Resistencia a los Antimicrobianos en

Rodeos Lecheros

Pamela Ruegg, DVM, MPVM University of Wisconsin-Madison

Algunos Conceptos Breves• Antibiótico

– Sustancia de origen microbiano activa contra otros microbios

• Antimicrobiano– Cualquier sustancia que

mata microbios• Mecanismo de Acción

– Interfieren con procesos bacterianos específicos necesarios para el crecimiento o división celular

• Bactericida– Mata bacterias

• Bacteriostático– Inhibe crecimiento bacteriano– Compuestos pueden ser

• ..static a la MIC • ..cidal a alta concentración

– MBC

• Si MIC & MBC son parecidos – Bactericida

• Si MIC & MBC son muy diferentes– Bacteriostático

Controversias en el Uso de Antimicrobianos

• El uso de antimicrobianos en animales de producción es controvertido

• Dos mecanismos potenciales pueden afectar la salud humana– Incrementando el riesgo de

residuos• Mecanismos reguladores se

encargan de esto– Influenciando la generación o

selección de patógenos alimenticios resistentes

Antes de la Selección

Immediatamente Post Tratamiento

Población Final

ObjetivoRevisar la relación entre el uso de antimicrobianos

y la resistencia a los antimicrobianosenfocados en el tratamiento de mastitis

Conceptos de Resistencia • Resistencia Natural

(intrínseca)– Bacterias Gram neg. que

son impermeables al antibiótico

• Resistencia Clínica– Falla en alcanzar una

concentración inhibitoria al punto de la infección

• Resistencia Microbiológica– Natural (intrínseca)– Adquirida

• Resistencia adquirida– Bacterias previamente

susceptibles se vuelven resistentes

G+G-

Photos from J D Hendrix; w3.science.kennesaw.edu

Chequeo de Susceptibilidad en Medicina Veterinaria

• Dos Métodos básicos usados comúnmente– Difusión en disco Agar

• KBDD– Microdilución en caldo

• Todos los tests de susceptibilidad miden la habilidad del antibiótico para inhibir el crecimiento bacteriano in vitro

Difusión en Disco Kirby-Bauer• El organismo es aislado por

crecimiento en un medio primario

• Un inóculo estandarizado es aplicado en un agar Mueller-Hinton

• El aislamiento es clasificado como susceptible, intermedio o resistente– Basado en standards

desarrollados por el Clinical Laboratory Standards Institute (CLSI or NCCLS)

Microdilución en Caldo• El organismo es aislado por

crecimiento en un medio primario

• EL inóculo estandarizado es colocado en una serie de diluciones del antimicrobiano

• Incubación por 16-20 horas• Sistemas automatizados son

mas comunes– Senstitre (TREK)

• Realizado usualmente utilizando paneles estandarizados

Interpretacion de la Microdilución en Caldo

• Usa los Standards CLSI• Alícuotas de 50 μL

contienen 105 ufc/mL• Receptáculos con doble

concentración de antimicrobianos

• Concentración Inhibitoria Mínima (CIM)– Concentración mas baja

que inhibe completamente el crecimiento bacteriano

R

R

R

R

R

S

S

Que Significa Susceptible?• Susceptible

– …”existe una alta probabilidad de un resultado clínicofavorable cuando la droga se administra a la dosis indicada en el prospecto, debido a parámetros farmacodinámicos adecuados relacionados con el MIC para el organismo causal

• Intermedio– Un antibiótico que se puede utilizar a altas dosis o que se

concentra en el lugar de la infección• Resistente

– Implica que no habrá una respuesta clínica favorable porque las concentraciones sistémicas del compuesto serán menores que el MIC del agente causal cuando se usan dosis normales

– O se refiere a mecanismos de resistencia microbianos específicos

• β-lactamasas

Origen de los criterios de interpretaciónCLSI M31-A2

Origen del Criterio Bovinos Mastitis Bovina

A. Criterios EspecíficosVeterinarios

Ceftiofur, Enrofloxacin, Florfenicol, Spectinomycin, Tilmicosin

Penicillin-novobiocin, Pirlimycin, Ceftiofur

B. Criterios humanos Interpretativos

Amoxicillin, Ampicillin, Erythromycin, PenicillinSulfonamides; Tetracycline

Ampiciliin; Cephalothin; Cloxacillin’Erythromycin; Penicillin; Tetracycline

C. Aprobados por el FDA pero sin criterios aprobados

Neomycin; Streptomycin; Tylosin, Virginiamycin

Novobiocin

D. Fuera de prospecto; criterios no aprobados```

Amikacin, Gentamycin, TMS

Ninguno

UsoUso de de AntimicrobianosAntimicrobianos en en TambosTambosTreatment practices & quantification of antimicrobial drug usageTreatment practices & quantification of antimicrobial drug usage in in

conventional and organic dairy farms in Wisconsin, conventional and organic dairy farms in Wisconsin, Pol & Ruegg, 2007, JDS 90:249Pol & Ruegg, 2007, JDS 90:249--261 261

