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 antimicóticos 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 a los tejidos vivos y ayudan a reducir la infección durante la cirugía) y los antibióticos (que destruyen los microorganismos dentro del cuerpo). El término antibiótico originalmente describía solo 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 a menudo lo usan como sinónimo), 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, los avances adicionales en las tecnologías antimicrobianas han dado como resultado soluciones que pueden ir más allá de simplemente inhibir el crecimiento microbiano. En cambio, se han desarrollado ciertos tipos de medios porosos para matar microbios al contacto. [3] El uso excesivo o indebido de 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 griegos utilizaban mohos específicos y extractos de plantas para tratar infecciones. [5]
En el siglo XIX, microbiólogos como Louis Pasteur y Jules Francois Joubert observaron antagonismo entre algunas bacterias y discutieron los méritos de controlar estas interacciones en medicina. [6] El trabajo de Louis Pasteur en fermentación y generación espontánea condujo a la distinción entre bacterias anaeróbicas y aeróbicas. La información obtenida por Pasteur llevó a Joseph Lister a incorporar métodos antisépticos, como la esterilización de herramientas quirúrgicas 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 Staphylococcus 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 como betalactámicos , macrólidos , quinolonas, tetraciclinas o aminoglucósidos . Su clasificación dentro de estas categorías depende de sus espectros antimicrobianos, 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 . Los trasplantes de heces pueden considerarse para pacientes que tienen dificultades para recuperarse de un tratamiento antibiótico prolongado, como en el caso de infecciones recurrentes por Clostridioides difficile . [11] [12]
El descubrimiento, desarrollo y uso de antibacterianos durante el siglo XX ha reducido la mortalidad por infecciones bacterianas. La era de los antibióticos comenzó con la aplicación terapéutica de las sulfamidas en 1936, seguida de un período "dorado" de descubrimientos desde aproximadamente 1945 hasta 1970, cuando se descubrieron y desarrollaron varios agentes estructuralmente diversos y altamente efectivos. 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 medicamentos. [13] Al mismo tiempo, se ha producido un aumento alarmante de 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 que los médicos suelen utilizar incorrectamente, por ejemplo, en las infecciones virales del tracto respiratorio . Como consecuencia del uso generalizado e imprudente de los antibacterianos, se ha acelerado la aparición de patógenos resistentes a los antibióticos, lo que ha dado lugar a una grave amenaza para la salud pública mundial. El problema de la resistencia exige que se realice un esfuerzo renovado para buscar agentes antibacterianos eficaces contra las bacterias patógenas resistentes a los antibacterianos actuales. Las posibles estrategias para alcanzar 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 dianas bacterianas. [15]
Los antimicóticos se utilizan para matar o prevenir el 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 los hongos. A diferencia de las bacterias, tanto los hongos como los humanos son eucariotas . Por lo tanto, las células de los hongos y los humanos son similares a nivel molecular, lo que hace que sea más difícil encontrar un objetivo al que atacar un fármaco antimicótico que no exista también en el organismo huésped. En consecuencia, a menudo existen efectos secundarios para algunos de estos fármacos. Algunos de estos efectos secundarios pueden poner en peligro la vida si el fármaco no se utiliza correctamente. [16]
Además de su uso en medicina, los antimicóticos se buscan con frecuencia para controlar el moho en interiores en materiales húmedos o mojados del hogar. El bicarbonato de sodio (bicarbonato de sodio) aplicado a las superficies actúa como un antimicótico. Otra solución antimicótica aplicada después o sin el chorro de bicarbonato de sodio 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 añadido para su uso en zonas de alta humedad, como baños o cocinas. Otros tratamientos superficiales antimicóticos 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 utilizan 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 fármacos antivirales están diseñados para tratar infecciones por retrovirus , incluido el VIH . Los fármacos 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 dependiendo del tipo de infección. Algunos virus de influenza A y B se han vuelto resistentes a los inhibidores de la neuraminidasa como el oseltamivir , y la búsqueda de nuevas sustancias continúa. [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]
Los tratamientos de amplio espectro son activos contra múltiples clases de patógenos. Se han sugerido como posibles tratamientos de emergencia para pandemias . [21] [ Se necesita una mejor fuente ]
