Los biofilms son omnipresentes en los entornos sanitarios. Por naturaleza, las biofilms son menos susceptibles a los antimicrobianos y están asociados con infecciones asociadas a la atención sanitaria (IAAS). La resistencia del biofilm a los antimicrobianos es multifactorial y la presencia de una matriz compuesta de sustancias poliméricas extracelulares y ADNe es un factor importante. La composición habitual de múltiples especies de los biofilms ambientales también puede afectar la eficacia antimicrobiana. En entornos de atención médica, están presentes dos tipos principales de biofilm: biofilm hidratadas, por ejemplo, en desagües y partes de algunos dispositivos y equipos médicos, y biofilm secas ambientales (DSB) en superficies y posiblemente en dispositivos médicos. Los biofilms actúan como reservorio de patógenos, incluidos organismos resistentes a múltiples fármacos, y su eliminación requiere diferentes enfoques. El control de los biofilms hidratadas (drenajes) debe basarse en una reducción o eliminación de la carga biológica microbiana junto con la medición del tiempo de crecimiento del biofilm. El control de la DSB debe medirse mediante una combinación de reducción o eliminación de la carga biológica microbiana en las superficies junto con una disminución de la transferencia bacteriana posterior a la intervención. No controlar el biofilm aumenta el riesgo de HAI, pero éstas no son las únicas responsables de las fallas o deficiencias de la desinfección. El número limitado de pruebas estandarizadas de eficacia de biofilm es un obstáculo para los usuarios finales y los fabricantes, mientras que en Europa no existen protocolos estándar aprobados. Por lo tanto, la educación de las partes interesadas sobre el biofilm y las pruebas de eficacia ad hoc, a menudo de naturaleza académica, es fundamental para lograr un mejor control de biofilm en los entornos sanitarios.

El término biofilm se utilizó por primera vez en 1975 a partir de la visualización de biofilms en un filtro de aguas residuales y describió la comunidad microbiana que se adhiere tanto a superficies bióticas como abióticas. Los biofilms microbianos son la forma más frecuente de ecosistemas naturales y, a menudo, están compuestas por una comunidad microbiana compleja incrustada en una matriz polimérica extracelular (EPS) que contiene polisacáridos, proteínas, lípidos, enzimas, ADN extracelular (eDNA) y agua. Las interacciones entre especies impactan en la formación de biofilm, la aptitud evolutiva del biofilm, la cooperación metabólica y contribuyen a un aumento de la resistencia a los antibióticos y la susceptibilidad de los biofilms a la desinfección. Sin embargo, la mayoría de los estudios sobre la resistencia a los antimicrobianos en biofilm se basan en el uso de monoespecies.

Los biofilms han estado a la vanguardia de la investigación sanitaria durante muchos años debido a su asociación con heridas crónicas, infecciones de catéteres urinarios, neumonía y dispositivos médicos. La dispersión y diseminación de patógenos a partir de un biofilm, ya sea en un huésped de dispositivos médicos o en una superficie cercana al paciente, plantea un mayor riesgo de infección.

Se ha estimado que entre el 65 y el 80% de todas las infecciones bacterianas y crónicas surgen del biofilm. También son una de las principales causas de infecciones del tracto urinario asociadas a catéteres (CAUTI), que se estima que cuestan 451 millones de dólares al año sólo en los EE. UU. En general, se estima que la prevalencia de resistencia a múltiples fármacos en biofilm de HAI oscila entre el 17,9 y el 100%, con especies como Staphylococcus aureus , Pseudomonas aeruginosa y Acinetobacter baumannii como organismos causantes comunes. Es probable que estas cifras aumenten debido al uso frecuente de dispositivos médicos permanentes y otros implantes.

Si bien los biofilms “hidratados” han sido las más estudiados en la literatura, los biofilms formados en superficies ambientales secas, que solo se han descrito desde 2012, están muy extendidos en el entorno sanitario.

Esta revisión presenta una visión general de la importancia del biofilm en el entorno sanitario y sus desafíos para los regímenes de prevención y control de infecciones. Esta revisión no pretende proporcionar una narrativa asertiva de toda la literatura que trata sobre biofilm y desinfección, pero utiliza ejemplos relevantes tanto para el uso de desinfectantes y antibióticos como para biofilms hidratados y secos.