Relationship between antimicrobial drug usage and antimicrobialRelationship between antimicrobial drug usage and antimicrobial susceptiblitysusceptiblityof Gramof Gram--positive mastitis pathogens positive mastitis pathogens

Pol and Ruegg, 2007, JDS 90:262Pol and Ruegg, 2007, JDS 90:262--273. 273.

Uso de Antimicrobianos en VacasLecheras- Mastitis Clínica -

• Razón principal para usar antimicrobianos en vacas lecheras adultas – (Mitchell et al., 1998)

• Casos tratados vía IMM y parenteral – (Zwald et al., 2004; Kirk et al., 2005)

• Cephalosporin y pirlimycin son los mas usados – (Kirk et al., 2005; Sato et al., 2005;

Sawant et al., 2005)• Tambos orgánicos no usan

antimicrobianos – (Zwald et al., 2004; Sato et al., 2005)

Uso de Antimicrobianos en Vacas Lecheras- Terapia de Secado -

• Tratamiento masivo de la vaca seca ha sido adoptado ampliamente– 92% de tambos en WI

• Rodrigues & Ruegg, 2005

• Cephapirin y Penicillin/streptomycin son las drogas mas usadas – NAHMS-Dairy 2002

La Pregunta Central??A cuantos antibióticos están expuestas

las vacas de tambo?Contribuye esta exposición al problema de resistencia?

Necesitamos cambiar nuestras practicas de tratamientos?

Objetivos

• Desarrollar – Un estimador cuantitativo

de la exposición a antimicrobianos a nivel del tambo

• Estudiar – La relación del uso de

antimicrobianos y la susceptibilidad de estos por patógenos responsables de mastitis

Martin Pol

Cuantificación del Uso de Antimicrobianos – Porque es difícil?

• Tambos chicos no tienen registros de los tratamientos y usos de los antimicrobianos

• Falta de unidades de medición Standard– Diferentes rutas

• IMM, IM, SQ, tópica– Unidades Diferentes

• mg, IU– Dosis diferentes

Treatment Records on Wisconsin Dairy Farms (n = 567)

0%20%40%60%80%

100%

Com

pute

r P

aper

Cale

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Eras

able

boar

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arm

s

<50 50 to 100 101 to 200 >200

Hoe and Ruegg, 2005, J Dairy Science

Relevamiento sobre el uso y resistencia de Antibióticos

Materiales y Métodos• Selección del rodeo

– 20 tambos orgánicos• Orgánicos Certificados 3+años

– 20 tambos convencionales• TVS Comprensivo 5+ años

– Vacas Multíparas– BTSCC > 250,000 cels/mL

• Clave de Selección: tambos que representen un rango amplio de uso de antimicrobianos

Recolección de Datos• Cuestionario

– Extenso (84 preguntas)– Individual y en el tambo

individual– Entrevista de 45 a 120 min

– Manejo– Uso de Antimicrobianos– Enfermedades

• Mastitis• Respiratorias• Metritis• Infecciones podales

• Mg o IU totales de cada compuesto utilizadas por vaca por año

Mg o IU totales de cada compuesto utilizadas por añoNúmero de vacas en ordeñe

Tomorrow = 230,400 mg = 960 mg / vaca / año240 vacas

Quartermaster (P) = 192 x 106 IU = 800,000 IU /vaca / año240 vacas

Exposición Total Anual Estimada Para Todos Los Antimicrobianos

Dosis Diaria Definida

• Dosis Diaria Definida– Dosis máxima que un animal adulto (680 kg) recibiría

siguiendo la prescripción del FDA

• Una DDD fue calculada para cada compuesto

CompuestoDosis / unidad(por tubo o mL)

Unidad / día(mL o Tubo)

DDD (mg/IU)

