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1 RAYSSA OLIVEIRA SANTOS - MEDICINA TAMANHO E FORMA DA CÉLULA BACTERIANA As bactérias podem ser classificadas de acordo com sua forma em três grupos básicos: cocos, bacilos e espiroquetas. Os cocos são esféricos, os bacilos exibem forma de bastonete, e os espiroquetas são espiralados. Algumas bactérias variam quanto a forma, sendo referidas com pleomórficas (com muitas formas). A forma de uma bactéria é determinada por sua parede celular rígida. O aspecto microscópico de uma bactéria corresponde a um dos critérios mais importantes para identificá-las. Além de suas formas características, o arranjo das bactérias é importante. Por exemplo, alguns cocos organizam-se em pares (diplococos), alguns em cadeias (estreptococos), e outros em agrupamentos semelhantes a cachos de uvas (estafilococos). Esses arranjos são determinados pela orientação e pelo grau de ligação das bactérias no momento da divisão celular. O arranjo dos bacilos e dos espiroquetas exibe menos importância médica. As bactérias variam em tamanho, de 0,2 a 5 micrometros (Figura 2-2). As menores bactérias (Mycoplasma) exibem tamanho aproximadamente equivalente aos maiores vírus de animais (poxvírus) e correspondem aos menores organismos capazes de existir fora de um hospedeiro. As bactérias bacilares mais longas exibem tamanho similar ao de algumas leveduras e hemácias humanas (7 micrometros). ESTRUTURA DA CÉLULA BACTERIANA A parede celular é o componente mais externo, sendo comum a todas as bactérias (exceto as espécies de Mycoplasma, envoltas por uma membrana celular e não por uma parede celular). Algumas bactérias exibem elementos de superfície externos à parede celular, como cápsula, flagelos e pili. A parede celular se localiza externamente à membrana citoplasmática, e é composta por peptideoglicanos. O peptideoglicano provem suporte estrutural e confere a manutenção da forma da célula bacteriana. PAREDES CELULARES DE BACTÉRIAS GRAM-POSITIVAS E GRAM-NEGATIVAS A estrutura, a composição química e a espessura da parede celular diferem em bactérias gram-positivas e gram-negativas. A camada de peptideoglicano é muito mais espessa em bactérias gram-positivas que em gram-negativas. Algumas bactérias gram- positivas também possuem fibras compostas por ácido teicoico, que se projetam para fora do peptideoglicano, fato não observado em bactérias gram-negativas. Em contrapartida, os organismos gram-negativos possuem uma camada externa complexa, consistindo em polissacarídeos, lipoproteínas e fosfolipídios. Situado entre a camada da membrana e a membrana Parede celular 2 RAYSSA OLIVEIRA SANTOS - MEDICINA citoplasmática, encontra-se o espaço periplasmático, que, em algumas espécies, corresponde ao local de enzimas denominadas b-lactamases, as quais degradam penicilina e outros fármacos b-lactâmicos. A parede celular exibe várias outras propriedades importantes: Em organismos gram-negativos, contém a endotoxina, um lipopolissacarídeo Seus polissacarídeos e suas proteínas são antígenos uteis na identificação laboratorial Suas proteínas porinas desempenham papel na regulação da passagem de moléculas pequenas e hidrofílicas ao interior das células. As porinas da membrana externa formam um trímero que atua, geralmente de modo inespecífico, como um canal que permite a entrada de substâncias essenciais, como açúcares, aminoácidos e metais, assim como vários fármacos antimicrobianos, como as penicilinas PAREDES CELULARES DE BACTÉRIAS ACIDORRESISTENTES As micobactérias (p. ex., Mycobacterium tuberculosis) apresentam uma parede celular incomum, responsável pela impossibilidade de as micobactérias serem coradas pelo método de Gram. Essas bactérias são referidas como acidorresistentes, uma vez que resistem à descoloração por álcool-ácido após serem coradas por carbol- fucsina. Essa propriedade está́ relacionada à alta concentração de lipídeos, denominados ácidos micólicos, observada na parede celular das micobactérias. COMPONENTES DA PAREDE CELULAR O peptideoglicano é uma rede complexa e entrelaçada que envolve toda a célula, sendo composto por uma única macromolécula ligada covalentemente. É observado apenas nas paredes celulares bacterianas. Confere uma sustentação rígida à célula, é importante para a manutenção da forma característica dela e permite que esta resista a meios de baixa pressão osmótica, como a água. O termo peptideoglicano é derivado dos peptídeos e açúcares (glicano) que compõem a molécula. Mureína e mucopeptídeo são sinônimos de peptideoglicano. O arcabouço de carboidratos é composto por moléculas alternadas de ácido N-acetilmurâmico e N-acetilglicosamina. Ligado a cada uma das moléculas de ácido murâmico, há um tetrapeptídeo que consiste em d e l-aminoácidos, cuja composição exata difere de uma bactéria para outra. Dois desses aminoácidos devem ser especialmente mencionados: o ácido diaminopimélico, específico de paredes celulares bacterianas, e a d-alanina, envolvida nas ligações cruzadas entre os tetrapeptídeo, bem como na ação da penicilina Por estar presente em bactérias, mas não em células humanas, o peptideoglicano corresponde a um alvo adequado