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CONTROL DEL CRECIMIENTO MICROBIANO AGENTES QUIMICOS

agentes quimicos bactericidas

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CONTROL DEL CRECIMIENTO MICROBIANOAGENTES QUIMICOS

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BIBLIOGRAFIA

• Hugo, W.B., and A.D Russell: Pharmaceutical Microbiology 6th , 1998, Ed. Blackwell Science. Capítulos 10, 11, 12 y 13.

• Russell, AD., W. B. Hugo, and G.A.J. Ayliffe (eds) : Principles and practice of disinfection, preservation and sterilization, 1999. Ed. BIackweII Science.

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TEMARIO

• Clasificación de agentes químicos según: estructura, m.o. blanco, uso, espectro de acción

• Mecanismos de acción• Mecanismos de resistencia • Factores que afectan la actividad:

concentración, temperatura, materia orgánica, etc.

• Métodos de evaluación de agentes químicos

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• Desinfectantes y sanitizantes• Antisépticos• Conservadores: alimentos,

medicamentos, cosméticos y otros (pinturas, detergentes, combustibles, etc)

CLASIFICACION SEGÚN USO

DesinfectanteAgente químico empleado para reducir el número de m.o. (incluidos patógenos) a un nivel aceptable, en un ambiente inanimado.SanitizanteAgente químico usado para desinfectar principalmente utensilios y equipos en industria alimentaria

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AntisépticoAgente químico empleado para inhibir o destruir m.o. en la superficie de un tejido vivo

Conservador

Agente de amplio espectro agregado a un producto para prevenir la multiplicación de m.o. y así evitar su deterioro o contaminación (inadvertida) y minimizar el riesgo para la salud

CLASIFICACION SEGÚN USO

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CLASIFICACION SEGÚN USO

CONSERVADORES

principalmente acción

stasis

DESINFECTANTES Y

ANTISEPTICOS

principalmente acción

Acida

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• Antibacterianos• Antifúngicos• Antituberculosos• Antivirales

CLASIFICACION SEGÚN MICROORGANISMO BLANCO

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CLASIFICACION SEGÚN ESPECTRO DE ACTIVIDAD GERMICIDA

BAJA INTERMEDIA ALTA

Bacterias (células vegetativas)

+ + +

Mycobacterium - + +

Endosporas - - +

Hongos + + +

Virus envueltos + + +

Virus desnudos - + +

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CLASIFICACION SEGÚN ESTRUCTURA QUIMICA

Alcoholes: etanol, isopropanol, bronopol Fenoles Ácidos y ésteres: benzoico, sórbico,

ésteres del ácido p-aminobenzoico Halógenos: Cl2, I2, ClO-, iodóforos,

cloraminas Amonios cuaternarios Aldehídos: glutaraldehído, formaldehído

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Peróxidos y peroxoácidos

Sales de metales pesados: sales de Hg, Ag

Biguanidas: clorhexidina

Epóxidos: óxido de etileno

Colorantes: cristal violeta, acridina, verde de malaquita

CLASIFICACION SEGÚN ESTRUCTURA QUIMICA

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ALCOHOLES

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ALCOHOLES

Etanol (e isopropanol)

Uso desinfección y antisepsia, en baja conc. conservador

Elimina Mycobacterium.

No es esporicida.

Soluciones acuosas al 70% es bactericida. Al 90% virucida

Alcohol bencílico, fenoxietanol, bronopol, clorobutanol

Uso conservadores en cosméticos y medicamentos

Bronopol y fenoxietanol actividad elevada frente a Gram-

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FENOLES

Cresol, xilenol, clorocresol

Derivados de petróleo por destilación

Uso desinfección doméstica

No esporicidas

Activos a pH ácido.

Actividad se reduce marcadamente por dilución

Hexaclorofeno y triclosan

antisepsia en manos (jabones medicinales).