Cephapirin DCT 300 mg 4 tubes 1200Penicillin DCT 1 106 IU 4 tubes 4 106

Ceftiofur 50 mg 29.9 mL 1496Ampicillin 50 mg 150 mL 7500

Medida Standard de exposición a Antimicrobianos

• Número de DDD por vaca por año

Mg o IU totales de un compuesto “X” usado por vacapor año

Dosis Diaria Definida del compuesto “X”

Tomorrow = 960 mg/vaca/año = 0.8 DDD/vaca/año1200 mg

Quartermaster = 800,000 IU/vaca/dia = 0.2 DDD/vaca/año4 106 IU

Exposición a Antimicrobianos1.5 DDD/Vaca/Año para el Tratamiento de Vaca Seca

DDD por vaca por añoRodeos Media SE Min Max

IMM DCTPenicillin 18 0.62a 0.08 0.03 1.00Streptomycin 18 0.62a 0.09 0.03 1.00Cephapirin 15 0.55a 0.08 0.03 1.00Novobiocin 3 0.22 0.12 0.20 0.44Parenteral DCTPenicillin 5 0.43 0.31 0.01 1.66Tetracycline 4 0.37 0.32 0.01 1.33Tylosin 4 0.13 0.13 <0.01 0.53

Exposición a Antimicrobianos2 DDD/Vaca/Año para Mastitis Clínica

DDD por vaca por añoRodeos Media SE Min Max

IMM CMCephapirin 18 1.31a 0.57 0.03 10.34Pirlimycin 15 0.70a 0.25 0.01 3.74Amoxicillin 8 0.66a 0.28 0.15 1.97Parenteral CMPenicillin 7 0.68a 0.51 0.02 3.74Tetraycline 7 0.12a 0.05 0.02 0.40Ceftiofur 6 0.47a 0.37 0.02 2.31Ampicillin 6 0.04b 0.02 0.01 0.12

Otras EnfermedadesPatas – 0.39; Metritis – 0.32; Pneumonia – 0.14 ddd/vaca/año

DDD por vaca por añoRodeos Media SE Min Max

PatasCeftiofur 13 0.33a 0.16 0.01 2.23Tetracycline 11 0.05b 0.02 <0.01 0.19RespiratoryCeftiofur 17 0.07a 0.02 0.01 0.29Tetracycline 6 0.06a 0.03 <0.01 0.17Ampicillin 8 0.01b <0.01 <0.01 0.03

Ceftiofur 17 0.19a 0.04 0.01 0.52Penicillin 7 0.14a 0.05 0.04 0.46

Uterinos

Tetracycline 12 0.06b 0.01 0.01 0.15

Exposición a AntimicrobianosUso General

• Cada vaca fue expuestaa – 5.4 DDD de antimicrobiano

por año

• Compuestos IMM 66%• Parenteral

– 34%

• Relacionados con Mastitis– 83%

PAR CM

17%

IMM CM

38%

IMM DCT28%

IMM CM IMM DCT PAR CM

PAR DCT PAR Patas PAR RES

PAR MET

PAR

34%

Relación entre el uso de antimicrobianos y la Susceptibilidad antimicrobiana de patógenos causantes de mastitis

Recolección de Bacterias

• Muestreo– Vacas Multíparas– Muestra de cuarto

• No mas de 50 vacas por tambo

• Procedimientos de laboratorio NMC

• Determinación de valores MIC usando el Senstitre System

Materiales y Métodos

• Exposición a Antimicrobianos– DDD por vaca por año

• Todas las vías de administración y enfermedades

• Categorías de Exposición Antimicrobiana (para cada uno de 10 antimicrobianos)– Sin exposicion : Tambos que no usan antimicrobianos– Baja exposicion: Tambos que no usaban los

antimicrobianos seleccionados o los usaban muy, muy poco

– Alta exposicion: Tambos que usaban los antimicrobianos seleccionados

Uso de Antimicrobianos

0

0.5

1

1.5

2

Sulfo

namide

Ceph

apirin

Ceftio

furPe

nicillin

Pirlim

ycin

Ampic

illinTe

tracy

cline

DD

D c

ow y

r

IMM PAR

HERDS 7 20 20 20 15 14 17

Inhibición a la mas baja concentración testeadaStaph aureus (n = 52 conv. & 85 organic)

0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%

100%

Amp Ceft. Ceph. Ery. Oxa. Pen. Pen/Nov Pirl. SDM Tet

Conventional Organic

8X masprobablede ser

resistente

6X masprobablede ser

resistente

CIM Basada en Exposición a Antimicrobianos

• No diferencia en susceptibilidad para:

