Infezione del batterio Pseudomonas aeruginosa

Lo Pseudomonas è un patogeno estremamente importante.
Appartiene alla famiglia delle pseudomonadaceae, l’unica specie veramente importante che ha un significato clinico è senz’altro l’aeruginosa. All’interno dei reparti di malattie infettive dove ci sono i pazienti critici (dai grandi ustionati, agli immunodepressi, ai trapiantati) è essenzialmente questa specie quella particolarmente interessante.

 

Morfologia, aspetto biochimico ed esigenze nutrizionali

Sono dei microrganismi Gram-, sono caratterizzati dall’essere aerobi obbligati, sono bastoncellari, sono debolmente ricurvi ma hanno il tipico aspetto del bacillo, inoltre sono caratterizzati dalla presenza di flagelli, che li rendono certamente dei batteri, dei bacilli, mobili.

Sono caratterizzati da una forte produzione di pigmenti, da questo deriva il nome di Pseudomonas aeruginosa, perché forma delle colonie particolarmente colorate. Producono una serie di pigmenti che sono fondamentali per la loro biologia, e in qualche maniera vengono associati anche alla storia patogenetica (soprattutto la piocianina (blu verde), ma anche la fluorescina (gialloverde) e la piorubina (rossastra-marrone)): in qualche maniera entrano in gioco nel momento in cui questi producono dei focolai di infezione localizzati caratterizzati da abbondanza di pus. Le colonie che producono possono essere rugose o mucoidi, questo dipende appunto dall’organizzazione delle cellule stesse, e sono soprattutto da un punto di vista biochimico produttori, questi batteri, di citocromo ossidasi e di catalasi, che sono due enzimi certamente importanti che hanno a che fare con la respirazione cellulare e con la degradazione dell’acqua ossigenata. Sono dei sistemi che danno a questo microrganismo dei vantaggi biologici importanti nel momento in cui si interfacciano con le cellule dell’ospite.

Sono dei microrganismi che non hanno nessuna esigenza nutrizionale, questo significa che addirittura riescono a crescere nell’acqua, qualcuno ha dimostrato che possono addirittura crescere nell’acqua distillata. Questo li rende particolarmente capaci di sopravvivere anche in situazioni che sono decisamente ostili e quindi li rende dei patogeni opportunisti di grosso rilievo. Proliferano a temperature che vanno dai 4° C ai 40° C, per dire che evidentemente l’ambiente, qualunque sia (che sia l’estate o l’inverno, che sia riscaldato o condizionato) va comunque bene a questo tipo di batterio. Sono anche dotati di una grossa resistenza ai comuni disinfettanti. È un microrganismo opportunista, un batterio ubiquitario temuto particolarmente proprio per questa sua capacità di sopravvivere alla pulizia, di sopravvivere anche in condizioni diciamo di non nutrizione, che lo rende particolarmente temuto.

È un classico opportunista patogeno. È un organismo che per gli individui sani non ha significato: ha importanza certamente nel momento in cui il sistema immunitario, le mucose o la cute dell’ospite sono andati incontro a un danno funzionale significativo, quindi che apre la breccia a questo tipo di microrganismo. È un batterio ubiquitario, lo troviamo a tutte le latitudini e in tutti i continenti, quindi in tutte le condizioni più disparate. Certamente dentro all’ospedale ci sono le situazioni più importanti, e soprattutto là dove c’è umidità, là dove c’è il ristagno di acqua: nei rubinetti, nei pozzetti dei lavandini, nei bidet, nelle docce, nelle attrezzature per fare la respirazione assistita, nell’aerosol e nei reparti di terapia intensiva, dove si ha a che fare con dei sistemi medicali che sono per questo batterio un importante substrato dove facilmente producono biofilm (uno dei suoi tanti fattori di virulenza). L’altro aspetto importante è che sono dei batteri dotati di un ampio spettro di farmaco-resistenza e sono in grado anche di “acquisire” questa farmaco-resistenza.

La specie dell’aeruginosa non deve essere presente nell’acqua potabile, che viene distribuita dall’acquedotto o che viene imbottigliata. Spesso viene proprio controllato se c’è, perché la sua presenza è sicuramente l’indicazione di un peggioramento della qualità dell’acqua proprio perché è un ubiquitario che facilmente contamina, che facilmente sopravvive: è una specie di sentinella che viene facilmente ricercata e se è presente ci dimostra che qualcosa nella qualità del sistema non funziona, non è certamente a posto e quindi va opportunamente trattato.

