REVISTA TRIMESTRAL CIENTÍFICA, PUBLICADA POR EL PROGRAMA DE ASEGURAMIENTO PARA LA CALIDAD ENTRE LABORATORIOS

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ASEGURAMIENTO PARA LA CALIDAD ENTRE LABORATORIOS

EMPRESA CERTIFICADA INTERNACIONALMENTE EN

ISO 9001:2008

Año 2 No. 2

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Editorial Medlab Pacal

LA IMPORTANCIADEL DIAGNOSTICO OPORTUNO DE INFECCIONES BACTERIANAS DEL APARATO SEXUAL FEMENINO QUE CURSAN CON EXUDADO: Neisseria Gonorrhoeae.

LA IMPORTANCIA DEL DIAGNÓSTICO OPORTUNO DE INFECCIONES BACTERIANAS DEL APARATO SEXUAL FEMENINO QUE CURSAN CON EXUDADO: Chlamydia Trachomatis.

Año 2 No.2

Dr. Sergio I. Alva EstradaDirector General

L.A.E. Aimee Alva MartínezDirectora Administrativa y de Planeación.

Dra. en C. Patricia Flores GuzmánEditor

Dra. en C. Patricia Flores GuzmánCaribel Palomar CollCorrector de Estilo

Armando Esparza GómezPublicidad

D.C.G. Karina Montoya BecerraDiseño Editorial

Consejo EditorialDr. Sergio I. Alva EstradaDr. Sergio Alva MartínezDr. Francisco Durazo QuirozDr. Andrés Romero RojasQFB Carlos Ponce HernándezM. en C. Rosa María Sánchez ManzanoQBP Carlos Aquino SantiagoQBP Mercedes Cabañas CortezDra. en C. Patricia Flores GuzmánM. en C. Vicente de María y Campos OrteguiDr. Felipe García Malo Bautista

Esta revista se imprimió en el mesde Marzo de 2010

Con un tiraje de 5000 ejemplares.En la Ciudad de México en los talleres de:

Impresos Villa Florito S.A de C.V. Laguna de Términos #528 Col. Anáhuac, Del. Miguel Hidalgo, Méx. D.F. C.P. 11320

Tel. (55) 5260 4010

Directorio Entre los padecimientos que han acompañado a la humanidad, y de los más difíciles de erradicar, se encuentran los relacionados a la práctica sexual. La OMS calcula que cada año más de 340 millones de hombres y mujeres, entre los 15 y 49 años, contraen alguna de las infecciones bacterianas o protozoarias de transmisión sexual más comunes. A pesar de la elevada incidencia de las infecciones relacionadas con el sistema reproductivo, su diagnóstico es complejo, no por el procedimiento técnico en sí mismo, si no por los diversos factores involucrados: económicos, de educación, acceso a los sistemas de salud o programas de detección, e incluso estigmatización por parte de la comunidad.

Con respecto a lo anterior, les presentamos la siguiente entrega de infecciones en el sistema reproductor femenino; en esta ocasión toca el turno de revisar a Neisseria gonorrhoeae. Este patógeno, junto con Chlamydia trachomatis, es uno de los principales causantes de la elevada tasa de infecciones del aparato sexual femenino en nuestro país, como nos lo indican los autores. Es por ello que, para aprovechar al máximo la información, nos permitimos presentar juntos los artículos que revisan las infecciones por estos dos agentes, así como particularidades sobre su detección.

Por otro lado, la diversidad de ideas que puede contener una revista de divulgación científica no puede verse limitada a un sólo campo. Pensando en ello, le pedimos a una experta en energía alternativa, que nos platicara sobre el Biogás, tema sugerido (debemos dar el crédito) por uno de nuestros lectores.

Luego entonces, esperemos que los artículos de este número les sean tanto interesantes como útiles.

OMS, 2006. Consejo Ejecutivo EB117/8 Rev.1, 117ª reunión 23 de enero de 2006. Punto 4.6 del orden del día provisional.

ATENTAMENTEMedLab Pacal.

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CONTENIDO

BIOGÁS24

Proveedor de ensayos de aptitud reconocido por ema para los alcances

indicados en el escrito con númeroPEA-CLI-04, a partir de 2010-01-25.

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IntroducciónA nivel mundial las infecciones de transmisión sexual (ITS), son la segunda causa de enfermedades en mujeres jóvenes. En el caso de México, entre las ITS que más afectan a la población están la candidiasis, el virus del papiloma humano, la tricomoniasis, la sífilis y las infecciones gonocóccicas, estás últimas ocupan el primer lugar de las ITS bacterianas de notificación obligatorias, por lo que el objetivo del escrito es describir la importancia clínica y la microbiología de Neisseria gonorrhoeae, agente etiológico de las infecciones gonocóccicas.

Características generales de Neisseria gonorrhoeae.

La segunda edición del Manual de Bacteriología Sistemática de Bergey clasifica a N. gonorrhoeae como miembro a la familia Neisseriaceae, junto con los géneros Kingella, Eikenella, Simonsiella y Alysiella. A su vez, esta familia se clasifica en el sub grupo beta del Phylum Proteobacteria.

El género Neisseria está formado por microorganismos cocoides que se observan en pares (diplococos). Los diplococos tienen lados adyacentes aplanados, lo que les da apariencia de “grano de café” (Figura 1). Los miembros del género Neisseria habitan las superficies de membranas mucosas de hospederos de sangre caliente y entre las especies de mayor importancia médica se encuentran Neisseria meningitidis,

Neisseria lactamica, Neisseria subflava y Neisseria gonorrhoeae, entre otras.

N. gonorrhoeae es un microorganismo no móvil y no esporulado, el cual crece óptimamente entre los 35 y 37ºC; se trata de una bacteria cuyo crecimiento in vitro, se ve estimulado por CO2 y es nutricionalmente demandante, ya que requiere de cisteína, glucosa, piruvato o lactato, como fuente de carbono. Adicionalmente, algunas cepas requieren que se les suministre aminoácidos, pirimidinas y purinas.

Importancia Clínica.

La gonorrea es una entidad casi exclusivamente de transmisión sexual, excepto en algunos casos reportados de conjuntivitis y de vulvovaginitis en niñas y preadolescentes. Es una enfermedad altamente contagiosa que no sólo está confinada al epitelio de la uretra, cérvix y recto, sino también a otros sitios como faringe y cavidad bucal, regiones en las que se presenta como resultado del contacto orogenital.

Fabiola Hernández Martínez ,̂ Cecilia Hernández Cortez^*, José Tomás

Hernández Méndez**, Graciela Castro Escarpulli***, Ma. Guadalupe Aguilera

Arreola***.

Laboratorio deBacteriología MédicaDepartamento de Microbiología

Escuela Nacional de Ciencias BiológicasInstituto Politécnico Nacional

Prol. de Carpio y Plan de Ayala s/nCol. Casco de Santo Tomás

Del. Miguel HidalgoMéxico D.F.

CP. 11340

Tél. 57 29 63 00 ext. 62374Fax. 57 29 62 07

e-mail: lupita_aguilera@hotmail.com

^Estudiantes del Programa de posgrado en Biomedicina y Biotecnología Molecular.

*Becaria CONACYT y PIFI.**Becario de la COFAA y EDD.

***Becaria de la COFAA, del EDI y Miembro del SNI, Financiamiento SIP-IPN 20100629 e Instituto de Ciencia y

Tecnología del Distrito Federal ICYT-D.F.-PICDS08-77.

de infecciones bacterianas del aparato sexual femenino que cursan con exudado:

Neisseria gonorrhoeae.

diagnósticooportuno

La importancia delNeisseria, gonorrea, diagnóstico.

Palabras clave:

Figura 1. Micrografía electrónica de N. gonorrhoeae. Las bacterias se observan en forma de “granos de café”, en la que los lados adyacentes son aplanados. Tomado de Kunkel, 2001.

Figura 2. Micrografía óptica de una muestra de exudado uretral teñida por Gram. Se observan diplococos Gram negativos (N. gonorrhoeae) intra y extracelulares, abundantes polimorfonucleares y escasas células epiteliales. PMN: polimorfonucleares, CE: células epiteliales, DGN EXTRA: diplococos Gram negativos extracelulares, DGN INTRA: diplococos Gram negativos intracelulares.Fotografía proporcionada por Hernández-Méndez JT.