para fármacos antibacterianos. Vários desses fármacos, como penicilinas, cefalosporinas e vancomicina, inibem a síntese de peptideoglicano por inibirem a transpeptidase responsável pelas ligações cruzadas entre os dois tetrapeptídeo adjacentes. O lipolissacarídeo (LPS) da membrana externa da parede celular de bactérias gram-negativas é uma endotoxina. É responsável por varias características de doenças, como febre e choque, causadas por esses organismos. É denominado endotoxina porque consiste em uma porção integral da parede celular, ao contrário das exotoxinas, as quais são liberadas pelas bactérias. O grupo de sintomas causados pela endotoxina de uma bactéria gram-negativa é similar ao de outras bactérias gram-negativas, mas a severidade dos sintomas pode diferir amplamente. Em contrapartida, os sintomas causados por exotoxinas de bactérias diferentes são normalmente muito diferentes. 3 RAYSSA OLIVEIRA SANTOS - MEDICINA O LPS é composto por três unidades distintas: Um fosfolipídio denominado lipídeo A, responsável pelos efeitos tóxicos. Um cerne polissacarídico composto por cinco açúcares ligados ao lipídeo A por meio de cetodesoxioctulonato (CDO). Um polissacarídeo externo consistindo em até 25 unidades repetidas de três a cinco açúcares. Esse polímero externo corresponde ao importante antígeno somático, ou O, de várias bactérias gram-negativas, utilizado na identificação de certos organismos no laboratório clínico. São fibras de glicerol-fosfato ou ribitol-fosfato que se situam na camada externa da parede celular gram-positiva e estendem-se a partir desta. Alguns polímeros de ácido teicoico contendo glicerol penetram na camada de peptideoglicano, ligando-se covalen- temente ao lipídeo da membrana citoplasmática e, nesse caso, re- cebem a denominação ácido lipoteicoico; outros são ancorados ao ácido murâmico do peptideoglicano. A importância médica dos ácidos teicoicos reside em sua capacidade de induzir o choque séptico quando causado por certas bactérias gram- positivas; isto é, os ácidos teicoicos ativam as mesmas vias que a endotoxina (LPS) de bactérias gram-negativas. Os ácidos teicoicos também medeiam a ligação de estafilococos às células mu- cosas. Bactérias gram-negativas não possuem ácidos teicoicos. Internamente adjacente à camada de peptideoglicano da parede celular localiza-se a membrana plasmática, composta por uma bicamada fosfolipídica similar à de células eucarióticas quanto ao aspecto microscópico. As duas são quimicamente similares, porém as membranas eucarióticas contêm esteróis, ao contrário dos procariotos em geral. Os únicos eucariotos que apresentam esteróis em suas membranas são osdo gênero Mycoplasma. A membrana desempenha quatro funções importantes: transporte ativo de moléculas para o interior da célula geração de energia pela fosforilação oxidativa, síntese de precursores da parede celular, e secreção de enzimas e toxinas. O citoplasma exibe duas áreas distintas quando observado ao microscópico eletrônico: Uma matriz amorfa que contém ribossomos, grânulos de nutrientes, metabólitos e plasmídeos. Uma região nucleoide interna composta por DNA RIBOSSOMOS Os ribossomos bacterianos são o local da síntese proteica, como nas células eucarióticas, mas diferem dos ribossomos eucarióticos em relação ao tamanho e à composição química. Os ribossomos bacterianos apresentam tamanho de 70S, com as subunidades 50S e 30S, ao passo que os ribossomos eucarióticos apresentam tamanho de 80S, com as subunidades 60S e 40S. As diferenças nas proteínas e nos RNAs ribossomais constituem a base para a ação seletiva de vários antibióticos que inibem a síntese proteica de bactérias, mas não de seres humanos GRÂNULOS O citoplasma contém vários tipos de grânulos que atuam como áreas de armazenamento de nutrientes e que se coram de modo característico com determinados corantes. Por exemplo, a volutina corresponde a uma reserva de alta energia, armazenada na forma de metafosfato polimerizado. Esse grânulo mostra-se metacromático, uma vez que se cora em vermelho pelo corante azul de metileno, em vez de azul, como seria esperado. Os grânulos metacromáticos são uma propriedade característica de Corynebacterium diphtheriae, causador da difteria. Membrana citoplasmática Citoplasma 4 RAYSSA OLIVEIRA SANTOS - MEDICINA NUCLEOIDE O nucleoide corresponde à região do citoplasma onde o DNA está localizado. O DNA de procariotos é uma única molécula circular, com peso molecular de aproximadamente 2 3 109, contendo cerca de 2 mil genes. (Como comparação, o DNA humano contém cerca de 100 mil genes.) Uma vez que o nucleoide não apresenta membrana nuclear, nucléolo, fuso mitótico, nem histonas, há pouca semelhança com o núcleo eucariótico. Uma diferença importante entre o DNA bacteriano e o DNA eucariótico é o fato de o DNA bacteriano não apresentar íntrons, ao contrário do DNA eucariótico. PLASMÍDEOS Plasmídeos são moléculas de DNA de dupla-fita, circulares e extracromossômicos, capazes de replicar-se independentemente do cromossomo bacteriano. Embora sejam geralmente extracromossômicos, os plasmídeos podem integrar-se ao cromossomo bacteriano. Os plasmídeos estão presentes tanto em