A los efectos de esta revisión, la limpieza se define como la eliminación de la suciedad de las superficies, mientras que la desinfección se refiere a la reducción de microorganismos en las superficies como resultado principalmente de un efecto microbicida, combinado o no con la eliminación mecánica. Los biocidas se definen como “ una sustancia química, mezcla o microorganismo destinado a controlar cualquier organismo nocivo de una manera que no sea puramente física o mecánica ”. El término antimicrobiano se refiere tanto a biocidas como a antibióticos quimioterapéuticos. La resistencia se define como la supervivencia de bacterias a un desinfectante o a un proceso de desinfección, o a una concentración clínica de un antibiótico.

Las bacterias de los biofilms hidratados son más resistentes que las planctónicas a la limpieza y desinfección

Los biofilms bacterianos hidratados están compuestas de células bacterianas incrustadas en una matriz de sustancias poliméricas extracelulares (EPS) que incluye polisacáridos, proteínas, lípidos, enzimas extracelulares, iones metálicos y ADNe, cuya composición depende de las especies bacterianas que forman los Biofilms y localización ambiental.

El impacto de los biofilms superficiales ambientales secas en la desinfección: un nuevo paradigma

Los biofilms ambientales de superficies secas consisten en comunidades de múltiples especies presentes en superficies secas, incrustadas en EPS y sometidas a repetidos períodos de desecación. Aún no existen definiciones oficiales de DSB, pero DSB no son bacterias planctónicas secas en las superficies. DSB se informó por primera vez en 2012 mientras que el término biofilms ambientales de superficie seca se acuñó en 2015. Se ha demostrado que los DSB están muy extendidos en el entorno sanitario, y el 90% de las superficies muestreadas o más albergan potencialmente un DSB.

Los dos principales protocolos in vitro utilizados para estudiar la susceptibilidad de DSB a la desinfección física y química se basan en una sucesión de fases hidratadas y secas de un inóculo depositado en las superficies, ya sea utilizando el reactor de biofilm CDC o biofilm de sedimentación. Con base en estos métodos, se ha demostrado que DSB es menos susceptible a la desinfección/esterilización física y química. Por ejemplo, la recuperación de S. aureus viable y cultivable de DSB después de la desinfección con calor húmedo a 121 °C durante 30 minutos fue notable y difirió de los biofilms hidratadas para las cuales no se podían cultivar bacterias; La esterilización con calor seco a 121 °C durante 20 minutos produjo una reducción <2 log ₁₀ en la viabilidad de S. aureus DSB. La eficacia de la desinfección líquida contra DSB depende en general de la eliminación mecánica, de la formulación, pero también de la suciedad. Ledwoch et al demostraron que diferentes biocidas, incluido el cloruro de benzalconio (< 0,5%), ácido peracético (250 ppm), NaDCC (1000 ppm), NaOCl (1000 ppm), en combinación con la limpieza, redujeron eficazmente (reducción > 4 log ₁₀ ) a S. aureus DSB. Sin embargo, cuando se evaluó la transferencia bacteriana de la limpieza posterior a la desinfección con DSB, solo un par de productos disponibles comercialmente impidieron la transferencia bacteriana (transferencia directa o transferencia mediante guantes). Aunque limpiar por sí solo puede eliminar S. aureus DSB de las superficies, Parvin et al. mostraron que solo se podía lograr una reducción de 1,4 log _{10 en} S. aureus DSB de las superficies después de 50 acciones de limpieza utilizando un proceso de limpieza estandarizado. Por el contrario, sólo una acción de limpieza fue suficiente para obtener una reducción de 3 log _{10 de planctónico} S. aureus seco en las superficies. En ausencia de eliminación mecánica, DSB puede ser muy resistente a la desinfección. Utilizando tinción vivo/muerto, Almatroudi et al. demostraron que algunos S. aureus en DSB sobreviven a la exposición a 20.000 ppm de cloro, lo que produjo una reducción de > 7 log ₁₀ en la viabilidad y una reducción de la biomasa de biofilm en > 95 %. S. aureus aún viable pudo volver a crecer. La exposición de S. aureus DSB (5 min) al ácido peracético formulado (Proxitane) o al cloro (Chlorclean) no fue efectiva y produjo una reducción <3 log ₁₀ en la viabilidad en ausencia de suciedad. Con la suciedad se perdía toda actividad. Sin embargo, se demostró que otra formulación de ácido peracético (Surfex) produce > 6 log ₁₀reducción de la viabilidad en presencia de carga orgánica. El peróxido de hidrógeno (Oxivir) no tuvo actividad contra S. aureus DSB. Utilizando Bacillus licheniformis DSB, Centeleghe et al. mostraron una reducción promedio de 2 log ₁₀ en las superficies de una variedad de toallitas desinfectantes después de 10 s de limpieza a 500 g de presión y 60 s después de la limpieza antes de la neutralización.

