agentes quimicos bactericidas
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CONTROL DEL CRECIMIENTO MICROBIANOAGENTES QUIMICOS
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.
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
• 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
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
CLASIFICACION SEGÚN USO
CONSERVADORES
principalmente acción
stasis
DESINFECTANTES Y
ANTISEPTICOS
principalmente acción
Acida
• Antibacterianos• Antifúngicos• Antituberculosos• Antivirales
CLASIFICACION SEGÚN MICROORGANISMO BLANCO
CLASIFICACION SEGÚN ESPECTRO DE ACTIVIDAD GERMICIDA
BAJA INTERMEDIA ALTA
Bacterias (células vegetativas)
+ + +
Mycobacterium - + +
Endosporas - - +
Hongos + + +
Virus envueltos + + +
Virus desnudos - + +
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
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
ALCOHOLES
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-
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
ÁCIDOS Y ÉSTERES
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
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)
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
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
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
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.
METALES PESADOS
Sales de plata (nitrato, sulfadiazina)
Usos: antisepsia de ojos del recién nacido (por ley)
Sulfadiazina: en quemaduras severas
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.
Catiónicos(Amonios cuaternarios)
Aniónicos(laurilsulfato de sodio,bencenosulfonato de sodio)
No iónicos(Polisorbato Tween)
Anfolíticos o anfotéricos
Buenos detergentes
Buenos antimicrobianos
TENSOACTIVOS
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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.)
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
Intrínseca o natural por ej. mycobacterias y esporas bacterianas resistentes a muchos agentes
Staphylococcus y Streptococcus mas sensibles que G-
Adquirida
MECANISMO DE RESISTENCIA
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 +
-
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
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
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
Adquirida por mutaciónpor exposición gradual a conc. crecientes del agente Ej. clorhexidina y P. aeruginosa,
amonio cuaternarios y Proteus
MECANISMO DE RESISTENCIA: BACTERIAS
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
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
MECANISMO DE RESISTENCIA: VIRUS
FACTORES QUE AFECTAN LA ACCION DE LOS AGENTES QUIMICOSTemperatura Concentración diluciónTiempo de contactopHPresencia de sustancias que
interfierenTamaño del inóculoTipo de m.o.
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
Valores de coeficiente Q10
Q10
Reacciones químicas y enzimáticas
2-3
Fenol 4
Butanol 28
Etanol 45
Monoetil éter de etilenglicol
~300
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
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
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
Neutralizar??
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
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
• 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
EVALUACION DE LA ACTIVIDAD BACTERIOSTÁTICA: CIM
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
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)
EVALUACION DE LA ACTIVIDAD BACTERICIDA
EVALUACION DE LA ACTIVIDAD BACTERICIDACoeficiente fenólico