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Unidade 02 – Microbiologia e Imunologia 3º período - Farmácia 1 Identificação das bactérias patógenas Presentes quase em todos os lugares, em sua maioria não possuem capacidade de provocar doenças e algumas fazer parte da microbiota normal do ser humano. O corpo humano é formado por 10 13 células + 10 14 microrganismos (formado por 200 espécies). No entanto, algumas espécies do universo bacteriano são agentes patógenos, isto é, podem desenvolver doenças em outros seres vivos. Nos seres humanos, vários tipos de bactérias patogênicas são responsáveis por doenças que geraram grandes epidemias mundiais o que resultou em inúmeras mortes. A cólera e a peste, por exemplo, são hoje doenças consideradas controladas, mas devastaram a população em séculos passados. Com o surgimento dos antibióticos e vacinas, houve um grande controle das doenças infecciosas, mas muitas ainda são causa de morbimortalidade e assusta a sociedade com o seu aparecimento. Transmissão e processo da infecção Doença e infecção são termos semelhantes, porém existe uma diferença no significado de cada termo. A infecção acontece quando um agente patogênico invade o organismo e se multiplica. A doença é o conjunto de alterações que acontecem no organismo devido à infecção. A transmissão da infecção ocorre através da relação entre agente causador da doença, o hospedeiro e o ambiente. A transmissão de um agente infeccioso para o hospedeiro pode ocorrer por três vias: Transmissão por contato, por veículo ou por vetores. Na transmissão por contato, ocorre a transferência de um patógeno através de um contato direto, indireto ou por gotículas. É uma forma de transmissão bastante comum e pode acontecer, naturalmente, através do toque, beijo e relação sexual, por exemplo. As doenças respiratórias e as infecções sexualmente transmissíveis são exemplos de doenças que podem ser transmitidas por contato. A transmissão por contato indireto acontece por meio de um objeto contaminado com o agente infeccioso advindo da sua fonte de reservatório, o uso de seringas contaminadas com o vírus da AIDS, é uma forma de transmissão por contato indireto. A transmissão por gotículas ocorre quando uma pessoa infectada expele através da fala, tosse ou espirro, gotículas de saliva ou muco contendo microrganismos patogênicos. A pneumonia e a coqueluche são exemplos de doenças que podem ser transmitidas através de gotículas. A transmissão por veículo acontece quando há uma disseminação de um determinado agente infeccioso na água, nos alimentos, ou no vento. Doenças como a cólera e a leptospirose acontecem através do contato de um hospedeiro com águas contaminadas. Na transmissão por alimentos, agentes infecciosos são ingeridos junto de alimentos que foram malcozidos ou aprontados em condições higiênicas inadequadas. Entre as consequências do consumo de alimentos contaminados pode-se verificar um quadro de intoxicação alimentar os cisticercose. A transmissão pelo ar consiste na propagação de microrganismos no ar por gotículas, quando são depositados podem percorrer mais de um metro em direção a um novo hospedeiro. Tendo o microrganismo se instalado no hospedeiro, inicia-se o processo infeccioso e desenvolvimento da doença. O desenvolvimento de uma infecção e uma consequente doença depende de muitos fatores para acontecer que envolvem a susceptibilidade do hospedeiro, o ambiente no qual ele se encontra, o grau de exposição ao agente etiológico causador da doença e também das características próprias do microrganismo como patogenicidade e virulência. Quando exposto ao microrganismo, alguns processos acontecem no organismo humano até que surjam os primeiros sinais e sintomas da infecção e consequente instalação da doença. O desenvolvimento da infecção e consequente doença acontecem em fases sequenciais, a primeira corresponde ao período de incubação, fase onde a infecção já aconteceu e começa o aparecimentos dos primeiros sintomas da doença. O tempo de duração da incubação depende de alguns fatores, entre eles: o agente causador, a quantidade de microrganismos existentes e a resistência do hospedeiro. Após o período de incubação, inicia-se o período prodrômico, fase curta que se refere ao surgimento de sintomas leves da doença. Unidade 02 – Microbiologia e Imunologia 3º período - Farmácia 2 Finalizando a segunda fase, surge o período da doença que corresponde ao momento mais severo, onde é possível observar sinais e sintomas clássicos da doença, febre, dor de garganta, dores musculares, etc. Nessa fase, pode ocorrer também o aumento ou diminuição dos leucócitos, normalmente, as respostas imunológicas do paciente associadas a outros mecanismos de defesa superam o agente patogênico, ocasionando o termino do período de doença e iniciando o período de declínio. No período de declínio, os sinais e sintomas regridem e a duração dessa fase pode variar de apenas um há vários dias. No último período, de convalescença, o individuo se recupera da doença voltando ao seu estado de normalidade. Em algumas doenças infectocontagiosas, a transmissão da doença também pode acontecer no período de incubação e no período de convalescença, além disso, as pessoas em estado de convalescença podem permanecer com o patógeno em seu organismo por anos. Regulação e fatores de virulência bacteriana O processo patogênico compreende uma série de acontecimentos, onde alguns elementos bacterianos interagem com o hospedeiro definindo se a doença irá ocorrer, ou não. Para ocasionar a doença é necessário que os patógenos consigam acesso ao hospedeiro, tenham capacidade de ser aderir aos tecidos, impedir as defesas e comprometer os tecidos do hospedeiro. Nesse sentindo, fatores de virulência são estruturas bacterianas utilizadas durante o processo infeccioso permitindo que o patógeno adentre, se multiplique e permaneça no hospedeiro provocando uma doença. A capacidade de aderência ou adesão das bactérias a mucosa do hospedeiro permite que o agente patogênico consiga resistir às tentativas de expulsão do organismo e, desse modo, conseguem colonizar-se no hospedeiro. O processo de adesão das bactérias ocorre em estágios, o primeiro, normalmente é intercedido por adesinas, estruturas formadas por proteínas que são