bactérias gram-positivas quanto em gram-negativas, podendo haver vários tipos diferentes de plasmídeos em uma célula: Plasmídeos transmissíveis podem ser transferidos de uma célula a outra por conjugação. Plasmídeos não transmissíveis são pequenos, uma vez que não contêm genes de transferência. Os plasmídeos carreiam os genes envolvidos nas seguintes funções e estruturas de importância médica: Resistência a antibióticos, a qual é mediada por uma variedade de enzimas. Resistência a metais pesados, como mercúrio, o componente ativo de alguns antissépticos e prata, sendo mediada por uma enzima redutase. Resistência à luz ultravioleta, mediada por enzimas de reparo de DNA Pili (fímbrias) que medeiam a adesão das bactérias às células epiteliais. Exotoxinas, incluindo diversas enterotoxinas Outros produtos de interesse são codificados por plasmídeos: Bacteriocinas são proteínas tóxicas produzidas por determinadas bactérias que são letais para outras bactérias. Exemplos de bacteriocinas produzidas por bactérias de importância médica são as colicinas, produzidas por Escheri- chia coli, e as piocinas, produzidas por Pseudomonas aeruginosa. Entretanto, a importância médica das bacteriocinas está na possibilidade de serem úteis no tratamento de infecções causadas por bactérias resistentes a antibióticos. Enzimas de fixação de nitrogênio de Rhizobium Vários antibióticos produzidos por Streptomyces TRANSPOSONS Os transposons são segmentos de DNA que se deslocam pron- tamente de um local a outro, tanto no interior quanto entre os DNAs de bactérias, plasmídeos e bacteriófagos. Alguns transposons movem-se por meio da replicação de seu DNA e da inserção de uma nova cópia em outro local (transposição replicativa), ao passo que outros são excisados de um local sem replicação e, então, inseridos em um novo local (transposição direta). Esses elementos podem codificar enzimas de resistência a fármacos, toxinas ou uma variedade de enzimas envolvidas no metabolismo, bem como causar mutações no gene onde são inseridos, ou alterar a expressão de genes próximos. Genes de resistência a antibióticos são transferidos de uma bactéria à outra principalmente por meio da conjugação. Esta transferência é mediada principalmente por plasmídeos, embora alguns transposons, denominados transposons conjugativos, sejam também capazes de transferir resistência a antibióticos. 5 RAYSSA OLIVEIRA SANTOS - MEDICINA CÁPSULA A cápsula é uma camada gelatinosa que reveste toda a bacté- ria. É composta por polissacarídeos, exceto no bacilo do antraz, que possui uma cápsula de ácido d-glutâmico polimerizado. Os açúcares que compõem os polissacarídeos variam de uma espécie bacteriana para a outra e, frequentemente, determinam o tipo sorológico de uma espécie. Por exemplo, existem 84 tipos sorológicos distintos de Streptococcus pneumoniae, os quais são distinguidos pelas diferenças antigênicas dos açúcares da cápsula polissacarídica. A cápsula é importante por quatro razões: 1. É um determinante da virulência de diversas bactérias, uma vez que limita a capacidade de fagócitos englobarem as bactérias. Cargas negativas no polissacarídeo capsular repelem a membrana celular negativamente carregada do neutrófilo e evitam que ele englobe a bactéria. 2. A identificação específica de um organismo pode ser fei- ta por meio do uso de antissoro contra o polissacarídeo da cápsula. Na presença de um anticorpo homólogo, a cápsula apresentará um intenso inchaço. Reação de Quellung 3. Os polissacarídeos capsulares são utilizados como an- tígenos em determinadas vacinas, uma vez que são capazes de induzir a formação de anticorpos protetores. 4. A cápsula pode desempenhar um papel na adesão das bactérias aos tecidos humanos, que consiste em uma etapa inicial importante da infecção. FLAGELOS Os flagelos são longos apêndices, semelhantes a um chicote, que deslocam as bactérias em direção aos nutrientes e a outros fatores atrativos, processo denominado quimiotaxia. Os flagelos exibem importância médica por duas razões: Algumas espécies de bactérias móveis são causas comuns de infecções do trato urinário. Os flagelos podem desempenhar papel na patogênese por propelirem as bactérias ao longo da uretra até a bexiga. Algumas espécies de bactérias são identificadas no laboratório clínico pelo uso de anticorpos específicos contra proteínas flagelares. FIMBRIAS OU PILI Os pili são filamentos semelhantes a pelos que se estendem a par- tir da superfície celular. São mais curtos e lineares que os flagelos, sendo compostos por subunidades de uma proteína, a pilina, or- ganizadas em fitas helicoidais. São encontrados principalmente em organismos gram- negativos. Os pili desempenham dois papeis importantes: Medeiam a ligação das bactérias a receptores específicos da superfície de células humanas. Um tipo especializado de pilus, o pilus sexual, estabelece a ligação entre as bactérias doadoras (macho) e receptoras (fêmeas) durante a conjugação GLICOCÁLICE O glicocálice consiste em um revestimento polissacarídico se- cretado por muitas bactérias. Ele reveste as superfícies como um filme e possibilita a firme aderênciadas bactérias a estruturas variadas (p. ex., pele, válvulas cardíacas e cateteres) A importância clínica do glicocálice é ilustrada pelo fato de ce- pas de Pseudomonas aeruginosa produtoras de glicocálice cau- sarem infecções do trato respiratório em pacientes com fibrose cística; além disso, cepas produtoras de glicocálice das espécies Staphylococcus epidermidis e o estreptococo do grupo viridans causam endocardites. Estruturas externas à parede celular 6 RAYSSA OLIVEIRA SANTOS - MEDICINA Essas estruturas altamente resistentes são formadas em resposta às condições adversas por dois gêneros de bacilos gram-positivos de importância médica. O esporo é formado no interior da célula e contém DNA bacteriano, uma pequena quantidade de citoplasma, membra- na celular, peptideoglicano, pouquíssima água e, o mais importante, um revestimento espesso semelhante à queratina, responsável pela acentuada resistência do esporo ao calor, à radiação e a compostos químicos. A importância médica dos esporos reside em sua extraordinária resistência ao calor e a compostos químicos. Como resultado de sua resistência ao calor, a esterilização não é obtida por meio de fervura. METABOLISMO BACTERIANO As bactérias reproduzem-se por fissão binária, processo em que uma célula parental divide-se, originando duas células-filhas. Pelo fato de uma célula originar duas células-filhas, é referido que as bactérias realizam crescimento exponencial. O ciclo de crecimento de bactérias apresenta quatro fases principais: 1. A primeira corresponde à fase lag, durante a qual ocorre intensa atividade metabólica; contudo, as células não se dividem. Essa fase pode durar de alguns minutos a muitas horas. 2. A fase log (logarítmica) é a fase em que se observa rá- pida divisão celular. Fármacos b-lactâmicos, como a penicilina, atuam durante essa fase, uma vez que os fármacos são eficazes no período em que as células produzem peptideoglicano, isto é, quando estão em divisão. 3. A fase estacionária ocorre quando a depleção de nu- trientes ou os produtos tóxicos causam uma diminuição no cres- cimento até que o número de células novas produzidas equilibra- -se com o número de células que morrem, resultando em um estado de equilíbrio. 4. A fase final corresponde à fase de morte, caracterizada por um declínio no número de bactérias viáveis. A resposta ao oxigênio é um critério importante para a clas- sificação das bactérias e exibe grande importância prática, uma vez que espécimes obtidos a partir de pacientes devem ser in- cubados na atmosfera apropriada ao crescimento das bactérias. Algumas bactérias são aeróbias obrigatórias, requerem oxigênio para o crescimento, uma vez que seu sistema de geração de ATP depende do oxigênio como aceptor final de hidrogênio. Outras bactérias, como E. coli, são anaeróbias facultativas; elas utilizam o oxigênio, caso este se encontre presente, para gerar energia por meio da respiração; contudo, são capazes de utilizar a via da fermentação para sintetizar ATP na ausência de oxigênio suficiente. O terceiro grupo de bactérias consiste nas anaeróbias obrigatórias, como Clostridium tetani, incapazes de crescer na presença de oxigênio, uma vez que são desprovidas de superoxido dismutase ou catalase, ou ambos. FERMENTAÇÃO DE AÇUCARES No laboratório clínico, a identificação de vários patógenos importantes de seres humanos baseia-se na fermentação de deter- minados açúcares. Por exemplo, Neisseria gonorrhoeae e Neisseria meningitidis podem ser distinguidas entre si com base na fermentação de glicose ou maltose;; e E.coli pode ser diferenciada de Salmonella e Shigella de acordo com sua capa- cidade de fermentar a lactose. METABOLISMO DO FERRO Esporos bacterianos Ciclo de crescimento Crescimento aeróbio e anaeróbio 7 RAYSSA OLIVEIRA SANTOS - MEDICINA O ferro, sob a forma de íon férrico, é necessário para o cresci- mento das bactérias por ser um componente essencial dos cito- cromos e de outras enzimas. O fato de as bactérias apresentarem esse mecanismo descrito reforça a importância do ferro para o cresci- mento e metabolismo bacterianos. Para obter o ferro necessário para o crescimento, as bactérias produzem compostos ligantes de ferro, denominados sideróforos. Os sideróforos, como a enterobactina produzida por E. coli, são secretados pelas bactérias, quelam o ferro disponível e, assim, o capturam, ligando-se a receptores específicos localiza- dos na superfície das bactérias, sendo ativamente transportados para o interior da célula. A microbiota normal é o termo utilizado para descrever as várias bactérias e fungos que são residentes permanentes de de- terminados locais corporais, especialmente a pele, a parte oral da faringe, o colo e a vagina. . Organismos da microbiota normal são frequentemente denominados comensais. Comensais são organismos que se beneficiam de outros organismos, mas que não trazem danos ao hospedeiro. Os membros da microbiota normal desempenham papel na manutenção da saúde, bem como na promoção de doenças, de três maneiras distintas: 1. Eles podem causar doenças, especialmente em indivíduos imunocomprometidos ou debilitados. 