornos y la aplicación de la metagenómica para identificar compuestos bioactivos producidos por microorganismos actualmente desconocidos y no cultivados, así como el desarrollo de bibliotecas de moléculas pequeñas personalizadas para objetivos bacterianos. [15]
Los antifúngicos se utilizan para matar o prevenir un mayor crecimiento de hongos . En medicina, se utilizan como tratamiento para infecciones como el pie de atleta , la tiña y la candidiasis y funcionan aprovechando las diferencias entre las células de los mamíferos y las de los hongos. A diferencia de las bacterias, tanto los hongos como los humanos somos eucariotas . Por lo tanto, las células fúngicas y humanas son similares a nivel molecular, lo que hace más difícil encontrar un objetivo para atacar a un fármaco antifúngico que no exista también en el organismo huésped. En consecuencia, algunos de estos medicamentos suelen tener efectos secundarios . Algunos de estos efectos secundarios pueden poner en peligro la vida si el medicamento no se usa adecuadamente. [dieciséis]
Además de su uso en medicina, los antifúngicos se buscan con frecuencia para controlar el moho interior en materiales domésticos húmedos o mojados. El bicarbonato de sodio (bicarbonato de sodio) aplicado sobre las superficies actúa como antimicótico. Otra solución antimicótica que se aplica después o sin limpieza con soda es una mezcla de peróxido de hidrógeno y una fina capa superficial que neutraliza el moho y encapsula la superficie para evitar la liberación de esporas. Algunas pinturas también se fabrican con un agente antimicótico agregado para usar en áreas de alta humedad, como baños o cocinas. Otros tratamientos de superficie antifúngicos suelen contener variantes de metales que se sabe que suprimen el crecimiento de moho, por ejemplo, pigmentos o soluciones que contienen cobre , plata o zinc . Estas soluciones no suelen estar disponibles para el público en general debido a su toxicidad. [17]
Los medicamentos antivirales son una clase de medicamentos que se usan específicamente para tratar infecciones virales . Al igual que los antibióticos, los antivirales específicos se utilizan para virus específicos. Deben distinguirse de los viricidas , que desactivan activamente las partículas virales fuera del cuerpo. [18]
Muchos medicamentos antivirales están diseñados para tratar infecciones por retrovirus , incluido el VIH . Los medicamentos antirretrovirales importantes incluyen la clase de inhibidores de la proteasa . Los virus del herpes , más conocidos por causar herpes labial y herpes genital , generalmente se tratan con el análogo nucleósido aciclovir . La hepatitis viral es causada por cinco virus hepatotrópicos (EA) no relacionados y puede tratarse con medicamentos antivirales según el tipo de infección. Algunos virus de la influenza A y B se han vuelto resistentes a los inhibidores de la neuraminidasa como el oseltamivir y continúa la búsqueda de nuevas sustancias. [19]
Los antiparasitarios son una clase de medicamentos indicados para el tratamiento de enfermedades infecciosas como la leishmaniasis , la malaria y la enfermedad de Chagas , que son causadas por parásitos como nematodos , cestodos , trematodos y protozoos infecciosos . Los medicamentos antiparasitarios incluyen metronidazol , yodoquinol y albendazol . [10] Como todos los antimicrobianos terapéuticos, deben matar al organismo infectante sin causar daños graves al huésped. [20]
Las terapias de amplio espectro son activas contra múltiples clases de patógenos. Estas terapias se han sugerido como posibles tratamientos de emergencia para pandemias . [21] [ se necesita una mejor fuente ]
Como antimicrobianos se utiliza una amplia gama de compuestos químicos y naturales. Los ácidos orgánicos y sus sales se utilizan ampliamente en productos alimenticios, por ejemplo, ácido láctico , ácido cítrico , ácido acético , ya sea como ingredientes o como desinfectantes. Por ejemplo, las canales de carne de res a menudo se rocían con ácidos y luego se enjuagan o se cuecen al vapor para reducir la prevalencia de Escherichia coli . [22]
Los cationes de metales pesados como Hg 2+ y Pb 2+ tienen actividades antimicrobianas, pero pueden ser tóxicos. En los últimos años se ha investigado la actividad antimicrobiana de los compuestos de coordinación. [23] [24] [25] [26]
