Resumen: Las infecciones postoperatorias son cada vez más comunes, así como el incremento en los mecanismos de resistencia bacteriana hacia una diversa clase de antibióticos de amplio espectro, por lo que actualmente ha surgido la necesidad de buscar materiales de origen natural con propiedades antimicrobianas y biocompatibles, que puedan evitar diversas complicaciones relacionadas con las infecciones postoperatorias. El objetivo de esta revisión sistemática es poner en contexto actual la efectividad antimicrobiana del quitosano empleado en el recubrimiento de suturas en cirugía oral y maxilofacial. La estrategia de búsqueda se llevó a cabo en dos bases de datos: PubMed y ScienceDirect de febrero a 18 de octubre del 2021. Se siguieron los lineamientos PRISMA (Preferred Reporting Items for Systematic reviews and Meta-Analyses). De acuerdo con nuestros resultados, los cinco artículos incluidos de estudios in vitro e in vivo, mostraron que el recubrimiento de suturas con quitosano inhibe a los microorganismos de tipo Gram (+) y Gram (-), presentando una mayor actividad contra la especie Gram (-). Se concluye, además, que el recubrimiento de suturas con quitosano podría suplir y mejorar las propiedades de suturas antimicrobianas actualmente comerciales, así como reducir las infecciones postoperatorias y acelerar los procesos de cicatrización.
Palabras clave: Quitosano, efecto antimicrobiano, cirugía oral, suturas.
Abstract: Postoperative infections are increasingly common, as well as the increase in bacterial resistance mechanisms to a diverse class of broad-spectrum antibiotics. Hence the need to find a biocompatible and antimicrobial natural material to use as suture coating since these are considered an intrinsic factor in the process of these complications. This review aims to carry out a systematic search on the antimicrobial effectiveness of chitosan used as suture coating in oral and maxillofacial surgery. The search was carried out in two databases: PubMed and ScienceDirect from February to March 2021. PRISMA guidelines for systematic reviews were followed. The five articles from in vitro or in vivo studies showed that chitosan coating on sutures inhibits Gram (+) and Gram (-) microorganisms, exhibiting greater activity against Gram (-). It is concluded that chitosan coating on sutures could supplement and improve the properties of currently commercial antimicrobial sutures, reduce postoperative infections, and accelerate the healing processes.
Keywords: Chitosan, antimicrobial effect, oral surgery, sutures.
Resumo: As infecções pós-operatórias são cada vez mais comuns, assim como o aumento dos mecanismos de resistência bacteriana a uma diversa classe de antibióticos de longo espectro, razão pela qual surgiu agora a necessidade de procurar materiais de origem natural com propriedades antimicrobianas e biocompatíveis, que pode prevenir várias complicações relacionadas a infecções pós-operatórias. O objetivo desta revisão sistemática é contextualizar a eficácia antimicrobiana da quitosana utilizada no revestimento de suturas em cirurgia bucomaxilofacial. A estratégia de busca foi realizada em dois bases de dados: PubMed e ScienceDirect de fevereiro a 18 de outubro de 2021. Foram seguidas as diretrizes PRISMA (Preferred Reporting Items for Systematic Reviews and Meta-Analyses). De acordo com nossos resultados, os cinco artigos incluídos de estudos in vitro e in vivo mostraram que o revestimento das suturas com quitosana inibe microrganismos do tipo Gram (+) e Gram (-), apresentando maior atividade contra espécies Gram. (-). Conclui-se também que o revestimento das suturas com quitosana pode substituir e melhorar as propriedades das suturas antimicrobianas atualmente comerciais, além de reduzir infecções pós-operatórias e acelerar os processos de cicatrização.
Palavras-chave: Quitosana, efeito antimicrobiano, cirurgia oral, suturas.
