11.3C: Barreras anatómicas a la infección, eliminación mecánica de microbios y antagonismo bacteriano por microbiota corporal normal

Objetivos de aprendizaje

1. Describir qué se entiende por barreras anatómicas a la infección.
2. Enumere 4 formas en las que el cuerpo puede eliminar físicamente microorganismos o sus productos.
3. Describa brevemente cómo los linfocitos T intraepiteliales y las células B-1 juegan un papel en la inmunidad innata.
4. Describir cómo el antagonismo bacteriano por microbiota normal actúa como un mecanismo de defensa corporal inespecífico y nombra 2 microbios oportunistas que pueden causar superinfección al destruir la microbiota normal.
5. Describa brevemente el proceso involucrado en el desarrollo de colitis asociada a antibióticos.

Las barreras anatómicas son barreras duras e intactas que impiden la entrada y colonización de muchos microbios. Los ejemplos incluyen la piel, las membranas mucosas y los envoltorios óseos.

La piel

La piel, que consiste en la epidermis y la dermis, es seca, ácida, y tiene una temperatura inferior a 37 grados Celsius (temperatura corporal). Estas condiciones no son favorables para el crecimiento bacteriano. La microbiota normal residente de la piel también inhibe microbios potencialmente dañinos. Además, las células muertas, queratinizadas que conforman la superficie de la piel, se desprenden continuamente de manera que los microbios que sí colonizan estas células se eliminan constantemente. Los folículos pilosos y las glándulas sudoríparas producen lisozima y lípidos tóxicos que pueden matar bacterias. Las células epiteliales también producen defensinas y catelicidinas para matar microbios. Debajo de la epidermis de la piel se encuentran las células de Langerhans -células dendríticas inmaduras- que fagocitan y matan microbios, los transportan a los ganglios linfáticos cercanos, y presentan antígenos de estos microbios a los linfocitos T para iniciar respuestas inmunes adaptativas contra ellos. Finalmente, los linfocitos T intraepiteliales y los linfocitos B-1 se asocian con la epidermis y el epitelio mucoso. Estas células reconocen microbios comunes a la epidermis y membranas mucosas e inician respuestas inmunitarias adaptativas inmediatas contra estos microbios comúnmente encontrados.

Las membranas mucosas

Las membranas mucosas revisten las cavidades corporales que se abren al exterior, como el tracto respiratorio, el tracto gastrointestinal y el tracto genitourinario. Las membranas mucosas están compuestas por una capa epitelial que secreta moco, y una capa de tejido conectivo. El moco es una barrera física que atrapa microbios. El moco también contiene lisozima para degradar peptidoglicano bacteriano, un anticuerpo llamado IgA secretora que evita que los microbios se unan a las células de la mucosa y las atrapa en la mucosa, lactoferrina para unirse al hierro y evitar que sea utilizado por microbios, y lactoperoxidasa para generar radicales superóxido tóxicos que matan microbios. La microbiota normal residente de la mucosa también inhibe microbios potencialmente dañinos. Además, la membrana mucosa, al igual que la piel, está constantemente desprendiendo células para eliminar los microbios que se han adherido a las membranas mucosas. Debajo de la membrana mucosa se encuentra el tejido linfoide asociado a la mucosa (MALT) que contiene células de Langerhans -células dendríticas inmaduras- que fagocitan y matan microbios, los transportan a los ganglios linfáticos cercanos y presentan antígenos de estos microbios a los linfocitos T para iniciar respuestas inmunes adaptativas contra ellos. Los linfocitos T intraepiteliales y los linfocitos B-1 están asociados con la epidermis y el epitelio mucoso. Estas células reconocen microbios comunes a la epidermis y membranas mucosas e inician respuestas inmunitarias adaptativas inmediatas contra estos microbios comúnmente encontrados.

Recubrimientos óseos

Los envoltorios óseos, como el cráneo y la jaula torácica, protegen los órganos vitales de lesiones y entrada de microbios.

La eliminación mecánica es el proceso de eliminar físicamente los microbios del cuerpo. Los métodos incluyen:

1. Mocos y cilios: La mucosidad atrapa microorganismos y evita que lleguen y colonicen el epitelio mucoso. El moco también contiene lisozima para degradar peptidoglicano bacteriano, un anticuerpo llamado IgA secretora que evita que los microbios se unan a las células de la mucosa y las atrapa en el moco, lactoferrina para unirse al hierro y evitar que sea utilizado por microbios, y lactoperoxidasa para generar radicales superóxido tóxicos que matan microbios. Los cilios en la superficie de las células epiteliales impulsan la mucosidad y atrapan microbios hacia arriba hacia la garganta donde se ingiere y los microbios se matan en el estómago. Esto a veces se llama el inodoro traqueal.
2. El reflejo de tos y estornudo: La tos y los estornudos eliminan la mucosidad y los microbios atrapados.
3. Vómitos y diarrea: Estos procesos eliminan patógenos y toxinas en el tracto gastrointestinal.
4. la acción de rubor físico de los fluidos corporales: Los fluidos como orina, lágrimas, saliva, transpiración y sangre de vasos sanguíneos lesionados también eliminan los microbios del cuerpo.