PMN

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Epidemiología.

A nivel mundial, las infecciones por N. gonorrhoeae han disminuido: en 1997, la prevalencia fue de 123 casos por 100,000 gentes y en 2005, 115.6 por 100, 000. Estas infecciones son muy difundidas en todos los estratos, con mayor incidencia en los de bajo nivel socioeconómico.

En el caso de México, desde el año 2000, se ha reportado una baja en el número de casos de gonorrea en todo el país (Figura 3); esto podría deberse, probablemente, a una consecuencia negativa relacionada con la detección de los mismos, como una baja afluencia a las visitas médicas debido al pudor de los pacientes, una incorrecta toma y procesamiento de la muestra, y/o deficiencia en los reportes de casos detectados. Una mejora en la información disponible acerca de este tipo de enfermedades, lo cual propició una mayor conciencia en la población, no se descarta como una causa del descenso mencionado.

En particular, en el D.F., ha ocurrido también una baja en el número de casos de gonorrea (Figura 4); de hecho, cuando se compara con datos de otros estados, encontramos que se trata de una de las entidades en la que menos casos de gonorrea se presentan, mientras que en Quintana Roo y Jalisco se reportaron los mayores números en el 2009 (Figura 5).

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En hombres, N. gonorrhoeae causa un cuadro agudo de uretritis que generalmente cursa con disuria y descarga uretral con polimorfonucleares y diplococos Gram negativos intracelulares y extracelulares (Figura 2). No obstante, la literatura ha reportado un pequeño porcentaje de casos asintomáticos (2.5 a 5%). Los varones que no se tratan adecuadamente, pueden desarrollar complicaciones por infección ascendente que incluyen: epididimitis, linfangitis de pene, prostatitis aguda, abscesos periuretrales, vasculitis seminal e infecciones de las glándulas de Tyson y Cowper.

En mujeres, el cuadro más frecuente es la cervicitis o gonorrea endocervical, la cual puede o no cursar de manera concomitante con infección uretral. La presencia de esta enfermedad suele hacer difícil que una mujer se embarace y de lograrlo, la presencia de N. gonorrhoeae es un cofactor para aborto espontáneo, corioamnionitis, ruptura prematura de membranas y parto prematuro. Los niños que nacen bajo esta condición pueden desarrollar oftalmia neonatal o infección faríngea gonocócica. A partir de la gonorrea endocervical, podría ocurrir infección ascendente ocasionando enfermedad pélvica inflamatoria, salpingitis o endometritis.

En niñas, N. gonorrhoeae causa vaginitis y no cervicitis, debido a que el epitelio vaginal (antes de la menarca) está formado por células epiteliales columnares, las cuales son el tipo celular que esta bacteria infecta.

N. gonorrhoeae causa también infecciones faríngeas y anorectales. Las infecciones orofaríngeas pueden presentarse en hombres que tienen sexo con hombres, y en mujeres heterosexuales que mantienen contacto sexual oro-genital con una pareja infectada. Por otra parte, las infecciones anorectales se observan en hombres que tienen sexo con hombres, como resultado de un contacto sexual no protegido. La adquisición de este tipo de infección se relaciona con sexo rectal no protegido o a contaminación perianal con secreciones cervicovaginales.

De una infección primaria, que habitualmente comienza en el epitelio columnar de la uretra, conductos periuretrales y glándulas, independientemente del sexo, puede ocurrir una diseminación (a partir de estos sitios anatómicos primarios) mediante dos vías: la linfática, que lleva las bacterias a la próstata, al epidídimo, a las glándulas de Skene, de Bartholin y de Cowper, a la piel del área genital, a las trompas, al peritoneo y por continuidad al espacio perihepático; y por la vía sanguínea, que es menos frecuente, pudiendo producir artritis, endocarditis, meningitis y dermatitis séptica.

Toma de muestra

En el diagnóstico de las ITS se deben siempre tener presentes los principios generales de la toma de muestras y, específicamente, los que se aplican a las muestras cervicales. Así mismo, se deben considerar las prácticas sexuales y las manifestaciones clínicas con las que cursa la paciente:

a) La paciente no debe haber empleado medicamentos o duchas intra- o vaginales de 24 a 72 horas antes de

la toma de muestra como mínimo, así como no haber procedido al coito en el mismo lapso de tiempo.

b) La muestra puede tomarse en cualquier día del mes, pero es conveniente que no sea durante el periodo menstrual, si es posible evitando la presencia de sangrados anormales, ya que estos pueden interferir en el diagnóstico.

c) Empleo de espejo vaginal, medios de transporte específicos, citobrush o hisopos de dacrón o rayón, debido a que los hisopos de alginato de calcio y algodón pueden contener ácidos grasos que inhiben el crecimiento de los gonococos.

d) Eliminar el moco cervical con un hisopo previo a la toma con el cepillo cervical o hisopo específico.

Para la toma adecuada de las muestras, se debe colocar a la paciente en posición ginecológica, ya que se requiere la visualización directa del cérvix con ayuda del espejo vaginal, el cual se introduce en la vagina sin utilizar lubricantes ni soluciones desinfectantes, aunque se puede utilizar agua o suero fisiológico en casos estrictamente necesarios.

Antes de obtener la muestra, es necesario limpiar el moco cervical con un hisopo seco y descartarlo. Posteriormente, se debe comprimir suavemente el cérvix con el espéculo para introducir el citobrush o el hisopo en él, rotándolo suavemente 360º; posteriormente, se hace un frote en un portaobjetos, girando el citobrush nuevamente y procurando que el material quede uniformemente extendido; en este frotis se puede hacer una tinción de Gram para observar leucocitos, característicos de una cervicitis. Posteriormente, se debe sembrar en un medio de cultivo altamente selectivo en el caso de una muestra con biota acompañante (cervical, anal, o faríngea), o enriquecido en el caso de muestras sin biota acompañante (uretral).

Medios de transporte

Las muestras genitales deben inocularse directamente in situ en los medios de cultivo; si esto no es posible, las muestras se deben recoger utilizando medios de transporte y, como normas generales, se debe realizar:

a) Envío rápido de la muestra al laboratorio de microbiología, para asegurar la viabilidad y el aislamiento de microorganismos de crecimiento difícil como N. gonorrhoeae y evitar el sobrecrecimiento de bacterias de crecimiento más rápido. Idealmente, la muestra debe procesarse antes de 3 horas desde su toma, y como máximo de 6-12 horas.

Figura 3. Número de casos de gonorrea reportados en la República Mexicana desde el año 2000 y hasta el 2009.Construido con información del Boletín Epidemiológico desde el 2000 y hasta el 2009.

Figura 4. Número de casos de gonorrea reportados en el Distrito Federal desde el año 2000 y hasta el 2009.Construido con información del Boletín Epidemiológico desde el 2000 y hasta el 2009.

Figura 5. Número de casos reportados de gonorrea en diferentes estados de la República Mexicana y hasta el 2009.Construido con información del Boletín Epidemiológico desde el 2000 y hasta el 2009.

1. Chiapas 2. Guerrero3. Jalisco4. Estado de México

5. Oaxaca6. Quintana Roo7. Tamaulipas8. Distrito Federal

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b) La temperatura de transporte y almacenamiento debe ser de 35-37ºC o, en su defecto, a temperatura ambiente. En el caso de N. gonorrhoeae, se recomienda el transporte en atmósfera parcial de CO2 y a una temperatura de 37ºC.

c) Los medios de transporte ideales son el Stuart, Amies, Transgrow o Jembec, que han sido reportados como útiles para el mantenimiento de los gonococos; no obstante, durante la revisión de la literatura se encontró discrepancia en cuanto al tiempo de mantenimiento de la viabilidad de la bacteria en éstos medios, con intervalos entre 6 horas y 2 días.

