Efectividad clínica de mallas de alginato de sodio para el control de la diseminación de infección con Escherichia coli y Staphylococcus epidermidis en heridas cavitadas con cierre primario en ratas
Clinical efficacy of sodium alginate meshes for the control of infectious dissemination by Escherichia coli and Staphylococcus epidermidis in cavitated wounds with primary healing
Jorge Luna del Villar Velasco*, María José Bernard Bernard**, Graciela Tapia Pérez***, Lilia Gutiérrez Olvera†, Héctor Sumano López†
*Departamento de Medicina, Cirugía y Zootecnia para Pequeñas Especies, Facultad de Medicina Veterinaria y Zootecnia, Universidad Nacional Autónoma de México, 04510, México, DF.
]]> **Departamento de Farmacia, Facultad de Química, Universidad Nacional Autónoma de México, 04510, México, DF.***Departamento de Genética y Bioestadística, Facultad de Medicina Veterinaria y Zootecnia, Universidad Nacional Autónoma de México, 04510, México, DF.
†Departamento de Fisiología y Farmacología, Facultad de Medicina Veterinaria y Zootecnia, Universidad Nacional Autónoma de México, 04510, México, DF.
Responsable de correspondencia:
Lilia Gutiérrez Olvera,
teléfono: 56225908 ext. 108,
correo electrónico: liliago@unam.mx
Recibido el 27 de abril de 2012 ]]> aceptado el 20 de agosto de 2012.
Abstract
The potential wound healing ability of sodium alginate (SA) meshes was determined in cavitated rat wounds infected either with Escherichia coli or Staphylococcus epidermidis. Wound progress was evaluated macroscopically and histopathologically to assess dissemination of the induced infection through evaluation of granuloma formation and adjacent tissue irritation. Five groups of 24 female Wistar rats weighing 280 ± 34 g were formed as follows: control group with SA mesh without inoculum, control group with Escherichia coli inoculum without SA mesh, control group with Staphylococcus epidermidis inoculum without mesh, group with SA mesh + Escherichia coli inoculum and group with SA mesh + Staphylococcus epidermidis inoculum. Abdominal flank incisions were performed under anaesthesia and groups were formed. Both macroscopic and histopathological follow up were carried out and results indicated that the presence of SA meshes avoids or greatly diminishes bacteria dissemination and adjacent tissue irritation. This reaction occurs even in the presence of Escherichia coli or Staphylococcus epidermidis. In the control groups with SA mesh without inoculum and in the groups with Escherichia coli inoculum without SA mesh, and control group with Staphylococcus epidermis inoculum without mesh and group with SA mesh + Escherichia coli inoculum re-epithelialization and wound healing aspect were better than in groups inoculated with Staphylococcus epidermidis, the general odd ratios showed that the dissemination risk was 58 times greater in treatment with SA mesh and E. coli as infectious agent (IC 95% 6.2-210). These results indicate that SA mesh is capable of providing adequate conditions to allow granulation of cavitated wounds, without irritation to adjacent tissues and avoiding dissemination of the infection by E. coli and Staphylococcus epidermidis in rats. However, presence of granuloma can be a healing or esthetic disadvantage, as observed in control group with SA mesh without inoculum.
Key words: Alginate, cavitated wounds, hidrogel, surgical mesh.
Resumen
Se determinó el efecto potencial de cicatrización de mallas de alginato de sodio (AS) en heridas cavitadas infectadas con Escherichia coli y Staphylococcus epidermidis, y se evaluó histopatológica y macroscópicamente la diseminación del proceso infeccioso, formación de granuloma e irritación de los tejidos adyacentes. Se formaron 5 grupos de 24 ratas Wistar hembras de 280 ± 34 g de la siguiente manera: grupo testigo con malla de AS sin inóculo; testigo con inóculo de Escherichia coli sin malla; otro grupo testigo con inóculo de Staphylococcus epidermidis, sin malla; grupo con malla de AS + inóculo de Escherichia coli; grupo con malla de AS + inóculo de Staphylococcus epidermidis. Bajo anestesia se realizaron las incisiones en los flancos absominales y se formaron los grupos. Se realizó un seguimiento macroscópico e histopatológico de la zona afectada y se encontró que la presencia de mallas de AS evita o disminuye drásticamente, tanto la diseminación de la infección a tejidos adyacentes como su irritación. Ello ocurre aun en presencia de Escherichia coli o de Staphylococcus epidermidis. En los grupos testigo con malla de AS sin inóculo, testigo con inóculo de Escherichia coli sin malla, otro grupo testigo con inóculo de Staphylococcus epidermidis sin malla y el grupo con malla de AS + inóculo de Escherichia coli, la reepitelización y la reducción en la herida fueron superiores a los grupos que fueron inoculados con Staphylococcus epidermidis. Los odd ratios generales mostraron que el riesgo de diseminación fue 58 veces menor con el uso de malla de AS y E. coli como organismo infectante (IC 95% 6.2-210). Los resultados encontrados indican que la malla de AS es capaz de proporcionar condiciones adecuadas para la formación de tejido de granulación, sin irritación en los tejidos adyacentes y evitando la diseminación de la infección en heridas cavitadas y contaminadas por E. coli y por Staphylococcus epidermidis en ratas. Sin embargo, la presencia de granuloma puede significar una desventaja cicatrizal o estética, como se observó en el grupo testigo con malla de AS sin inóculo.