responsáveis por reconhecer e se ligar aos receptores específicos da célula hospedeira. As adesinas estão localizadas em várias estruturas externas da bactéria, por exemplo, nas fímbrias, pili e flagelos. Além de aderir às bactérias conseguem invadir algumas células do organismo humano, esse processo de invasão acontece quando as bactérias adentram na célula do hospedeiro por meio da fagocitose. A fagocitose é realizada normalmente por células fagocitárias, como os fagócitos, com o objetivo de defender o organismo contra invasores, porém algumas bactérias possuem a capacidade de entrar em células que não são fagocitárias, dessa forma, invadindo a célula. As bactérias invasivas estão inclusas em dois grupos: facultativo e intracelular obrigatório. A entrada desses microrganismos na célula é mediada através das invasinas, proteínas que estão presentes na membrana externa da bactéria. Como consequência da invasão bacteriana, a célula do hospedeiro reage produzindo citosinas e prostaglandinas tentando combater o patógeno. A multiplicação e o desenvolvimento das bactérias acontecem tanto no meio intracelular como no meio extracelular, depende do tipo de bactéria, as que se desenvolvem apenas dentro da célula necessitam de nutrientes que a própria célula hospedeira fornece, alguns pontos positivos para as bactérias intracelulares é que elas não podem ser fagocitadas. Muitas bactérias precisam de fontes de ferro parao seu desenvolvimento. A maior parte do Unidade 02 – Microbiologia e Imunologia 3º período - Farmácia 3 ferro do nosso organismo está disponibilizada dentro da célula associada às proteínas, como a mioglobina, ferretina e hemoglobina. Restando apenas uma pequena quantidade de ferro no ambiente extracelular, nesses casos este íon ligado a glicoproteínas como a transferrina, encontrada no sangue e a lactoferrina localizada em secreções e nas mucosas. Dessa forma, sobra uma pequena quantidade de ferro, que não é suficiente para o desenvolvimento das bactérias, o que faz com que elas utilizem algumas táticas para obtenção de ferro. As principais estratégias utilizadas pelas bactérias para aquisição de ferro são: a produção e utilização de sideróforos, a captação de ferro de compostos, tais como: heme, transferrina e lactoferrina, sem o uso de sideróforos, e a redução de FeIII a FeII, com subsequente transporte de FeII. Os sideróforos são compostos de baixo peso molecular que possuem uma grande afinidade por ferro e formam complexos importantes para as células. Os sideróforos podem ser classificados em fenolatos e hidroxamatos, esses dois grupos de sideróforos são solúveis em FeII. Do grupo dos fenolatos participa a enterobactina, que faz parte de todas as enterobactérias. Do grupo dos hidroxamatos encontra-se a aerobactina, na qual é produzida por diversas bactérias patogênicas da família Enterobacteriaceae. Abaixo a estrutura da enterobactina, um tipo de sideróforos bacteriano. Por meio dos sideróforos, algumas bactérias podem apresentar receptores que se ligam inteiramente às proteínas que transportam o ferro para a hemoglobina. As moléculas de hemoglobina são absorvidas pela bactéria junto com o ferro. As bactérias podem, ainda, produzir algumas toxinas quando os níveis de ferro estão baixos, essas toxinas matam as células do hospedeiro, disponibilizando o ferro à bactéria usá-lo como fonte de nutriente. A capacidade que as bactérias possuem para produzir toxinas é chamada de toxigenicidade. Quando as toxinas são liberadas pelas bactérias, além de destruir a célula do hospedeiro, elas provocam vários sinais e sintomas, por exemplo, febre, diarreia e choque. Além disso, podem bloquear a síntese de proteínas e danificar o sistema nervoso central, ocasionando espasmos. As toxinas são classificadas em dois grupos: exotoxinas e endotoxinas. As exotoxinas são produzidas dentro das células bacterianas, sendo liberadas após a quebra da célula. Algumas são proteínas gram-positivas como gram-negativas, essas toxinas atuam danificando as células dos hospedeiros ou bloqueando algumas funções metabólicas. Os sinais e sintomas das doenças causadas por bactérias que liberam exotoxinas são ocasionados pelas toxinas, e dessa forma, são sintomas muito específicos. O botulismo, por exemplo, geralmente é ocasionado pelo consumo de exotoxina, e não pela infecção bacteriana. As endotoxinas, diferentemente das exotoxinas fazem parte da parede celular de bactérias gram-negativas. Está lembrado que as bactérias gram-negativas possuem uma membrana externa que envolve a camada de peptioglicana da parede celular e que a membrana externa é formada por lipoproteínas, fosfolipídios e lipopolissacarideos. As endotoxinas são lipopolissacarideos, que estão presentes na parede células das bactérias gram- negativas são destruídas. São liberadas quando as bactérias gram-negativas são destruídas. Alguns antibióticos que são utilizados para o tratamento de doenças ocasionadas por bactérias gram-negativas possuem a capacidade de quebrar essas bactérias, e como consequência ocorre à liberação das endotoxinas, o que pode refletir gerando uma piora imediata dos sintomas. Mas, por outro lado, o paciente tende a apresentar uma melhora da doença à medida que as endotoxinas vão sendo destruídas no organismo. Um detalhe importante sobre as endotoxinas é que todas elas provocam os mesmos sinais e sintomas, por mais que seja em grau maior ou menor independentemente da espécie bacteriana. A maioria dos sintomas provocados pela endotoxinas incluem calafrios, febre, fraqueza, dores musculares, e em casos extremos pode levar ao choque e até mesmo ao óbito. Em gestantes que são acometidas por infecções ocasionadas por bactérias gram-negativas, a liberação das endotoxinas pode induzir o aborto, por isso, é importante que toda medicação por esse grupo de mulheres seja orientada por um médico. Patogênese Processo pelo qual o microrganismo causa doença. É necessário que ocorra uma série de etapas. 1. Exposição: região é exposta a patógenos. Unidade 02 – Microbiologia e Imunologia 3º período - Farmácia 4 2. Adesão: aderência dos microrganismos à pele ou mucosa. 3. Invasão: por meio do epitélio 4. Infecção: crescimento e produção de fatores de virulência e toxinas que favorece sua permanência no local. 