Mecanismos de defensa del sistema respiratorio y factores predisponentes para el desarrollo de neumonías en bovinos de engorda Julio Martinez Burnes. Facultad de Medicina Veterinaria y Zootecnia, Universidad Autónoma de Tamaulipas. Las neumonías en los bovinos representan una de las causas más importantes de morbilidad, mortalidad y de impacto económico. El complejo respiratorio de los bovinos es un paradigma por las interacciones de diferentes factores predisponentes y múltiples agentes causales. Para un mejor entendimiento de los mecanismos de defensa, de la susceptibilidad de los bovinos a neumonías y de la interacción de factores predisponentes, se revisa la estructura y función del sistema respiratorio con énfasis en las particularidades de los bovinos, los diferentes mecanismos de defensa innatos e inmunes, los factores que han demostrado tener efecto adverso sobre los mecanismos de defensa, las interacciones más comunes entre factores predisponentes y agentes patógenos. El profundizar en el conocimiento de la manera armónica en la que los diferentes mecanismos de defensa funcionan contra bacterias inhaladas, la susceptibilidad de que fallen y que se desarrollen enfermedades respiratorias permitirá medidas de intervención para preservar o restaurar dichos mecanismos en la prevención de enfermedades respiratorias en los bovinos. Palabras clave: Mecanismos de defensa, factores predisponentes, bovinos, neumonías. Km. 5 Carr. Victoria-Mante, Cd Victoria, Tamaulipas, CP87000, [email protected] Estructura o Morfofisiología del Sistema Respiratorio Para un mejor entendimiento de la estructura y función del sistema respiratorio, es conveniente dividirlo en los sistemas de conducción, transición e intercambio gaseoso. 1. El sistema de conducción incluye la cavidad nasal, faringe, laringe, tráquea y bronquios extra e intrapulmonares, los cuales están compuestos por células columnares de epitelio seudoestratificado ciliar, células mucosas o secretoras (goblet) y células serosas.

2. El sistema de transición está compuesto por los bronquiolos y constituye una zona transicional entre el sistema conductivo (ciliar) y el sistema de intercambio (alveolar). Las células ciliadas en la región bronquial proximal se vuelven escasas y son progresivamente atenuadas hasta su desaparición completa en los bronquiolos distales.

En este sistema las células mucosas (goblets) están

ausentes, pero en su lugar hay células secretoras como las células Clara y células neuroendocrinas. Las células Clara son muy activas metabólicamente y juegan un papel muy importante en la detoxificación de substancias extrañas, así como contribuyen a la inmunidad innata al secretar proteínas protectoras (colectinas) y producen surfactante pulmonar. 3. El sistema de intercambio gaseoso está formado por los ductos alveolares y los alvéolos. La superficie de los alvéolos está compuesta por dos grupos de células epiteliales. Una de ellas es el Neumocito

tipo I (membranoso) y el tipo II

(granular), estas últimas producen surfactante (Figura 1). Los tres sistemas son vulnerables al daño debido a la constante exposición al aire inspirado que contiene numerosas partículas, agentes biológicos, fibras, gases tóxicos, etc. La vulnerabilidad del sistema respiratorio al daño aerógeno se debe a varios factores: 1. La extensa superficie o interfase entre la sangre de capilares alveolares y el aire inspirado. 2. El gran volumen de aire que pasa continuamente a los pulmones. 3. La alta concentración de elementos nocivos que pueden estar presentes en el aire. En la respiración la cantidad de aire inspirado es sorprendente, se calcula que un humano respira diariamente un volumen de aire aproximado de 8,000 a 9000 litros. Por otro lado, la superficie del tejido respiratorio es la más grande interfase del hombre con su medio ambiente. Se calcula que la superficie del tejido respiratorio que está en contacto con el aire inspirado es de 200m2. aproximadamente. Por lo que la extensa superficie pulmonar, el enorme volumen de aire cargado con un gran número de partículas nocivas inhaladas permiten que el tejido respiratorio este expuesto a partículas potencialmente patógenas.

La relación entre el volumen de aire inspirado y la superficie del tejido respiratorio vulnerable es diferente entre las especies animales y el hombre. Esta diferencia puede explicar la susceptibilidad de algunas especies como el bovino a las enfermedades respiratorias, si se compara con otras. Comparativamente el pulmón de los bovinos con un mayor volumen de aire inspirado, la enorme superficie de tejido o superficie alveolar total expuesta, representan factores que influyen en la susceptibilidad de esta especie a infecciones respiratorias. En el Cuadro 1 se hace una comparación de la relación volumen de aire inspirado y superficie alveolar de algunas especies animales y el hombre, en el que se puede observar que la gran diferencia en el volumen de aire y superficie alveolar expuesta a la partículas infecciosas inhaladas son algunos factores que explican la mayor susceptibilidad del bovino a las infecciones respiratorias. En comparación con otras especies, los bovinos tienen un volumen pulmonar relativamente menor por kg de peso corporal. Los bovinos y otros rumiantes tienen un volumen grande de árbol traqueo-bronquial, lo que resulta en una menor eficiencia de oxigenación al alvéolo con cada respiración. La mayoría del volumen tidal de cada respiración ventila solo al sistema de transición pero no a alveolos funcionales, lo que genera un mayor espacio-muerto de ventilación, aunado al bajo volumen de pulmón por kg de peso generan una menor capacidad ventilatoria en bovinos. Por lo que cuando una porción de pulmón se consolida con neumonía, los bovinos tienen capacidad de reserva limitada. Otro factor estructural de susceptibilidad a neumonías en bovinos lo constituye la falta de ventilación colateral entre las unidades alveolares y bronquiolares. En otras especies, los poros de Kohn ejercen esa función de conexión, lo que permite el llenado de aire alveolar aunque el bronquiolo principal pueda estar bloqueado. En cambio en bovinos al no haber circulación colateral, una vez bloqueado el bronquiolo con exudado, no son capaces de participar en el intercambio de oxígeno y dióxido de carbono. Se ha descrito también que el pulmón bovino posee una menor cantidad de capilares por unidad de alvéolo. Además, el pulmón bovino por su tejido conectivo interlobular y septal más laxo que en otras especies