 

Modalità di contagio

Come ci si contamina? Certamente attraverso il contatto diretto, tramite le superfici, i dispositivi, le mani di operatori che sono contaminati dallo Pseudomonas aeruginosa e questo certamente è importante soprattutto per quegli individui che possono avere la cute o le mucose che sono alterate, che sono danneggiate, quindi ci può essere una contaminazione di una barriera alterata e quindi un’introduzione nell’organismo attraverso quella particolare via di ingresso. Oppure attraverso l’inalazione, attraverso le droplets, le particelle di Pflugge che vengono facilmente create dall’ambiente, dagli espiratori, dai condizionatori, dagli endoscopi o da sistemi che possono essere utilizzati. Le droplets contaminate da Pseudomonas aeruginosa possono esistere nell’aria per circa un metro intorno al marchingegno che è contaminato, la contaminazione con queste goccioline di aerosol è abbastanza facile. Ancora, come ho detto prima, è un microrganismo che non teme i disinfettanti, che non teme la disidratazione, quindi questo lo rende certamente un essere capace di sopravvivere benissimo 24 ore in una superficie anche asciutta, per giorni e giorni in un goccio di escreto che può essere abbandonato in ambulatorio, in un lettino, ecc… .
È un microrganismo da tenere in seria considerazione, assomiglia un po’ allo stafilococco come capacità di essere ovunque e di essere molto resistente a tutto. È certamente un nosocomiale fra i più importanti in assoluto, senz’altro per certe categorie di soggetti è estremamente importante: si dice che circa il 10 % delle infezioni in ospedale sono da Pseudomonas aeruginosa, non sono poche. La maggior parte di questi, fino al 60-70 %, sono sviluppate nei pazienti debilitati (immunodepressi, pazienti di terapia intensiva, ustionati, o comunque forme traumatizzate dove si creano, evidentemente, situazioni di vulnerabilità particolare).

 

Patogenesi

È un opportunista e come tutti gli opportunisti si fa vivo solo se le condizioni lo consentono, quindi certamente un danno della cute e delle mucose (traumatico, le ustioni sono sicuramente la tipologia più importante, ma anche i danni legati all’utilizzo di cateteri, l’utilizzo di protesi o l’utilizzo di dispositivi sistemici che possono in qualche maniera danneggiare le barriere naturali) e poi la neutropenia legata alle terapie antivirali, quindi l’immuno-compromissione farmacologica, iatrogena, legata ad altre patologie più importanti. I soggetti affetti da fibrosi cistica per la loro genetica, evidentemente, sono più suscettibili: il sistema di clearance polmonare non funziona in modo adeguato e quindi la possibilità di una colonizzazione, di una contaminazione che diventa un’infezione profonda, un’infezione polmonare di grosso significato, è certamente un problema importante. Nei pazienti con la fibrosi cistica troviamo lo Pseudomonas aeruginosa nella maggior parte dei casi.

L’infezione avanza e si realizza attraverso fasi successive: ci vuole prima il contatto, la colonizzazione del polmone o della cute ustionata o danneggiata. Ci può essere un’infezione localizzata oppure ci può essere una infezione sistemica disseminata, una infezione che va a tutti gli organi, una infezione che può essere estremamente grave, estremamente seria, può evolvere anche rapidamente in modo drammatico per una serie di tratti di virulenza che questo microrganismo possiede.

Riassumendo, abbiamo tre fasi:

  1. attacco e colonizzazione
  2. invasione locale
  3. malattia sistemica disseminata

 

Fattori di virulenza

Sono elementi strutturali, come in tanti microrganismi. È un Gram-, quindi certamente c’è l’LPS che troviamo senz’altro come una molecola coinvolta nella patogenesi, ma ce ne sono tante altre. Per esempio i flagelli, questi batteri sono mobili-flagellati. I flagelli sono delle strutture, degli elementi di virulenza importanti perché con la mobilità viene senz’altro facilitata la colonizzazione. Ci sono delle adesine che hanno un significato sia sui pili che sulla struttura della capsula e poi c’è la capsula stessa, fortemente anti-fagocitaria e che inibisce anche il legame con gli anticorpi e con il complemento. Ci sono anche una serie di tossine e una serie di enzimi. Lo Pseudomonas aeruginosa è ricco da questo punto di vista, ha una bella fetta di genoma finalizzato alla codifica di queste molecole, di queste sostanze, che hanno a che fare con un danno del tessuto che andranno a colonizzare soprattutto il polmone ma anche la cute, le mucose: là dove questo batterio colonizza certamente ci sarà presto una serie di cambiamenti nell’assetto e nella struttura del tessuto, dovuta alla presenza certo del LPS ma anche dell’enzima S, di elastasi che hanno a che fare con lo scompaginamento del connettivo sottostante e tutta una serie di proteasi e fosfolipasi che danneggiano di nuovo le membrane delle cellule. Ultimo, in quanto è l’ultimo ad essere stato riconosciuto ma non certamente il meno importante, è la capacità di produrre un compatto e rapidamente realizzato biofilm sui biomateriali (che possono essere i cateteri, che possono essere le valvole intravascolari, che possono essere gli shunt, che possono essere i sistemi per aerosol e quant’altro).