Cultivo

N. gonorrhoeae es un microorganismo muy exigente a nivel nutricional. Para su aislamiento están disponibles diversos medios enriquecidos y selectivos como el Thayer-Martin modificado (MTM) (Figura 6), el Martín-Lewis (ML) y el GC-Lect, que son bases de agar GC, suplementados con factores de crecimiento para microorganismos fastidiosos; el medio New York City (NYC) también es utilizado y contiene almidón, plasma y eritrocitos lisados de caballo. Estos medios contienen agentes antimicrobianos que inhiben a otros microorganismos y permiten el aislamiento selectivo de Neisseria; por ejemplo, la vancomicina y colistina inhiben el crecimiento de bacterias Gram positivas y negativas respectivamente, el sulfato de trimetoprim inhibe el swarming del género Proteus, frecuentemente presente en muestras rectales, y la nistatina inhibe el crecimiento de levaduras del género Candida.

El cultivo es la técnica de referencia por su sensibilidad, especificidad, bajo costo e idoneidad

para múltiples tipos de muestras. Además, permite obtener microorganismos viables para investigaciones epidemiológicas y de sensibilidad a antibióticos.

N. gonorrhoeae requiere una tensión de CO2 del 5% aproximadamente, para su óptimo desarrollo y a las 48 horas forma colonias de 0.6 a 1.0 mm de diámetro. El gonococo produce diversos morfotipos coloniales relacionados con la presencia de pilis en las bacterias. Las típicas colonias tienden a ser pequeñas, brillantes y elevadas. Al resembrar las colonias, aquellas que tienen pilis suelen mantener la misma morfología colonial, pero las bacterias sin éstos forman colonias más grandes y sin el brillo característico las primeras; estas colonias grandes y mucoides no forman suspensiones debido a que las bacterias sufren una autolisis y liberan su material genético, indicio de que son cepas rugosas y no patógenas. En cambio, las colonias pequeñas y brillantes forman suspensiones lisas y virulentas.

Identificación de N. gonorrhoeae y métodos de diagnóstico.

La tinción de Gram aún es ampliamente utilizada debido a su bajo costo y, sobre todo, a su simplicidad. En hombres sintomáticos, la sensibilidad de esta técnica es de poco más del 90%. Sin embargo, la sensibilidad disminuye significativamente en mujeres y hombres asintomáticos. El cultivo sigue siendo

el estándar de oro para el diagnóstico de infecciones causadas por N. gonorrhoeae, y se ha reportado una sensibilidad de más del 90% y una especificidad cercana al 100% en cultivos de muestras uretrales y cervicales.

La morfología característica en la tinción de Gram, pruebas de la oxidasa y catalasa positivas, proporcionan una identificación adecuada para iniciar el tratamiento antimicrobiano. No obstante, para la identificación definitiva, además de las pruebas de la presuntiva, se deben realizar una o más técnicas que demuestren la identidad de la colonia sospechosa. La literatura recomienda que, cuando sea posible, se realicen dos métodos distintos (por ejemplo: utilización de carbohidratos y método inmunológico).La determinación de los patrones de utilización de los carbohidratos consisten en cistina triptona agar (CTA) con dextrosa, maltosa, lactosa o sacarosa al 1%. Estas pruebas nos permiten la identificación del gonococo de otras especies del género Neisseria (Cuadro 1, Figura 7).

Otros métodos confirmatorios para la identificación de N. gonorrhoeae son las pruebas de sustratos cromogénicos enzimáticos, pruebas inmunológicas (coaglutinación, inmunofluorescencia, etc.), y pruebas de DNA. La variabilidad de la estructura antigénica de N. gonorrhoeae nos permite realizar pruebas

Cuadro 1. Crecimiento y diferenciación bioquímica de algunas especies del género Neisseria.

Figura 6. Morfología colonial de N. gonorrhoeae ATCC 53420 en medio Thayer Martin. Cultivo de 48h a 37ºC. Fotografía proporcionada por Aguilera-Arreola MG.

MTM: medio de Thayer-Martin modificado; ML: medio Martin-Lewis; NYC: medio New York City; +: reacción positiva; - : reacción negativa; C: crecimiento; V: variable en cada cepa; NC: no crecimiento.Fuente: Construido con información de Lugo, 2005 y Janda 2007.

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serológicas confirmatorias para su identificación, como la inmunofluorescencia directa, la prueba de coaglutinación y otras técnicas semiautomatizadas o automatizadas que requieren del uso de anticuerpos monoclonales para la identificación de esta especie.

Actualmente existen diversos métodos de amplificación de DNA, los cuales han revolucionado el campo del diagnóstico de las infecciones de transmisión sexual y que además, tienen diversas ventajas sobre el cultivo: no necesitan condiciones especiales como la temperatura o una atmósfera de CO2 porque no requieren de organismos vivos, y pueden ser realizados en muestras de orina, exudados vaginales, muestras de cérvix y/o uretra. Otra ventaja de estos métodos es que permiten la identificación de más de un agente patógeno; sin embargo, una de sus desventajas más importantes es que no se pueden realizar pruebas de susceptibilidad a antimicrobianos. Existen diversos sistemas comerciales para el diagnóstico de N. gonorrhoeae, entre los que se encuentran los basados en hibridación, amplificación por PCR, amplificación por desplazamiento de cadena y amplificación mediada por transcripción.

Algunos de estos procedimientos no sólo permiten identificar a N. gonorrhoeae si no también a Chlamydia trachomatis (la importancia clínica y la microbiología de la bacteria, aparece en este mismo número, N del E), lo cual resulta muy conveniente en casos de infección mixta. Todos estos métodos son denominados genéricamente como NAATs (siglas del inglés Nucleic acid amplification tests) los cuales tienen diferente sensibilidad y especificidad pero, sin duda, son más costosos que el cultivo; no obstante, cada vez es más común su uso en el laboratorio clínico debido a la posibilidad de emplearlos para detectar C. trachomatis a partir de muestras no invasivas como la orina (Cuadro 2).

Cuadro 2. Comparación de métodos de diagnóstico comerciales de Neisseria gonorrhoeae.

Figura 7. Producción de ácido a partir de carbohidratos de Neisseria: N. gonorrhoeae, ATCC 53420 (A) y N. meningitidis (B). Las pruebas se realizan en base Cisteina Triptona Agar (CTA) y rojo de fenol como indicador de pH. El medio vira a color amarillo en un pH ácido y a rojo intenso-rosado en pH alcalino. La presencia de color amarillo debe interpretarse como la utilización del carbohidrato con producción de ácido, mientras que el color rojo intenso-rosado como la utilización de peptonas con la liberación de grupos amonio que alcalinizan el medio. Las fotografías se tomaron a las 24 horas de haber sido inoculadas.Fotografía proporcionada por Aguilera-Arreola MG.

En México, la Norma Oficial Mexicana NOM-039-SSA2-2002 declara que los métodos de diagnóstico aceptados para cervicitis y uretritis gonocócica son el cultivo o pruebas de amplificación de DNA como la Reacción en Cadena de la Ligasa (LCR, por el término en inglés Ligase Chain Reaction) o PCR; estas pruebas se deben realizar a los casos sospechosos para poder definirlos como confirmados y proceder a dar tratamiento.

Debido a que las pruebas comerciales suelen ser más elevadas en costo que el cultivo, diversos investigadores optan por implementar en sus laboratorios sus propios diseños de PCR para usarlos como una herramienta “casera” de diagnóstico; nuestro laboratorio no ha sido la excepción (Figura 8): sin dejar de hacer el cultivo, empleamos un diseño ajustado a lo ya propuesto por otros colegas.

Tratamiento

Una característica muy importante de N. gonorrhoeae es su capacidad de desarrollar mecanismos de resistencia a compuestos antimicrobianos. Normalmente se utilizan cefalosporinas de amplio espectro como primera elección (ceftriaxona o cefixime), para el tratamiento de la infección causada por N. gonorrhoeae. Durante 40 años, la penicilina fue el tratamiento de elección; este microorganismo era también sensible a la tetraciclina. Durante principios de los años 60´s iniciaron los reportes de resistencia

a penicilina y tetraciclinas y, para mediados de los años 80´s, la penicilina ya no era recomendada para el tratamiento de infecciones por N. gonorrhoeae. El uso de fluoroquinolonas, de una uníca dosis, como tratamiento de primera línea contra infecciones causadas por N. gonorrhoeae ha llevado a que más del 50% de aislamientos, en muchas partes del mundo, sean resistentes a este medicamento y se ha detectado que la resistencia es más prevalente en poblaciones de alto riesgo. En el 2002, los centros para el control y la prevención de enfermedades (CDC, por sus siglas en inglés) de los EUA, publicaron una lista de agentes antimicrobianos recomendados para el tratamiento de infecciones causadas por N. gonorrhoeae y la mejor vía de administración de los mismos. En nuestro país existe una Norma Oficial para la Prevención y Control de las Infecciones de Transmisión Sexual, en la que se puntualizan los signos y síntomas precisos que deben cumplirse en cada infección para que se considere un caso confirmado de la misma, y se incluye el tratamiento que se le debe dar en el caso de la uretritis y cervicitis gonocóccica (Cuadro 3).