reduce el índice de interdependencia por lo que es menor la capacidad de abrir alveolos colapsados con atelectasia por este mecanismo. Flora normal del sistema respiratorio El sistema respiratorio tiene su propia flora bacteriana normal, compuesta por varias especies, que en el caso de los bovinos incluye Mannheimia haemolytica y Pasteurella multocida y está restringida a la región más proximal del sistema de conducción (cavidad nasal, faringe y laringe). La región distal o torácica de la tráquea, los bronquios y pulmones se consideran estar en condiciones estériles. Se ha establecido que microorganismos de la flora nasal son acarreados continuamente a los pulmones por medio del aire traqueal. Sin embargo, a pesar de este bombardeo continuo de bacterias de la flora nasal o del aire contaminado, el pulmón normal permanece estéril debido a la efectividad notable de los mecanismos de defensa. Los tipos de bacterias presentes pueden variar en regiones geográficas o en forma temporal, es por eso que algunos autores describen la flora basal, como la más común, la flora transiente o la autóctona de ciertos lugares geográficos. Algunas bacterias de la flora normal pueden transformarse en patógenos importantes como es el caso en bovinos de la Mannheimia haemolytica, que causa Mannheimiosis o Pasteurelosis neumónica (Fiebre de Embarque) enfermedad de gran importancia económica en la ganadería bovina. Mecanismos de defensa del sistema respiratorio (Mecanismos innatos e inmunodefensas) El importante papel de los pulmones no solo es en el intercambio gaseoso y en el metabolismo, también constituye una barrera biológica esencial entre los animales y su medio ambiente. Es de fundamental importancia la manera en la que el sistema respiratorio previene la entrada, neutraliza o remueve agentes nocivos que pueden alcanzar el pulmón por diferentes rutas. Los agentes patógenos pueden alcanzar el tejido respiratorio principalmente por la vía aerógena a través del aire inhalado, por la vía hematógena y por extensión directa.

La vía de entrada hematógena ocurre cuando la circulación sanguínea lleva partículas infecciosas al pulmón, como en el caso de las viremias, bacteremias, septicemias y embolias parasitarias. Por medio de extensión directa algunos agentes infecciosos pueden alcanzar la pleura y pulmones penetrando a través de heridas o de perforaciones de diafragma o rupturas esofágicas. La vía aerógena representa la principal ruta para las infecciones del sistema respiratorio y se originan por aerosoles que llevan consigo agentes infecciosos como bacterias, virus y micoplasmas que se pueden originar del exterior o dentro del organismo en las vías respiratorias superiores. Cuando agentes infecciosos, toxinas y otras partículas contenidas en el aire penetran los pulmones, encuentran una gran variedad de mecanismos de defensa que previenen su contacto con los tejidos y el grado en que sean alterados determina en gran medida el curso de las enfermedades respiratorias. En las infecciones transmitidas por vía aerógena, la diseminación depende de la generación de partículas en el aire denominadas “aerosoles” que contienen agentes infecciosos. A través de la tos y estornudo de animales enfermos o portadores sanos se generan aerosoles con partículas infecciosas, sobre todo cuando el reflejo tusígeno esta aumentado cuando hay inflamación con producción de moco en tejido respiratorio. En el caso del estornudo, se ha estimado que se producen más de 20,000 gotas de diferentes tamaños que se relacionan con su capacidad de transmitir infecciones. Las partículas inspiradas se depositan en el sistema respiratorio mediante mecanismos denominados “factores o fuerzas aerodinámicas” o “mecanismos físicos” que dependen de varios factores como el tamaño, forma, longitud, cargas eléctricas y humedad que juegan un importante papel en el depósito, eliminación, retención y la patogenicidad de las partículas inhaladas. El depósito es el proceso por el cual partículas de diferentes tamaños y formas son atrapadas dentro de zonas específicas del tracto respiratorio. Los mecanismos físicos de depósito incluyen el impacto o choque, la sedimentación y el movimiento browniano.