Palabras clave: Alginato, heridas cavitadas, hidrogeles, malla quirúrgica.
]]> Introducción
En la clínica veterinaria, más de 80% de los casos que se atienden en consulta externa requieren de un proceso de cicatrización posterior al accidente, cirugía, abscesos, tumores o cualquier otra causa que lesione los tejidos.1 La restauración de la continuidad de los tejidos en los mamíferos es comparativamente limitada con respecto a los anfibios, y más que regeneración tisular se presenta reparación con producción de colágeno de tipo cicatrizal a través de crecimiento fibroblástico y posteriormente proliferación epitelial y endotelial.1 El número de bacterias que penetran en una herida pueden constituir un importante factor en el desarrollo de septicemia local e interferir con la cicatrización. Así, las heridas se pueden clasificar en limpias, limpias-contaminadas, contaminadas y sucias, basándose en la carga bacteriana, y es esta carga la que proporciona la clave terapéutica a seguir.1
En particular, a las denominadas heridas cavitadas se les clasifica como contaminadas; tal es el caso de las mordeduras profundas, las heridas por objeto punzocortante, la avulsión de piel por traumatismos y algunos casos de cirugía oncológica, en los que existe gran cantidad de tejido necrótico. En este tipo de heridas se inicia un proceso infeccioso con un mínimo de 105 unidades formadoras de colonia (UFC) de un solo género bacteriano por gramo de tejido.2,3 Como regla general, estas heridas no deben cerrarse, ya que ello facilitaría el crecimiento de bacterias y su diseminación, a menos que se instituya una terapia antibacteriana sistémica agresiva y un sistema de drenaje, para evitar que el proceso infeccioso pueda agravarse y causar septicemia.3
Se han utilizado las mallas o hidrogeles de alginato de sodio (AS) como parte de la estrategia para la reparación de este tipo de heridas. También se han usado como andamios para el cultivo de hepatocitos y materiales de impresión dental o quirúrgicos, e incluso en reparación de tejido óseo, tejido cartilaginoso y tejido muscular cardiaco.4-9 El AS se obtiene a partir de un alga café Microcystis pyrifera, de la cual se deriva una línea de polisacáridos aniónicos compuestos por residuos del ácido beta-D-mannurónico y el ácido alfa-L-gulurónico.9 Su actividad biológica se basa en la degradación del exudado y promoción de una cama húmeda que evita la desecación de la herida sin irritar. Además, estimula a los monocitos para elevar la concentración local de citocinas, como la interleucina-6 y el factor de necrosis tumoral.9-12 Se postula que estos mediadores pro-inflamatorios promueven la adecuada reparación de las heridas.11,13 El AS es biodegradable y los subproductos de degradación en el sitio son moléculas de glucosa fácilmente absorbidas.9 A pesar de lo anterior, no se ha encontrado información sobre el uso de AS en heridas cavitadas-infectadas, en las que el desafío para controlar la septicemia y el proceso cicatrizal es mucho mayor que el correspondiente en heridas superficiales, en las que habitualmente se usan mallas de AS como apósitos.9,10,12-16
En función de lo anterior, se consideró como hipótesis que el AS puede limitar la diseminación de infecciones en heridas cavitadas, por lo que el objetivo de este trabajo fue evaluar los posibles efectos de las mallas elaboradas con AS, sobre la diseminación bacteriana en heridas cavitadas infectadas, la irritación a los tejidos adyacentes y en la respuesta cicatrizal.