5. Doença: processo que causa dano ao hospedeiro. Tem origem de microrganismos (proliferação/produção de toxinas ou enzimas citotóxicas) e/ou resposta imunológica do hospedeiro (baixa imunidade). Infecção ≠ Doença Infecção é qualquer situação em que um microrganismo (e não um membro da microbiota local) se estabelece e se desenvolve em um hospedeiro, independente se o hospedeiro encontra-se prejudicado. A infecção nem sempre causa danos ao hospedeiro. Logo, infecção e doença não são sinônimos. Na infecção para que os microrganismos cresçam após a sua ligação à superfície, é necessário que haja fatores de crescimento – fatores físicos e nutrientes. O ferro é um dos principais micronutrientes limitantes do crescimento microbiano. As proteínas do hospedeiro (transferrina e lactoferrina) possuem alta afinidade de ligação ao ferro, que atuam sequestrando esse micronutriente do hospedeiro, o que pode limitar infecções. Microrganismos podem produzir sideróforos (compostos quelantes de Ferro). Microbiota normal humana A microbiota compreende a presença de microrganismos que fazem parte do nosso organismo, mas não causam doenças, infecções ou qualquer outro prejuízo ao hospedeiro. Os seres humanos não possuem microrganismos na vida intrauterina, mas ao nascimento, os microrganismos se estabelecem em várias regiões do corpo, tornando- se parte da microbiota normal, ou seja, é introduzida a seu hospedeiro durante o nascimento. O útero é um ambiente sem microbiota, além de órgãos internos como sangue, linfa e sistema nervoso, e se forem colonizados causam infecção. O primeiro sítio de colonização é a pele, seguida da cavidade oral, TGI e trato respiratório. Esses microrganismos estão presentes em abundância no nosso organismo, porém algumas partes do corpo humano estão livres deles, as regiões que mais apresentam microrganismos são as que estão em contato com o meio externo como a pele e mucosas. A microbiota pode ser classificada de duas formas: transitória e permanente. A transitória ocorre quando os microrganismos permanecem por um período de tempo e depois desaparecem sem causar danos. A residente compreende a flora normal do organismo, isto é, os microrganismos tornam-se permanentes por períodos de tempo indeterminado, sem causar doenças em condições normais. Ou seja, transitória ou permanente NÃO compromete a fisiologia do hospedeiro. Os microrganismos que fazem parte da microbiota normal estabelecem uma relação de simbiose com o hospedeiro, elas retiram nutrientes da região onde colonizam e, de certo modo, protegem aquele espaço contra invasão de microrganismos que sejam patogênicos, por um mecanismo conhecido como antagonismo microbiano, onde atuam promovendo a alteração do pH daquele local, liberam de substancias que são prejudiciais aos patógenos. O corpo humano é abundantementeabrigado por bactérias, estima-se que cada pessoa, possui cerca de dez vezes mais células bacterianas do que células normais humanas. Os locais do corpo humano que são habitados por microrganismos: pele, cavidade oral, vísceras, sistema excretor e sistema reprodutor. Microbiota normal da pele e da boca A nossa pele tem cerca de 2 m², e é uma das regiões do nosso corpo onde é possível encontrar uma grande quantidade de microrganismos, por conta do contato direto com o meio externo. As axilas e períneos são as regiões de maior concentração microbiana, devido à umidade e temperatura que favorece a sua sobrevivência. Entre os microrganismos que podem ser encontrados fazendo parte da microbiota normal da pele é possível verificar a presença dos seguintes componentes: bactérias (Propionibacterium, Staphylococcus, Corynebacterium, Micrococcus, Acinetobacter, Brevibacterium) e fungos (Pityrosporum, Candida spp – possui baixa resistência ou microbiota Unidade 02 – Microbiologia e Imunologia 3º período - Farmácia 5 comprometida, pois a mesma é encontrada em região de genitália feminina, Malassezia spp). Staphylococcus aureus: cocos gram positivo. É chamada assim por estar no formato de cacho de uva, e quando colonizado em laboratório tem uma coloração que lembra ouro, por isso, o nome aerus. É a microbiota normal da pele, especialmente nariz e períneo. Pode causar uma variedade de processos infecciosos em seres humanos: bacteremia (na região local), sepse (quando chega ao sangue). Possui sítios de infecção: orofaringe, sangue, feridas cirúrgicas, pontas de cateter, dreno, abcessos, furúnculos, etc. A boca apresenta uma vasta população microbiana, presente entre os dentes, gengiva e mucosa. É estimado que cerca de 700 espécies de bactérias façam parte da microbiota normal da boca. Os gêneros comumente encontrados na boca são: Cocos gram-positivos – Staphylococcus aureus, Staphylococcus epidermidis, Streptococcus spp, Enterococcus spp. Bacilos Gram-positivos - Corynebaacterium spp. Cocos Gram-negativos: Neisseria ssp, Haemophillus spp. Bastonetes Gram- negativos: Pseudonomas aeruginosa, Escherichia coli, Proteus mirabilis. E outros como Bacteroides, Actinomyces, Prevotella, Porphyromonas, Treponema e Mycoplasma. Há uma grande quantidade de bactérias na nossa boca, estima-se que a saliva possui em torno de 108 bactérias/ml e as placas dos dentes apresentam cerca de 1011 bactérias/cm. A saliva tem nutrientes presentes em baixas concentrações e substâncias antibacterianas (ex: lisozima). Altas concentrações de nutrientes: partículas de alimentos e fragmentos celulares podem favorecer o desenvolvimento desses microrganismos. Microbiota normal do trato respiratório superior e do trato intestinal O nariz é frequentemente colonizado por Staphylococcus e Corynebacterium. Em pessoas que fizeram uso de alguns tipos de antibióticos, pode ser encontrado Klebsiella pneumoniae, E. coli e P. aeruginosa. Na faringe e traqueia, frequentemente, é encontrado Streptococcus pneumoniae, Neisseria, Staphylococcus, Haemophilus e Mycoplasma. Os broquilos e alvéolos são em condições normais, estéreis, ou seja, não apresentam microrganismos. Em relação à microbiota intestinal, no íleo verificamos a presença de anaeróbicos facultativos, Enterobacterias e anaeróbios obrigatórios tais como: Bacteroides, Veilonella, Clostridium, Lactobacillus e Enterococcus. O cólon apresenta a maior densidade e diversidade de micro- organismos do corpo