Si bien se ha informado que la complejidad multiespecífica de los biofilms hidratadas protege a las bacterias susceptibles de la desinfección, el único estudio de DSB hasta la fecha no informó un efecto protector de una bacteria ambiental menos susceptible ( B. licheniformis ) contra S. aureus cuando se expone a desinfectantes.

Los mecanismos de resistencia de la DSB a la desinfección aún no se han estudiado ampliamente, pero considerando la naturaleza de la DSB, es probable que el bajo metabolismo, la desecación y la presencia de EPS contribuyan a la resistencia del biofilm a la desinfección. Hu et al. mostró DSB ambiental con una sustancia exopolimérica (EPS) muy espesa. Asimismo, se ha demostrado que la DSB artificial de S. aureus está incrustada en EPS, aunque, según las imágenes de microscopía electrónica de barrido, la cantidad de DSB producida utilizando el mismo protocolo in vitro depende de la especie bacteriana.

En general, el EPS producido a partir de DSB puede ser menor que el de los biofilms hidratadas. Es probable que los DSB tengan un espesor de sólo decenas de micrones; aprox. 30 μm para S. aureus DSB y 24–47 μm para DSB ambiental, que difieren profundamente de los biofilms hidratados. Sin embargo, el EPS desempeña un papel importante en la protección de las bacterias de la desecación. También se ha sugerido que el EPS es un importante mecanismo de resistencia a la desinfección de la DSB. Los cambios en la estructura celular bacteriana en S. aureus DSB, en particular el grosor de la pared celular, se han asociado con una menor susceptibilidad al hipoclorito de sodio.

Biofilm procedente de drenajes en entornos sanitarios, un problema permanente que debe abordarse.

Los biofilms en interfaces hidratadas, como lavabos y grifos, siguen siendo un problema en los centros de salud. Existen numerosas oportunidades dentro de los sistemas de plomería de los edificios hospitalarios para que las bacterias proliferen y formen biofilms. Un problema principal con los sifones de fregadero y los codos en U es que son ambientes constantemente hidratados, a menudo húmedos y bien protegidos. El suministro constante de nutrientes, rara vez relacionado con las prácticas de lavado de manos, las bacterias de las manos de los trabajadores y la eliminación de diversos fluidos, contribuye al desarrollo de comunidades microbianas que contienen organismos patógenos. La prevalencia de organismos resistentes a múltiples fármacos dentro de los sistemas de sumideros ha sido bien documentada, siendo comunes los organismos adquiridos en hospitales, como las enterobacterias resistentes a los carbapenémicos. P. aeruginosa se encuentra entre uno de los organismos más comúnmente asociados, donde se han encontrado tasas iniciales de colonización superiores al 40% en todos los lavabos de una unidad de cuidados intensivos. Kotay et al.  también han documentado el crecimiento de E. coli en la unidad del fregadero desde la trampa P hasta el colador en 7 días, lo que provoca la dispersión de gotas del patógeno alrededor del área del fregadero, lo que genera preocupaciones sobre HAI. También se ha demostrado que los tiempos cortos de estancamiento en los sumideros brindan una oportunidad para el desarrollo de biofilms y el agua estancada permite la dispersión de las células de la biofilm. La zona de salpicaduras de un fregadero también causa problemas ya que las superficies y los objetos cercanos pueden contaminarse con patógenos del fregadero cuando se utiliza el fregadero.