Los herbolarios tradicionales utilizaban plantas para tratar enfermedades infecciosas. Se ha investigado científicamente la actividad antimicrobiana de muchas de estas plantas y se ha demostrado que algunos productos vegetales inhiben el crecimiento de microorganismos patógenos. Varios de estos agentes parecen tener estructuras y modos de acción distintos de los de los antibióticos que se utilizan actualmente, lo que sugiere que la resistencia cruzada con agentes que ya se utilizan puede ser mínima. [27]
Las superficies de aleación de cobre tienen propiedades antimicrobianas intrínsecas naturales y pueden matar microorganismos como E. coli y Staphylococcus . [28] [29] La Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos aprobó el registro de superficies de aleaciones de cobre antimicrobianas para su uso además de la limpieza y desinfección periódicas para controlar infecciones. [29] [30] Se están instalando aleaciones de cobre antimicrobianas en algunas instalaciones sanitarias y sistemas de transporte subterráneo como medida de higiene pública. [29] Las nanopartículas de cobre están atrayendo interés por sus comportamientos antimicrobianos intrínsecos. [31]
Se afirma que muchos aceites esenciales incluidos en las farmacopeas a base de hierbas poseen actividad antimicrobiana, siendo los aceites de laurel , canela , clavo y tomillo los más potentes en estudios con patógenos bacterianos transmitidos por los alimentos . [32] [33] El aceite de coco también es conocido por sus propiedades antimicrobianas. [34] Los componentes activos incluyen terpenoides y metabolitos secundarios . [35] [36] A pesar de su uso frecuente en la medicina alternativa , los aceites esenciales han tenido un uso limitado en la medicina convencional. Si bien entre el 25 y el 50% de los compuestos farmacéuticos son de origen vegetal, ninguno se utiliza como antimicrobiano, aunque se han realizado más investigaciones en esta dirección. [37] Las barreras para un mayor uso en la medicina convencional incluyen una supervisión regulatoria y un control de calidad deficientes, productos mal etiquetados o identificados y modos de entrega limitados. [38]
Según la Agencia de Protección Ambiental de EE. UU. (EPA), y definidos por la Ley Federal de Insecticidas, Fungicidas y Rodenticidas , los pesticidas antimicrobianos se utilizan para controlar el crecimiento de microbios mediante desinfección, saneamiento o reducción del desarrollo y para proteger objetos inanimados, procesos industriales. o sistemas, superficies, agua u otras sustancias químicas por contaminación, incrustaciones o deterioro causado por bacterias, virus, hongos, protozoos, algas o limo. [39] La EPA monitorea productos, como desinfectantes/sanitizantes para uso en hospitales o hogares, para determinar su eficacia. [40] Por lo tanto, los productos destinados a la salud pública están bajo este sistema de monitoreo, incluidos los productos utilizados para agua potable, piscinas, saneamiento de alimentos y otras superficies ambientales. Estos productos pesticidas están registrados bajo la premisa de que, cuando se usan adecuadamente, no presentan efectos secundarios irrazonables para los humanos o el medio ambiente. Incluso una vez que ciertos productos están en el mercado, la EPA continúa monitoreándolos y evaluándolos para asegurarse de que mantengan su eficacia en la protección de la salud pública. [41]
Los productos de salud pública regulados por la EPA se dividen en tres categorías: [39]
Los pesticidas antimicrobianos tienen el potencial de ser un factor importante en la resistencia a los medicamentos. [42] Organizaciones como la Organización Mundial de la Salud piden una reducción significativa de su uso a nivel mundial para combatir esto. [43] Según un informe de 2010 de los Centros para el Control y la Prevención de Enfermedades , los trabajadores de la salud pueden tomar medidas para mejorar sus medidas de seguridad contra la exposición a pesticidas antimicrobianos. Se recomienda a los trabajadores que minimicen la exposición a estos agentes usando equipo de protección personal , como guantes y gafas de seguridad. Además, es importante seguir correctamente las instrucciones de manipulación, ya que así es como la EPA considera que su uso es seguro. Se debe educar a los empleados sobre los riesgos para la salud y alentarlos a buscar atención médica si ocurre una exposición. [44]