Se utiliza una amplia gama de compuestos químicos y naturales como antimicrobianos. 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 carcasas 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 Hg2 + y Pb2 + tienen actividad antimicrobiana, 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. Muchas de estas plantas han sido investigadas científicamente por su actividad antimicrobiana, 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 aleación de cobre antimicrobianas para su uso además de la limpieza y desinfección regulares para controlar infecciones. [29] [30] Las aleaciones de cobre antimicrobianas se están instalando en algunas instalaciones de atención médica y sistemas de tránsito subterráneo como una 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 herbarias poseen actividad antimicrobiana, y se informa que los aceites de laurel , canela , clavo y tomillo son los más potentes en estudios con patógenos bacterianos transmitidos por 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 predominante 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 derivados de plantas, ninguno se usa como antimicrobiano, aunque ha habido una mayor investigación 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 mal identificados y modos de administración limitados. [38]
Según la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (EPA), y según la definición de la Ley Federal de Insecticidas, Fungicidas y Rodenticidas , los pesticidas antimicrobianos se utilizan para controlar el crecimiento de microbios mediante la desinfección, el saneamiento o la reducción del desarrollo y para proteger objetos inanimados, procesos o sistemas industriales, superficies, agua u otras sustancias químicas de la contaminación, la suciedad o el deterioro causado por bacterias, virus, hongos, protozoos, algas o limo. [39] La EPA supervisa 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 sujetos a este sistema de monitoreo, incluidos los productos utilizados para el agua potable, las piscinas, el saneamiento de alimentos y otras superficies ambientales. Estos productos pesticidas están registrados bajo la premisa de que, cuando se usan correctamente, no demuestran 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 mantienen 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 utilizando equipos de protección personal, como guantes y gafas de seguridad. Además, es importante seguir las instrucciones de manipulación correctamente, ya que así es como la EPA ha considerado que su uso es seguro. Se debe educar a los empleados sobre los riesgos para la salud y alentarlos a buscar atención médica si se produce 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 de escape de cocinas, cuartos de basura, trampas de grasa, plantas de biogás , plantas de tratamiento de aguas residuales , producción textil, cervecerías , lecherías , 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 el tratamiento de moho y olores internos. [45] [46]
Los exfoliantes antimicrobianos pueden reducir la acumulación de olores y manchas en los uniformes, lo que a su vez mejora su longevidad. Estos uniformes también vienen en una variedad de colores y estilos. A medida que la tecnología antimicrobiana se desarrolla a un ritmo rápido, estos uniformes están fácilmente disponibles, y cada año aparecen en el mercado versiones más avanzadas. [47] Estas bacterias podrían luego propagarse a los escritorios de las oficinas, las salas de descanso, las computadoras y otros dispositivos tecnológicos compartidos. Esto puede provocar brotes e infecciones como el SAMR, cuyos tratamientos 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, las industrias farmacéutica y alimentaria. En las plantas de tratamiento de aguas residuales, el cloro se utiliza ampliamente como desinfectante. Oxida los contaminantes solubles y mata las bacterias y los 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 por cloro. 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 la limpieza de heridas. Los tres principales compuestos antimicrobianos que contienen yodo son la solución de alcohol yodada, una solución acuosa de yodo y los yodóforos. Los yodóforos son más bactericidas y se utilizan como antisépticos, ya que son menos irritantes cuando se aplican a la piel. Las esporas bacterianas, por otro lado, no pueden ser eliminadas por el yodo, pero 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 no se utiliza generalmente porque es muy venenoso. Escherichia coli , Salmonella y Staphylococcus aureus son algunas bacterias cuyo crecimiento puede inhibirse con alcoholes. Los alcoholes tienen una alta eficacia contra los virus con envoltura (alcohol etílico al 60-70%). El alcohol isopropílico al 70% o el etanol son muy eficaces como agente antimicrobiano. En presencia de agua, el alcohol al 70% provoca la coagulación de las proteínas, inhibiendo así el crecimiento microbiano. Los alcoholes no son muy 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 ruptura de la membrana celular es otra propiedad de los alcoholes que ayuda a la muerte celular. Los alcoholes son antimicrobianos económicos y eficaces. Se utilizan ampliamente en la industria farmacéutica. Los alcoholes se utilizan comúnmente en desinfectantes para manos, antisépticos y desinfectantes.