Triclosan conservador en cosméticos

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ÁCIDOS Y ÉSTERES

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ÁCIDOS Y ESTERESÁcido benzoico y sórbico

Uso: conservadores en alimentos, medicamentos y cosméticos

Uso limitado a pH 4 - 5

Otros: propiónico, acético, láctico en alimentos

pKa: 4,2

pKa: 4,8

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ÁCIDOS Y ÉSTERES

pKa: 8 a 8,5

Uso: conservadores en medicamentos y cosméticos

Activos hasta pH 7 (mayor actividad a pH ácido) Mayor actvidad antifúngica que antibacteriana Inactivados por tensoactivos no iónicos (tween,

span) A mayor num de C de R mayor activ.

antibacteriana

Esteres del ácido p-hidroxibenzoico (parabenos)

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HALÓGENOS

Cloro, hipoclorito

Uso desinfectante. Elimina virus y esporas

Hipoclorito concentrado: 40 g/L (equiv. 40.000 ppm de Cl2 disponible).

Inestable a pH ácido (pero mejora actividad).

Actividad óptima a pH 5

Compatible con detegentes (aniónicos y catiónicos)

Desventajas: corrosivo, inactivado por materia orgánica, inestabilidad al almacenamiento

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HALÓGENOSCompuestos orgánicos clorados (cloramina T)

Liberan Cl2

Mas estables para almacenar.

Activos a pH ácido. Uso desinfección para agua potableYodo (I2)

Uso desinfectante, antisepsia. Elimina virus y esporas

Disponible en solución con KI (soluc. de lugol) y tintura de yodo (con KI y etanol)

Se afecta menos que cloro por pH y materia orgánica

Desventaja: irritante

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HALÓGENOS

Yodóforos

Empleo de complejos del yodo (con polímeros de óxido de etileno, amonio cuaternarios, tensoactivos no-iónicos y polivinilpirrolidona) que liberan I2

lentamente

Hay que dejar actuar algunos minutos

Yodóforos menos alergénicos que I2

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METALES PESADOS

Sales orgánicas de mercurio

Usos: antisépticos, conservadores en medicamentos y cosméticos

Desv: irritantes, se adsorben en plástico y goma

Sales de zinc, cobre, estaño (org. e inorgánicas)

Usos: conservación de madera, pinturas, cuero, telas, etc.

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METALES PESADOS

Sales de plata (nitrato, sulfadiazina)

Usos: antisepsia de ojos del recién nacido (por ley)

Sulfadiazina: en quemaduras severas

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AMONIOS CUATERNARIOS

Cloruro de benzalconio y bencetonio, cetrimida

Usos: desinfectantes, antisépticos, conservadores en cosméticos

Son tensoactivos (sirven como detergentes), tienen carga positiva

Efectivos a pH básico (inactivos a pH 3,5)

Incompatibles con aniónicos y no-iónicos, materia orgánica

Actividad elevada frente a Gram+, poca frente a G- (Pseudomonas) y hongos. No esporicidas.

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Catiónicos(Amonios cuaternarios)

Aniónicos(laurilsulfato de sodio,bencenosulfonato de sodio)

No iónicos(Polisorbato Tween)

Anfolíticos o anfotéricos

Buenos detergentes

Buenos antimicrobianos

TENSOACTIVOS

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COLORANTES

Actualmente uso limitado

Cristal violeta (violeta de genciana)

Antes usado como antiséptico. Ahora ppalmente como antifúngico. Uso antiséptico en animales

Verde de malaquita para peces en acuarios (tóxico para humanos)

Acriflavina (derivados de acridina)

Uso como antiséptico bucal

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PERÓXIDOS Y PEROXOÁCIDOSPeróxido de hidrógeno

Uso: antiséptico para heridas abiertas, desinfección de lentes de contacto

Concentración de uso 3 al 6%.