Actualización
Efectividad antimicrobiana del quitosano como recubrimiento de suturas en cirugía oral y maxilofacial: una revisión sistemática
Antimicrobial effectiveness of chitosan as a suture coating in oral and maxillofacial surgery: a systematic review
Eficácia antimicrobiana da quitosana como revestimento de sutura em cirurgia oral e maxilofacial: uma revisão sistemática
Karen Daniela Pereira-Malacara
Miguel Ángel Ortíz-Urenda
Ma.Concepción Arenas-Arrocena carenas@enes.unam.mx
Recepción: 28 Diciembre 2021
Aprobación: 19 Julio 2022
El quitosano es un biopolímero natural compuesto de unidades de D-glucosamina y N-acetil-d- glucosamina y es derivado de la desacetilación de la quitina, la cual se extrae de los desechos de conchas marinas y exoesqueletos de insectos con estructura de revestimiento 1.
El quitosano tiene menor peso molecular y cristalinidad que la quitina, posee propiedades únicas como; compatibilidad, biodegradabilidad, no toxicidad, mucoadhesión, actividad biológica contra una amplia gama de bacterias y hongos, además, propiedades bioactivas, analgésicas, hemostáticas, antierosivas, antiabrasivas y antioxidantes2. En función del uso, el quitosano se puede modificar mediante procedimientos químicos o enzimáticos para formar partes de diversos derivados, tales como geles, micro/nanopartículas, fibras, esponjas y películas 3. En el caso de la fabricación de materiales que requieran una mayor adhesión y proliferación celular, el quitosano debe tener mayor grado de desacetilación, ya que es beneficioso para la activación de fibroblastos y aceleración en la cicatrización de heridas 4.
Por otro lado, la cirugía bucal y maxilofacial corresponde a la especialidad médico-quirúrgica que se ocupa de la prevención, diagnóstico, tratamiento y rehabilitación de las patologías de la cara, estructuras cervicales y la cavidad bucal, pero pueden existir complicaciones de alto riesgo, que podrían ser inmediatas o postoperatorias. Las complicaciones inmediatas afectan a los órganos dentarios, tejidos blandos y tejidos duros de la cavidad oral, ocurriendo de manera intraoperatoria y las postoperatorias ocurren 48 horas a 72 horas después de una intervención 5. El riesgo depende de diversos factores como pueden ser: la duración de la cirugía, el tipo de herida y/o intervención, así como condiciones propias de los pacientes 6.
La sutura es una parte vital de casi todos los procedimientos quirúrgicos, se utiliza para unir la superficie de la piel y la ligadura de vasos, está diseñada para cerrar, estabilizar los márgenes de la herida y permitir la cicatrización 7,8. Para cumplir con su función los materiales de los cuales están fabricadas, deben satisfacer características biológicas como; inhibición bacteriana, reacción tisular o histocompatibilidad y reabsorción, así como características físicas, mecánicas y de manipulación (resistencia a la tracción del nudo o tenacidad, elasticidad, calibre, capilaridad y superficie) 9. Por lo tanto, los materiales de sutura pueden ser considerados factores de riesgo de categoría intrínseca que inhiben la cicatrización de una herida quirúrgica 10.
En el campo de la odontología, los fármacos hechos a base de quitosano se emplean en el tratamiento de enfermedades periodontales, caries dental, tratamientos de conducto (endodoncia) así como, para proporcionar un tratamiento de anestesia local prolongado 11. De acuerdo con ensayos clínicos aleatorizados y estudios in vitro o in vivo, el cubrir las suturas, ya sea con triclosán o con extractos naturales, puede ayudar a prevenir las infecciones en el sitio quirúrgico 12. Sin embargo, se ha demostrado que el recubrimiento con triclosán puede afectar negativamente las funciones inmunitarias y la reproducibilidad celular 13, por lo cual está aumentando la necesidad de un recubrimiento natural con una amplia gama de propiedades benéficas para la cavidad oral como las que posee el quitosano 14.