La eliminación bacteriana se define como el proceso por el cual partículas depositadas son destruidas, neutralizadas o removidas del pulmón. La retención se considera la diferencia entre las partículas depositadas y las eliminadas del tracto respiratorio. Trabajos clásicos de Green y col desde 1977, describieron la relación entre zonas anatómicas y mecanismos asociados al depósito de partículas y su eliminación en el tracto respiratorio. La configuración anatómica del sistema de conducción específicamente cavidad nasal y bronquios, juega un rol único en prevenir o reducir la penetración de material nocivo a los alvéolos. En la cavidad nasal el espacio reducido de los meatos y las fuerzas centrifugas del aire debido al arreglo en espiral de los cornetes o conchas permite que las turbulencias generadas impacten las partículas suspendidas por inercia en la mucosa. Mediante el mecanismo de impacto o choque las partículas de 10 µm o mayores se depositan en la mucosa nasal y faringe. El impacto de partículas es el principal mecanismo por el que se deposita el mayor número de partículas independientemente de su tamaño (Figura 1). Así mismo, en la tráquea y los bronquios, la velocidad del aire en las bifurcaciones permite que el aire cambie de dirección repentinamente y que por inercia se depositen partículas de 5 a 10 µm en la mucosa (Figura 1). En los bronquios pequeños, bronquiolos y alvéolos, la sedimentación por fuerzas gravitacionales permite el depósito de partículas de 0.2 µm o menores. En estas zonas la velocidad del aire disminuye o es nula. En los alveolos y ya sin velocidad de aire, las partículas suspendidas y las moléculas de aire sufren movimiento browniano que hace que las partículas de 0.1 µm o menores se pongan en contacto con el epitelio alveolar. Los aerosoles que contienen virus y bacterias que van del rango de 0.01 a 2µm son las que típicamente alcanzan la región bronquioalveolar (Figura 1). Mediante estos mecanismos de depósito, diferentes agentes virales y bacterianos se depositan en las diferentes zonas anatómicas del sistema respiratorio. Por lo

que el sistema respiratorio está equipado con diferentes mecanismos de defensa que operan de una manera totalmente coordinada. Si los mecanismos de defensa son rebasados, las bacterias inhaladas colonizan, se multiplican, y producen infección, resultando en neumonía. En forma similar, cuando gases tóxicos, partículas o radicales libres sobrepasan los mecanismos de defensa protectores, las células del sistema respiratorio pueden dañarse, y se inducen enfermedades respiratorias. Eliminación o Remoción Bacteriana Pulmonar La capacidad del pulmón para eliminar materiales extraños incluyendo bacterias ha sido reconocida desde hace muchos años. La eliminación bacteriana del sistema respiratorio ha sido estudiada en diferentes especies animales y utilizando diferentes bacterias. Para el estudio de la remoción bacteriana pulmonar se utilizan modelos de inoculación o exposición a bacterias inhaladas y se evaluá su eliminación a través del tiempo. En el caso de los bovinos, desde 1972 se iniciaron los estudios de eliminación bacteriana de becerros normales expuestos a un aerosol de Pasteurella (Mannheimia hemolítica) o de Staphylococcus aureus. Los valores de eliminación obtenidos en M. haemolytica fueron de 75% en dos horas, 90% a las cuatro horas y de 92% a las ocho horas después de ser inoculadas. En el caso de S. aureus un patrón similar de eliminación del 70%, 90% y 95% fue obtenido a las dos, cuatro y ocho horas postinoculación respectivamente. Los diferentes estudios realizados en bovinos demuestran la capacidad del pulmón para eliminar las bacterias inhaladas. De los modelos de eliminación bacteriana pulmonar en diferentes especies animales, se puede concluir que bajo condiciones normales, los animales de laboratorio y los animales domésticos incluyendo al bovino, tienen la capacidad de eliminar del pulmón numerosas especies de bacterias de una manera rápida y predecible. También se concluye que cada especie y cada cepa de la misma bacteria son eliminadas con patrones y velocidades diferentes. Bajo los modelos de eliminación y una vez establecidos los valores de una especie animal y de una bacteria específica se puede determinar el efecto de diferentes

factores sobre los mecanismos de defensa. Por lo que se han descrito un gran número de factores que afectan la eliminación bacteriana pulmonar. Uno de los factores más estudiados en el modelo de eliminación es la infección viral. La importancia de las enfermedades virales como predisponentes a neumonías bacterianas ha sido documentada tanto en el hombre como en diferentes especies animales. Es ampliamente aceptado que diversos virus pueden deprimir la capacidad del sistema respiratorio para eliminar bacterias inhaladas. También se ha demostrado que cada virus tiene un tiempo crítico para ejercer su efecto detrimental y si las bacterias están presentes o son inhaladas en ese tiempo específico, resulta en una infección combinada virus- bacteria, neumonía y posible muerte. Lo que ha dado lugar al término “efecto sinergistico virus-bacteria” que explica en muchos casos los efectos adversos y la producción de neumonías. Diferentes teorías se han postulado sobre el efecto de los virus sobre el tejido respiratorio y sobre los mecanismos de defensa. Dentro de ellas se incluyen el aumento en la susceptibilidad a la colonización por bacterias, la disminución de la eliminación mucociliar, la disminución de los niveles de surfactante, la supresión de la actividad fagocítica de los macrófagos alveolares (Quimiotaxis, captura de partículas, ingestión, fusión de fagolisosomas y actividad lítica y degradativa intracelular), así como la disminución de los niveles de enzimas lisosómicas en los macrófagos, apoptosis de macrófagos alveolares inducida por virus. Bajo estos modelos se ha estudiado y demostrado que el pulmón bovino es capaz de eliminar M. haemolytica bajo condiciones normales. Es importante considerar que M haemolytica es parte de la flora normal del sistema respiratorio y que en condiciones normales llega al pulmón a través del aire inhalado o de la población bacteriana de vías superiores, sin embargo, es eliminada. Estos modelos también han permitido determinar y demostrar el efecto de la exposición a virus como Parainfluenza tipo 3 (PI3), Virus de la Rinotraqueitis Bovina (BHV1, IBR) y Virus Sincicial Respiratorio Bovino (VRSB) sobre la falla en la eliminación de Mannheimia haemolytica estableciéndose el sinergismo virus-bacteria y la producción de neumonías.