humano, e os gêneros mais frequentemente encontrados são Bacteroides, Bifidobacterium, Escheria coli, Clostridium, Eubacterium, Bacillus, Peptostreptococcus, Fusobacterium e Ruminococcus. Estômago: faz uma barreira química (pH= 2,0), e nessa região são colonizados por bactérias gram-negativas. A helicobacter pylori pode provocar úlceras em hospedeiros suscetíveis (condições imunológicas em desequilíbrio). Intestino delgado: colonizado por bactérias (anaeróbicas) e fungos. Intestino grosso: possui um número bem maior em qualquer outra parte do corpo, tem-se uma liberação de grande parte dessas bactérias pelas fezes (10 11 bactérias/g fezes), visto que o intestino grosso tem a formação final das fezes, é a região com maior composição de espécie de bactérias, com predomínio das anaeróbias. Ex: escherichia coli que é a causa mais comum de infecção intra-abdominal. A microbiota intestinal realiza a produção de produtos essências como as vitaminas B12 e K. E antibioticoterapia causa alteração da microbiota. Escherichia coli: Bacilos gram negativos. É uma enterobacteria de importância clínica presente em processos inflamatórios intestinais, e naturalmente presente na microbiota do TGI humano, mas em desequilíbrio é considerado enteropatógeno podendo causar infecções gastrointestinais. As principais doenças causadas são sepse, ITU (infecção do trato urinário), infecções – meningite. Microbiota normal do trato genitourinário O trato urogenital é formado por rins e bexiga que são estéreis, a uretra é comumente colonizada. A vagina é modificada de acordo com a idade, ciclo menstrual, pH, uso de anticoncepcional e Unidade 02 – Microbiologia e Imunologia 3º período - Farmácia 6 relação sexual. O pH é menor que 5,0 (naturalmente ácido), com microbiota diversificada e influenciada por fatores hormonais. Do nascimento até os primeiros seis meses de vida é comum uma presença maior de Lactobacillus acidophilus responsável pela produção de ácido. Algumas pesquisas têm mostrado que no período reprodutivo, microbiota da vagina é formada por 85% de lactobacillus, Gardnerella e Atopodium. Na vulva é possível encontrar Staphylococcus coagulase negativo, S. saprophyticus e E. coli, cândida e vários estreptococos. Microbiota normal do olho No olho é possível encontrar as seguintes bactérias: Staphylococus epidermidis, S. aureus, difteroides, Propionibacterium, Corynebacterium, estreptococos e Micrococcus. Normalmente, a conjuntiva, mucosa transparente externa do olho, apresenta os mesmos microrganismos que são encontrados na pele. Devido à conjuntiva estar exposta diretamente ao ambiente externo é comum a presença de muitos microrganismos nessa região. No entanto, as lágrimas e o ato de piscar auxiliam na eliminação de alguns micróbios ou impedem que outros colonizem. Mecanismo de ação de agentes antimicrobianos, resistência a agentes antimicrobianos e origem da resistência aos fármacos Quando o nosso organismo não consegue impedir ou acabar com uma doença, se faz necessário o uso de drogas antimicrobianas que atuam muitas vezes inibindo o crescimento dos microrganismos ou matando-os. Os medicamentos antimicrobianos podem ser classificados de duas formas: bactericidas ou bacteriostático. Os bactericidas atuam matando os micróbios e os bacteriostáticos impedindo o seu crescimento. Estas drogas agem de cinco modos diferentes na célula bacteriana, inibindo a replicação do ácido nucleico, danificando a membrana plasmática ou inibindo a síntese de metabólicos essenciais. Muitos antibióticos atuam impedindo a síntese da parede celular, neste grupo os mais utilizados são os β-lactâmicos, as penicilinas, cefalosporinas, bacitracina e vancomicina. Entre os que inibem a síntese proteica tem-se o cloranfenicol, eritromicina, tetraciclinas e estreptomicinas. Inúmeros antimicrobianos impedem o processo de replicação do DNA, porém mostram-se com uma atuação limitada, visto que também intervém no metabolismo dos ácidos nucleicos dos hospedeiros, alguns exemplos dessas drogas são as quinolonas e a rifampina. Os antibióticos que danificam a membrana plasmática provocam mudanças na permeabilidade da membrana o que ocasiona a perda de metabólitos essenciaisda célula microbiana, a polimixina B é um exemplo de antibiótico que atua na membrana plasmática bacteriana. A sulfanilamida e trimetoprim são drogas que inibem a síntese de metabolitos importantes. A resistência dos micróbios aos antibióticos ou agentes antimicrobianos tem sido uma grande preocupação para medicina, uma vez que dificulta o tratamento das doenças e eleva a taxa de mortalidade. A origem da resistência microbiana deve-se as modificações genéticas ocasionadas na célula microbiana, o que permite que elas se tornem resistentes. A resistência microbiana compreende a capacidade que determinados microrganismos possuem de resistir a ação de drogas que são utilizadas para destruí-los. A resistência aos antimicrobianos pode ser natural, quando se refere a uma determinada particularidade que uma espécie bacteriana apresenta, desse modo, todas as amostras desta espécie apresentarão a mesma característica, ou pode ser adquirida, quando apenas uma parte da amostra tornar-se resistente. Alguns mecanismos são utilizados pelas bactérias que faz com que elas resistam ação dos antibióticos, são eles: bloqueio da entrada do antibiótico na célula, destruição ou inativação da droga por enzimas, alterações ocorridas no sítio alvo da droga e efluxo celular da droga. O bloqueio da entrada do antibiótico na célula microbiana é comum em bactérias gram-negativas, devido a estrutura de sua parede celular, nessas bactérias a existência das porinas bloqueia a absorção de moléculas, impedindo a entrada do antibiótico na célula. Em alguns casos, o antibiótico consegue penetrar na célula da bactéria, mas algumas enzimas bacterianas o inativa ou o destrói, principalmente os que são produzidos naturalmente, como as penicilinas e as cefalosporinas, alguns antibióticos sintéticos, as fluoroquilonas, por exemplo, apresentam chances reduzidas de serem destruídos dessa maneira. Algumas bactérias gram-negativas possuem a capacidade de expulsar o antibiótico absorvido, de Unidade 02 – Microbiologia e Imunologia 3º período - Farmácia 7 forma que impeça uma concentração elevada