• S. aureus :– Ampicillin– Ceftiofur– Cephalotin– Erythromycin– Oxacillin– Penicillin/novobiocin– Sulphadimetoxine– Tetracycline

• CNS:– Ceftiofur– Cephalotin– Oxacillin– Penicillin/novobiocin– Sulphadimetoxine

• Strep. spp.– Ampicillin– Ceftiofur– Cephalotin– Erythromycin– Oxacillin– Penicillin– Penicillin/novobiocin– Sulphadimetoxine

Mayor Uso de Penicillina Y Pirlimicina fueAsociado con Mayor CIM para S. aureus

• Pencilina– Media MIC (μg/mL)

• Sin exposicion: 0.12• Baja exposicion : 0.15• Alta exposicion: 0.16

• Pilimicina– Media MIC (μg/mL)

• Sin exposicion: 0.54• Baja exposicion: 0.63• Alta exposicion: 0.74

ORG : 0.0 DDD

CON-L: 0.26 Pen & 0.05 Pi DDD

CON-H: 1.32 Pen & 0.94 Pi DDD

Pro

port

ion

of

Surv

ivor

s

0.1 0.2 0.5 1

1.0

0.8

0.6

0.4

0.2

0.0Antimicrobial Concentration

0.5 1 2 8

Mayor Uso de Ampicilina, Penicilina, Pirlimicina Y tetraciclina fue Asociado con Mayor CIM para CNS

1.0

0.8

0.6

0.4

0.2

0.0

Pro

port

ion

of

Surv

ivor

s

C:1

Antimicrobial Concentration

ORG : 0.0 DDD

CON-L: < 0.01 DDD

CON-H: 0.58 DDD

• Media MIC Ampicilina– Sin exposicion : 0.13 (μg/mL)– Baja exposicion : 0.16– Alta exposicion : 0.36

• Media MIC Penicilina– Sin exposicion : 0.14– Baja exposicion : 0.18– Alta exposicion : 0.56

• Media MIC Pilimicina– Sin exposicion 0.54– Baja exposicion : 1.18– Alta exposicion : 1.39

• Media MIC Tet– Sin exposicion : 1.20– Baja exposicion : 1.85– Alta exposicion : 2.07

Ampilcina

Resumen y Conclusiones• La mayoría de las vacas lecheras esta expuesta a

antibióticos y la mayoría de esta exposición se debe a mastitis

• La mayoría de los aislamientos fueron inhibidos a la concentración mas baja de la mayoría de los antimicrobianos

• En general, la mayoría de los patógenos fueron susceptibles a los antimicrobianos estudiados

• MIC50, MIC90, y la proporción de los aislamientos susceptibles no fueron útiles para el estudio de la distribución del MIC

• Existe claramente algo de selección para la aparición de resistencia – Macrolide & lincosomides parecen ser los mas afectados

Resumen y Conclusiones

• El análisis estadístico mostró un incremento en el CIM para:– Todos los patógenos en base a la exposición a pirlimicina– CNS y S. aureus en base a la exposición a penicilina – CNS y Strep. spp. en base a la exposición a tetracycline

• Un efecto dosis-respuesta fue observado entre exposición y CIM para las diferentes combinaciones antimicrobiano-patógeno

• Exposición a la cephapirin no resultó en diferencias a la susceptibilidad antimicrobiana

Que Significa Esto Para el Veterinariodel Tambo?

• Incrementos en la exposición a antimicrobianos va a seleccionar poblaciones resistentes

• Algunas clases de drogas son mas importantes para la salud humana – fluoroquinolonas

• Algunas clases de drogas adquieren y promueven resistencia mas fácilmente

• Uso Terapéutico (dosis altas y duración apropiada) tienen menor riesgo que bajas dosis por tiempo prolongado

• La profesión veterinaria tiene la responsabilidad de: – Educación a los clientes acerca del uso apropiado de las

drogas– Saber que la formulación de compuestos prohibidos es

totalmente inapropiado

Nuestro Equipo de Investigación

• Carol Hulland• Fernanda Hoe• Ana Carolina Rodrigues• Talita Amaral• Jose Pantoja• Katie Hohmann• Connie Cordoba• Extensionistas

– Tina Kohlman; Irv Possin; Ken Bolton; Lee Milligan; Vance Haugen; Zen Miller

• Las Familias Tamberasque Participaron