Estudios de eliminación bacteriana también han permitido establecer que existe un tiempo critico entre la exposición al virus y el efecto detrimental en la eliminación bacteriana, lo que ha permitido explicar el efecto de la exposición a agentes virales durante la movilización o transporte de becerros, mezcla de animales de diferentes edades y procedencias, la llegada a corrales comunes de engorda, lo que aunado al estrés, explica la aparición de neumonías 5 a 7 días después del arribo. Otros factores de gran importancia que deprimen los mecanismos de defensa y contribuyen a la producción de neumonías son el estrés, la deshidratación, la exposición a gases tóxicos como el amoniaco por instalaciones y ventilación deficiente, así como factores ambientales como la exposición al frio. Mecanismo de defensa mucociliar (Sistema Conductivo) La eliminación mucociliar es la remoción física de partículas depositadas o gases disueltos en el sistema respiratorio y es generada por la carpeta o escalador mucociliar. Este es el principal mecanismo de defensa del sistema de conducción (Cuadro 2, Figura 1). El componente mucoso de la carpeta actúa como una barrera y vehículo y está formado por una mezcla de agua, glicoproteínas, inmunoglobulinas, lípidos y electrolitos que son producidos por las células mucosas, serosas, glándulas submucosas y fluidos transepiteliales. Estos componentes están en la superficie de la mucosa respiratoria y forman una capa doble y delgada de moco arriba de las células. La capa externa es una fase viscosa de gel y la capa interna es una fase fluida en contacto con los cilios. Las células ciliadas en el sistema de conducción tienen alrededor de 100 a 200 cilios móviles del 6 µm de largo, y que pulsan formando una ola con una frecuencia de pulsación de 1000 pulsos por minuto generando un movimiento longitudinal de moco a razón de 20mm por minuto. El continuo y sincronizado movimiento ciliar mueve el moco, las células exfoliadas y las partículas atrapadas hacia la faringe en donde el moco es deglutido o expulsado por la tos fuera del sistema de conducción. La actividad ciliar y el transporte de moco se incrementan notablemente al estimularse por infecciones respiratorias.

Adicionalmente, otras células asociadas al epitelio ciliado que contribuyen a los mecanismos de defensa del sistema de conducción son las células M, las cuales son células epiteliales modificadas que cubren el tejido linfoide asociado a bronquios (BALT), las cuales están estratégicamente situadas en las esquinas de las bifurcaciones de bronquios y bronquiolos, lugar donde las partículas chocan frecuentemente con la mucosa por la fuerza de la inercia. De aquí, las partículas inhaladas y los antígenos solubles son fagocitados y transportados por macrófagos, células dendríticas y otras células presentadoras de antígenos (APCs) al interior del tejido linfoide (BALT), lo que pone en contacto directo a los patógenos inhalados con linfocitos B y T. Los linfocitos en pulmón no son permanentes, están en constate tráfico a otros órganos y contribuyen tanto a la inmunidad celular (linfocitos citotóxicos, ayudadores y supresores) así como a la humoral. Las inmunoglobulinas A (IgA) son producidas por las células plasmáticas de la mucosa y en menor grado las IgG e IgM juegan un papel importante en la inmunidad local del sistema de conducción, sobre todo previniendo la agregación de patógenos a los cilios (Figura 1). Mecanismo de Defensa Fagocítico (Sistema de intercambio). El principal mecanismo de defensa del alveolo es la fagocitosis por los macrófagos alveolares ya que no poseen ni células ciliadas ni productoras de moco. Los macrófagos alveolares se derivan de los monocitos sanguíneos y en menor grado de los macrófagos intersticiales, pero son diferentes a los macrófagos intravasculares. Los macrófagos alveolares han modificado su metabolismo para actuar en condiciones aeróbicas. Los macrófagos atrapan y fagocitan bacterias y otras partículas que alcanzan la región alveolar. El número de macrófagos en el espacio alveolar está relacionado con el número de partículas que alcanzan el pulmón. Esta habilidad de incrementar el número de macrófagos en pocas horas es vital para proteger el pulmón distal. La fagocitosis alveolar juega un rol importante en los mecanismos de defensa innatos contra bacterias inhaladas sin la necesidad de una reacción inflamatoria. Las bacterias que alcanzan los alveolos son rápidamente fagocitados y las