Material y métodos
Este trabajo fue autorizado por el Comité Institucional para Cuidado y Uso de los Animales de Experimentación (CICUAE) de la Facultad de Medicina Veterinaria y Zootecnia de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM), y realizado bajo la Norma Oficial Mexicana NOM-062-ZOO-1999.17
Preparación de las mallas
]]> Bajo condiciones de esterilidad y en una campana de flujo laminar, en 250 ml de agua desionizada, se añadieron 100 ± 1 mg de alginato de sodio y 150 ± 1 mg de glicerol.18 Se dejó secar en recipientes de silicona dentro de una incubadora a 20°C con ventilación controlada por 24 horas. Posteriormente, se cortaron para obtener mallas de 1 cm2 y se colocaron en contenedores sellados al vacío para mantener la esterilidad.
Colocación de las mallas
Se utilizaron 120 ratas Wistar (24 ratas por grupo) de 280 ± 34 g, divididas aleatoriamente en 5 grupos: Grupo TM: testigo con malla de alginato; Grupo TEc: testigo con inóculo de Escherichia coli; Grupo TSt: testigo con inóculo de Staphylococcus epidermidis; Grupo MEc: malla de alginato de sodio + inóculo de Escherichia coli; Grupo MSt: malla de alginato de sodio + inóculo de Staphylococcus epidermidis.
Alojamiento
Se alojó a los animales en el bioterio del Departamento de Fisiología y Farmacología de la Facultad de Medicina Veterinaria y Zootecnia de la Universidad Nacional Autónoma de México. Se les practicó un examen clínico para descartar procesos infecciosos y permanecieron en jaulas individuales de aislamiento durante toda la investigación.19 Se les proporcionó alimento compactado* ad libitum, sin antimicrobianos, agua potable y los cuidados en su higiene y bienestar de acuerdo con los lineamientos y especificaciones para el cuidado y uso de animales de laboratorio de la norma ya descrita. Se les dio un periodo de adaptación de 10 días.
Inducción de la herida
Se pesó individualmente cada rata y se le tranquilizó con acepromacina a dosis de 3 mg/kg vía intramuscular. Posteriormente, se le anestesió con ketamina a dosis de 44 mg/kg vía intramuscular.20 Una vez anestesiadas se rasuró el cuadrante lateral del abdomen y se aplicó povidona iodada. Se realizó una incisión en piel de 1 cm de longitud, seguida de una disección roma en tejido celular subcutáneo para permitir la introducción de la malla. Se cerró la herida con puntos separados de polipropileno de un calibre de 4 ceros y aguja de reverso cortante. Antes de cerrar la incisión, a los grupos MSt y TSt se les depositó un inóculo bacteriano de 100 yil al 0.5 de Mac Farland de una cepa de 24h de incubación de Staphylococcus epidermidis ATCC 12228 (aproximadamente 1 x 108, UFC/ml) y para los grupos TEc y MEc, el mismo inóculo pero de Escherichia coli ATCC 259388 (aproximadamente 1 x 1014, UFC/ml).
Evaluaciones
]]> Se realizaron seguimientos los días 1, 3, 7 y 9 posteriores a la inclusión de la malla, y se evaluó la respuesta inflamatoria, en la cual se tomó en cuenta la siguiente escala: diseminación de la infección (D), irritación a tejidos adyacentes (I) y presencia de granuloma (G), cuantificadas en una escala de 0 a 3: nulo = 0, leve = 1, moderado = 2 y severo = 3. Posteriormente, se les sacrificó con acepromacina y ketamina; se hizo una incisión en la herida para tomar la biopsia y realizar el análisis histopatológico.Análisis estadístico
Las variables se analizaron primero mediante una prueba de Ji2 de razón de verosimilitud, después se obtuvieron las odd ratios o razón de momios por medio de un modelo de estimación generalizado para variable de respuesta ordinal con C = 4 categorías (0, 1, 2, 3), siguiendo el enfoque de Heagerty y Zeger21 y 4 tiempos (día 1, 3, 7 y 9), con enlace logit se compararon los tratamientos TEc contra MEc contra TM y TSt contra MSt contra TM. Con el paquete IBM SPSS 19®.**
Resultados
Los odd ratios generales mostraron que el riesgo de diseminación fue 58 veces mayor en el tratamiento con TEc sólo contra MEc (IC 95% 6.2-210) (Cuadro 1). En el Cuadro 2 se muestra el porcentaje de la diseminación en cada tratamiento en los 4 días de observación. Los tratamientos con malla impidieron la diseminación de la infección, tanto de Escherichia coli como de Staphylococcus sp. De la misma manera, el tratamiento con Staphylococcus sp sólo mostró que el riesgo de diseminación fue 60.3 veces mayor que en MSt (IC 95% 7-200 (Cuadro 1). Por el contrario, el riesgo de presencia de granuloma fue 32 veces menor en el tratamiento con Staphylococcus sp grupo TSt con respecto al grupo MSt. De la misma forma, el tratamiento de TEc tuvo una presencia de granuloma 11.8 veces menor que en MEc; la irritación en tejidos adyacentes fue 71 veces mayor en el grupo TEc con respecto al grupo MEc, y de 87 veces más riesgo de irritación en el grupo Staphylococcus sp al compararlo con el grupo MSt (Figura 1). En el Cuadro 3 se muestran los hallazgos de los resultados histopatológicos de la toma de muestra a los 10 días, de 5 ratas por grupo. En la Figura 1 A) se muestran imágenes del proceso inflamatorio en rata, originado por el inóculo de Staphylococcus epidermidis + alginato de sodio; en la Figura 1 B se observa la respuesta inflamatoria del inóculo de Escherichia coli + alginato de sodio en rata.
