Nuevos modelos conceptuales de la microbiología pulmonar
Fisiopatología de la neumonía: En contraste con el concepto tradicional sobre la patogenia de la neumonía, los conocimientos microbiológicos actuales proponen una nueva mirada, indicando que la infección pulmonar es el resultado de un desbalance en un sistema en complejo equilibrio.
Dres. Dickson R, Erb-Downward J, Huffnagle G y colaboradores
SIIC
Lancet Respiratory Medicine (2):238-246, 2014
Resumen
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"Las infecciones respiratorias representan todavía una causa importante de morbilidad y mortalidad, mayor aún que el cáncer, la enfermedad coronaria o la diabetes"
Introducción
La neumonía ha sido históricamente una de las principales causas de morbimortalidad. El descubrimiento de los antibióticos y el desarrollo de vacunas han disminuido la prevalencia de la enfermedad respiratoria como preocupación principal de la salud pública, a partir de la segunda mitad del siglo veinte. Sin embargo, no se han incorporado a la práctica clínica nuevos métodos de tratamiento desde la introducción de los antibióticos, en un escenario en el que la aparición de microorganismos resistentes es cada vez más común.
Las infecciones respiratorias representan todavía una causa importante de morbilidad y mortalidad, mayor aún que el cáncer, la enfermedad coronaria o la diabetes.
Durante la última década, las nuevas técnicas microbiológicas, independientes del cultivo, han mostrado que las vías respiratorias bajas, hasta ahora consideradas estériles, contienen diversas comunidades de microbios, aún en ausencia de infección clínica.
El modelo convencional de la patogenia de la neumonía, crecimiento rápido de un organismo invasivo en un área corporal previamente estéril, se ha revelado inadecuado frente a estos indicios y ha retrasado el desarrollo de nuevos tratamientos y estrategias de prevención.
En este estudio, los autores proponen tres nuevos conceptos en reemplazo de los modelos tradicionales de microbiología pulmonar, para contribuir a una mayor comprensión de la emergencia de la neumonía en un entorno pulmonar previamente sano. Los conceptos incluyen:
- el modelo insular de la biogeografía pulmonar
- el efecto de los gradientes ambientales sobre la microflora del pulmón
- la neumonía como un fenómeno emergente impulsado por mecanismos de retroalimentación positiva, en gran parte inexplorados.
Modelo conceptual 1: Adaptación del modelo insular de biogeografía pulmonar
Los manuales modernos de patología y medicina clínica respetan aún la larga tradición de dividir la anatomía de las vías respiratorias y, por ende, las infecciones asociadas, en vía aérea superior o alta y vía aérea inferior o baja, clásicamente definidas como aquellas estructuras por encima de la laringe o tráquea, y por debajo de ellas. El término “neumonía” se refiere habitualmente a la infección de la vía respiratoria baja.
Es habitual afirmar que la vía aérea alta contiene comunidades abundantes y diversas de microorganismos, pero, aún en la actualidad, los manuales enseñan el concepto de que el pulmón normal está libre de bacterias. Este concepto deriva de la identificación de la presencia bacteriana a través de los cultivos.
En la última década, las técnicas de identificación microbiana independientes del cultivo han cuestionado este concepto. Muchos estudios indican que el ADN microbiano es siempre detectable en las muestras de tejidos de las vías aéreas inferiores.
Si bien tempranamente se instaló el debate sobre si las señales microbianas detectadas representaban contaminación o artefactos debidos a la técnica del procesamiento de la muestra, los autores afirman que se trata de un debate perimido, que presupone una visión dicotómica simplista de compartimientos separados en el aparato respiratorio. Proponen, en cambio, el modelo conceptual de la biogeografía insular en equilibrio, desarrollado por MacArthur y Wilson en 1963.
Este modelo intenta identificar e integrar los factores que definen la variedad de especies animales y vegetales en las islas. Uno de los conceptos clave de este modelo es la observación de que la riqueza de variedades de especies insulares está inversamente relacionada con la distancia a la tierra continental más cercana, y directamente relacionada con la extensión de la tierra continental cercana.
Estos factores determinan las tasas de introducción de nuevas especies al ecosistema de la isla, a la vez que el tamaño de la isla determina la tasa de extinción de las especies. Ambos factores, la tasa de inmigración y la tasa de extinción, pueden ser integrados en un modelo que permite predecir la variedad de especies de una isla en diferentes contextos teóricos. Aunque el punto de equilibrio de los factores puede ser constante, la población de la isla es dinámica, con un recambio permanente de nuevas especies que aparecen y otras especies que se extinguen.
La adaptación de este modelo a la microbiología pulmonar incorpora la noción de que, en cualquier sitio de las vías respiratorias, la variedad de la flora microbiana está en función de la aparición y extinción de las especies bacterianas provenientes de la vía aérea superior. Los microbios llegan a la vía aérea inferior por extensión directa a través de la mucosa, por microaspiraciones (que ocurren comúnmente, aún en personas sanas), y por inhalación del aire (que contiene entre 104 y 106 bacterias por m3).