enzimas bactericidas contenidas en los lisosomas se descargan en el fagosoma destruyéndolas. La mayoría de los macrófagos alveolares dejan el alveolo por movimientos amiboideos propios migrando hacia el escalador mucociliar, para ser removidos a través del flujo mucociliar a la faringe y ser deglutidos (Figura 1). La eliminación bacteriana por macrófagos alveolares opera en una forma bien coordinada con otras células y secreciones del pulmón. Las interacciones entre células son complejas e involucran numerosas células, incluyendo macrófagos alveolares, linfocitos, células dendríticas, endoteliales y neumocitos tipo II. Además, mediadores participan en la interacción entre las células. La respuesta inmune humoral también juega un papel importante en la protección de los pulmones contra patógenos inhalados. La IgG y en menor grado IgE e IgM son las inmunoglobulinas participantes en el alveolo. La IgG es la más abundante y actúan como inmunoglobulinas opsonizantes para promover la ingestión y destrucción de patógenos inhalados por macrófagos y neutrófilos. Los macrófagos están equipados con un gran número de receptores específicos en su superficie para facilitar la opsonizacion, fagocitosis y destrucción de bacterias. Actualmente se ha puesto atención a las moléculas de defensa en el fluido que cubre el epitelio del tracto respiratorio, que son derivadas del propio epitelio, de macrófagos, de otros leucocitos y del plasma. Estas moléculas funcionan como opsoninas, destruyen o limitan el crecimiento de bacterias, protegen contra oxidantes y daño proteolítico, modulan la respuesta inmuno-inflamatoria y promueven la reparación tisular. Aunque se clasifican dentro de mecanismos de defensa innatos, sin embargo desempeñan múltiples funciones que contribuyen a la salud del sistema respiratorio.

Dentro de las moléculas antibacteriales se

incluyen a las defensinas, catelicidinas, lactotransferrinas, hipotiocianito y el ácido hipoidoso (productos del sistema Duox/lactoperoxidasa), péptidos antimicrobiales y las lipocalinas. Dentro de las opsoninas se incluyen IgG, proteínas del complemento, proteínas A y D del surfactante y pentraxinas. A pesar del relativo corto tiempo del descubrimiento de estas moléculas, se ha avanzado en el conocimiento del como estos mecanismos de defensa innatos fallan por diferentes

mecanismos que incluyen la falta de producción, de degradación o alteración de su función, o resistencia de los patógenos a sus efectos. Mecanismos de defensa contra patógenos vía hematógena A pesar de que diferentes agentes infecciosos circulantes pueden alcanzar el pulmón, en muy pocas ocasiones se establece la infección debido a que se requiere que las partículas infecciosas se fijen al tejido respiratorio. En términos generales se considera que solo el 1% de la carga de bacterias circulantes es retenida en el pulmón, el resto pasa a otros órganos y eliminado por el sistema monocitico-macrofágico. En el caso de los rumiantes, las células responsables para remover bacterias, partículas y endotoxinas de la sangre circulante son los macrófagos intravasculares, que son una población diferente a los macrófagos alveolares y que residen normalmente dentro de los capilares pulmonares. En resumen, el sistema respiratorio posee eficientes mecanismos de defensa que actúan de una manera coordinada y armonizada contra bacterias que incluyen la eliminación o remoción mucociliar, la inmunidad humoral y celular, la actividad fagocítica de macrófagos alveolares y neutrófilos. Los mecanismos de defensa del pulmón son muy efectivos en atrapar, destruir y eliminar o remover bacterias. Bajo condiciones normales, los animales pueden ser expuestos a aerosoles que contienen numerosas bacterias pero sin causar efectos dañinos. Las bacterias inhaladas son removidas o eliminadas en una forma rápida y predecible. Sin embargo, si los mecanismos de defensa fallan, entonces las bacterias inhaladas colonizan, se multiplican y sobrepasan la capacidad de los mecanismos de defensa del pulmón generándose neumonías. Falla de los mecanismos de defensa del sistema respiratorio Diferentes factores predisponentes o efectos adversos han sido asociados a predisponer a bovinos a neumonías bacterianas secundarias, dentro de ellos están los virus, estrés, edema pulmonar, deshidratación, exposición a frío entre otros. Las infecciones virales Está documentado que los agentes virales predisponen a los bovinos a neumonías bacterianas secundarias, en lo que es llamado el sinergismo virus-bacteria. Los