no seu interior, o que ocasionara a sua destruição. O conhecimento dos mecanismos de resistência microbiana é de extrema importância para compreender que a terapia inadequada e o uso indiscriminado desses fármacos contribuem para o aumento e o desenvolvimento da resistência bacteriana. Em diversos países, principalmente os menos desenvolvidos, os antibióticos são utilizados de forma demasiada pela população, muitas vezes não são prescritos por médicos e não existe nenhuma limitação quanto ao seu acesso. Atividade antimicrobiana in vitro e in vivo Devido à resistência bacteriana, o desenvolvimento de novos antibióticos que sejam eficazes no tratamento de diversas doenças é uma realidade nos dias atuais. Dessa forma, pesquisas são utilizadas para avaliar a atividade antimicrobiana in vitro e in vivo. As drogas que são produzidas em laboratório são chamadas de quimioterápicos e as que são produzidas através de seres vivos são denominadas de antibióticos. A atividade in vitro refere-se ao comportamento do agente antimicrobiano em um ambiente extracelular, ou seja, em um laboratório, e a atividade antimicrobiana in vivo compreende o desempenho da droga no organismo vivo. Para avaliação da atividade antimicrobiana in vitro são utilizados inúmeros testes laboratoriais. Relação fármaco-parasita e relações hospedeiro-parasita A relação dos fármacos com os parasitas depende do tipo de fármaco e do tipo de parasitas. Para cada tipo de parasita existe um fármaco que vai atuar inibindo o seu crescimento ou o destruindo. A relação hospedeiro-parasita é conhecida como parasitismo, onde um organismo, nesse caso, o parasita, adquire benefícios gerando prejuízos ao hospedeiro. Nesse tipo de relação, os parasitas sobrevivem através de nutrientes e tecidos extraídos do hospedeiro. Os parasitas podem ser endoparasitas quando vivem no interior do hospedeiro ou ectoparasitas quando estão no exterior do hospedeiro. Alguns exemplos de parasitismo em humanos é a amebíase, giardíase, ascaridíase e a teníase, todos parasitas intestinais. Uso clínico dos antibióticos e associações dos agentes antimicrobianos Os antibióticos são conceituados como substâncias que podem ser de origem natural ou sintética, utilizados para impedir o crescimento ou ocasionar a morte de bactérias. São indicados para o tratamento de diversas doenças e cada grupo possui um mecanismo de ação diferente. A indicação de um agente antimicrobiano deve estar associada ao diagnostico da doença e seu respectivo agente etiológico, também é importante que se tenha conhecimento se o microrganismo é sensível ou resistente ao antimicrobiano, para que seja adotada a antibioticoterapia correta. Antes de iniciar o antibiótico, é necessário que sejam feitos exames como coleta de sangue, urina, fezes e secreções para detectar os agentes responsáveis e verificar sua sensibilidade ou resistência aos antibióticos. Em algumas situações especificas, é necessário que seja feito a administração de mais de um antibiótico ou associação de dois ou mais antimicrobianos ao mesmo tempo com o objetivo de se obter atuação sinérgica entre os mesmos, pois algumas vezes o efeito dessa combinação é mais intenso quando comparado a utilização de apenas um antimicrobiano. Os medicamentos que irão ser associados devem ter de preferencia algumas características como ação bactericida, mecanismo de ação diferente e espectro específico. Um exemplo de associação entre antimicrobianos é a utilização simultânea de peniciplina e estreptomicina para o tratamento da endocardite, quando administradas juntas essas duas drogas potencializam o seu efeito, o estrago a parede celular da bactéria causado pela penicilina faz que seja mais fácil a entrada da estreptomicina na célula bacteriana, dessa forma, a possibilidade de destruir a célula bacteriana e acabar com a infecção aumenta. Os principais modos de ação de antibióticos sobre bactérias: 1. Inibição da duplicação cromossômica ou da transcrição. Unidade 02 – Microbiologia e Imunologia 3º período - Farmácia 8 2. Inibição da atuação de enzimas que produzem substâncias essenciais ao metabolismo. 3. Danos à membrana plasmática 4. Inibição da síntese de proteínas (etapa de tradução) 5. Inibição da síntese da parede celular Coloração de gram Em 1889, o bacteriologista Hans Cristian Gram, desenvolveu a coloração que ganhou o seu nome, coloração de gram, para diferenciar as bactérias em dois grupos, o grupo que apresentava a coloração violeta escuro ou purpura após a tentativa de descoloração com álcool foram colocadas no grupo de bactérias gram-positivas, e as que não mantinham essa coloração após o álcool foram classificadas em gram-negativas. Porém, este último grupo, assume a cor rosa quando utilizado o corante safranina. No procedimento, realizado por Gram, ele utilizou um esfregaço fixado pelo calor e o recobriu-o com corante cristal violeta, depois de certo tempo, ele lavou o corante purpura e recobriu o esfregaço com iodo, depois lavou novamente o esfregaço, retirando o iodo, nesse momento todas as bactérias assumiram a cor purpura ou violeta escura, depois, novamente a lâmina foi lava com álcool e nesse momento, foi observado que algumas bactérias permaneceram com a coloração purpura e outras não. Além da coloração, outras diferenças são percebidas entre gram-positivas e gram-negativas, uma delas é em relação à parede celular, as bactérias gram-negativas apresentam uma parede celular mais complexa contendo algumas finas camadas de peptideoglicanas e uma estrutura que as gram- positivas não apresentam, a membranaexterna, que contém uma camada de lipopolissacarideos. O método descoberto por Gram é uma técnica de coloração fundamental e bastante utilizada na microbiologia médica, sendo muito eficaz quando utilizada em bactérias que estão em crescimento. No entanto, os resultados dessa coloração não são utilizados totalmente, devido determinadas células bacterianas não se corar fortemente ou não assumir nenhuma cor. Bacilos gram-positivos formadores de esporos Os bacilos são microrganismos amplamente distribuídos pelo ambiente, entre os gram-positivos formadores de esporos, os gêneros Clostridium, Bacillus, são citados como os mais importantes para microbiologia médica. Os endósporos são estruturas formadas quando