La tasa de extinción de las especies microbianas es función de la tos, de la limpieza que efectúan las cilias y de los mecanismos antimicrobianos aportados por la inmunidad natural y la inmunidad adquirida. La presencia de factores, como la proximidad a la laringe, la mayor contaminación microbiana de la orofaringe y la disfunción faríngea, contribuyen a aumentar la inmigración bacteriana.
La alteración del mecanismo de la tos, de la función ciliar o de la inmunidad disminuye la tasa de eliminación bacteriana. Las intervenciones médicas pueden alterar el punto de equilibrio y favorecer la aparición de neumonía, como sucede, por ejemplo, con el uso de ciertos fármacos (inhibidores de la bomba protónica, pentobarbital o corticoides).
El significado clínico de las diferencias en la diversidad microbiana aún no ha sido establecido y es el foco de la investigación moderna sobre el tema.
Modelo conceptual 2: El efecto de los gradientes ambientales sobre la microflora pulmonar
Al caracterizar la microbiología de las infecciones del aparato respiratorio, la bibliografía moderna no diferencia la predilección de cada patógeno por una región específica del pulmón, excepto en algunas situaciones particulares, como la neumonía aspirativa, que tiene predilección por las zonas inferiores del pulmón, o la tuberculosis reactivada, más frecuente en los vértices del pulmón. Algunos estudios recientes indican, en cambio, una gran heterogeneidad de la microflora bacteriana cuando se analizan distintos segmentos pulmonares en una misma persona.
Además de estos hallazgos, existen numerosos fundamentos que sugieren que la microflora del pulmón no es uniforme. La superficie interna del pulmón es alrededor de 30 veces mayor que la superficie cutánea, y los vértices y las bases pulmonares difieren sustancialmente en perfusión tisular, presión parcial de oxígeno, pH y temperatura. Son notables también las diferencias regionales en la estructura de las células epiteliales, la presencia de cilias, la producción de moco, el depósito de partículas inhaladas y el tipo y características de las células inflamatorias.
Todos estos factores modifican las condiciones para el desarrollo de distintas microfloras, proveyendo ventajas selectivas para especies específicas de microbios. Los autores proponen incorporar el concepto del gradiente ambiental, tomado de la ecología: un cambio gradual de factores ambientales, como la temperatura, la salinidad o la altitud, que determina profundas variaciones en la predominancia de algunas especies. El estudio de las comunidades microbianas y de los gradientes ambientales permitiría desarrollar hipótesis novedosas acerca de la manipulación de los factores ambientales para el tratamiento y la prevención de las enfermedades infecciosas pulmonares.
Modelo conceptual 3: El ecosistema microbiológico pulmonar como un sistema complejo de adaptación
El mecanismo clásicamente propuesto para la patogenia de la neumonía bacteriana refleja en gran parte la convicción de que el pulmón es un órgano estéril. El ingreso de un inóculo patógeno de suficiente magnitud como para superar las defensas naturales produce la enfermedad. Según este modelo, se requieren pocos factores para predecir las características de una neumonía determinada: tamaño del inóculo, virulencia del microbio y capacidad defensiva del huésped. Los cambios de estos factores implicarían cambios predecibles en la gravedad de la enfermedad.
Sin embargo, los estudios actuales de la microbiología pulmonar demuestran que este modelo reduccionista y lineal no es adecuado. La especie patógena aislada en una neumonía particular es simplemente una de las muchas especies que conviven en el aparato respiratorio, que pueden ser identificadas en el individuo sano. La predominancia de una especie en un momento determinado es la resultante de la interacción de múltiples factores involucrados.
Este modelo de sistemas adaptativos complejos es radicalmente distinto del modelo lineal simple. Donde el modelo lineal propone el concepto de que pequeñas alteraciones en relativamente pocas condiciones ambientales producen pequeños resultados, el modelo adaptativo complejo propone, en cambio, el concepto de diversas entidades interactuando unas con otras en un espacio común, mediante acciones interdependientes, y con la capacidad de adaptarse a los cambios en las condiciones ambientales. Mientras que un sistema lineal puede ser representado por un modelo matemático de ecuaciones diferenciales, un sistema complejo requiere técnicas de análisis basadas en algoritmos de computación.
Conclusiones
Las nuevas técnicas de identificación microbiológica independientes del cultivo han mostrado que los pulmones, aun en ausencia de infección, contienen comunidades diversas y dinámicas de microbios. El aparato respiratorio es un ecosistema único que se extiende desde las fosas nasales hasta los alvéolos, y comprende una topografía microbiana continua y variable, donde el número de especies microbianas en un sitio determinado es una función integrada de muchos factores inmigratorios y de extinción.
Las condiciones variables en distintas áreas de los pulmones y de las vías aéreas determinan diferentes características de crecimiento microbiano. El desarrollo de la neumonía representa un fenómeno emergente brusco de perturbación de la compleja homeostasis del ecosistema microbiológico pulmonar.
Ya existen datos clínicos que apoyan la hipótesis de que la manipulación de la microflora pulmonar y de su ambiente posee potencial terapéutico y preventivo. La administración de probióticos intestinales, el uso racional de antibióticos y de otros fármacos que modifican las poblaciones bacterianas pueden tener implicancias terapéuticas significativas a corto plazo.
SIIC - Sociedad Iberoamericana de Información Científica
Referencias Bibliográficas
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