virus más comúnmente involucrados en predisponer neumonías bacterianas en bovinos incluyen al Herpes Virus Bovino 1(BoHV-1), Parainfluenza 3 (PI3) y el Virus Sincicial Respiratorio Bovino (BRSV) y Coronavirus Bovino. En el mecanismo de este sinergismo se creía en el pasado que se debía solamente a la destrucción de la carpeta mucociliar y a la consecuente reducción de la remoción mucociliar. Actualmente se conoce que de 5 a 7 días después de una infección viral, la remoción mucociliar y la fagocitosis de los macrófagos alveolares son notalmente afectadas. Por lo que se ha considerado actualmente de mayor importancia el efecto detrimental en la actividad bactericida de macrófagos en la patogénesis de neumonías. Se han postulado diferentes mecanismos por los que los virus deprimen los mecanismos de defensa son múltiples y no totalmente entendidos (Cuadro 3). Sin embargo, la inmunización contra agentes virales reduce el efecto sinergístico de virus y por ende la incidencia de neumonías bacterianas secundarias. Existen estudios que demuestran que las adhesinas bacterianas se enlazan a las ligas de las células del hospedador y la expresión alterada de estas ligas afecta la colonización del pulmón por patógenos, tal como ha sido reportado que el BHV1 promueve la adherencia de M. haemolytica a células epiteliales del tracto respiratorio. Se ha demostrado en humanos el efecto de algunos virus que inducen la expresión de receptores para adhesinas bacterianas en células epiteliales del tracto respiratorio. Sin embargo, no se conoce hasta el momento si esto mismo sucede en bovinos. Algunos virus respiratorios bovinos interfieren en la regulación de la expresión de IFN-α e IFN-β. Por ejemplo, el BHV-1 bloquea la inducción de expresión del gene IFN- β. BRSV también inhibe las respuestas tipo I de Interferon. La manipulación viral de las células del hospedador afecta aspectos específicos de las defensas pulmonares contra bacterias y tiene un efecto amplio en la regulación de la inflamación e inmunidad del pulmón. Algunos defectos inducidos por virus sobre la respuesta inflamatoria promueven la sobrevivencia y proliferación de bacterias en el pulmón, sin embargo, esta interacción viral con las células del hospedador

también puede exacerbar la respuesta inmuno-inflamatoria a las infecciones bacterianas. Existen estudios que demuestran el efecto de factores predisponentes sobre la producción de moléculas de defensa innatas. Otros factores que predisponen la colonización y aparición de neumonías secundarias Como se describió en la sección de flora normal, M. haemolytica coloniza la mucosa nasal de becerros clínicamente sanos, pero su presencia no es uniforme. A través de hisopos nasales se ha demostrado que dicha bacteria se incrementa al mover los becerros de su lugar de origen hacia los sitios de concentración y a corrales de engorda. Esto es acompañado también por un cambio en el serotipo predominate, del serotipo A2 que es más frecuente en bovinos en pastoreo no estresados, hacia el serotipo A1 mas patógeno aislado de ganado estresado después del arribo a corrales de engorda. Las infecciones virales pueden jugar un papel importante en esto, ya que la mayoría de ellos que predisponen a neumonías replican primero en la cavidad nasal antes de alcanzar el pulmón y se ha sugerido que este efecto viral es único para poblaciones de M. haemolytica en cavidad nasal. En forma similar la exposición a temperaturas ambientales frías incrementa la colonización de M. haemolytica, Por lo tanto, las infecciones virales y la exposición al frio inducen selectivamente la colonización e incremento de grandes números de M. hameolytca serotipo A1 en cavidad nasal. Los mecanismos de este efecto en bovinos no son claros, sin embargo se sugiere el concepto de que la inflamación inducida por virus puede detonar la replicación bacteriana en cavidad nasal, así mismo se ha demostrado que coincide la presencia de esta bacteria en cavidad nasal con los mismos serotipos que en aspirados traqueales. Por lo que se establece que el destete, el transporte, las infecciones virales y el aire frio estimulan la colonización de la cavidad nasal de bacterias patógenas y esto desafía también al pulmón al inhalar aerosoles con dichas agentes. La deshidratación ha sido asociada al incremento en la viscocidad del moco en la carpeta mucociliar, lo que interfiere con el movimiento mucociliar y aunque no ha

sido estudiado apropiadamente en bovinos, se asume que la pérdida de peso que sufren los becerros recién destetados y trasportados se debe parcialmente a la deshidratación, por lo que se sugiere que podría estar produciendo el mismo efecto y como consecuencia el desarrollo de neumonías. Algunos gases también deprimen los mecanismos de defensa del sistema respiratorio, haciendo a los animales más susceptibles a infecciones bacterianas secundarias. El ejemplo más practico es el sulfuro de hidrogeno y el amoniaco que se encuentran en forma frecuente en granjas y explotaciones ganaderas especialmente donde hay ventilación inadecuada, lo cual se ha demostrado que puede deprimir la actividad mucociliar y por ende los mecanismos de defensa e incrementa la susceptibilidad a neumonías bacterianas. Otros factores incluyen la uremia, la endotoxemia, la inanición, la hipoxia, acidosis, el edema pulmonar y el estrés entre otros, alteran la expresión de adhesinas bacterianas y han sido implicados en deprimir los mecanismos de defensa predisponiendo el desarrollo de neumonías bacterianas secundarias. Los mecanismos involucrados son diversos. En el caso del edema pulmonar se deprime la función fagocítica de los macrófagos alveolares y altera la producción de substancia surfactante por los neumocitos tipo II. La hipotermia, la inanición y el estrés pueden reducir la respuesta inmune humoral y celular. El estrés ambiental juega un papel importante en predisponer las neumonías bacterianas en becerros. Los becerros están sujetos a una variedad de estrés antes, durante y después del transporte a corrales de engorda. Estos incluyen métodos de transporte estresantes, estrés posdestete, corrales de engorda no adecuados para la adaptación de los becerros con fuentes de alimentación y de agua desconocidas, condiciones de humedad en corrales. Los becerros no adaptados al frio, no tienen suficiente protección por pelo o grasa para soportar temperaturas frías, amplificadas por el viento y precipitaciones, especialmente si no hay protección adecuada en las instalaciones y corrales. Se ha demostrado el efecto del aire frio sobre la reducción en la frecuencia de pulsaciones de los cilios, del trasporte de moco y reducida altura con agregación de cilios de las células epiteliales ciliadas.