Figura 8. Electroforesis en gel de agarosa que muestra el resultado de la búsqueda del gen 16S rRNA de N. gonorrhoeae en muestras de exudados cervicales. En el carril 1 se observa el marcador de talla molecular de 100 pb: los cuadros verdes indican el control positivo de amplificación, la flecha azul claro señala el carril con el control negativo de amplificación, el cuadro rojo señala la evidencia de la no amplificación a partir del DNA extraído de las muestras cervicovaginales. Fotografía proporcionada por: Hernández-Martínez F.

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Conclusiones.

Es de suma importancia el desarrollo de técnicas que permitan un control del desarrollo de las ITS, no solo para evitar más casos de infección, sino también para mantener medicamentos útiles en la actualidad y evitar la propagación de la resistencia de las cepas a éstos. La vigilancia de la sensibilidad a antimicrobianos es una medida esencial del control de la infección gonocócica.

Bibliografía Recomendada

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Cuadro 3. Agentes antimicrobianos recomendados para el tratamiento de infección gonocóccica.VO - vía oral; IM - vía intramuscular; NR- no recomendado.

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La importancia

Aguilera-Arreola Ma. Guadalupe*, Rivera-Méndez Mónica y Hernández-Méndez José Tomás**

Laboratorio de Bacteriología Médica, Departamento de Microbiología, Escuela Nacional de Ciencias Biológicas del Instituto Politécnico Nacional.Prolongación del Carpio y Plan de Ayala s/nCol. Casco de Santo Tomas México, D.F. C.P. 11340, México.

Tel. 57-29-63-00 ext. 62374Fax. 52-29-62-07 e-mail: thmendez@ipn.mx*Becaria de la COFAA, del EDI y Miembro del SNI.** Becario de la COFAA y del EDD.

Palabras clave: Chlamydia trachomatis, infección genital, diagnóstico.

de infecciones bacterianas del aparato sexual femenino que cursan con exudado: Chlamydia trachomatis.

del diagnóstico

oportuno

Para realizar el diagnóstico en el laboratorio de infecciones causadas por bacterias, es necesario una toma de muestra adecuada, donde se realizará la determinación de él o los morfotipos presentes por medio de la tinción de Gram (Figura 1); además, la inoculación a medios de cultivo se debe realizar en el menor tiempo posible, con la atmosfera adecuada para la incubación y el aislamiento de las bacterias presentes; también resulta clave la selección e identificación de las colonias que crezcan en los medios de cultivo utilizados y realizar el antibiograma si éste se requiere. Finalmente, es necesaria la elaboración de un reporte de calidad que le informe y explique al médico los resultados obtenidos, los microorganismos encontrados y, si se considera necesario, algún comentario o recomendación.

La presente revisión tiene por objeto proporcionar al personal del laboratorio clínico un documento que le sea de utilidad en su quehacer profesional sobre la microbiología general, la importancia clínica y los métodos disponibles de diagnóstico para C. trachomatis.

I) Generalidades de Chlamydia trachomatisLa C. trachomatis se caracteriza por ser una bacteria intracelular obligada, tiene un ciclo de vida característico y presenta una envoltura bacteriana similar a la de las bacterias Gram negativas. Está clasificada dentro del orden Chlamydiales, familia I Chlamydiaceae, género Chlamydia, especie: trachomatis.

Por mucho tiempo se creyó que esta bacteria dependía totalmente del ATP presente en la célula huésped. Sin embargo, ahora se sabe que al entrar a la célula huésped, importa ATP, para activar su metabolismo; pero al realizarse la diferenciación en el interior de la célula, la C. trachomatis es capaz de sintetizar ATP, por lo que no es autótrofa estricta del mismo.El ciclo de vida de la bacteria involucra dos formas de desarrollo: una llamada cuerpo elemental (CE) -de 0.2 a 0.3 micrómetros, esférico, rígido, infeccioso y extracelular-, y otra denominada cuerpo de inclusión (CI) o reticular (CR) de 1 micrómetro, frágil, no infeccioso e intracelular (Figura 2).

La envoltura presenta una membrana externa y una interna, carente de ácido murámico. Los principales componentes de la membrana externa

Introducción

Las bacterias extracelulares –como los estreptococos, los estafilococos, y las enterobacterias, entre otras- causan infecciones a nivel de mucosas o en sitios normalmente estériles sin invadir a las células del hospedero. Por otra parte, las bacterias intracelulares, pueden ser divididas en: A) Facultativas, como Mycobacterium tuberculosis, Brucella y Salmonella typhi, que producen infecciones, invaden, viven y se multiplican dentro de macrófagos sin ser eliminadas, o como Shigella que penetra lámina intestinal, viviendo y multiplicándose dentro de los enterocitos; las bacterias extra- e intracelulares facultativas pueden ser aisladas de medios de cultivos convencionales; y B) Obligadas, como Mycobacterium leprae, Rickettsias y Chlamydia trachomatis, que son responsables de infecciones a nivel de piel o mucosas y se multiplican dentro las células que invaden; estas bacterias no pueden ser aisladas en los medios de cultivo empleados convencionalmente en el laboratorio clínico.

Figura 1. Muestra cervical teñida por Gram. Por PCR se determinó la presencia de C. trachomatis. No se observan CE, ni CR, aunque si leucocitos y morfotipo compatible con lactobacilos.

16 1716 17

son el lipopolisacárido (LPS), la Proteína Principal de Membrana Externa (MOMP, por “main outer membrane protein”), una proteína de choque térmico (Hsp-60) y las lipoproteínas asociadas a membrana OmcB y OmcA (por “outer membrane complexes”), las cuales intervienen en la estructura proteica de la membrana y en la conversión del CR a CE.

El LPS es específico de género y su estructura se asemeja al de Salmonella minnesota. Está constituido por el lípido A, característico de las bacterias Gram negativas y una porción sacárida, compuesta por el ácido 3-deoxi-D-mano-2-octulosónico (KDO). Es fenotípicamente rugoso (LPS-R) y se encuentra durante todo el ciclo.

La MOMP, codificada por el gen omp1, es una glicoproteína rica en cisteína y constituye el 60%

del peso de las proteínas presentes en la membrana externa; tiene un peso molecular de 40 kilodaltones (KDa), y se reconocen 19 serovariedades, las cuales están relacionadas con la enfermedad que causan en el ser humano. Es una molécula dimérica, que al reducir sus enlaces disulfuro en el interior de la célula huésped, actúa como porina, permitiendo el paso de nutrientes a través de la membrana. Participa en la adherencia a la célula del epitelio escamo-columnar del huésped y a células HeLa y McCoy in vitro. Además, ha sido empleada como candidato en la preparación de una vacuna.

El ciclo de vida se caracteriza por 4 fases (Figura 2): I. Adherencia de los CE a la célula huésped: La adherencia puede efectuarse por la MOMP, con heparán sulfato y con dos proteínas, una de 18 kDa y otra de 32 kDa. Esta unión es necesaria para la

subsecuente entrada e invasión a la célula huésped. II. Entrada de los CE a la célula huésped: La entrada a la célula blanco es por fagocitosis parásito específica, dando lugar a un fagosoma. III. Reorganización: Los CE sufren transformaciones metabólicas y morfológicas y en un periodo no superior a las 8 horas, dan lugar a los CR; estos son metabólicamente activos y se dividen por fisión binaria. En el interior de la célula huésped, la vacuola presenta CR, formas intermedias y CE, ya que el ciclo es asincrónico, además de partículas de glucógeno; éste proceso dura de 18 a 28 horas. IV. Salida: Hay una reorganización de los CI en CE, que son liberados por medio de la lisis de la célula huésped o por medio de la fusión de la vacuola con la membrana de la célula sin haber lisis. El ciclo tarda de 48 a 72 horas.