El ozono puede matar microorganismos en el aire, el agua y los equipos de proceso y se ha utilizado en entornos como ventilación por extracción de cocinas, cuartos de basura, trampas de grasa, plantas de biogás , plantas de tratamiento de aguas residuales , producción textil, cervecerías , lácteos , producción de alimentos e higiene, industrias farmacéuticas. , plantas embotelladoras, zoológicos, sistemas municipales de agua potable, piscinas y spas, y en el lavado de ropa y tratamiento de moho y olores internos. [45] [46]
Los exfoliantes antimicrobianos pueden reducir la acumulación de olores y manchas en los exfoliantes, lo que a su vez mejora su longevidad. Estos uniformes médicos también vienen en una variedad de colores y estilos. A medida que la tecnología antimicrobiana se desarrolla a un ritmo rápido, estos exfoliantes están disponibles y cada año llegan al mercado versiones más avanzadas. [47] Estas bacterias podrían luego propagarse a escritorios de oficina, salas de descanso, computadoras y otras tecnologías compartidas. Esto puede provocar brotes e infecciones como MRSA, cuyos tratamientos le cuestan a la industria de la salud 20 mil millones de dólares al año.
Elementos como el cloro, el yodo, el flúor y el bromo son de naturaleza no metálica y constituyen la familia de los halógenos. Cada uno de estos halógenos tiene un efecto antimicrobiano diferente que está influenciado por diversos factores como el pH, la temperatura, el tiempo de contacto y el tipo de microorganismo. El cloro y el yodo son los dos antimicrobianos más utilizados. El cloro se utiliza ampliamente como desinfectante en las plantas de tratamiento de agua y en las industrias farmacéutica y alimentaria. En las plantas de tratamiento de aguas residuales, el cloro se utiliza mucho como desinfectante. Oxida contaminantes solubles y mata bacterias y virus. También es muy eficaz contra las esporas bacterianas. El modo de acción es rompiendo los enlaces presentes en estos microorganismos. Cuando una enzima bacteriana entra en contacto con un compuesto que contiene cloro, el átomo de hidrógeno de esa molécula se desplaza y se reemplaza con cloro. Por tanto, esto cambia la función de la enzima, lo que a su vez conduce a la muerte de la bacteria. El yodo se utiliza más comúnmente para la esterilización y limpieza de heridas. Los tres principales compuestos antimicrobianos que contienen yodo son una solución de alcohol y yodo, una solución acuosa de yodo y yodóforos. Los yodóforos son más bactericidas y se utilizan como antisépticos ya que resultan menos irritantes cuando se aplican sobre la piel. Las esporas bacterianas, por otro lado, no pueden ser eliminadas por el yodo, pero sí pueden ser inhibidas por los yodóforos. El crecimiento de microorganismos se inhibe cuando el yodo penetra en las células y oxida proteínas, material genético y ácidos grasos. El bromo también es un antimicrobiano eficaz que se utiliza en plantas de tratamiento de agua. Cuando se mezcla con cloro es muy eficaz contra esporas bacterianas como S. faecalis. [48]
Los alcoholes se utilizan comúnmente como desinfectantes y antisépticos. Los alcoholes matan las bacterias vegetativas, la mayoría de los virus y hongos. El alcohol etílico, el n-propanol y el alcohol isopropílico son los agentes antimicrobianos más utilizados. [49] El metanol también es un agente desinfectante, pero generalmente no se utiliza porque es muy venenoso. Escherichia coli , Salmonella y Staphylococcus aureus son algunas bacterias cuyo crecimiento puede ser inhibido por los alcoholes. Los alcoholes tienen una alta eficacia contra los virus envueltos (60-70% de alcohol etílico). El alcohol isopropílico al 70% o el etanol son muy eficaces como agentes antimicrobianos. En presencia de agua, el alcohol al 70% provoca la coagulación de las proteínas, inhibiendo así el crecimiento microbiano. Los alcoholes no son del todo eficaces cuando se trata de esporas. El modo de acción es desnaturalizando las proteínas. Los alcoholes interfieren con los enlaces de hidrógeno presentes en la estructura de las proteínas. Los alcoholes también disuelven las membranas lipídicas que están presentes en los microorganismos. [50] [51] La alteración de la membrana celular es otra propiedad de los alcoholes que ayudan en la muerte celular. Los alcoholes son antimicrobianos baratos y eficaces. Son ampliamente utilizados en la industria farmacéutica. Los alcoholes se utilizan comúnmente en desinfectantes, antisépticos y desinfectantes para manos.