Como se describió en la sección de mecanismos de defensa innatos, las moléculas de defensa tienen gran importancia actual, por lo que los diferentes cofactores que reduzcan sus niveles básicos de producción o que induzcan altos niveles representan mecanismos por los que factores predisponentes permiten el desarrollo de neumonías bacterianas. Por ejemplo, los corticosteroides limitan la expresión de péptidos antimicrobiales traqueales en bovinos. Considerando que los niveles de corticositeroides están elevados en los becerros que sufren estrés por desagregación o separación de grupos sociales, por transporte o por exposición al frio, entonces este es un posible mecanismo que contribuye a enfermedades respiratorias en becerros expuestos a estos factores estresantes. El estrés del destete está asociado también con bajos nieles de lacotrasferrina en sangre en bovino y los glucocorticoides reducen la secreción de lactotransferrina del epitelio bronquial del humano, por lo que la alteración en la secreción de factores de defensa innatos del epitelio respiratorio es una de las formas en las que corticiosteroides y el estrés predisponen a las neumonías bacterianas. Los virus también pueden causar falla de expresión de factores de defensa innatos. Por ejemplo, el Virus de la Diarrea Viral Bovina no citopático es un predisponente importante de neumonía bacteriana en ganado, e infecta células del epitelio bronquial in vivo sin causar cambios morfológicos. La infección de células del epitelio traqueal de bovinos no afecta la expresión base de factores de defensa, sin embargo, abroga la expresión de péptidos y transferrinas microbiales estimulada por LPS. Como se ha descrito en mecanismos de defensa, las inmunoglobulinas IgM, IgG y sobre todo IgA son efectivas en la defensa del tacto respiratorio en bovinos contra patógenos bacterianos mediante la activación del complemento, opsonizando para incrementar el reconocimiento por macrófagos y neutrófilos, neutralizando toxinas bacterianas y bloqueando sitios de colonización. En varios estudios se ha sugerido que la falta de exposición previa a patógenos y la inducción de dichas inmunoglobulinas es una razón de falla de los mecanismos de defensa. Al tiempo de arribo de becerros a corrales de engorda los títulos de anticuerpos séricos

contra M. hameolytica y H. somni varían considerablemente pero son generalmente altos por exposición previa o vacunación. Algunos estudios han demostrado que títulos altos de anticuerpos contra patógenos al arribo a corrales ha sido asociado con baja incidencia de enfermedad respiratoria bovina, sin embargo, dichos resultados no han sido consistentes en otros estudios. La misma situación no ha sido demostrada que ocurra con Mycoplasma bovis. Los anticuerpos maternales son considerados importantes para la defensa contra enfermedades respiratorias en bovinos en los primeros 3 meses de edad. Por lo que la falla para adquirir inmunoglobulinas calostrales están asociadas con un incremento en la prevalencia de enfermedades respiratorias en becerros de esta edad. Lo anterior puede deberse a inadecuados niveles de anticuerpos protectores en calostro, baja calidad o almacenamiento inadecuado de calostro o también a la falla en la ingestión de calostro en el neonato. El efecto del estrés en la función de los macrófagos alveolares ha sido difícil de estudiar. Se asume generalmente que el estrés impide la función de estas células, pero evidencia abundante sugiere que los factores de estrés agudo, los cuales son muy relevantes en el ganado recién llegado a corrales, mejora muchos aspectos de la respuesta inmune innata. Por un lado, el estrés promueve efectos inmunoestimuladores y resistencia a enfermedades y por otro se demuestran efectos inmunosupresores y de promover enfermedades respiratorias. El concepto de incremento en inmunidad innata asociada a estrés es revolucionaria y contradice la ocurrencia observada de enfermedades respiratoria en ganado estresado. Por lo que en base a dichas observaciones se sugiere que el concepto de inmunosupresión deberá ser manejado de otra manera, abandonado o enfocarlo más apropiadamente en los elementos de la respuesta inmune innata que generan. Los efectos adversos del estrés e infecciones virales en la respuesta de neutrófilos incluyen neutropenia, alteración en reclutamiento de neutrófilos, efectos en la sensibilidad a leucotoxinas y respuestas efectoras a infecciones bacterianas. La neutropenia es el efecto que más se ha documentado en el pulmón y predispone a neumonías en humanos. En el caso de bovinos, la infección con el virus de la