El genoma de C. trachomatis consiste de un cromosoma y de un plásmido. El cromosoma tiene 1, 024,519 pares de bases (58.7% son A + T), y 894 genes que se traducen, de las cuales sólo el 4% muestran una secuencia idéntica a proteínas de otros microorganismos. El plásmido, llamado pCT, de 7.4 Kb, es común de la especie y normalmente existen de 5 a 10 copias por CE; sin embargo, se han encontrado cepas de la bacteria que no lo presentan.

II) Importancia clínica C. trachomatis presenta dos biovariedades (tracoma y linfogranuloma venéreo) y 19 serovariedades relacionadas con la enfermedad que causan. Las serovariedades A, B, Ba, y C están asociadas con el tracoma. Las serovariedades L1, L2, L2a, L3 son causantes del linfogranuloma venéreo.

Las serovariedades D, Da, E, F, G, Ga, H, I, Ia, J, y K tienen afinidad por el epitelio escamo-columnar, causando diversas infecciones, complicaciones y secuelas en las personas infectadas. C. trachomatis es la bacteria más frecuente en infecciones de transmisión sexual (ITS); de hecho, la Organización Mundial de la Salud, estimó que se presentan 90 millones de casos nuevos de infecciones genitales en el mundo por año. En Estados Unidos de Norteamérica se reportan 3 millones de casos nuevos anualmente en adolescentes sexualmente activas. En México, las ITS de notificación obligatoria son el herpes, la infección gonocócica, la sífilis adquirida, la candidiasis, la tricomoniasis, el chancro blando, el linfogranuloma venéreo y el papiloma. Las infecciones genitales por C. trachomatis, Gardnerella vaginalis, Ureaplasma urealyticum y Mycoplasma hominis no se informan, a pesar de ser éstos importantes agentes etiológicos.

En la mujer con actividad sexual y con cervicitis mucopurulenta, se presenta exudado purulento, generalmente amarillento o verdoso, ectopia, eritema, hipertrofia, dolor abdominal y sangrado. Los

Figura 2. Ciclo de vida de C. trachomatis CE = Cuerpo elemental, CI = Cuerpo de InclusiónCR = Cuerpos reticulares, FI = Formas intermedias, G = GlucógenoN = Núcleo

N

Adherencia EntradaSalida

Reorganización

CI

G

FICR

FAGOSOMA

Hora

factores de riesgo para adquirir la infección son: tener relaciones sexuales con hombres con uretritis, edad de la paciente, número de parejas sexuales y la utilización de anticonceptivos orales. Del 70-80% de las mujeres son asintomáticas, constituyendo un reservorio muy importante para la transmisión de la enfermedad.

El recién nacido de madres con infección genital por C. trachomatis, adquiere la infección al pasar por el canal del parto durante el nacimiento; el 24% al 44% de los infectados, pueden desarrollar conjuntivitis. Del 11 al 20% pueden tener neumonía, de los cuales, el 50% tiene antecedentes de conjuntivitis. Además, la bacteria coloniza la nasofaringe, el recto, la uretra y la vagina.

En el hombre que presenta uretritis, ésta puede ser causada por N. gonorrhoeae o por otros microorganismos. La uretritis no gonocóccica y la post gonocócica causada por C. trachomatis, puede presentarse en un 30-50%. Estimándose que un 50% de los pacientes con descarga uretral pueden presentar una infección mixta causada por C. trachomatis y N. gonorrhoeae mientras que el número de asintomáticos oscila entre el 12-20%.

III) Métodos de diagnósticoEl éxito del diagnóstico de C. trachomatis depende de que las muestras sean recolectadas, transportadas y almacenadas bajo condiciones apropiadas. La toma de la muestra se debe realizar por medio de un raspado del endocérvix. En mujeres con actividad sexual, con infección genital o para la búsqueda de portadoras asintomáticas (previo aseo de genitales externos), la toma de muestra se debe realizar con ayuda de un espejo vaginal: Primero, se elimina por medio de un hisopo la secreción o exudado (esta muestra sirve para realizar la microbiología tradicional), y después la toma se hace de endocérvix, introduciendo un cepillo citológico (citobrush) y rotándolo. En mujeres que refieran no haber tenido relaciones sexuales, la muestra debe tomarse a través del himen, para tomar pared vaginal. En hombres con uretritis (previo aseo de genitales), se introduce un cepillo uretral de 2 o 3 cm en la uretra; éste se rota y posteriormente se retira.

En pacientes con conjuntivitis, primero se elimina con un hisopo la secreción o el exudado presente en la conjuntiva, se evierte la conjuntiva tarsal superior y se realiza un raspado con una espátula de platino flexible, una asa bacteriológica o hisopos de dacrón.

Cuando la detección de la bacteria se pretende realizar por frotes directos, la muestra se deposita en portaobjetos, se fija con etanol (cuando se va a teñir para Papanicoalou) o acetona fría (si se va a hacer inmunofluorescencia directa (IFD)). Cuando se va a hacer el aislamiento de la bacteria o una técnica

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de biología molecular, es necesario utilizar el medio de transporte 2SP (2 sacarosa fosfato) o equipos comerciales para la toma de la muestra que incluyen los hisopos y el medio de transporte. Las muestras en las que se investigue C. trachomatis, se deben trabajar con el nivel de bioseguridad 2; la bacteria no es considerada un patógeno que se adquiera en el laboratorio, sin embargo se han reportado casos de conjuntivitis. También se han descrito casos de neumonía o linfadenitis cuando el personal del laboratorio se expone a aerosoles creados por sonicación o centrifugación.

Los métodos de identificación de la bacteria, se pueden clasificar en tres grupos: El aislamiento de la bacteria utilizando células McCoy, HeLa 229, BHK 21, CHO, macrófagos peritoneales de ratón o saco vitelino de embrión de pollo, y para la identificación se utiliza algún método fenotípico. Los métodos fenotípicos para evidenciar la presencia de la bacteria cuando se utilizan en frotes directos o a partir del aislamiento en cultivo celular son: para observar CI, las técnicas de Papanicolaou, Giemsa, Giménez, Machiavello, Yodo y Hematoxilina-Eosina; para ver CE, IFD, directa, ELISA e Inmunoperoxidasa. La IFD (Figura 3) que utiliza anticuerpos contra la MOMP o contra el LPS es el método fenotípico más utilizado. Los métodos genotípicos para evidenciar la presencia de la bacteria pueden ser la hibridación (PACE-2 y captura de híbridos) y la amplificación. Para identificación, se emplea la amplificación por medio de la reacción en cadena de la polimerasa (PCR, por “polimerase chain reaction”), la reacción en cadena de la ligasa (LCR, por “ligase chain reaction”), la reacción de la Q beta replicasa, la amplificación mediada por transcripción (AMT) y el análisis del polimorfismo de los fragmentos de restricción (RFLP, por “restriction fragment length polymorphism”). Para investigar a las serovariedades se ha utilizado la PCR seguida del análisis del polimorfismo de los fragmentos de restricción (RFLP-PCR), y para la tipificación de cepas, la amplificación al azar de DNA polimórfico (RAPD-PCR, por “random amplification of polymorphic DNA”) y la amplificación de secuencias repetitivas consenso intergénico descrita en enterobacterias (ERIC-PCR, por “enterobacterial repetitive intergenic concensus polymerase”). Los principales sitios blanco detectados son: a) El plásmido pCT, b) El gen omp1, que codifica para la MOMP, c) El gen que codifica para el gen 16S rRNA y d) el gen omp2. La PCR basada en secuencias nucleotídicas del pCT (Figura 4) tiene mayor sensibilidad que la dirigida hacia los genes cromosomales (Figura 5); sin embargo, la presencia de cepas que no presentan el plásmido, reportarían falsos negativos, lo cual se resuelve con la aplicación de una PCR dúplex dirigida a la amplificación de ambos fragmentos del ADN: la MOMP y el pCT.

Se han utilizado equipos comerciales para la determinación de anticuerpos en el suero del paciente (Figura 6).