Il flagello è importantissimo per la motilità, per la chemiotassi e per la migrazione del microrganismo. Tra le adesine la molecola più importante è una neuraminidasi, che c’è anche nel Vibrio cholerae, questi enzimi sono inseriti nel gruppo delle adesine perché danno al batterio la possibilità di agganciarsi ma anche di sganciarsi dalle cellule dell’ospite nel momento in cui queste cellule vengono a morire, si sfaldano, perché evidentemente sta venendo fuori il danno legato alla patologia, all’intossicazione data dalla presenza del microrganismo. La neuraminidasi rimuove i residui di acido sialico dai recettori dei pili rendendoli disponibili per una altro evento di adesione alle cellule epiteliali, quindi sono dei sistemi con cui viene gestita l’adesione del batterio alle cellule dell’ospite ed è certamente un sistema molto importante.

La capsula è fatta soprattutto di alginato: è un po’ particolare l’assetto, particolarmente mucosa, particolarmente appiccicosa, certamente importante per l’adesione alle superfici (dispositivi medici e protesi), certamente importante contro la fagocitosi, come tutte le capsule, prodotta abbondantemente in vivo.

Altri fattori di virulenza sono le tossine, delle endotossine (il LPS è il principale antigene di superficie, il lipide A media i diversi effetti biologici della sindrome setticemica). L’esoenzima S invece è una tossina particolare, prodotta in circa la metà degli stipiti di Pseudomonas aeruginosa. È una molecola stabile al calore e che facilmente realizza il suo ruolo patogenetico avendo un’attività ADP-ribosilante: va ad alterare il citoscheletro della cellula, quindi modifica la funzione e la fisionomia delle cellule dell’ospite. È un’aggressione molto efficace nei confronti degli epiteli e dei fagociti (che una volta intossicati da questo esoenzima S evidentemente non fagocitano più quello che dovrebbero, quindi non hanno più questo ruolo proprio perché il citoscheletro della cellula è fortemente danneggiato). Poi abbiamo una esotossina che chiamiamo esotossina A (esotossina ed esoenzima sono tutte molecole di natura proteica). Come tutte le tossine di tipo AB è una tossina che agisce attraverso il riconoscimento della porzione B di un recettore, viene internalizzata dalla cellula stessa e all’interno di questa cellula è la porzione A che realizza gli effetti. è una molecola che ha un’attività ADP-ribosilante dell’EF-2, assomiglia alla tossina della difterite. Quindi è una tossina che andrà ad interferire con la biologia della cellula, in particolare con la sintesi proteica, viene fermata nelle sue funzioni biologiche. In realtà questa cellula andrà a morire, perché il blocco della sintesi proteica è incompatibile con la sopravvivenza della cellula interessata.

Bronchiolo,alveolo,polmoneAltri enzimi, studiatissimi e peculiari, sono le elastasi, che hanno a che fare evidentemente con la digestione di strutture che sono della cellula dell’ospite, dell’alveolo polmonare e del bronchiolo.

Si riconoscono due forme: LasA (proteasi serinica) e LasB (zinco-proteasi). Sono comunque fattori di virulenza che hanno tutti lo stesso significato: vanno a interferire con la struttura delle cellule dell’ospite, con la fisionomia dell’alveolo, con la fisionomia del bronchiolo e con la fisionomia del tessuto in cui questo microrganismo va a localizzarsi. Quindi è un fattore di virulenza fortemente prodotto, anche questo come la capsula, in vivo: i fattori che codificano per questi enzimi sono fortemente espressi quando il patogeno colonizza un sito anatomico che evidentemente è congeniale alla sua replicazione.