Numerosos estudios han investigado el impacto de las sustancias antimicrobianas sobre la resistencia de los biofilms formadas en los sistemas de drenaje. Existen muchos protocolos y productos para descontaminar fregaderos y sistemas de drenaje, pero los biofilms parecen volver a crecer razonablemente rápido después del tratamiento. Ledwoch et al.  recrearon un biofilm de drenaje compleja en un laboratorio utilizando muestras ambientales tomadas de curvas en U. Después del tratamiento (3 dosis de 15 minutos cada una) con desinfectantes de uso común como dicloroisocianurato de sodio (NaDCC; 1000 ppm), hipoclorito de sodio (NaOCl; 1000 ppm), tensioactivo no iónico (< 5%) los resultados mostraron una reducción < 2,5 log ₁₀ en Biofilm formado en la sección del modelo de drenaje, correspondiente a la trampa. Además, la carga biológica bacteriana en el biofilm tratado volvió a crecer al mismo nivel que el biofilm no tratado en 4 días, excepto para la muestra tratada con PAA. De manera similar, Buchan et al. utilizó una espuma a base de peróxido de hidrógeno y NaOCl en muestras de sumideros ambientales de la UCI. Al igual que con Ledwoch et al., los desinfectantes redujeron la carga bacteriana, pero los biofilms pudieron volver a crecer en 7 días y volvieron a los niveles previos al tratamiento. A diferencia de los hallazgos presentados anteriormente, una formulación concentrada de ácido acético (20%) redujo el CPE encontrado en los lavabos de la UCI no solo a niveles inferiores a los detectables, sino que también redujo la adquisición del patógeno por parte del paciente. La desinfección de los drenajes en el hospital, aunque es importante gestionarla, debe ser práctica en términos de duración y seguridad del tratamiento. El uso regular de productos puede ser contraproducente ya que puede seleccionar especies patógenas. Los estudios in vitro han demostrado que el uso prolongado de compuestos de amonio cuaternario (QAC) resultó en el enriquecimiento de especies gramnegativas dentro del biofilm del drenaje.

Biofilm y dispositivos médicos, una lección de la historia

Los dispositivos médicos y los implantes han cambiado la ciencia de la medicina, pero conllevan un mayor riesgo de infección por la colocación de objetos extraños dentro del cuerpo. Los biofilms están involucradas en una multitud de enfermedades, incluidas infecciones asociadas a catéteres e infecciones del sitio quirúrgico. Las infecciones del tracto urinario asociadas a catéteres (CAUTI) son las infecciones más comunes provocadas por biofilms de dispositivos médicos; Aproximadamente 150 millones de personas en todo el mundo desarrollan CAUTI cada año.

Cuando un implante o dispositivo ingresa al cuerpo, se producirá una película que contiene proteínas alrededor del objeto, lo que permitirá la colonización bacteriana. Una vez que se haya producido la unión bacteriana, comenzarán a desarrollarse biofilms. Al alcanzar la madurez, la balsa de biofilm o las bacterias comenzarán a dispersarse y algunas ingresarán al torrente sanguíneo y causarán una infección grave. La infección suele ocurrir unos meses después de la cirugía o la implantación de un dispositivo, pero puede reconocerse hasta 24 meses después.

Los biofilms que residen en las superficies de los dispositivos e implantes son difíciles de tratar de forma eficaz. Las medidas preventivas son mucho más apropiadas para prevenir la colonización de biofilms. Se han desarrollado revestimientos y superficies antimicrobianos para prevenir la formación de biofilms. Aunque se ha demostrado algo eficaz en el laboratorio, en el entorno natural las interacciones microbianas entre especies presentan un obstáculo para la eficacia, el diseño y la evaluación de dichos recubrimientos. Los dispositivos como ventiladores y catéteres tienen piezas que son desechables y, por lo tanto, no requieren descontaminación después de su uso por parte del paciente. Aquellas partes que puedan estar en contacto con un paciente deben limpiarse y desinfectarse siguiendo las pautas del hospital. En el Reino Unido, las directrices gubernamentales exigen que los trabajadores sanitarios limpien y desinfecten manualmente utilizando un producto o paño aprobado y un producto líquido aprobado.