El objetivo de esta revisión es determinar la efectividad antimicrobiana del quitosano empleado en el recubrimiento de suturas de seda utilizadas en cirugía oral y maxilofacial
Para llevar a cabo la presente revisión sistemática se tomaron en cuenta los criterios de la declaración PRISMA (Preferred Reporting Items for Systematic reviews and Meta-Analyses) 15.
La pregunta de investigación planteada establece ¿Cuál es la efectividad antimicrobiana del uso de suturas recubiertas con quitosano en cirugía oral y maxilofacial?
Acrónimo PICOS: P= Infecciones post cirugía debido al crecimiento bacteriano en suturas; I=Sutura recubiertas con quitosano, C=Suturas co y sin quitosano, O=Efectividad para reducir el índice de crecimiento microbiano, S= Estudios in vitro e in vivo.
La búsqueda de artículos se realizó a partir del 20 de febrero al 18 de octubre de 2021 en las bases de datos PubMed y ScienceDirect utilizando las palabras clave “chitosan”, “sutures” y “antimicrobial effect”. En todas las bases de datos se conjuntaron las palabras clave con los operadores booleanos AND u OR.
Se incluyeron todas las publicaciones a partir del año 2015 al 2021, artículos en el idioma inglés y español en texto completo; estudios in vivo e in vitro que evaluaron suturas recubiertas con quitosano con diversos patógenos: Staphylococcus aureus y Staphylococcus epidermidis como Gram (+), Escherichia coli (Gram (-)) y Candida albicans como hongo.
Se excluyeron estudios que no consideraban el uso de quitosano para el recubrimiento de suturas para uso en cirugía oral y maxilofacial, así como mini revisiones y revisiones sistemáticas con o sin metaanálisis.
PM-KDG y OU-MA analizaron los artículos por título y resumen con base en los criterios de inclusión, así mismo, extrajeron los siguientes datos: tipo de sutura utilizada, grado de desacetilación del quitosano, concentración de quitosano, agentes o compuestos adicionales al quitosano, técnicas o métodos de incorporación del quitosano a las suturas, así como su efectividad antimicrobiana a través de la variable respuesta de concentración mínima inhibitoria (CMI) o zona de inhibición (ZI) y tasa de crecimiento de bacterias (TC).
Se realizó el análisis de calidad de los artículos incluidos realizando un análisis crítico y jerarquizado, clasificando el nivel de evidencia disponible en la literatura en alta, moderada, baja y muy baja. Los parámetros utilizados fueron si presentaba comparación entre dos formulaciones, grupo control, método de cubrimiento descrito en extenso, análisis estadísticos, concordancia en los métodos de medición y finalmente los resultados de la variable de respuesta.
Los resultados obtenidos a través de los parámetros de búsqueda establecidos en el desarrollo de la presente revisión se muestran en el diagrama PRISMA (figura 1).
Un total de 1275 artículos fueron obtenidos en la búsqueda inicial; después de eliminar los artículos duplicados quedaron 1248 artículos y considerando el periodo de publicación de 5 años y los artículos en texto completo se obtuvieron 22 artículos, los cuales fueron revisados con base a los criterios de inclusión, quedando un total de 5 artículos para su análisis en la presente revisión sistemática.
Recubrir las suturas con agentes antimicrobianos o antibiofilm, evitaría la adhesión de microorganismos, lo que a su vez restringiría la formación de biopelículas e inhibiría el proceso de infección. Las formulaciones de recubrimiento natural son muy útiles para disminuir el uso de tratamientos tópicos y tóxicos para suturas. Los resultados indican que la aplicación de revestimientos naturales sobre suturas no absorbibles puede ser útil para reducir las incisiones y las infecciones del sitio de la herida 17. La incorporación de algunos otros materiales a este recubrimiento podría mejorar las propiedades físicas o biológicas de la sutura. En la Tabla 1 se presentan los resultados del efecto antimicrobiano de las suturas recubiertas con quitosano
Masood y col. 16 evaluaron la efectividad antimicrobiana in vitro en el recubrimiento de dos tipos de sutura: hilos multifilamentoso de tereftalato de polietileno (PET) y poliamida Nylon 6, añadiendo quitosano (0.75 % p/v) con un grado de desacetilación de 90-95%, almidón (1.5 % p/v), suavizante (0.2 % p/v), aceite de clavo (0.05 % p/v), aceite de cúrcuma (0.5 % p/v) en diferentes combinaciones. Todas las formulaciones del recubrimiento han mostrado una actividad antimicrobiana satisfactoria frente a microorganismos Gram (+).