Diarrea Viral Bovina nocitopático induce neutropenia sostenida, debida en parte a la reducida producción en médula ósea. Sin embargo, el efecto con otros virus como BHV-1 no es consistente. Las infecciones virales sensibilizan a los neutrófilos al efecto dañino de la leucotoxina de M. haemolyica. Se ha demostrado que células mononucleares de bovinos infectadas con BHV-1 producen IL-1β y otras citosinas que inducen sobreexpresión de CD18 en neutrófilos, por lo que considerando que este es el receptor para la leucotoxina de M. haemolytica, esto incrementa el enlace de esta toxina y exacerba el efecto citotoxico en los neutrófilos bovinos. En resumen, el sistema respiratorio posee eficientes mecanismos de defensa innatos e inmunes que protegen contra las infecciones bacterianas. El conocimiento de dichos mecanismos ha evolucionado pasando del impacto de la remoción bacteriana mucociliar y efecto fagocítico de macrófagos y neutrófilos hasta el descubrimiento de la expresión de diferentes moléculas de defensa. El concepto integral actual es que los mecanismos de defensa aunque son variados funcionan de manera organizada y armónica en capas o secuencias. Por lo que para que un patógeno infecte el pulmón debe aprovechar la falla de estos mecanismos de defensa secuenciales. Además de que existen diferentes factores adversos sobre los mecanismos de defensa, que los patógenos bacterianos además de tomar ventaja de dichas fallas, colonizan aquellos que tienen atributos de virulencia que les permiten sobrepasar los mecanismos de defensa restantes. Se concluye que existen diferentes factores que predisponen a los bovinos a las neumonías, desde los estructurales o anatómicos y funcionales, así como se consideran estudios en los que se ha demostrado la falla de algunos de los mecanismos específicamente en bovinos. Las neumonías bacterianas en corrales de engorda resultan de una interacción compleja de factores de estrés del destete, transporte y desagregación de grupos sociales, condiciones climáticas adversas, mala calidad del aire por ventilación deficiente, áreas inadecuadas de adaptación, deshidratación, e infecciones virales así como los patógenos bacterianos con atributos de virulencia que al final producen el proceso neumónico.

El entendimiento de los mecanismos de defensa, y la falla de los mismos, así como las interacciones y factores predisponentes, permitirán establecer estrategias de prevención o recuperación de algunos de los mecanismos dañados que permita el manejo integral y la disminución del impacto de las enfermedades respiratorias en corrales de engorda.

Agradecimientos: Se agradece el apoyo de edición de imágenes al MVZ José Luis Palomares Rangel. FMVZ-UAT.

Cuadro 1. Comparación de pesos, frecuencias, volúmenes respiratorios y superficie alveolar en algunas especies animales. Especie

Hombre

Peso Corporal (Kg) 70

Frecuencia Respiratoria (resp/min) 12

Volumen Aire en 24 hrs (l) 7,776

Superficie alveolar total (m2) 200

Bovino

514

30

164,160

316

Caprino

40

15

6696

96

Canino

10

12

3508

46.5

Modificada de Martinez-Burnes J, et al. Vet. Mex. 17: 1986

Cuadro 2. Resumen de los mecanismos de defensa del sistema respiratorio Célula/productos secretores Sistema de Conducción: Células epiteliales ciliadas Moco Lisosimas Anticuerpos Sistema de transición: Células Clara Anticuerpos Lisosimas Antioxidantes

Actividad Remueven moco, partículas inhaladas y patógenos Atrapa partículas inhalada, patógenos y gases solubles Enzimas antimicrobiales Inmunoglobulinas (IgA, IgM). Inmunidad local

Sistema de intercambio: Macrófago alveolar Detoxificacion de sustancias extrañas Inmunoglobulinas (IgA, IgM) Enzimas antimicrobiales Previene daño causado por radicales libres de oxigeno

Fagocitosis y remoción de

Macrófagos intravasculares

Surfactante (Proteínas A y D) Anticuerpos

Alfa 1- antitripsina

Interferon

Complemento

Antioxidantes

Linfocinas

Citocinas (IL1)

partículas inhaladas Fagocitosis y remoción de partículas circulantes Protege paredes alveolares y promueve fagocitosis Inmunoglobulinas IgG opsonizacion Protege contra efectos nocivos de enzimas proteolíticas liberadas por células fagociticas, inhibe inflamación Antiviral e inmunomodulador, activación de PAM Quimiotaxis y promueve fagocitosis por opsonizacion Previene daño causado por radiales libres de oxígeno generados durante fagocitosis, inflamación o inhalación de gases oxidantes Incrementan la actividad fagocítica de PAM Liberadas por PAM, promueve reclutamiento de linfocitos, señales de maduración a células T para responder a la estimulación de antígenos.

Cuadro 3. Resumen de los factores asociados a la deficiencia de los mecanismos de defensa del sistema respiratorio Factor Efecto Agentes virales

Sinergismo virus-bacteria (BHV1, PI3, BRSV, Coronavirus) Promueven adherencia bacteriana (adhesinas) Sensibilizan a neutrófilos a daño por leucotoxinas

Gases tóxicos

Amoniaco (NH3) inhibe remoción bacteriana, Sulfuro de hidrogeno (H2S), Dióxido de Nitrógeno (NO2)

Deshidratación

Incrementa la viscosidad del moco e impide movimiento ciliar (Complejo neumoentérico)

Hipoxia y Edema pulmonar

Disminuye fagocitosis por PAM Altera producción de surfactante

Exposición al frío

Reduce pulsaciones de cilios y remoción de moco y partículas

Inanición, hipotermia

Reduce repuesta inmune celular y humoral

Corticosteriodes y Estrés

Limitan expresión de péptidos antimicrobiales

Inmunodeficiencia AIDS/PRRS & Pneumocystis carini