Los biofilms suelen colonizar los endoscopios a pesar de seguir las pautas de desinfección. La desinfección de alto nivel se utiliza para el reprocesamiento de endoscopios, generalmente después de un paso de limpieza manual o enzimática. Las infecciones por endoscopios surgen de forma endógena a partir de la microflora intestinal del propio paciente o de forma exógena a partir de equipos contaminados. Los pequeños diámetros de los canales de los endoscopios dificultan la limpieza; Los biofilms se forman fácilmente en las luces de los endoscopios después de fases secuenciales de hidratación y deshidratación. De acuerdo con las directrices internacionales, es esencial que los endoscopios se sequen en un gabinete de secado al aire estéril y se laven con aire estéril. El secado se utiliza para mitigar el riesgo de formación de biofilms, ya que las bacterias proliferan en ambientes húmedos. Sin embargo, después de los procesos de descontaminación pueden quedar bacterias dentro del dispositivo. Pajkos et al. utilizaron microscopía electrónica de barrido para identificar bacterias incrustadas en canales de biopsia de endoscopios extraídos de hospitales. Las imágenes muestran bacterias presentes en biofilms en el interior de los canales, lo que sugiere que los procedimientos de limpieza actuales son inadecuados. Es de destacar que la estructura del biofilm identificada mediante imágenes es muy similar a la de DSB.

Los estudios clínicos han demostrado que se necesitan tan solo 30 a 60 días de uso para que los biofilms se acumulen en los endoscopios, mientras que la eficacia de la desinfección de alto nivel puede ser limitada. Se ha descubierto que el biofilm residual de P. aeruginosa , un organismo común asociado con la infección del endoscopio, sobrevive al tratamiento con 4000 ppm de ácido peracético, en gran medida por encima de la concentración utilizada en las prácticas estándar. Otros estudios han demostrado que el ácido peracético fue eficaz en la eliminación de biofilms; sin embargo, cuando se omitió el proceso de secado después de la desinfección, volvieron a crecer dentro de las 48 h. Se han recuperado grandes productores de biofilms (como B. subtilis ), además de otras bacterias ( Micrococcus luteus y estreptococos), de lavadoras-desinfectadoras de endoscopios automatizadas que utilizan dióxido de cloro. La forma vegetativa del aislado de B. subtilis fue resistente al dióxido de cloro (0,03% durante 60 min en presencia de carga orgánica), pero también al peróxido de hidrógeno (7,5% durante 30 min) y al ácido peracético (2,23% durante 5 min). La capacidad de las bacterias supervivientes de un proceso de desinfección de alto nivel para volverse resistentes a desinfectantes no relacionados se ha informado previamente con Mycobacterium chelonae después del uso de glutaraldehído al 2% [ 126 ].

Impacto de los biofilms para la prevención y el control de infecciones.

Como se presentó anteriormente, los biofilms se encuentran comúnmente en el entorno sanitario. Pueden albergar patógenos, incluidos organismos resistentes a múltiples fármacos (MDRO), y son responsables de HAI. Sin embargo, los biofilms son difíciles de controlar y el uso de un régimen de limpieza y desinfección no siempre es eficaz, especialmente en el caso de los dispositivos médicos, donde pueden preferirse los artículos de un solo uso. Cuando corresponde, el uso de desinfectantes suele ser subóptimo contra los biofilms, lo que da como resultado un gran número de bacterias viables y cultivables. Cada tipo de biofilm presenta un desafío específico para la desinfección.

Con los biofilms de drenaje, además de la falta documentada de eficacia desinfectante, el desafío es el nuevo crecimiento de los biofilms. Si bien algunos desinfectantes, como los que contienen cloro, también pueden disminuir la masa del biofilm, es inevitable que vuelva a crecer rápidamente y la composición de especies del biofilm puede seguir siendo la misma. Sin embargo, las pruebas in vitro utilizando un modelo complejo han demostrado que el uso de productos biocidas apropiados puede limitar tanto la supervivencia de las bacterias como su rebrote. Si no se controla el nuevo crecimiento de biofilms, se producirá la contaminación de los sumideros y la posible propagación de patógenos por salpicaduras de agua. Existen medidas físicas para reducir las salpicaduras, así como un diseño del fregadero para evitar colocar artículos en el borde del fregadero, mientras que el sentido común se abstendría de colocar el fregadero a < 2 m de la cama del paciente o del área de preparación estéril.