Antagonismo bacteriano por microbiota normal

Aproximadamente 100 billones de bacterias y otros microorganismos residen en o sobre el cuerpo humano. La microbiota corporal normal mantiene bajo control los patógenos oportunistas potencialmente dañinos y además inhibe la colonización de patógenos al:

1. Producir productos metabólicos (ácidos grasos, bacteriocinas, etc.) que inhiben el crecimiento de muchos patógenos;
2. Adherirse a las células hospedadoras diana para cubrirlas y evitar que los patógenos colonicen;
3. El agotamiento de los nutrientes esenciales para el crecimiento de patógenos; y
4. Estimulando no específicamente el sistema inmune.

La destrucción de la microbiota bacteriana normal por el uso de antibióticos de amplio espectro puede resultar en superinfecciones o crecimiento excesivo por microbiota oportunista resistente a antibióticos. Por ejemplo, la levadura Candida, que causa infecciones como vaginitis y aftas, y la bacteria Clostridium difficile, que causa colitis potencialmente grave asociada a antibióticos, son microorganismos oportunistas que normalmente mantienen bajo control la microbiota normal.

En el caso de las infecciones por Candida, la Candida resiste los antibióticos antibacterianos porque al ser una levadura, es eucariota, no procariota como la bacteria. Una vez que las bacterias son eliminadas por los antibióticos, la Candida no tiene competencia y puede crecer demasiado la zona.

Clostridium difficile es un bacilo oportunista Gram-positivo productor de endosporas transmitido por vía fecal-oral que causa colitis severa asociada a antibióticos. C. difficile es una infección asociada a la atención médica común (HAIs) y es la causa más frecuente de diarrea asociada a la atención médica. La infección por C. difficile a menudo recurre y puede progresar a sepsis y muerte. Los CDC han estimado que cada año hay alrededor de 500,000 infecciones por C. difficile (CDI) en pacientes asociados a la atención médica y está vinculada a 15,000 muertes estadounidenses cada año.

La colitis asociada a antibióticos es especialmente común en adultos mayores. Se piensa que C. difficile sobrevive a la exposición al antibiótico por esporulación. Después de que el antibiótico ya no está en el cuerpo, las endosporas germinan y C. difficile sobrecrece el tracto intestinal y secreta la toxina A y la toxina B que tienen un efecto citotóxico sobre las células epiteliales del colon. C. difficile se ha vuelto cada vez más resistente a los antibióticos en los últimos años, dificultando el tratamiento. Se ha logrado mucho éxito en el tratamiento de la infección con trasplantes fecales, siendo principalmente un procedimiento experimental. Los ensayos de reacción en cadena de la polimerasa (PCR), que prueban el gen bacteriano que codifica la toxina B, son altamente sensibles y específicos para la presencia de un organismo Clostridium difficile productor de toxinas. La técnica más exitosa en la restricción de infecciones por C. difficile ha sido la restricción del uso de agentes antimicrobianos.

Preguntas de Think-Pair-Share

1. A una paciente se le administran grandes dosis de antibióticos de amplio espectro y posteriormente desarrolla una infección vaginal por Candida albicans. Discuta por qué esto podría suceder en términos de inmunidad innata inmediata. ¿Por qué el antibiótico no mató también a la Candida albicans?
2. A menudo, durante las infecciones intestinales se administran medicamentos para suprimir la diarrea. Discuta por qué esto puede no ser siempre una buena idea, especialmente con infecciones microbianas que causan ulceración de los intestinos.

Resumen

Las barreras anatómicas como la piel, las membranas mucosas y los revestimientos óseos son barreras duras e intactas que impiden la entrada y colonización de muchos microbios. La eliminación mecánica es el proceso de eliminar físicamente los microbios del cuerpo. Los ejemplos incluyen moco y cilios, tos y estornudos, vómitos y diarrea, y la acción de rubor de los fluidos corporales. La microbiota normal mantiene bajo control los patógenos oportunistas potencialmente dañinos y además inhibe la colonización de patógenos al producir productos metabólicos que inhiben el crecimiento de muchos patógenos, adhiriéndose a las células hospedadoras diana para cubrirlas y evitar que los patógenos colonicen, agoten los nutrientes esencial para el crecimiento de patógenos, y estimular de manera no específica el sistema inmune.

La destrucción de la microbiota bacteriana normal mediante el uso de antibióticos de amplio espectro puede resultar en superinfecciones o sobrecrecimiento por microbiota oportunista resistente a antibióticos como Candida y Clostridium difficile.