2. Constituem um mecanismo de defesa protetor. As bacté- rias residentes não patogênicas ocupam locais de adesão na pele e na mucosa, podendo interferir na colonização por bactérias patogênicas. A capacidade de os membros da microbiota limitarem o crescimento de patógenos é denominada resistência à colonização. 3. Podem desempenhar uma função nutricional. As bactérias intestinais produzem grande quantidade de vitaminas B e K. Indivíduos malnutridos, quando submetidos ao tratamento com antibióticos orais, podem apresentar deficiências vitamínicas como resultado da redução da microbiota normal. MICROBIOTA DA PELE O organismo predominante na pele é o Staphylococcus epidermidis, que não é patogênico quando situado na pele, mas pode causar doenças quando atinge determinados locais, como válvulas cardíacas artificiais ou articulações prostéticas. Organismos anaeróbios, como Propionibacterium e Peptococcus, estão situados em folículos mais profundos da derme, onde a tensão de oxigênio é baixa. Propionibacterium acnes é um organismo anaeróbio comum na pele, implicando na patogênese da acne. A levedura Candida albicans também é um membro da microbiota normal da pele. Pode atingir a corrente sanguínea de um indivíduo quando a pele é perfurada por agulhas. MICROBIOTA DO TRATO RESPIRATÓRIO O nariz é colonizado por uma variedade de espécies estreptocócicas e estafilocócicas, das quais a mais importante corresponde ao patógeno S. aureus. A garganta contém uma variedade de estreptococos do grupo viridans, espécies de Neisseria e S. epidermidis. Esses organismos não patogênicos ocupam locais de adesão da mucosa da faringe, impedindo o crescimento dos patógenos Streptococcus pyogenes, Neisseria meningitidis e S. aureus, respectivamente. Bactérias anaeróbias, como espécies de Bacteroides, Prevo- tella, Fusobacterium, Clostridium e Peptostreptococcus, são encontradas nos sulcos gengivais, onde a concentração de oxigênio é muito baixa. Quando aspirados, esses organismos podem causar abscessos pulmonares, especialmente em pacientes debilitados e com má higiene dental. 8 RAYSSA OLIVEIRA SANTOS - MEDICINA MICROBIOTA GASTROINTESTINAL Em indivíduos com dieta normal, o estômago contém poucos organismos devido a seu pH baixo e suas enzimas. O intestino delgado geralmente contém pequeno número de estreptococos, lactobacilos e leveduras, particularmente C. albicans. Grandes números desses organismos são encontrados na porção terminal do íleo.O colo corresponde à principal localização das bactérias no corpo. É importante destacar que mais de 90% da microbiota fecal é composta por anaeróbios, com destaque para Bacteroides fragilis. Os anaeróbios facultativos mais abundantes são os coliformes, sendo Escherichia coli o membro mais importante. Outras importantes bactérias facultativas incluem o Enterococcus faecalis, que causa infecções do trato urinário e endocardite, e a Pseudomonas aeruginosa, que causa várias infecções, particular- mente em pacientes hospitalizados e com defesas imunológicas comprometidas Escherichia coli corresponde à principal causa de infecções do trato urinário, enquanto Bacteroides fragilis é uma importante causa de peritonite associada à perfuração da parede intestinal por trauma, apendicite ou diverticulite. MICROBIOTA DO TRATO GENITOURINÁRIO A microbiota vaginal de mulheres adultas contém principalmente espécies de Lactobacillus. Os lactobacilos são responsáveis pela produção do ácido láctico que mantém baixo o pH vaginal da mulher adulta. Os lactobacilos parecem ser capazes de prevenir o crescimento de patógenos potenciais, uma vez que sua supressão pelo uso de antibióticos pode levar ao crescimento exagerado de C. albicans. O crescimento excessivo dessa levedura pode resultar em vaginite por Candida. Em indivíduos sadios, a urina, quando na bexiga, é estéril. Contudo, durante a passagem pelas porções mais distais da ure- tra, a urina sofre contaminação por S. epidermidis, coliformes, difteroides e estreptococos não hemolíticos. A região ao redor da uretra feminina e de homens não circuncisados contém secreções que apresentam Mycobacterium smegmatis, um organismo acidorresistente. A pele que reveste o trato urogenital corresponde ao local de Staphylococcus saprophyticus, uma causa de infecções do trato urinário em mulheres. MECANISMOS DE AGRESSÃO DAS BAC TÉRIAS As bactérias provocam doença de dois mecanismos principais: produção de toxinas e invasão/inflamação. As toxinas se enquadram em duas categorias gerais: Exotoxinas – são polipeptídeos liberados pela célula bacteriana; Endotoxinas – são lipopolissacarídeo, componentes integrais da parede celular ESTÁGIOS DA PATOGÊNESE BACTERIANA Uma sequência generalizada dos estágios de uma infecção pode ser assim representada: 1. Fonte externa como fonte de transmissão pela porta de entrada. 2. Evasão das defesas primárias do hospedeiro, como a pele e o ácido gástrico. 3. Aderência às membranas mucosas, frequentemente pelos pili bacterianos. 4. Colonização por meio da multiplicação da bactéria no local de aderência. 5. Manifestações clínicas da doença oriundas da produção de toxinas ou da invasão acompanhada pelo processo inflamatório. 6. Respostas do hospedeiro, imunidade inespecífica e específica durante os passos 3, 4 e 5. 