Discusión
Las mallas de alginato se forman mediante un entrecruzado físico de polímeros en cadenas no entrecruzadas y agua que forman geles, los cuales no son tóxicos, carcinogénicos o irritantes, por lo que son considerados como biocompatibles.9,15,22 Se ha encontrado que el AS aplicado en forma de apósitos en heridas abiertas forma una barrera física a la infección que proporciona humedad y que limita crecimiento bacteriano y micótico.9,11 Peluso et al.23 describen la capacidad del AS para inducir proliferación de células mesenquimatosas y capilares además de quimiotaxis para macrófagos, lo cual favorece la reepitelización.23 Sin embargo, no existe evidencia de su uso en heridas cerradas, a excepción de escasa información en tejido óseo y cartilaginoso, en los cuales las mallas de alginato promueven una reparación.6,7 También se ha utilizado como biomaterial intracoronario, sitio en el que es sustituido gradualmente por miofibroblastos y tejido conectivo.6-8
En este estudio se encontró que la presencia de mallas de AS evitan tanto la diseminación de la infección a tejidos adyacentes, en presencia de Escherichia coli o de Staphylococcus epidermidis, como la irritación, en parte, debido a la formación de granuloma. Este efecto puede deberse a que el alginato favorece tanto la citoadherencia de bacterias como la quimiotaxis de macrófagos, formando así células gigantes multinucleadas de cuerpo extraño, que evitan la diseminación de la infección. Sin embargo, en el grupo inoculado con Escherichia coli y malla de AS, la reepitelización y la reducción en la herida fue superior a la del grupo inoculado con Staphylococcus epidermidis. Esta diferencia pudo darse por las distintas habilidades de las bacterias para adherirse a las mallas de AS, ya que es superior la citoadherencia de bacterias Gram negativas debido a la presencia de fimbria y flagelos. Además, se han encontrado cepas de Staphylococcus sp móviles con baja capacidad citoadherente,24 y Stuart et al.25 encontraron que la quimiotaxis y fagocitosis para Escherichia coli es superior a la inducida por el Staphylococcus aureus.
]]> Estos resultados son indicadores de que la malla de AS es capaz de proporcionar condiciones adecuadas para la formación de tejido de granulación, sin irritación en los tejidos adyacentes y evitando la diseminación de la infección. Doria et al26 llegaron a conclusiones similares en cuanto al proceso de diseminación, en el que se empleó un modelo de inmovilización de bacterias en sedimentos utilizando geles de alginato. A pesar de los resultados positivos obtenidos en este estudio, es factible suponer que la calidad de cicatrización proporcionada in situ por el gel de AS puede ser mejorada con la incorporación de fármacos que proporcionen un mejor control del proceso infeccioso. Adicionalmente, es importante definir la densidad óptima del AS como sustrato base de mallas o geles para heridas cavitadas y evaluar su comportamiento en tejidos con irrigación sanguínea disminuida, como en úlceras por diabetes, cavidades propias de tumores sólidos, etcétera.En conclusión, las mallas de alginato de sodio impiden la diseminación de infecciones por E. coli o Staphylococcus sp en heridas cavitadas, favorecen la formación de granulomas y controlan la irritación en tejidos adyacentes. Sin embargo, la presencia de granuloma puede significar una desventaja cicatrizal o estética, como se observó en el grupo testigo con malla de AS sin inóculo.
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