La fosfolipasi è un altro enzima certamente importante, un enzima fra quelli che vanno ad uccidere le cellule dell’ospite (che sia una cellula dell’epitelio, dell’endotelio o un macrofago): degrada lipidi e lecitina facilitando il danno tessutale, le membrane vengono danneggiate fino al danno letale per la cellula stessa. E poi la piocianina, uno dei tanti pigmenti che danno questo colore particolare in vitro alla cellula, che probabilmente hanno anche a che fare con la patogenicità microbica e che vanno ad interferire con il catabolismo delle specie reattive dell’ossigeno: catalizza la produzione di superossido e perossido d’idrogeno (quindi in qualche maniera vanno ad interferire con i sistemi di difesa dell’ospite).

L’ultima cosa riguarda la capacità di produrre biofilm: produrre il biofilm significa essere molto più adesivo, significa essere molto meno aggredibile dagli anticorpi circolanti, dai fagociti, dal complemento, dalle proteine di fase acuta, significa essere anche meno permeabile ai farmaci antibiotici e quindi produrre biofilm è uno tra i più importanti tratti di virulenza per lo Pseudomonas aeruginosa.

 

Manifestazioni cliniche

L’apparato respiratorio è il primo ad essere colpito. Lo Pseudomonas aeruginosa nasce essenzialmente come patogeno polmonare, ma non è solo un patogeno polmonare. Certamente le basse vie respiratorie sono estremamente importanti e allora ci possono essere bronchiti, tracheobronchiti benigne e persino patologie necrotizzanti importanti, fondamentali, che distruggono in maniera significativa il tessuto polmonare, che provocano un danno, che provocano emottisi e la disgregazione del lobo polmonare. In molte circostanze lo Pseudomonas aeruginosa è un’infezione secondaria che si aggiunge ad una infezione virale, che entra in seconda battuta, quando evidentemente il sistema di difesa o il movimento ciliare o la viscosità del muco sono venuti meno. Ci sono diversi quadri clinici associati ad una patologia polmonare da Pseudomonas aeruginosa. Esistono varianti emorragiche e varianti con una necrosi coagulativa, il quadro può cambiare abbastanza ma alla fine l’anatomo-patologo ce lo conferma nel momento in cui dentro questi noduli, dentro queste zone di danno, ci sono gli Peudomonas aeruginosa (visibili in microscopia ottica ed elettronica e attraverso l’esame colturale).

Circa la metà dei pazienti con la fibrosi cistica fanno esperienza di una infezione da Pseudomonas aeruginosa e spesso tendono a recidivare: a volte sono reinfezioni, a volte sono recidive. Evidentemente la terapia che è stata fatta non ha portato all’eradicazione completa, ed è possibile che a distanza di qualche mese si ricada nella patologia. Qui l’importanza è del microbiologo che identifica lo Pseudomonas aeruginosa nel liquido bronco-alveolare e fa attraverso la valutazione molecolare la dimostrazione e la verifica del fatto che possa essere un’infezione nuova, di un ceppo con un genotipo differente, oppure che sia una riattivazione di un’infezione endogena in cui bisogna evidentemente cambiare terapia e muoversi in un modo diverso rispetto a quanto fatto prima. Il paziente con la fibrosi cistica è quello che più spesso e in modo più importante è suscettibile a questa infezione, quindi è quello verso cui si deve soprattutto fare un’azione di prevenzione: la massima attenzione va posta all’ambiente in cui questi soggetti vivono, ai sistemi medicali e agli apparati che sono utilizzati quando si lavora con questi pazienti che sono particolarmente predisposti all’infezione che può diventare anche mortale.

Possono esserci casi di infezione sistemica, o sepsi da Pseudomonas, questo soprattutto nei traumatizzati, negli ustionati, nei malati di leucemia e nei linfomi in trattamenti chemioterapici/radioterapici, nei diabetici e certamente negli immunodepressi: nel momento in cui lo Pseudomonas dà una colonizzazione polmonare la forte immunosoppressione può comportare questa disseminazione sistemica. L’infezione diventa importantissima e gravissima, l’evoluzione è molto rapida. Tutta quella serie di tratti di virulenza entrano in gioco in maniera sistematica nel momento in cui l’infezione passa attraverso il circolo ematico e quindi l’evoluzione è spesso infausta ed estremamente rapida.

L’infezione della cute è importante nei grandi ustionati, più raramente ci possono essere una follicolite o ci possono essere le infezioni delle unghie da Pseudomonas. Sono certamente meno frequenti delle infezioni da stafilococco, però ci sono. La presentazione clinica è quella di una sepsi da Gram negativi, talvolta con l’aggiunta di Ecthyma gangrenosum (sono aree nero-violacee, di circa 1 cm, con un centro ulcerato ed un eritema circostante generalmente nelle zone ascellari o ano-genitali).