7. Progressão ou resolução da doença. 9 RAYSSA OLIVEIRA SANTOS - MEDICINA DETERMINANTES DA PATOGÊNESE BACTERIANA 1. Transmissão Embora algumas infecções sejam causadas por membros da microbiota normal, a maioria é adquirida de fontes externas. Os pa- tógenos são normalmente eliminados dos pacientes pelos tratos res- piratório e gastrintestinal; a transmissão ao novo hospedeiro, por- tanto, ocorre normalmente por meio de aerossóis respiratórios ou contaminação fecal de fontes de alimento e água. Microrganismos também podem ser transmitidos por contato sexual, urina, contato cutâneo, transfusão sanguínea, seringas contaminadas ou picada de artrópodes. O contato sanguíneo, seja pela transfusão sanguínea ou pelo compartilhamento de seringas durante o uso intravenoso de drogas, pode transmitir vários patógenos de etiologias bacteriana e viral. As principais doenças bacterianas transmitidas por carrapatos nos Estados Unidos são a doença de Lyme, a febre maculosa das Montanhas Rochosas, a erliquiose, a febre recorrente e a tularemia. 2. Aderência às superfícies celulares Certas bactérias têm estruturas especializadas (p. ex., pili) ou produzem substâncias (p. ex., cápsulas ou glicocálices) que as permitem aderir às superfícies de células humanas, aumentando sua capacidade de causar doença. Esses mecanismos de aderência são essenciais aos microrganismos que se prendem às membranas mucosas; mutantes desprovidos desses mecanismos são frequentemente não patogênicos. Os pili presentes em Neisseria gonorrhoeae e E. coli, por exemplo, permitem a adesão desses microrganismos ao epitélio do trato urinário, assim como o glicocálice de Staphylococcus epidermidis e de algumas amostras de Streptococcus permite a forte aderência desses microrganismos ao endotélio das válvulas cardíacas. Após a adesão, as bactérias frequentemente formam uma matriz protetora, denominada biofilme, constituída por diversos tipos de polissacarídeos e proteínas. Os biofilmes formam-se especialmente em corpos estranhos, como próteses de articulações, válvulas cardíacas e cateteres endovenosos, mas também podem ocorrer em estruturas nativas, como válvulas cardíacas naturais. Os biofilmes protegem as bactérias tanto de antibióticos quanto das defesas imunes do hospedeiro, como anticorpos e neutrófilos. Essas estruturas também retardam a cura da ferida, gerando processos infecciosos crônicos, principalmente em diabéticos. Os biofilmes desempenham papéis importantes na persistência de Pseudomonas no pulmão de pacientes com fibrose cística e na formação da placa dental, precursora das cáries. 3. Invasão, inflamação e sobrevivência Diversas enzimas secretadas por bactérias invasivas desempenham papéis na patogênese. Entre as mais importantes encontram-se as seguintes: Colagenase e hialuronidase, as quais degradam o colágeno e o ácido hialurônico, respectivamente, permitindo, assim, que a bactéria se dissemine por meio do tecido subcutâneo. Coagulase , que acelera a formação do coágulo de fibrina a partir de seu precursor, o fibrinogênio (esse coágulo protege a bactéria da fagocitose por meio do isolamento da área infectada e por envolver o microrganismo em uma camada de fibrina). Protease de imunoglobulina A (IgA), capaz de degradar IgA, permitindo a adesão do microrganismo às membranas mucosas. Leococidinas capazes de destruir neutrófilos e macrófagos. Após a colonização e a multiplicação das bactérias na porta de entrada, elas podem invadir a corrente sanguínea e disseminar-se para outras partes do corpo. Os receptores de superfície celular capazes de interagir com ligantes bacterianos determinam, na maioria das vezes, os órgãos afetados. Duas doenças importantes, difteria e colite pseudomembranosa, são caracterizadas por lesões inflamatórias, denominadas pseudomembranas. As pseudomembranas são espessas, aderentes e apresentam exsudatos acinzentados ou amarelados nas mucosas da garganta, na difteria, ou do colo, na colite pseudomembranosa. 4. Produção de toxinas Exotoxinas 10 RAYSSA OLIVEIRA SANTOS - MEDICINA Exotoxinas encontram-se entre as substâncias mais tóxicas já conhecidas. A dose letal da toxina tetânica para um ser humano, por exemplo, é estimada em menos do que 1 microg. Devido ao fato de que algumas exotoxinas purificadas podem reproduzir todos os aspectos da doença, pode- se concluir que certas bactérias não apresentam nenhum outro papel na patogênese além da síntese da exotoxina em si. Exotoxinas são liberadas da bactéria por meio de estruturas especializadas, conhecidas como sistemas de secreção. Alguns sistemas de secreção transportam as exotoxinas para o espaço extracelular, enquanto outros as levam diretamente ao interior das células dos mamíferos. Os sistemas que as levam diretamente ao espaço intracelular são considerados mais eficientes, uma vez que as exotoxinas não são expostas aos anticorpospresentes no meio extracelular. BACTÉRIAS GRAM-POSITIVAS As exotoxinas produzidas por bactérias gram-positivas apresentam inúmeros mecanismos de ação e geram diferentes manifestações clínicas: BACTÉRIAS GRAM-NEGATIVAS As exotoxinas produzidas por bactérias gram-negativas também apresentam