El fenol, también conocido como ácido carbólico, fue uno de los primeros productos químicos que se utilizó como agente antimicrobiano. Tiene altas propiedades antisépticas. Es bacteriostático en concentraciones de 0,1% a 1% y es bactericida/fungicida a concentraciones de 1% a 2%. Una solución al 5% mata las esporas de ántrax en 48 horas. [52] Los fenoles se utilizan con mayor frecuencia en enjuagues bucales y agentes de limpieza domésticos. Son activos contra una amplia gama de bacterias, hongos y virus. Hoy en día se utilizan derivados del fenol como el timol y el cresol porque son menos tóxicos en comparación con el fenol. Estos compuestos fenólicos tienen un anillo de benceno junto con el grupo –OH incorporado en sus estructuras. Tienen una mayor actividad antimicrobiana. Estos compuestos inhiben el crecimiento microbiano precipitando proteínas que provocan su desnaturalización y penetrando en la membrana celular de los microorganismos y alterándola. Los compuestos fenólicos también pueden desactivar enzimas y dañar los aminoácidos en las células microbianas. Los fenólicos como el fenticloro, un agente antibacteriano y antifúngico, se utilizan como tratamiento oral para las infecciones por hongos. Trischlosan es muy eficaz contra bacterias grampositivas y gramnegativas. El hexaclorofeno (bisfenol) se utiliza como tensioactivo. Se utiliza ampliamente en jabones, jabones para manos y productos para la piel debido a sus propiedades antisépticas. También se utiliza como agente esterilizante. Cresol es un antimicrobiano eficaz y se utiliza ampliamente en enjuagues bucales y pastillas para la tos. Los fenólicos tienen una alta actividad antimicrobiana contra bacterias como Staphylococcus epidermidis y Pseudomonas aeruginosa. [53] Las soluciones de 2-fenilfenol en agua se utilizan en tratamientos de inmersión de frutas para envasado. (Sin embargo, no se utiliza en los materiales de embalaje ). Ihloff y Kalitzki 1961 encuentran una cantidad pequeña pero mensurable de restos en la piel de las frutas procesadas de esta manera. [54] : 193
Son muy eficaces contra bacterias, hongos y virus. Los aldehídos inhiben el crecimiento bacteriano al alterar la membrana externa. Se utilizan en la desinfección y esterilización de instrumentos quirúrgicos. Al ser altamente tóxicos no se utilizan en antisépticos. Actualmente, sólo tres compuestos de aldehídos tienen un uso práctico generalizado como biocidas desinfectantes: glutaraldehído, formaldehído y ortoftalaldehído (OPA), a pesar de la demostración de que muchos otros aldehídos poseen una buena actividad antimicrobiana. [55] Sin embargo, debido a su largo tiempo de contacto, comúnmente se prefieren otros desinfectantes.