La primera descripción de DSB  llevó a la rápida consideración de su importancia potencial para la supervivencia de patógenos microbianos en superficies ambientales secas. Es probable que DSB proporcione un medio para la supervivencia de patógenos (incluidos los sensibles a la desecación) en un estado seco en el medio ambiente y actúe como reservorio de patógenos. En S. aureus , el análisis del proteoma entre DSB y biofilms hidratados mostró diferencias en la regulación positiva en DSB de proteínas involucradas en la vía de biosíntesis de peptidoglicano relacionada con la formación de la pared celular y la deposición de matriz de EPS más espesa, lo que se planteó como contribución a la persistencia de DSB en la sequía. superficies. Es probable que los biofilmss desempeñen un papel en la persistencia de bacterias, incluso las Gram negativas, en ambientes secos. Espinal y colegas  demostraron que las cepas de A. baumannii formadoras de biofilms sobrevivieron mejor en superficies que las que no formaban biofilms. Además, los estudios ambientales que describen la persistencia de algunos patógenos en superficies en entornos sanitarios son anteriores al primer informe de DSB.

El uso de DSB artificial para medir la eficacia de la limpieza y desinfección ha proporcionado información útil sobre la resistencia de los microorganismos incrustados en DSB a estos procesos. Las sucesivas fases hidratada y seca para formar estos DSB in vitro durante un período de 12 días reflejan la sucesión de fases húmedas y secas proporcionadas por la limpieza/desinfección diaria y terminal en los hospitales. Se ha recomendado que la eficacia de la limpieza/desinfección de superficies contra DSB se base tanto en la reducción de la viabilidad de las superficies como en la disminución o ausencia de la transferencia microbiana después de la exposición, principio que se originó a partir de estudios sobre toallitas antimicrobianas prehumedecidas y es una parte integral de la prueba de eficacia estándar de toallitas antimicrobianas ASTM2967-15. La transferencia bacteriana, incluso a través de guantes, es particularmente relevante con DSB cuando la superficie ha estado expuesta a limpieza o desinfección.

Para los dispositivos médicos, para los cuales la desinfección de alto nivel es parte del procedimiento de reprocesamiento, la presencia de biofilms sugiere que los protocolos de limpieza/desinfección podrían ser subóptimos. Sin embargo, pueden estar presentes tanto biofilms hidratados como posibles biofilms secos y es necesario eliminarlas de manera efectiva. No hacerlo podría provocar un crecimiento bacteriano durante el secado y almacenamiento del dispositivo y aumentar el riesgo de HAI.

Conclusiones y consideraciones adicionales.

Los biofilms están presentes en entornos sanitarios en forma de biofilms hidratados o DSB. Con excepción hasta la fecha de DSB, del cual aún no se dispone de información, los biofilms están asociadas con HAI. Sin embargo, la presencia de DSB que alberga MDRO en las superficies probablemente esté asociada con la persistencia de patógenos en el medio ambiente y, como tal, afectaría las HAI. No debe haber duda de que los biofilms deben controlarse adecuadamente, aunque las medidas de control pueden diferir según el tipo de biofilms. Se recomienda que las biofilms hidratados, como las de drenaje, investiguen tanto la reducción de la carga biológica microbiana como el tiempo que tarda el biofilm en volver a crecer después del tratamiento. En esencia, esto informará sobre la eficacia y la duración del tratamiento, así como con qué frecuencia debe aplicarse el tratamiento. Para DSB, se ha demostrado que la eliminación mecánica junto con la desinfección es efectiva, pero la información sobre la transferencia posterior a la intervención proporciona información sobre qué tan segura es la superficie. DSB puede verse alterado después de la intervención y volverse transferible. Aunque los biofilms pueden contribuir al fracaso de los procedimientos de prevención y control de infecciones, es posible que no sean las únicas responsables, ya que otros factores son relevantes para la eficacia de los productos desinfectantes. Por lo tanto, la educación de las partes interesadas, incluidos los profesionales del control de infecciones, es fundamental para comprender los riesgos asociados con los biofilms y aplicar las mitigaciones adecuadas para prevenir la contaminación y las infecciones.

Fuente: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC10483709/