diversos mecanismos de ação e produzem diferentes manifestações clínicas. Duas exotoxinas muito importantes são as enterotoxinas da E. coli e do V. cholerae (toxina colérica), que aumentam a quantidade intracelular de AMP cíclico nos enterócitos, produzindo a diarreia aquosa. Endotoxinas As endotoxinas são parte integral da parede celular de bacilos e cocos gram-negativos, diferentemente do observado para as exotoxinas, que são ativamente liberadas pela célula bacteriana. A toxicidade das endotoxinas é baixa quando comparada à toxicidade das exotoxinas. Todas as endotoxinas produzem sintomas sistêmicos de febre e choque, embora endotoxinas de alguns microrganismos sejam mais eficientes quando comparadas às demais. Endotoxinas são pouco antigênicas; a produção de anticorpos protetores é tão baixa que inúmeros episódios de toxicidade podem ocorrer. Toxoides nunca foram produzidos a partir de endotoxinas e, portanto, endotoxinas não estão presentes em nenhuma vacina disponível. Um dos principais locais de ação das endotoxinas são os macrófagos. As endotoxinas (LPS) são liberadas da superfície de bactérias gram- negativas em pequenos pedaços da membrana externa, os quais se ligam à proteína de ligação ao LPS no plasma. Este complexo interage com um receptor na superfície de macró- fagos, denominado CD14, o qual ativa o receptor semelhante ao Toll 4 (TLR-4). 5. Imunopatogênese Em certas doenças, como a febre reumática e a glomerulonefrite, o microrganismo por si não provoca a doença, mas sim a respos- ta imune à presença do microrganismo. Na febre reumática, por exemplo, há a formação de anticorpos contra a proteína M do S. pyogenes, que apresentam reação cruzada com tecidos articulares, cardíacos e cerebrais. A inflamação ocorre e resulta em artrite, miocardite e encefalite, achados característicos dessa doença. 11 RAYSSA OLIVEIRA SANTOS - MEDICINA MECANISMOS DE DEFESA DO HOSPEDEIRO 1. Imunidade inata Uma defesa importante corresponde à membrana mucosa do trato respiratório, a qual é revestida por cílios e recoberta por muco. A movimentação coordenada dos cílios conduz o muco até o nariz e a boca, onde as bactérias capturadas podem ser expelidas. Esse aparato mucociliar, o elevador ciliar, pode ser danificado pelo álcool, pelo fumo e por vírus; o dano predispõe o hospedeiro a infecções bacterianas. Outros mecanismos de proteção do trato respiratório envolvem os macrófagos alveolares, a lisozima das lágrimas e o muco, pelos do nariz, e o reflexo de tosse que impede a aspiração para os pulmões. A enzima lisozima, presente na lágrima, no muco e na saliva de seres humanos, é capaz de clivar o arcabouço de peptide- oglicano, rompendo suas ligações glicosil, contribuindo, assim, para a resistência do hospedeiro à infecção microbiana. Bactérias tratadas com lisozima podem intumescer e romper-se como resultado da entrada de água nas células, as quais exibem elevada pressão osmótica interna. No entanto, quando as células tratadas com lisozimas se encontram em uma solução com a mesma pressão osmótica que a do interior bacteriano, essas células sobrevivem, assumindo formas esféricas, denominadas protoplastos, circundadas apenas por uma membrana citoplasmática. A proteção inespecífica do trato gastrintestinal inclui as enzimas hidrolíticas da saliva, o ácido estomacal, assim como várias enzimas degradativas e macrófagos do intestino delgado. A vagi- na da mulher adulta encontra-se protegida pelo pH baixo gerado pelos lactobacilos, membros da microbiota normal. Uma proteção adicional observada no trato gastrintestinal e no trato respiratório inferior é conferida por defensinas. Defensinas são peptídeos com alta carga positiva (catiônicos) que criam poros nas membranas das bactérias, promovendo sua morte. 2. Imunidade adaptativa A imunidade adaptativa resulta da exposição ao organismo (imunidade ativa) ou do recebimento de anticorpos pré-formados produzidos em outro hospedeiro (imunidade passiva). A imunidade passiva adaptativa é uma forma de proteção temporária contra um determinado organismo, sendo adquirida por meio da inoculação de soro contendo anticorpos pré-formados de outra pessoa ou animal. A imunização passiva ocorre naturalmente na forma de imunoglobulinas transferidas da mãe para a criança por meio da placenta (IgG) ou do leite materno (IgA). A imunidade passiva tem a importante vantagem de suas capacidades protetoras estarem presentes de imediato, ao passo que a imunidade ativa ocorre dentro de poucos dias a poucas semanas, dependendo de tratar-se de uma resposta primária ou secundária. Contudo, a imunidade passiva apresenta a impor- tante desvantagem de a concentração de anticorpos sofrer rápida redução à medida que as proteínas são degradadas, de modo que a proteção persiste normalmente por apenas um mês ou dois. A imunidade ativa adaptativa consiste na proteção baseada na exposição ao organismo na forma de doença sintomática, infecção subclínica ou por meio de uma vacina. . Essa proteção desenvolve-se mais lentamente, porém é de maior duração que a imunidade passiva. A imunidade ativa é mediada tanto por anticorpos quanto por células T: Os anticorpos protegem contra os organismos por uma variedade de mecanismos – neutralização de toxinas, lise de bactérias na presença do complemento, opsonização das bactérias para facilitar a fagocitose e interferência na adesão de bactérias e vírus às superfícies celulares. As células T medeiam uma variedade de reações, in- cluindo a destruição citotóxica de bactérias e células infectadas por vírus, ativação de antígenos e hipersensibilidade tardia. As células T também auxiliam as células B na produção de anticorpos com vários antígenos, mas não todos. 