o ambiente no qual as bactérias se encontram são pobres em água e nutrientes. A formação do esporo ocorre através do processo de diferenciação celular. Espécies dos gêneros Bacillus e Clostridium Os Clostridium são microrganismos anaeróbicos obrigatórios, ou seja, não utilizam oxigênio para sua respiração. Esse tipo de gênero possui cerca de 150 espécies, sendo algumas delas patogênicas para humanos, normalmente são encontrados no solo e no intestino, suas células possuem endósporos que comumente desfiguram a célula. O desenvolvimento dos esporos pelas bactérias é importante para a medicina por conta da resistência que os endósporos possuem ao calor e a Unidade 02 – Microbiologia e Imunologia 3º período - Farmácia 9 vários compostos químicos. Várias doenças estão associadas com as espécies desse gênero, Clostridium tetani, é um dos mais importantes, agente responsável pelo tétano, doença que provoca espasmos nos músculos, podendo ser localizado ou generalizado. A prevenção dessa doença consiste na aquisição da vacina antitetânica, tríplice viral, administrada em três doses, durante os três primeiros meses de vida, e depois com reforços. Na figura abaixo, representação do Clostridium tetani, responsável pelo tétano. O botulismo é causado pelo Clostridium botulinum, bacilo que apresenta esporos ovais subterminais, encontrado na maioria das vezes no solo e em agroprodutos. Quatro grupos fazem parte dessa espécie. O primeiro grupo inclui os microrganismos proteolíticos que produzem as toxinas A, B ou F. O segundo grupo reúne os microrganismos que não são proteolíticos, os quais produzem as toxinas B, E e F. O terceiro grupo reúne microrganismos produtores de toxinas C e D, e o grupo quatro engloba o tipo G. Clostridium perfringens ocasiona a gangrena gasosa, Clostridium perfringens pode causar diarreia, quando é consumido algum alimento contaminado, outra espécie, o Clostridium difficile também pode ocasionar a diarreia, quando alguma medida terapêutica com antibiótico modifica a microbiota normal do intestino, o que provoca o crescimento acentuado da bactéria produtora de toxina C. difficile. As bactérias do gênero Bacillus são bastonetes que formam endósporos. É muito comum encontrar esse gênero no solo, apenas poucas espécies são patogênicas para os humanos, alguma são patogênicas para os humanos, algumas são utilizadas para produção de antibióticos. Estima-se que exista mais de 50 espécies do gênero, entre as espécies que causam doenças tem-se o Bacillus anthracis que causa o antraz, é uma bactéria anaeróbica facultativa, muitas vezes forma cadeias em cultura, o antraz é uma doença que afeta animais como ovelhas, cavalos e alguns outros mamíferos e que pode ser transmitida para humanos, devido a vacinação dos animais e adoção de medidas de higiene, foi observado uma redução significativa dessa doença nos últimos anos. Quando a transmissão acontece ocasiona sintomas cutâneos, respiratórios e gastrointestinais, sendo a forma cutânea a mais comum, formando lesões na pele. As formas respiratória e gastrointestinal provocam septicemia e choque, levando a morte com muita frequência. A penicilina, ciprofloxacino, doxicilina, levofloxacino e clindamicina são os antibióticos de escolha utilizados para o tratamento. O Bacillus thuringiensis é um dos patógenos de insetos mais conhecidos, produz uma toxina letal para os insetos e, dessa forma, é bastante utilizado no controle de algumas pragas, normalmente são encontrados no solo e no intestino de animais. O Bacillus cereus é uma bactéria bastante comum no ambiente e em poucos casos é apontada como o agente causador de intoxicação alimentar, quando acontece pode provocar dois tipos de sintomas, náuseas e vômitos ou diarreia, que normalmente duram em torno de 9-24 horas, é encontrado no solo e em plantações de arroz. Na figura o Bacillus cereus emergindo no endósporo. Bastonetes gram-negativos entéricos São aqueles que afetam o trato digestivo e intestinal dos seres humanos. Inúmeros microrganismos possuem essa capacidade e causam diversas doenças que podem ser graves, caso não sejam tratadas. O quadro clínico das doenças gastrointestinais depende do agente etiológico que a provocou, os bacilos gram negativos entéricos incluem: Escherichia coli, Salmonella, Shigella, etc. Na maioria das vezes, a infecção com esses agentes acontece por meio do consumo de alimentos ou água contaminada. Na figura está o ciclo de contaminação pelos microrganismos. Unidade 02 – Microbiologia e Imunologia 3º período - Farmácia 10 Enterobacteriaceae, Salmonella, Shigella e grupo Salmonela-Arizona A família Enterobacteriaceae corresponde a patógenos responsáveis por inúmeras doenças, estão entre os principais agentes causadores de infecção intestinal e infecção hospitalar. Existe uma diversidade de espécies que fazem parte desse grupo, formando por bacilos gram-negativos, que apresentam em sua estrutura celular membrana citoplasmática, espaço periplásmico, membrana externa e peptideoglicanas. São anaeróbicos facultativos, fermentadores de glicose e transformam nitrito em nitrato e metabolizam uma série de substâncias. Com frequência, causam infecções intestinais e não intestinais, como infecções do trato urinário, pulmão, pele e sistema nervoso central. As infecções que ocorrem no intestino e fora dele pode permanecer local ou sistêmica. Entre os gêneros mais conhecidos da família enterobacteriaceae estão: Citrobacter, Edwardsiella, Enterobacter, Escherichia, Hafnia, Klebsiella, Morgariella, Proteus, Providencia, Salmonella, Shigella, Serratia e Yersinia. Do gênero Citrobacter são conhecidas 11 espécies, mas a maioria são enteropatógenos, a citrobacter freudii, tem sido associada a infecções do trato urinário e respiratório e a citrobacter diversus pode desenvolver casos de meningites em recém- nascidos. O gênero Klebsiella possui duas espécies: K. oxytoca e K. pneumoniae, está última apresenta, ainda três subespécies: K. pneumoniae spp pneumoniae, K. pneuminiae spp rhinoscleromatis e K. pneumoniae spp ozaeane. Dessas, a K. pneumoniae mostra-se como uma importante causa de pneumonias, e infecções em outros órgãos. É uma bactéria com relevância crescente nas infecções hospitalares e, comumente provoca infecções em pacientes imunodeficientes, tais