En México, se han publicado trabajos en los que se evalúan algunos métodos de laboratorio para la determinación de la frecuencia de C. trachomatis en mujeres (cuadro 1) y en hombres (cuadro 2), así como la sensibilidad y la especificidad de dichos métodos (cuadro 3).

El aislamiento de la bacteria en células McCoy y la identificación por IFD es considerado como el “estándar de oro“; sin embargo, una desventaja es que se requiere de laboratorios especializados y de personal capacitado, lo que encarece la prueba. En los estudios realizados en México, se ha utilizado el estándar de oro, obteniéndose una mayor frecuencia comparada con la obtenida con otros métodos. La sensibilidad (S) y la especificidad (E) en frote directo de Papanicolaou es de 76 a 100% y de 92 y 99%, respectivamente. Para Giemsa hay una S de 95% y E de 66%, y con Gimenez una S del 75% y una E del 51%. Dentro de las técnicas citológicas, la tinción por Papanicolaou es la más útil, ya que en células infectadas con C. trachomatis se observa la presencia de vacuola con inclusiones y en algunas ocasiones CE (Figura 7).

Las técnicas de Biología Molecular son cada vez más utilizadas en los laboratorios que hacen bacteriología médica diagnóstica; de éstas, la hibridación en líquido (técnica denominada PACE-2, por “probe assay-chemiluminescence enhanced”), reconoce una secuencia específica del ARNr de C. trachomatis. Esta

técnica presenta una S del 60 al 90% y una E del 92%. La PCR dirigida a amplificar un fragmento del pCT es la más sensible, entre el 80 al 95% y una especificidad del 98 al 100%. La S y la E descrita para los cultivos celulares, en comparación con las técnicas de biología molecular, van del 68 al 85% y del 80 al 95%, respectivamente, por lo que se sugiere que la PCR desplace como método de elección al cultivo.

IV) ObservacionesEl estudio de C. trachomatis puede iniciarse al revisar las libretas de registro de las muestras de exudados cervico-vaginales. Durante esta revisión, el químico podría contestarse preguntas como: ¿A qué porcentaje de pacientes, con la microbiología clásica realizada, no se les ha encontrado un probable agente etiológico?, ¿se investiga la presencia de Mycoplasma y de Chlamydia?, ¿cuántas veces en un año se presentó una paciente con el mismo problema?, ¿son éstas últimas pacientes, candidatas a búsqueda intencionada de C. trachomatis? Al realizar esta revisión probablemente encontremos un número importante de exudados cérvico-vaginales reportados como negativos (con base en el procesamiento de la muestra empleando microbiología clásica), a pesar de la observación de un proceso inflamatorio evidente, que si bien puede tratarse de patología no infecciosa, también puede ser un proceso infeccioso no buscado en primera instancia, como una cervicitis causada por C. trachomatis.

Las muestras de las (los) pacientes que: I. en la tinción de Gram presenten polimorfonuclares y linfocitos, II. no se observen bacterias (C. trachomatis no se tiñe con Gram) y III. que en el cultivo realizado no se encuentre un probable agente etiológico, constituyen

Figura 3. Muestra cervical. Detección de CE por inmunofluorescencia directa. Los CE se observan en color verde. Los anticuerpos marcados con isotiocianato de fluoresceína están dirigidos contra la MOMP.

Figura 4. Reacción en cadena de la polimerasa (PCR) dirigida al plásmido pCT.Carriles del 2 al 9: Muestras clínicas (2, 4, 5, 8 y 9 positivas).Carril 1: Control negativo de la reacción.Carril 10: Control positivo (plásmido pLGV125).M: Marcador de peso molecular.

200 pb100 pb

200 pb

100 pb

Figura 5. Reacción en cadena de la polimerasa (PCR) dirigida al gen omp1.Carriles del 1 al 11: Muestras clínicas (1, 3, 4, 6, 8 y 9 positivas).Carril 12: Control negativo de la reacción.Carril 13: Control positivo (plásmido pTTQ-MOMP).M: Marcador de peso molecular.

Plásmido pLGV125

Plásmido pTTQ-

MOMP

Figura 6. PCR dúplex pCT-MOMPLínea 1: Control interno.Línea 2: Determinación de anticuerpos IgA. Peines 2, 7: Muestras con título 1:8 (positivas).Peines 3, 6 y 9: Muestras clínicas. Peines 1, 4, 5 y 10 muestras negativas con título < 1:8.Peine 11: Control positivo.Peine 12: Control negativo. M: marcador de peso molecular.

Figura 7. Muestra Cervicovaginal (40X) teñida por Papanicolaou. Células de metaplasia con cuerpos de inclusión en tiro al blanco y nebulosa. Se observa núcleo desplazado con ligeros cambios en la cromatina.Fotografía proporcionada por: Dra. Guadalupe Rendón Castañón.

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Cuadro 1. Comparación de métodos utilizados en México para el diagnóstico de Chlamydia trachomatis en mujeres

Construido en base a las referencias 2,4,5,10,11,12,14,16,17,18

las muestras adecuadas para la búsqueda intencionada de C. trachomatis. El portaobjetos que contiene este tipo de muestras puede decolorarse con metanol, cubrirse con lugol (Yodo al 5% con yoduro de potasio al 10%), dejar actuar éste de 3 a 5 minutos, montar la preparación en fresco, y ver al microscopio; la observación de células que en su interior presentan un color café-rojizo a café oscuro indican la presencia de glucógeno, compuesto presente en las células infectadas con C. trachomatis. Aunque esta tinción no se recomienda para ser aplicada en muestras directas, si se seleccionan las muestras como se mencionó al inicio del párrafo, la técnica puede ser de utilidad. Además, ésta podría instaurarse fácilmente como estrategia de primera instancia mientras se logra introducir al área laboral alguna otra metodología con mayor especificidad.

En cuanto a la uretritis, es importante acotar que pueden ser unimicrobianas o infecciones mixtas; en pacientes que hayan recibido tratamiento y la secreción cambio de aspecto, más no se eliminó, pudiera tratarse de una infección mixta, en la que el antibiótico eliminó a uno de los agentes etiológicos, pero no al otro, el cual sigue causando la sintomatología (presencia de secreción de aspecto diferente

a la inicial). En estos casos resulta oportuno la búsqueda de Mycoplasma y C. trachomatis.

V) ConclusionesLas estadísticas exactas o confiables de la frecuencia de las

enfermedades causadas por C. trachomatis son muy difíciles de obtener; sin embargo, los datos reportados en la literatura

sugieren que las infecciones causadas por este agente son un problema de salud pública en México. Por lo

anterior, se puede considerar que el implemento de métodos para investigar C. trachomatis es

una necesidad en los laboratorios clínicos, sobre todo en aquellos que analizan

población de riesgo. La S y la E de cada prueba para el diagnóstico de C. trachomatis depende del tipo de muestra empleada, de la habilidad y capacitación del personal que la realice, del blanco detectado y del fundamento de la misma. El uso de alguna metodología suele darse en función del costo-beneficio que signifique para el paciente y para el laboratorio.

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1. Aguilera-Arreola MG, et al. La importancia del diagnóstico oportuno de infecciones bacterianas del aparato sexual femenino que cursan con exudado. MedLab. 2009; 1(6):4-7.

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Cuadro 2. Comparación de métodos utilizados en México para el diagnóstico de Chlamydia trachomatis en hombres.

Cuadro 3. Estudio comparativo de métodos de diagnósticopara Chlamydia trachomatis.

Construido en base a las referencias 2,10,11,12,15,18

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INTRODUCCIÓNSe llama biogás al gas que se produce mediante un proceso metabólico de descomposición de la materia orgánica, sin la presencia del oxígeno del aire. Si bien el biogás es una forma biológica de energía que puede ser sintetizada, su generación natural es una parte importante del ciclo biogeoquímico del carbono. De modo natural, el biogás se produce en la putrefacción de la materia orgánica y se llama gas de los pantanos o gas natural. También existe diferente material en descomposición de donde se puede extraer: estiércol (animal y/o humano), lagos, grasas, y residuos sólidos (municipales y/o agrícolas) que tengan un contenido alto en materia orgánica.