12 RAYSSA OLIVEIRA SANTOS - MEDICINA INFECÇÃO URINÁRIA A maioria dos episódios de ITU é causada por enterobactérias como: Escherichia, Klebsiella, Enterobacter, Citrobacter, Proteus, Serratiae outros. A Escherichia coli é o agente etiológico mais comum, ocorrendo em 80-90% dos casos. Em crianças imunodeprimidas, principalmente naquelas que estejam usando antibióticos potentes, de amplo espectro, pode ocorrer ITU por Candida albicans ou outros fungos. A gravidade e as complicações da ITU são determinadas pela suscetibilidade do paciente e pelas complexas interações entre o hospedeiro e o patógeno. As apresentações clínicas variam conforme a faixa etária, a localização da infecção, o estado nutricional do paciente e alterações anatômicas e funcionais do trato urinário. Nos lactentes, a principal manifestação clínica é a febre. Raramente podem ocorrer sinais e sintomas mais específicos como polaciúria, disúria, dor lombar e gotejamento urinário. Sintomas inespecíficos como hiporexia e baixo ganho de peso também podem ser observados. Nos adolescentes, a ITU geralmente apresenta-se com disúria, polaciúria, hematúria, dor à micção ou urgência miccional, além de febre e acometimento do estado geral. O diagnóstico da ITU é clínico-laboratorial, incluindo anamnese e exame físico detalhados. Na anamnese é importante pesquisar, além da sintomatologia especifica da ITU, o padrão miccional (frequência urinária, incontinência urinária diurna e/ou enurese), o hábito intestinal (constipação e escapes fecais), a característica do jato urinário, os sintomas gerais associados (febre, vômitos, diarreia, déficit no ganho ponderal) e a atividade sexual em adolescentes. Na avaliação laboratorialos exames de urina rotina (urinálise, EAS) e a bacterioscopia pelo Gram de gota de urina não centrifugada, quando alterados, corroboram o diagnóstico de ITU. Porém, a confirmação diagnóstica é feita pela cultura da urina, mostrando proliferação bacteriana em valores acima de 100.000 UFC. Outros exames laboratoriais, como hemograma e PCR, podem estar normais ou apresentarem alterações indicativas de infecção bacteriana aguda, principalmente nas pielonefrites e em crianças de pouca idade. Leucócitos ou piócitos (piúria) são muito sugestivos de ITU. Considera-se piúria a presença de cinco ou mais leucócitos por campo microscópico sob grande aumento (400x), sendo que na maioria dos episódios de ITU estão presentes campos repletos Na bacterioscopia pelo Gram, uma ou mais bactérias Gram-negativas correlacionam-se fortemente com urocultura positiva. O diagnóstico de ITU é confirmado pela urocultura positiva, que é a existência de um número igual ou superior a 100.000 UFC de uma única bactéria. GONORREIA A gonorréia é doença infecciosa do trato urogenital, bacteriana, transmitida quase que exclusivamente por contato sexual ou perinatal. Acomete primariamente as membranas mucosas do trato genital inferior e menos freqüentemente aquelas do reto, orofaringe e conjuntiva. A N. gonorroheae primariamente infecta o epitélio colunar. A ligação ao epitélio mucoso, mediada em parte pelos pilli e pela proteína Opa, é seguida em 24-48 horas pela penetração do organismo entre e através das células epiteliais para chegar ao tecido submucoso. Há resposta vigorosa de polimorfonucleares, com descamação do epitélio, desenvolvimento de microabscessos submucosos e formação de exsudato. O diagnóstico laboratorial da gonorréia depende da identificação da N. gonorrhoeae em um local infectado. O isolamento por cultura representa o método diagnóstico padrão e sempre deve ser utilizado. A amplificação do DNA pela reação em cadeia da polimerase (PCR) oferece sensibilidade comparável ou até mesmo superior a cultura, porém a experiência clínica revela-se limitada. Uma simples cultura em meio seletivo mostra sensibilidade de 95% ou mais para amostras uretrais de homens com uretrite sintomática e 80-90% para infecção endocervical nas mulheres, dependendo da qualidade do meio e da adequação da amostra. Normalmente, não se colhe o pus que é eliminado, porque esse já sofreu a ação de enzimas e nem sempre contém bactérias. Despreza-se esse primeiro pus e colhe-se o material diretamente da uretra, normalmente solicitando previamente que o paciente fique sem urinar por pelo menos 2 horas. É um exame rápido — em 15 minutos, está pronto o resultado — barato e indolor, mas importantíssimo para definir o agente etiológico da doença. Como é frequente a infecção por mais de um agente, podem ser colhidas na mesma oportunidade amostras de sangue e fluidos para outros exames.
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