Al 30% y alta temperatura es esporicida

Esterilización en frío por plasma de H2O2 (45 a 70 min)

Ácido peracético

Uso: desinfectante de equipos médicos y de efluentes

Concentración de uso 0,3%.

En fase vapor es esporicida

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ALDEHIDOS

Glutaraldehído

Uso: esterilización de equipamiento médico, desinfección

Ventajas: rápida acción (formas vegetativas), poco afectado por materia orgánica

A pH 8 actividad máxima pero es inestable (polimeriza)

Concentración de uso 2% en soluciones acuosas

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ALDEHIDOS

Formaldehído

Uso: como gas en esterilización de cabinas y salas de flujo laminar, desinfección de superficies

En baja concentración como conservador

Uso en forma líquida o vapor

Esterilización a baja temperatura con vapor de formaldehído (LTSF) en condiciones controladas

Se genera formaldehído gas a partir de solución al 37% y se agrega vapor a 70°C (a presion inferior a la atmosférica)

Indicador biológico del proceso: esporas de Bacillus subtilis

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BIGUANIDAS

Clorhexidina

Uso: antiséptico bucal y para manos

Actividad máxima a pH 7-8

Actividad baja con aniones, materia orgánica

Gralmente usado en combinaciones con otros agentes

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COMBINACIONES DE ANTIMICROBIANOS

No existe el desinfectante, antiséptico o conservador ideal

Formulaciones actuales pueden incluir una mezcla de agentes

Ej. etanol y clorhexidina,

clorhexidina y cetrimida,

amonios cuat y glutaraldehído

OTROS

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SUSTANCIAS POTENCIADORAS DE AGENTES QUIMICOS

EDTA, citrato

Quelantes que potencian la acción de cloroxilenol, amonios cuaternarios y otros

Complejean cationes divalentes necesarios para estabilizar la membrana externa

Ácidos en gral.

Potencian acción de ácidos orgánicos como conservadores

Sustancias que no tienen acción antimicrobiana pero potencian la acción de algunos agentes

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ÓXIDO DE ETILENO

Esterilizante gaseoso (CH2) 2O

Uso: esterilización de equipos médicos, implantes, material descartable (jeringas, tubuladuras, gasas) que no pueden esterilizarse por calor

Ampliamente utilizado a nivel mundial

Alternativa a la esterilización por radiación

Se utiliza al 10% combinado con CO2 u otro gas inerte en cámaras esterilizadoras a 45 – 70°C y al 30 – 70% humedad

Difunde a través de plástico y papel

Tiempo de esterilización: 1 a 4 horas

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ÓXIDO DE ETILENO

Indicador biológico del proceso: esporas de Bacillus subtilis

Indicador químico: papel impregnado con un reactivo que cambia de color

Monitoreo del proceso: Concentración del gas, humedad, temperatura y tiempo

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MÉTODOS DE INACTIVACIÓN DE PRIONES

• Autoclave >134 °C, 18 minutos • Hipoclorito sódico (20ºC, 1hora)  • Hidróxido sódico 2N  • Fenol 90% • Éter  • Acetona  • Permanganato potásico 0.002 M  • Urea 6 M  • 2 – Cloroetanol  • Cloroformo

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Los priones no se destruyen por:

• alcohol, • óxido de etileno• formaldehído• glutaraldehído• peróxido de hidrógeno• yodo• fenoles• amonios cuaternarios • esterilización por vapor a 121ºC• radiación ionizante

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SITIOS BLANCOSDiferentes según el tipo de microorganismo (incluidos los virus)Para células en gral.: pared,

membrana citoplasmática citoplasma

Reacción química inespecífica con el sitio blanco (a diferencia de los antibióticos)

MECANISMO DE ACCIÓN DE AGENTES QUÍMICOS

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MECANISMO DE ACCIÓN DE AG. QUÍMICOS

PARED CELULARA bajas conc. formaldehído, fenol, hipoclorito causan lisis celularMuy importante en Gram+

MEMBRANA CITOPLASMATICAAcción sobre:

Potencial de membrana (fenoxietanol, pentaclorofenol)

Enzimas de membrana (clorhexidina, Ag, Hg, bronopol)

Permeabilidad (quelantes y cloroxilenol, amonios cuat.)