El principal componente del biogás es el metano producido por bacterias; es el último eslabón en una cadena de microorganismos que degradan material orgánico y devuelven los productos de la descomposición al medio ambiente. La creación y utilización del biogás de manera artificial se remonta a la segunda guerra árabe-israelí, a mediados de los años setenta del siglo XX, cuando el precio del petróleo subió notablemente al ser utilizado como arma política, lo que hizo que se investigasen otras posibilidades de producir energía. Es entonces cuando se experimentó con reactores -los llamados de alta carga-, capaces de retener los microorganismos anaerobios y utilizados en tratar las aguas residuales. En este caso, se tienen en cuenta las características de composición del agua o residuo y, siempre que sea ventajoso frente a otras alternativas de tratamiento, también se utiliza aplicándose a los vertidos de la industria agroalimentaria, bebidas, papeleras, farmacéuticas, textiles, etc. En un primer momento, el desarrollo del biogás fue más fuerte en la zona rural, donde se cuenta de manera directa y en cantidad importante con diversos tipos de desechos orgánicos.

M. en C. Reyna Isabel Rodríguez Pimentel.Profesora de Tiempo Completo de la División de Tecnología AmbientalTitular de la especialidad en Manejo de ResiduosIntegrante del Cuerpo Académico: “Desarrollo e Implementación de Tecnologías para el Tratamiento de Efluentes Contaminantes”Universidad Tecnológica de NezahualcóyotlCiudad Nezahualcóyotl, Estado de México.isabelropi@hotmail.com

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DIGESTIÓN ANAEROBIA

El biogás es producto de la digestión anaerobia la cual se fundamenta en la degradación de la materia orgánica en ausencia de oxígeno molecular, por microorganismos específicos. Se utiliza en el tratamiento de aguas residuales de alta carga orgánica, tratamiento de lodos de aguas residuales, residuos ganaderos y en el tratamiento de residuos sólidos orgánicos.

Frecuentemente este proceso se emplea como primera etapa de tratamiento en residuos de alta carga orgánica. El objetivo de la digestión es el reducir en las altas cargas orgánicas los valores de la demanda química de oxígeno (DQO) para que puedan emplearse los procesos aerobios tradicionales, como el de lodos activados. Las bacterias que intervienen en la digestión anaerobia, en la etapa metanogénica, crecen en rangos de pH entre 6 y 8, con un valor próximo a 7 para la actividad óptima. Los ácidos grasos volátiles (AGV) disminuyen el pH, excepto cuando la alcalinidad bicarbonatada es suficiente para neutralizar dichos ácidos. Se conoce que el principio de digestión anaerobia para la producción de biogás, a partir de residuos orgánicos, se desarrolla en cuatro etapas fundamentales (Figura 1): hidrolítica, acidogénica, acetogénica y metanogénica.

Las bacterias hidrolíticas degradan las macromoléculas orgánicas (solubles e insolubles) a especies solubles de menor tamaño. Este grupo microbiano es decisivo, pues en el resto de las etapas intervienen bacterias que sólo actúan sobre la materia orgánica disuelta. Las bacterias acidogénicas –que son facultativas- fermentan azúcares, aminoácidos, ácidos grasos y otros a ácidos grasos volátiles (AGV), alcoholes, aldehídos, hidrógeno, amoníaco y dióxido de carbono.Las bacterias acetogénicas producen ácido acético, dióxido de carbono, e hidrógeno a partir de los AGV y su desarrollo depende del consumo de hidrógeno por las bacterias hidrogenotróficas. Las bacterias metanogénicas, las cuales son anaerobias estrictas, de crecimiento lento y sensibles al pH, utilizan el ácido acético, fórmico y CO2 para producir metano. La mezcla de productos gaseosos obtenidos es entonces a lo que se denomina biogás y puede ser empleado como combustible.

En muchas partes del mundo existen -y se producen- enormes cantidades de residuos agropecuarios, de las industrias azucarera, de sus derivados y de la alimenticia, de origen urbano (sólidos y líquidos), etc. (Tabla 1), que contribuyen seriamente a la contaminación ambiental, fundamentalmente, de las aguas superficiales y subterráneas, por lo que se hace imprescindible purificar estos residuos antes de su vertimiento al medio ambiente. La aplicación de los procesos anaerobios tiene interesantes perspectivas ya que no sólo se pueden alcanzar resultados positivos en la mejora del medio ambiente, sino que además, se obtendrían cantidades importantes de biogás de múltiples usos. Esto permitiría amortizar en parte, y en algunos casos totalmente, la inversión de no sólo el proceso anaerobio, sino también de la planta de tratamiento de residuales que se construya para depurarlos.

El mercado potencial de la tecnología anaerobia y los grandes espacios que aún les están reservados para su aplicación, se reflejan en la baja densidad de reactores anaerobios construidos para el tratamiento de aguas residuales. Esta densidad se define como el número de reactores construidos por cada millón de habitantes. Por ejemplo, la mayor densidad la presenta Holanda con 5.83, mientras que México y Brasil, países líderes en América Latina, tienen una densidad de 0.46 y 0.40, respectivamente. La India, país de mayor densidad en Asia tiene 0.06 reactores por cada millón de habitantes.

La digestión anaerobia es muy atractiva, tanto desde el punto de vista del reciclaje como energético, ya que el gas producido es rico energético y caloríficamente (Tabla 2). Se estima que por cada kg de DQO eliminado se producen 0,35 m3 de biogás cuyo poder calorífico

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Figura 1. Etapas de la Digestión Anaerobia (Kiely, 1999).

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FUENTES GENERADORAS DE BIOGÁS

Residuos sólidos urbanosUna fuente de generación del biogás puede ser la fracción orgánica biodegradable de los residuos sólidos urbanos (RSU), ya que al implementar la digestión anaerobia se puede disminuir el riesgo de generar focos biológico-infecciosos. Como productos de la degradación se producen dos efluentes residuales: el biogás (esencialmente metano y dióxido de carbono) (Pavlostathis y Giraldo-Gómez, 1991), que puede ser utilizado como fuente de energía y lixiviados, que tienen una alta carga orgánica (Castillo y Cristancho, 2003).

La aplicación de la digestión anaerobia, como método de tratamiento de la fracción orgánica de los residuos sólidos municipales (RSM), ha evolucionado en Europa de una capacidad de 12,000 toneladas por año en 1990 a 1, 023, 000 toneladas en el 2001.

Por otra parte, como subproductos del proceso anaerobio, en la mayoría de las ocasiones se obtiene un lodo con propiedades de biofertilizante, que resulta en ciertos casos, hasta más valioso desde el punto de vista económico que el biogás obtenido en el proceso, si se tienen en cuenta los problemas de la contaminación secundaria que generan los fertilizantes químicos, que además resultan caros y, por otra parte, no sirven como acondicionadores de suelos, propiedad de la que sí gozan los biofertilizantes.

Tratamiento de aguas residuales con alta carga orgánicaA partir de los años 50´s del siglo pasado, se iniciaron las aplicaciones de las tecnologías anaerobias para grandes flujos de agua residual, basadas en los estudios de laboratorio con estos sistemas, donde se

Tabla 4. Propiedades físicas del biogás

Tabla 3. Composición aproximada del biogás Fuente. Fundación Pesenca, 1992

Unidades: cm c.a.= centímetros columna de agua. Atm: Atmosferas; 1 bar=1 millón de barias (≈ 1 atm). Kcal: kilocalorías; Mj: megajoule; Kwh: Kilowats; V: volatilidad; Kg: kilogramos; cm: centímetros; s: segundo; ºC: grados centrígrados; m: metro.Fuente. Fundación Pesenca, 1992

es de aproximadamente 6,000 kcal/m3 en promedio, lo que equivale a 1,5 kg de madera, 6,8 kW/h de electricidad o 0,8 L de gasolina para un biogás de composición CH4/CO2, 70 y 30 %, respectivamente. El biogás producido es utilizable en calefacción, iluminación y generación de electricidad.

PROPIEDADES DEL BIOGÁS

El biogás se constituye por una mezcla de gases combustibles como el metano, dióxido de carbono y pequeñas cantidades de sulfuro de hidrógeno, nitrógeno, hidrógeno y monóxido de carbono

(Tabla 3). Su composición depende del tipo de material orgánico utilizado para su producción y de las condiciones en que se procesa.