Ci possono essere delle infezioni alle vie urinarie. Dicevamo prima che la capacità di fare biofilm lo rende un patogeno importante, molti casi sono stati descritti di catetere urinario, ma anche di cateteri endovenosi. Ci sono stati esempi di patologie legate alla colonizzazione di questi congegni, è quindi una patologia di grosso significato. Sono frequenti nei pazienti:

– cateterizzati

– sottoposti a manipolazioni urologiche

– affetti da uropatie ostruttive

– sottoposti a terapie antibiotiche ad ampio spettro

Manifestazioni cliniche rare

  • Endocardite
  • Droghe per via endovenosa
  • Su protesi valvolari
  • Cardiochirurgia
  • Infezioni delle ossa e delle articolazioni
  • Manifestazioni gastrointestinali
  • Meningite: infezione in corso di rachicentesi

Ci possono essere delle infezioni dell’orecchio e anche dell’occhio: sono infezioni abbastanza rare, sono più frequenti comunque nei soggetti che frequentano moltissimo le piscine, in cui l’occhio e l’orecchio sono sottoposti ad un continuo rischio di contatto con il microrganismo che abbiamo visto essere ubiquitario e molto abbondante, dove c’è una abbondanza d’acqua. Quindi l’otite dell’orecchio esterno è rara ma c’è, può essere importante nei bambini piccoli: dall’orecchio può anche disseminarsi come infezione profonda e quindi può anche andare ad avere un significato più importante, anche se sono infezioni più rare. Anche nell’occhio possono evolvere in maniera importante se non vengono rapidamente riconosciute e rapidamente curate. Ancora più rare sono le infezioni a livello dell’endocardio e delle articolazioni: quando le troviamo siamo all’interno di ospiti fortemente critici.

 

Diagnosi

La diagnosi di laboratorio è facile da fare: è un microrganismo che non ha particolari esigenze, cresce in aerobiosi, cresce su terreni comuni (si mette spesso in agar sangue), da queste colonie blu (questa tendenza al blu è legata alla piocianina che rende facile l’identificazione del microrganismo con questa pigmentazione peculiare), e poi ci sono i test da fare dell’ossidasi e della catalasi, che consentono al microbiologo di confermare il sospetto che viene subito dal colore blu della colonia. Sono test che richiedono pochi minuti e che con il viraggio del colore o con la comparsa di bollicine ci consentono di dimostrare la presenza della specie Pseudomonas aeruginosa.

  1. Test della Catalasi: è un enzima che converte il perossido di idrogeno e il superossido ad ossigeno e acqua. L’aggiunta di perossido di idrogeno in una coltura dove è presente un batterio produttore di catalasi determina la formazione di ossigeno, che sarà visibile come piccole bolle in superficie, indicative di un test positivo.
  2. Test della Citocromo-ossidasi: la sua presenza può essere evidenziata introducendo un disco impregnato di un reagente [tetramethyl-p-phenylenediamine (TMPD) o dimethyl-p-phenylenediamine (DMPD)], che agisce come donatore di elettroni alla citocromo ossidasi. Se il batterio ossida il disco (rimuove elettroni), si forma un composto che conferisce una colorazione rosa-viola, dunque il test è positivo.

Si aggiunge l’antibiogramma perché abbiamo detto essere dei patogeni opportunisti importanti che emergono in pazienti critici. Si fa la valutazione dell’antibiotico-resistenza e si comincia il trattamento con il farmaco più efficace. È facilmente in grado di trasferire dei plasmidi associati all’antibiotico-resistenza (sono ceppi MDR, sensibili a più antibiotici contemporaneamente). Spesso si effettua una terapia associativa con più antibiotici proprio per evitare la comparsa di antibiotico-resistenze. La gestione di questi pazienti è certamente difficile, con il clinico e il microbiologo che lavorano a stretto contatto.

La terapia avviene spesso in associazione:

  • Ceftazidima è il primo antibiotico indicato per le infezioni certe o fortemente sospette da Pseudomonas aeruginosa
  • Molto utilizzata è anche l’associazione di beta-lattamico ed aminoglicoside per trattare le infezioni severe
    • È associata ad un aumento della nefrotossicità e dei costi di terapia
  • Piperacillina-tazobactam: è la miglior scelta per le infezioni polimicrobiche, come quelle intra-addominali