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CITOPLASMAAcción sobre:

Ácidos nucleicos: acriflavina

grupos tioles: bronopol, hipoclorito, I2, H2O2, Ag, Cu

grupos amino: formaldehído, glutaraldehído

general (coagulación): fenoles, clorhexidina

SITIOS MÚLTIPLESAgentes alquilantes: Óxido de etilenoSulfitos y dióxido de azufre

MECANISMO DE ACCIÓN DE AG. QUÍMICOS

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Intrínseca o natural por ej. mycobacterias y esporas bacterianas resistentes a muchos agentes

Staphylococcus y Streptococcus mas sensibles que G-

Adquirida

MECANISMO DE RESISTENCIA

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PRIONES (encefalopatía espongiforme: vaca loca) 

COCCIDIA (Criptosporidium)

ESPORAS (Bacillus, Clostridium)

MYCOBACTERIAS (Mycobacterium tuberculosis)

CISTOS (Giardia)

VIRUS PEQUEÑOS NO ENVUELTOS (Polio) 

TROFOZOITOS(Acanthamoeba) 

BACTERIAS GRAM NEGATIVAS (Pseudomonas)  

HONGOS (Candida, Aspergillus) 

VIRUS GRANDES NO ENVUELTOS (Adenovirus)

BACTERIAS GRAM POSITIVAS (Staphylococcus aureus)

  VIRUS GRANDES ENVUELTOS (HIV)

RESISTENCIA

RESISTENCIA DE LOS M.O. A LOS AGENTES +

-

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Composición de la pared celularG+ tienen pared mas permeable G- poseen además de la pared la membrana

externa como barrera selectiva de permeabilidad

Esporas tienen cubierta gruesa

Los agentes penetran por:

transporte a través de porinas (hidrofílicos)

difusión (hidrofóbicos)

Intrínseca

MECANISMO DE RESISTENCIA

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Mycobacteria

Elevada resistencia a clorhexidina, amonios cuat y mercuriales

Presenta pared muy hidrofóbica (ac. micólicos): reduce permeabilidad de sustancias hidrofílicas

Gram negativos

Elevada resistencia en Pseudomonas aeruginosa, Providencia y Proteus sp

Intrínseca

MECANISMO DE RESISTENCIA

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IntrínsecaBiopelículas (biofilms)

Elevada resistencia a biocidas

Gralmente células planctónicas mas sensibles que en biofilm

Limitación de nutrientes

Baja velocidad de crecimiento

Limitado acceso del agente al interior del biofilm

¿Producción de enzimas que degradan el agente?

Importancia en industria (corrosión, contaminación) y medicinal (prótesis)

MECANISMO DE RESISTENCIA

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Adquirida por mutaciónpor exposición gradual a conc. crecientes del agente Ej. clorhexidina y P. aeruginosa,

amonio cuaternarios y Proteus

MECANISMO DE RESISTENCIA: BACTERIAS

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inactivación resistencia a Hg (II) y otros organomercuriales

(hidrólisis seguida de reducción enzimática de Hg+2 a Hg metal)

Resistencia a formaldehído por Serratia

Adquirida por plásmidos o transposones

disminución de la entrada resistencia a Ag+

MECANISMO DE RESISTENCIA: BACTERIAS

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por eflujo

Resistencia a amonios cuat. y clorhexidina por S. aureus meticilino resistente

por plásmidos o transposones

alteración de la pared

Resistencia a formaldehído

MECANISMO DE RESISTENCIA: BACTERIAS

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MECANISMO DE RESISTENCIA: VIRUS

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FACTORES QUE AFECTAN LA ACCION DE LOS AGENTES QUIMICOSTemperatura Concentración diluciónTiempo de contactopHPresencia de sustancias que

interfierenTamaño del inóculoTipo de m.o.

