Detección de patógenos mediante análisis metabolómico del aliento exhalado de las vías respiratorias inferiores en enfermos con ventilación mecánica

1Investigadores de la Universidad de Manchester son parte de un equipo que ha identificado un importante nuevo enfoque para diagnosticar con rapidez y precisión infecciones respiratorias en enfermos muy graves.

Las infecciones relacionadas con la asistencia sanitaria son difíciles de diagnosticar y tratar, llevan consigo morbilidad, mortalidad y costo significativos. Los enfermos con ventilación mecánica invasora corren especial riesgo de desarrollar infecciones, ya que a menudo tienen enfermedades concomitantes graves, y muchos de los mecanismos normales de defensa están disminuidos o anulados. En el caso de neumonía asociada a la ventilación mecánica (NAVM), la identificación de patógenos, que suele requerir el cultivo de muestras del tracto respiratorio, es fundamental para el diagnóstico y tratamiento adecuado, pero los resultados finales pueden tardar días. La consecuencia inevitable, cuando se sospecha de NAVM, es el uso frecuente de terapia antimicrobiana de amplio espectro, lo que puede conducir a la selección de microorganismos multi-resistentes.

Los productos de degradación metabólica incluyen compuestos orgánicos volátiles que pueden ser detectados en el gas emitido por un microorganismo en la respiración humana utilizando tecnologías altamente sensibles, tales como la resonancia magnética nuclear y la espectrometría de masas. Estos compuestos ofrecen un gran potencial como bio-marcadores, y pueden ser analizados rápidamente, con precisión y de forma no invasora y con costo relativamente bajo

2En el estudio, el objetivo de los autores fue demostrar el concepto de que los perfiles volátiles del aliento de los enfermos intubados con ventilación mecánica se pueden asociar con la presencia de patógenos clínicamente relevantes en el tracto respiratorio inferior. Para ello, primero desarrollaron unos métodos de muestreo del aliento para su uso en pacientes con ventilación mecánica invasora, asistidos en la unidad de cuidados intensivos y, a continuación, realizaron un estudio clínico.

Para la inclusión en el estudio clínico se eligieron enfermos, atendidos en la unidad de cuidados intensivos del Hospital Royal Salford (Manchester), la mayoría con lesión cerebral aguda (89%), que requirieron intubación y ventilación mecánica. Los criterios de inclusión en el estudio fueron: edad mayor de 17 años, diagnóstico de lesión hística estéril, y necesidad de ventilación mecánica; y los criterios de exclusión: sospecha clínica de sepsis, tumores malignos, y supervivencia esperada menor de 48 horas.

Se obtuvieron datos seriados clínicos y de la respiración tres veces a la semana, desde el ingreso hasta un máximo de 10 días. El lavado bronquial para el cultivo semi-cuantitativo se obtuvo inmediatamente antes de las muestras del aliento. El punto de corte para el conteo cuantitativo bacteriano se estableció3 en 104 UFC/ml. Las muestras para el análisis por cromatografía de gases y espectrometría de masas (TD/GC-MS -off-line analysis by thermal-desorption/gas chromatography/time-of-flight mass spectrometry) se recogieron por triplicado. Los datos de la respiración se registraron como tiempo de retención / masas de pares de iones, y se analizaron los componentes principales (patógeno presente vs. ausente) por el análisis de varianza, ANOVA-MC, modelo desarrollado recientemente que tiene como fin superar la alta variabilidad entre sujetos que resulta de el efecto dominante del perfil de respiración personal, un problema común en los estudios de aliento.

También se registraron datos clínicos asociados con los diagnósticos y las investigaciones de los pacientes, incluidos los datos relacionados con la fisiología, la radiología, la microbiología y la bioquímica de la sangre y hematología. Además se analizó el suero para las citocinas inflamatorias interleucinas IL-6, IL-10 y procalcitonina. Estos datos clínicos se resumieron utilizando estadística descriptiva.

Se recogieron muestras de 46 pacientes (media de edad 49 años; 27 varones). Treinta y uno (67%) enfermos tuvieron muestras de cultivo respiratorio y la sangre negativos al inicio del estudio, y 20 (43%) permanecieron con cultivo negativo para la duración del estudio. Los patógenos más frecuentemente aislados fueron Haemophilus influenzae (en 12 muestras de 10 enfermos) y Staphylococcus aureus (18 muestras de 10 enfermos). No hubo diferencias significativas en la edad, el género o la frecuencia de co-morbilidad médica entre los enfermos con y sin infección.

El análisis multivariado de los datos clínicos (prueba t independiente utilizando datos transformados logarítmicamente) mostró que ninguno de los bio-marcadores4 inflamatorios sanguíneos medidos (procalcitonina, IL10, IL6, IL1 relación de 0/6, el recuento total de glóbulos blancos) predijo la presencia de patógenos de las vías respiratorias inferiores

Los factores dominantes que afectaron el análisis de muestra de aliento fueron el perfil de respiración individual y duración de la intubación. Cuando esto se tuvo en cuenta estos factores, se observó separación clara entre los perfiles de aliento en cada punto de tiempo por presencia / ausencia de agentes patógenos. Las señales de los gráficos identificaron picos de metabolitos consistentes que contribuyeron a esta separación en cada punto de tiempo.

En conclusión, el análisis del aliento volátil es capaz de clasificar los perfiles de aliento de enfermos con y sin carga de patógenos significativa en el tracto respiratorio inferior. Estos hallazgos, si se validan en cohortes independientes, podrían conducir al desarrollo de sistemas y medios de diagnóstico rápido y mejor orientación terapéutica por técnicas no invasoras para la infección del tracto respiratorio inferior en las unidades de cuidados intensivos.

Fowler SJ, et al. Surveillance for lower airway pathogens in mechanically ventilated patients by metabolomic analysis of exhaled breath: a case-control study. Thorax 2015; 70: 320-325. doi:10.1136/thoraxjnl-2014-206273.