Los microorganismos tienen una temperatura mínima, una óptima y una máxima para su crecimiento. [56] Tanto las temperaturas altas como las bajas se utilizan como agentes físicos de control. Diferentes organismos muestran diferentes grados de resistencia o susceptibilidad al calor o la temperatura; algunos organismos, como las endosporas bacterianas, son más resistentes, mientras que las células vegetativas son menos resistentes y mueren fácilmente a temperaturas más bajas. [57] Otro método que implica el uso de calor para matar microorganismos es la esterilización fraccionada. Este proceso implica la exposición a una temperatura de 100 grados centígrados durante una hora, cada vez durante varios días. [58] La esterilización fraccionada también se llama tindalización. Las endosporas bacterianas se pueden matar con este método. Tanto el calor seco como el húmedo son eficaces para eliminar la vida microbiana. Por ejemplo, los tarros que se utilizan para almacenar conservas como mermelada se pueden esterilizar calentándolos en un horno convencional . El calor también se utiliza en la pasteurización , un método para frenar el deterioro de alimentos como la leche, el queso, los jugos, los vinos y el vinagre. Dichos productos se calientan a una determinada temperatura durante un período de tiempo determinado, lo que reduce en gran medida la cantidad de microorganismos dañinos. La baja temperatura también se utiliza para inhibir la actividad microbiana al ralentizar el metabolismo microbiano. [59]
Los alimentos a menudo se irradian para matar patógenos dañinos . [60] Hay dos tipos de radiaciones que se utilizan para inhibir el crecimiento de microorganismos: radiaciones ionizantes y no ionizantes. [61] Las fuentes comunes de radiación utilizadas en la esterilización de alimentos incluyen el cobalto-60 (un emisor gamma ), haces de electrones y rayos X. [62] La luz ultravioleta también se utiliza para desinfectar el agua potable, tanto en sistemas de uso personal a pequeña escala como en sistemas comunitarios de purificación de agua a mayor escala. [63]
La desecación también se conoce como deshidratación. Es el estado de extrema sequedad o el proceso de extrema desecación. Algunos microorganismos como bacterias, levaduras y mohos requieren agua para su crecimiento. La desecación seca el contenido de agua, inhibiendo así el crecimiento microbiano. Cuando hay disponibilidad de agua, las bacterias reanudan su crecimiento, por lo que la desecación no inhibe completamente el crecimiento bacteriano. El instrumento utilizado para realizar este proceso se llama desecador. Este proceso es ampliamente utilizado en la industria alimentaria y es un método eficiente para la conservación de alimentos. La desecación también se utiliza ampliamente en la industria farmacéutica para almacenar vacunas y otros productos. [64]
Las superficies antimicrobianas están diseñadas para inhibir la capacidad de los microorganismos de crecer o dañarlos mediante procesos químicos ( toxicidad del cobre ) o físicos (micro/nanopilares para romper las paredes celulares). Estas superficies son especialmente importantes para la industria sanitaria. [65] El diseño de superficies antimicrobianas efectivas exige una comprensión profunda de los mecanismos iniciales de adhesión microbio-superficie. Para investigar estos mecanismos normalmente se utilizan la simulación de dinámica molecular y las imágenes de lapso de tiempo. [66]
La presión osmótica es la presión necesaria para evitar que un disolvente pase de una región de alta concentración a una región de baja concentración a través de una membrana semipermeable. Cuando la concentración de materiales disueltos o soluto es mayor dentro de la célula que en el exterior, se dice que la célula está en un ambiente hipotónico y el agua fluirá hacia la célula. [56] Cuando la bacteria se coloca en una solución hipertónica, provoca plasmólisis o contracción celular; de manera similar, en una solución hipotónica, las bacterias sufren plasmotisis o un estado turgente. Esta plasmólisis y plasmotisis mata las bacterias porque provoca un cambio en la presión osmótica. [67]