como recém- nascidos, pacientes cirúrgicos, portadores de HIV, diabetes, pessoas com neoplasias, etc. Em hospitais, os índices de colonização por Klebsiella pneumonia, está relacionado com o tempo de internação do paciente. Alguns estudos mostram que diversos procedimentos invasivos como cateterismo vesical e a ventilação mecânica estão relacionados com a colonização por K. pneumoniae. O gênero Salmonella é formado por bacilos gram-negativos, anaeróbicos facultativos, móveis e não formam esporos. Em relação ao tamanho desses microrganismos, podem variar de cerca de 0,7 a 1,5 μm de diâmtro e 2 a 5 μm de comprimento. Essas bactérias provocam infecçõesno homem e em animais, em humanos, as salmonelas são responsáveis por causar várias infecções, sendo mais frequentes a gastroenterite e a febre tifoide. O gênero possui duas espécies, por sua vez, é subdividida em 06 subespécies. Dentro das subespécies, a Salmonella Thyphimurium, é capaz de provocar gastroenterites em humanos, quando invadem o organismo, através do consumo de alimentos contaminados, essas bactérias migram até a mucosa do intestino, aderindo-se as células desse órgão. Quando conseguem atravessar o epitélio, as bactérias são fagocitadas, por macrófagos, nesse momento, elas liberam uma enzima que provoca a morte dos macrófagos, o que faz com que a bactéria sobreviva. A febre tifoide é uma doença sistêmica que afeta humanos, principalmente, crianças, causada pelos patógenos Salmonella Typhi e Salmonella Paratyphi. Entre os sinais e sintomas da doença verifica-se a presença de febre, dor de cabeça, dor abdominal, diarreia ou constipação, podendo evoluir e causar prejuízos respiratórios, hepáticos e neurológicos. Quando tratada, de forma adequada, a mortalidade não chega a 1% mas caso a doença não tenha tratamento adequado a taxa de mortalidade pode evoluir para até 20%. Diferentemente dos demais gêneros estudados, todas as espécies do gênero Shigella são patogênicas, causam doenças no homem e dificilmente infectam animais. O gênero é formado Unidade 02 – Microbiologia e Imunologia 3º período - Farmácia 11 por quatro espécies Shiegella dysenteriae, Shiella flexneri, Shigella boydii e Shigella sonnei. Essas bactérias provocam uma doença conhecida como shigelose, infecção aguda intestinal, considerada endêmica, com uma alta prevalência em crianças e em países em desenvolvimento, com condições sanitárias deficientes. Quando alimentos contaminados pela shigella são consumidos, as bactérias logo invadem o epitélio do cólon intestinal, provocando uma intensa inflamação que caracteriza a doença. Alguns estudos apontam que a Shigella é muito infecciosa sendo necessários apenas de dez a cem bactérias para causar a infecção. O período de incubação varia, em média, de 1-3 dias, com exceção para S. dysenteriae tipo 1 que varia de 5 a 7 dias. As formas mais simples da shigelose não necessitam de tratamento com antibióticos, normalmente a cura acontece de forma espontânea, sendo importante apenas ingesta de líquidos e eletrólitos para prevenir a sua perda. Em casos graves, é necessário o uso de antibióticos para prevenir complicações da doença, em crianças desnutridas, por exemplo, é essencial o tratamento com antibioticoterapia. A salmonela Arizona é uma bactéria que faz parte da subespécie Salmonella entérica. Normalmente causa infecções em répteis, mas em casos incomuns pode infectar seres humanos, principalmente, crianças ou pessoas com sistema imunológico deficiente. Quando acomete humano, pode desencadear doenças como gastroenterites, peritonites, pleurite, etc. Bactérias gram-negativas São aquelas que não conseguem assumir a cor violeta escuro ou púrpura após a coloração de Gram, mas conseguem assumir a cor rosa ou vermelha, quando coradas com a safranina, além da diferença na coloração as bactérias gram-negativas, possuem muitas diferenças das gram-positivas. As bactérias gram-negativas formam um grande grupo de microrganismos, muitos deles são patogênicos, a exemplo dos bacilos que foram descritos nos tópicos anteriores. A maioria são bactérias encapsuladas, dotadas de membrana externa e complexa parede celular, o que as tornam mais resistentes, veja a seguir no tópico abaixo, alguns exemplos de bactérias gram- negativas. Pseudômonas e Acinotobacter Pseudômonas é um gênero formado por um vasto grupo de bactérias gram-negativas, aeróbicas, não fermentadoras. Frequentemente está associada à colonização e infecção hospitalar. Umas das mais importantes espécies do gênero é a Pseudomonas aeroginosa, encontrada no solo, agua, animais, etc. Apresenta-se em forma de bacilo, medindo cerca de 0,5 a 0,7 μm de espessura e 1,5 a 3,0 μm de comprimento, não são esporulados e possuem motilidade através de um único flagelo polar. É um patógeno oportunista, por isso, dificilmente ocasiona infecções em pessoas saudáveis, por outro lado, é apontado como um dos principais responsáveis por desencadear infecções em pacientes imunocomprometidos (vítimas de traumas, cirurgias, queimaduras, uso de cateter prolongado, prematuros, idosos, uso de corticoides, radiação, diabetes, neoplasias). Normalmente, possui resistência adquirida a muitos antibióticos, o que justifica a sua difícil erradicação da infecção e consecutivos fracassos terapêuticos. Está relacionado com o surgimento de infecções em diversas partes do corpo humano, por possuir fímbrias, pode aderir-se com facilidade a outras células. Pseudomonas aeruginosa consegue desenvolver-se dentro de um ser humano sem lhes causar danos até que forme um biofilme que ataca o sistema imunológico do hospedeiro. As bactérias que são capazes de formar biofilme colonizam os pulmões de pacientes com fibrose cística, é uma das principais causas de morte nesses pacientes. O gênero Acinetobacter é formado por cocobacilos gram-negativos, não esporulados, não fermentadores, aeróbicos e imóveis. A maioria das espécies desse gênero consegue crescer em condições extremas, contendo uma simples fonte de carbono e energia. Atualmente, são conhecidas 31 espécies do gênero, dessas, Acinetobacter baumannii é o principal para a clínica médica. Acinetobacter baumannii, é também um patógeno oportunista, associado a infecções hospitalares, normalmente, coloniza membranas e mucosas que apresentam feridas e