El biogás es incoloro, inoloro e insaboro, pero los otros gases que contiene el biogás, en especial el sulfuro de hidrógeno, le dan un olor característico a pantano o a huevo podrido. La solubilidad del metano en agua es muy baja. A 20 ºC y 1 atmósfera de presión, solamente tres unidades de metano (volumen) se pueden disolver en 100 unidades de agua. En la Tabla 4, se resumen las propiedades físicas del biogás reportadas en la literatura.

Tabla 1. Aplicación de la tecnología de la Digestión Anaerobia Fuente: Bermúdez y col., 2000

Tabla 2. Comparación del biogás con otros combustibles tradicionales Fuente: Bermúdez y col., 2000

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por su sencillez es el denominado de la caja seca, que consiste en el uso de viruta de hierro dentro de un recipiente, formando un lecho poroso, por el que se hace pasar el biogás, para que reaccione con el metal y el H2S se deposite en el lecho. Algunos autores afirman que la viruta de hierro, además de servir como trampa de H2S, sirve como trampa de llama al evitar el reflujo de la misma hacia el digestor, previniendo explosiones accidentales. Estos materiales tienen la ventaja de ser de bajo costo y de oponer poca resistencia al flujo de gas, aspecto importante en razón de las bajas presiones que se manejan en este tipo de sistemas.

UTILIZACIÓN DEL BIOGÁS

El biogás recuperado se puede utilizar de varias formas. Entre las más usadas están, la combustión en estufas, la producción de energía eléctrica a través del uso de generadores de combustión interna, la iluminación de naves y viviendas, así como para la alimentación de motores de combustión interna que accionan máquinas, molinos de granos, generadores eléctricos, bombas de agua y vehículos agrícolas, calentadores de agua u otras instalaciones. En la tabla 5, se mencionan algunos usos del biogás y sus correspondientes consumos.

El biogás presenta un alto rendimiento para el uso en estufas seguido de la aplicación en motores. Dado su alto poder calorífico se puede comparar con otros combustibles convencionales, como se ve en la tabla 6.

CONCLUSIONES

En México se producen cantidades de residuos cada vez mayores, por lo que es necesario buscar nuevas opciones para la gestión y tratamiento, que incluyan reducción en origen, recuperación de energía, reutilización y reciclaje.

La digestión anaerobia resulta una buena alternativa para la producción de biogás, disminuyendo el impacto al ambiente generado por la extracción, consumo de petróleo y producción de energía eléctrica. Los residuos digeridos servirán como mejoradores de suelos debido a los nutrientes que contienen, así como también se aprovecharían residuos que generamos en la vida cotidiana en el campo o en algunas industrias, disminuyendo el volumen de disposición final.

Los sistemas de tratamiento vienen a formar parte del proceso integral del manejo de los residuos o aguas residuales, permitiendo un eficiente aprovechamiento de los materiales y optimizando los espacios disponibles para la disposición final de los materiales no utilizados.

México cuenta con investigadores que siguen trabajando en estas áreas con el objetivo principal que es generar biogás a partir de desechos ya sean agrícolas, ganaderos, forestales, municipales, industriales, tratamiento de aguas residuales y tratamiento de lodos.

Tabla 5. Utilización y consumos del biogás

Tabla 6. El biogás en comparación con otros combustibles

Abreviaturas: b.h.p: brake horsepower. Fuente: GTZ

encontró que a ciertas temperaturas de operación se obtuvo una elevada eficiencia en la remoción de hasta 87 % de DQO y además una buena producción de CH4 de 0.11 m3 por kg de DQO removido (la DQO es una de las medidas en la descarga considerada por la Norma Oficial Mexicana al respecto)

En México ha existido un continuo desarrollo en la construcción de reactores UASB (del inglés Upflow Anaerobic Sludge Blanket, N. del E.) para la purificación de aguas residuales, tomando en cuenta los niveles de contaminación de las aguas que existen fundamentalmente en el D.F. y Estado de México.

Este proceso es uno de los más adecuados para el tratamiento de aguas residuales, pero hay varias consideraciones que se deben tomar en cuenta, entre las que se incluye el diseño y construcción para evitar las molestias por los malos olores, jugando un papel importante la localización de la planta y la correcta operación de ésta. Debe preverse la utilización del biogás generado, fundamentalmente de los grandes digestores, para disminuir los problemas de contaminación secundaria provocada por la quema a la atmósfera del biogás.

Residuos agrícolas o agropecuariosEl uso más extendido de la digestión anaerobia se encuentra, precisamente, en la aplicación a los residuos generados de las actividades agropecuarias tales como restos de hojas, frutas y vegetales, y, sobre todo, excretos de animales. Debido a que en el área rural las posibilidades económicas están restringidas, la aplicación de las tecnologías anaerobias se ven condicionadas a la obtención de subproductos valiosos, tales como biofertilizantes y biogás, que pueden hacer rentable la inversión ambiental. La generación de biogás y la utilización de éste son, en muchos países en vías de desarrollo, el objetivo de la utilización de la biomasa agrícola como fuente del proceso anaerobio.

TRATAMIENTO DEL BIOGÁS

La disposición del biogás para el consumo, requiere procesos adicionales tales como acumulación, depuración y lavado, aunque no siempre tienen esa secuencia. Para pequeñas instalaciones, si la acumulación se hace en el propio digestor, ese será, naturalmente, el primer proceso, siguiéndole la eliminación del eventual ácido sulfhídrico. En estos casos, el lavado se justifica y el gas se consume directamente. Pero si la digestión no se hace en el digestor, conviene depurar el ácido sulfhídrico, antes de almacenarlo, para evitar su acción nociva ya sea en pequeñas o en grandes instalaciones.

Acumulación. Pensando en la entrega del gas, hay dos formas de acumularlo: con entrega a presión variable o a presión constante. Una de las formas es en el propio digestor, que en general, se aplican para regular consumos cotidianos. En este caso, se suele adicionar reservas para un día. En su forma más elemental, la acumulación puede realizarse en globos de materiales impermeables al gas, los cuales tienen la ventaja de su relativo bajo costo y la facilidad que brinda para su transporte.

Condensación. Uno de los componentes de biogás, que puede estar presente en cantidades más o menos apreciables, es el vapor de agua. Cuando el biogás sale del digestor, a través de la tubería de conducción, se somete a una disminución de la temperatura, ocasionando la condensación de la humedad, fenómeno que puede obstruir la tubería. Entre otros factores que influyen en el contenido de humedad se encuentran: la presión de aspiración, la profundidad de los pozos, la posición y forma de los colectores y las condiciones ambientales.

Junto al vapor de agua en la corriente de biogás viajan partículas sólidas que no reaccionan o son constituyentes inertes en el proceso de biogasificación. Sin embargo, ambas materias son perjudiciales para un aprovechamiento energético del biogás; por ello, se hace necesaria una reducción de estas partículas, hasta valores adecuados donde no influyan en el uso del biogás como material energético.

Remoción de Ácido sulfhídrico. El ácido sulfhídrico (o sulfuro de hidrógeno, H2S) es uno de los principales componentes de las mezclas de gases sulfurados reducidos, emitido por varios tipos de industrias, como refinerías de petróleo, fábricas de celulosa, fábricas de rayón, así como también en plantas de tratamiento de aguas residuales, particularmente desde aquellas en donde se realiza el tratamiento anaerobio de efluentes, contaminadas con un alto contenido de compuestos azufrados. La presencia de H2S en estas emisiones provoca graves problemas de corrosión, olor a huevo podrido, y daños a la salud. Cuando se utiliza el biogás como combustible para motores, el H2S reacciona con el oxígeno y con el vapor de agua, produciendo ácido sulfúrico, lo cual puede causar daños internos en un motor.

Tratamiento de ácido sulfhídrico. Existen varias tecnologías físicoquímicas desarrolladas para la remoción de este gas desde emisiones gaseosas industriales, basadas en reacciones químicas y adsorción, las cuales utilizan soluciones de CaCO3, microorganismos y reactivos químicos que contengan hierro en su compuesto. Entre los métodos de separación de H2S, el más comúnmente empleando

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Los cuadros, figuras y fotografías de los que se hace referencia en el texto, fueron proporcionados por la autora de la presente revisión (N. del E.)

BIBLIOGRAFÍA RECOMENDADA

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Combustión de biogás

Generador de energía eléctrica con biogás

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