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TemperaturaCoeficiente de temperatura por c/grado

Donde: t1 tiempo para eliminar la población a temp T1

FACTORES QUE AFECTAN LA ACCION DE LOS AGENTES QUIMICOS

Coeficiente de temperatura cada 10 grados

(T2-T1)t1

t2

=

Q10 =

tiempo de muerte a Tº

tiempo de muerte a

(T+10)º

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Valores de coeficiente Q10

Q10

Reacciones químicas y enzimáticas

2-3

Fenol 4

Butanol 28

Etanol 45

Monoetil éter de etilenglicol

~300

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FACTORES QUE AFECTAN LA ACCION DE LOS AGENTES QUIMICOS

SIGNIFICADO PRACTICO DE Q10

Para el fenol (Q10 = 4) el aumento de temperatura de 20 a 30°C implica que la actividad aumentará cuatro veces

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Coeficiente de concentración o dilución (eta) =(log t de muerte a C2- log t de muerte a C1)

log C1 - log C2

Log del tiempo que lleva destruir un determinado número de m.o.

FACTORES QUE AFECTAN LA ACCION DE LOS AGENTES: DILUCIÓN

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SIGNIFICADO PRACTICO DE Para el fenol ( = 6) Si se diluye al 1/2 la actividad disminuye 26=64

veces Si se diluye al 1/3 la actividad disminuye 36=729

veces

FACTORES QUE AFECTAN LA ACCION DE LOS AGENTES: DILUCIÓN

En cambio para amonios cuat. = 1, es decir hay poca reducción de actividad por dilución

Page 55: agentes quimicos bactericidas

Neutralizar??

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FACTORES QUE AFECTAN LA ACCION DE LOS AGENTES: DILUCIÓN

Afecta la potencia del agente (acidos vs. no ionizados o cationes)

Afecta la superficie de la pared celular (adsorción inicial del agente en algunos casos) a pH más básicos superfice celular mas negativa

pH

Se combinan con el agente Forman cubierta protectora de los m.o.

Sustancias que interfieren

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MÉTODOS DE EVALUACION DE AGENTES QUÍMICOS

• Efecto cida y stasis• Clasificación de los métodos• Determinación de actividad Bacteriostática• Determinación de actividad Bactericida• Normas en distintos países

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• Según el tipo de microorganismo• Según el tipo de acción• Según el diseño del ensayo

– In vitro:•Test de suspensión•Test con carrier•Test de capacidad

– De uso

MÉTODOS DE EVALUACION DE AGENTES QUÍMICOS

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EVALUACION DE LA ACTIVIDAD BACTERIOSTÁTICA: CIM

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EVALUACION DE LA ACTIVIDAD BACTERIOSTÁTICA: CONSERVADORESEVALUACIÓN DE CONSERVADORES EN MEDICAMENTOSInoculación del producto (challenge test) con una carga inicial 105-106/mL y recuento de viables a distintos tiempo (0, 2, 7, 14 y 28 días). En multidosis también 6 h

Reducción de 3 órdenes (3D) o más para bacterias y 1 ó 2D para hongos a los 14 días y no aumento al final (Farmacopea Europea y USP)

m.o. empleados: S. aureus, P. aeruginosa, C. albicans, A. niger (a veces E. coli) y posible flora alterante

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EVALUACION DE LA ACTIVIDAD BACTERICIDA

• Métodos in vitro:Test de suspensión, Coeficiente de FenolCapacity testCarrier test

• Métodos aplicados: ej. Desinfección de superficies

• Métodos de uso (in situ)

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EVALUACION DE LA ACTIVIDAD BACTERICIDA

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EVALUACION DE LA ACTIVIDAD BACTERICIDACoeficiente fenólico