El fenol, también conocido como ácido carbólico, fue uno de los primeros productos químicos que se utilizaron como agente antimicrobiano. Tiene altas propiedades antisépticas. Es bacteriostático en concentraciones de 0,1% a 1% y es bactericida/fungicida al 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 de 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 al precipitar proteínas que conducen a su desnaturalización y al penetrar en la membrana celular de los microorganismos y alterarla. 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 fúngicas. El trisclosán es muy eficaz contra las bacterias grampositivas y gramnegativas. El hexaclorofeno (bisfenol) se utiliza como surfactante. Se utiliza ampliamente en jabones, jabones de manos y productos para la piel debido a sus propiedades antisépticas. También se utiliza como agente esterilizante. El 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 su envasado. (Sin embargo, no se utiliza en los materiales de envasado ). Ihloff y Kalitzki 1961 encontraron que una pequeña pero mensurable cantidad permanece 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, solo tres compuestos de aldehído son de uso práctico generalizado como biocidas desinfectantes, a saber, glutaraldehído, formaldehído y orto-ftalaldehído (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 altas como las bajas temperaturas 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 Celsius durante una hora, cada una durante varios días. [58] La esterilización fraccionada también se denomina tindalización. Las endosporas bacterianas se pueden matar utilizando este método. Tanto el calor seco como el húmedo son eficaces para eliminar la vida microbiana. Por ejemplo, los frascos utilizados para almacenar conservas como mermelada se pueden esterilizar calentándolos en un horno convencional . El calor también se utiliza en la pasteurización , un método para ralentizar el deterioro de alimentos como la leche, el queso, los zumos, los vinos y el vinagre. Estos productos se calientan a una temperatura determinada durante un período de tiempo determinado, lo que reduce en gran medida la cantidad de microorganismos nocivos. La temperatura baja también se utiliza para inhibir la actividad microbiana al ralentizar el metabolismo microbiano. [59]
Los alimentos se irradian a menudo 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 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 de purificación de agua comunitarios a mayor escala. [63]
La desecación también se conoce como deshidratación. Es el estado de sequedad extrema o el proceso de secado extremo. 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 agua disponible, las bacterias reanudan su crecimiento, por lo que la desecación no inhibe por completo el crecimiento bacteriano. El instrumento utilizado para llevar a cabo este proceso se llama desecador. Este proceso se utiliza ampliamente 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 de la salud. [65] El diseño de superficies antimicrobianas efectivas exige una comprensión profunda de los mecanismos iniciales de adhesión de los microbios a la superficie. La simulación de dinámica molecular y la obtención de imágenes con lapso de tiempo se utilizan normalmente para investigar estos mecanismos. [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 solutos es mayor dentro de la célula que fuera, se dice que la célula está en un entorno hipotónico y el agua fluirá hacia la célula. [56] Cuando la bacteria se coloca en una solución hipertónica, se produce plasmólisis o encogimiento celular, de manera similar, en una solución hipotónica, la bacteria experimenta plasmotisis o estado turgente. Esta plasmólisis y plasmotisis mata a la bacteria porque provoca un cambio en la presión osmótica. [67]