dificilmente é encontrado na microbiota normal da pele. Pacientes internado em hospitais com imunidade comprometida tem sido alvo desse patógeno. Nestes pacientes, os principais locais colonizados são o sistema respitatório, sistema nervoso central, sistema urinário, ferida cirúrgica e os olhos. Um fato importante do Acinetobacter está na sua capacidade de desenvolver mecanismos de Unidade 02 – Microbiologia e Imunologia 3º período - Farmácia 12 resistência contra os principais grupos de antibióticos disponíveis. Com muita facilidade a Acinetobacter baumannii apresentar resistência aos beta-lactâmicos de amplo espectro e aos aminoglicosídeos, o que dificulta o tratamento das infecções ocasionadas por essas bactérias. Estafilococos, estreptococos e enterococos Os estafilococos são coco gram-positivos, anaeróbios, facultativos e imóveis. A espécie mais importante conhecida é a Staphylococcus aureus, uma característica particular dessa espécie consiste na sua capacidade de sobreviver e crescer em ambientes com alta pressão osmótica e baixa umidade. Essa bactéria produz muitas toxinas que favorecem a sua capacidade de invadir o corpo e provocar danos, elevando a sua patogenicidade. Ao longo do tempo, o Staphylococcus aureus conseguir desenvolver resistência a vários antibióticos comercializados, o que dificulta o tratamento em pacientes acometidos com essa bactéria. Antibióticos como a penicilina e vancomicina são alguns exemplos. É encontrada com facilidade em humanos, estabelecendo uma relação de comensalismo, ou seja, gerando benefícios para a bactéria, mas sem causar prejuízos para o hospedeiro, porém, em situações específicas, onde acontece diminuição da imunidade, pode tornar-se um parasita, o que o faz um patógeno oportunista. A cavidade nasal é a região do corpo que é mais propícia para a colonização de Staphylococcus aureus, outros locais como as axilas, vagina, faringe e nas mãos. As infecções provocadas por esse tipo de bactéria podem levar a endocardite, meningite, osteomielite, pneumonia, infecções dostecidos cartilaginosos, etc. Os estreptococos são cocos gram-positivos esféricos, anaeróbicos facultativos, que normalmente, aparecem em cadeias, o gênero Streptococcus é o que tem apresentado maior importância clínica. Muitos fazem parte da microbiota normal humana, são encontrados, principalmente nas vias aéreas superiores e trato intestinal. Algumas espécies são patogênicas, e outras são patógenos oportunistas. Os patogênicos produzem diversas substâncias que favorecem a sua patogenicidade, tais como enzimas que destroem as células fagocitárias, que os ingerem. As enzimas liberadas por algumas espécies de Streptococcus espalham infecções ao destruir o tecido conjuntivo do hospedeiro, levando a um prejuízo significativo para os tecidos. As espécies mais conhecidas desse gênero são: Streptococcus agalactiae; Streptococcus pneumoniae, e Streptococcus pyogenes. O Streptococcus pneumoniae, é um agente bastante conhecido responsável por ocasionar doenças como a pneumonia, meningite, bacteremia, otite e sinusite. Os enterecocos são formados por cocos gram- positivos que formam cadeias curtas e são anaeróbicos facultativos. O gênero Enterococcus, apresenta atualmente, cerca de 50 espécies, em seres humanos, as espécies Enterococcus faecalis e Enterococcus faecium são as mais encontradas ocasionando infecções em algumas regiões do organismo, tais como o trato gastrintestinal, a vagina e a cavidade oral. Muitas vezes, são encontrados também nas fezes humanas, em ambientes hospitalares, mãos, etc. São muito resistentes a uma grande quantidade de antibióticos. Biofilme É o crescimento microbiano em superfícies. São organizações de células microbianas aderidas a uma superfície envolta por uma matriz adesiva (polissacarídeos, proteínas e ácidos nucleicos), excretada pelas células e por células mortas. Aprisionam os nutrientes necessários ao crescimento microbiano e ajudam a impedir o destacamento das células de superfícies dinâmicas. Crescimento microbiano É o aumento do número e não do tamanho das células. Os microrganismos em crescimento estão, na verdade, aumentando o seu número e se acumulando em colônias. Colônias são grupos de células que é possível sua visualização sem utilização de microscópio. As condições necessárias para o crescimento microbiano são químicas: água, macronutrientes, micronutrientes e fatores de crescimento. E físico- químicos (ambientais): temperatura, pH, pressão osmótica e O2. Os microrganismos captam estes elementos do seu habitat que possui grande diversidade de nichos onde bactérias podem ser encontradas ou dos meios de cultura laboratoriais quando se quer estudá-los em ambiente controlado. Unidade 02 – Microbiologia e Imunologia 3º período - Farmácia 13 Classificação Com base na temperatura de crescimento podem ser: Psicrófilas (0-18 °C); Mesófilas (25-40 ºC); Termófilas (50-80°C) e termófilos extremos (>80ºC). Com base na utilização de O2 podem ser: a) aeróbicos obrigatórios em que exigem a presença de oxigênio; b) anaeróbios obrigatórios que não toleram a presença de oxigênio; c) anaeróbios facultativos que crescem na presença ou ausência de oxigênio; d) microaerófilos que exigem a presença de oxigênio em pequena quantidade, não toleram as pressões normais de oxigênio atmosférico. Com base na expressão de acidez ou alcalinidade podem ser: a) acidófilos (1 a 6,9), b) neutrófilos (7) e c) alcolófilos (7,1 a 14). A maioria das bacterias cresce melhor dentro das variações pequenas de pH, sempre perto da neutralidade, entre pH 6,5 e 7,5. Fase lag (adaptação): em que se tem um ajuste fisiológico. Haverá uma síntese de enzimas, cofatores e metabólitos intermediários essenciais. Fase log (exponencial): crescimento e divisão celular (máximo e constante). Influenciada pela temperatura, fontes de carbono, nutrientes, O2, pH, potencial redox, natureza do microrganismo.. Término desta fase é determinado por: limitação de nutrientes, acúmulo de metabólitos tóxicos e ausência de O2. Fase estacionária: número de células viáveis atinge valor máximo. Células novas = células que morrem. Há carência de nutrientes, estacionando o número de células. Fase declínio: ocorre a lise e morte celular.
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