Subramani Prabha y col. 17 realizaron un estudio in vitro para evaluar la efectividad antimicrobiana de dos tipos de quitosano (extraído de conchas de cangrejo (EC) y comercial (CC)) como recubrimiento en suturas absorbibles de vicryl trenzadas contra las bacterias S. epidermidis Gram (+) y C. albicans Gram (-). Los resultados indican que la sutura no recubierta (control) y las suturas empapadas con ácido acético al 1% (v/v) (control de vehículo) no mostraron ninguna zona de aclaramiento que indique falta de actividad antibacteriana o anticandida. Tanto las suturas impregnadas con EC (200 µg/ml) como con CC (200 µg/ml) mostraron actividad antibacteriana y antifúngica. Entre los dos tipos de quitosano, las suturas impregnadas con EC mostraron una zona clara de inhibición para ambas cepas de prueba, lo cual es evidente por su mejor actividad antimicrobiana, mientras que las suturas impregnadas con CC mostraron una cantidad mínima de zona de inhibición para ambas cepas de prueba.
Faten Debbabi y col. (18) evaluaron la efectividad antimicrobiana de suturas trenzadas de 16 hilos PA 6-6 recubiertas de quitosano (1%, 2% y 3%) con un grado de desacetilación superior al 75 %, ácido cítrico (3%, 6% y 10%) e hipofosfito de sodio (1%, 2% y 3.5 %), contra S. aureus Gram (+), S. epidermidis Gram (+), E. coli Gram (-) y P. aeruginosa Gram (-). Los resultados indican que la sutura sin recubrimiento no mostró la capacidad de inhibir el crecimiento de bacterias que se expandieron completamente a su alrededor mientras que las suturas recubiertas con quitosano al 1% y 2% presentaron mayor inhibición para los 4 tipos de bacterias, evidenciando que la zona de inhibición (ZI) disminuye cuando aumenta la concentración de quitosano.
Hassan Mohammadi y col.19 evaluaron el recubrimiento de una sutura de Nylon monofilamentoso, añadiendo ácido hialurónico (HA) y quitosano a concentraciones diferentes, y un grado de desacetilación del 75- 85%. Las muestras de quitosano (4 % p/v) y quitosano (4% p/v) - ácido hialurónico (HA) (8% p/v) presentaron una actividad antibacteriana significativa contra E. coli comparado con la muestra de ácido hialurónico (HA), que puede estar relacionada con la propiedad antibacteriana intrínseca del quitosano atribuida a su carga positiva que induce las reacciones fuertes entre la molécula de quitosano y la superficie de la célula bacteriana cargada negativamente. Por otro lado, el quitosano (4 % p/v) no muestra ninguna actividad antibacteriana contra S. aureus probablemente debido a la baja concentración de quitosano. Mientras que la adición de HA como segunda capa genera actividad antibacteriana que dura hasta 70 h.
Ying Yang y cols.19 realizaron un estudio in vitro e in vivo de una sutura absorbible antibacteriana (VP) y suturas absorbibles (V) recubiertas de gentamicina, sutura de Vicryl (GV) y sutura de Vicryl (HV) recubierta de cloruro de hidroxipropil trimetilamonio quitosano (HACC) a una concentración de 87%. Las áreas de la zona de inhibición de las tres suturas recubiertas de antibiótico (VP, GV y HV) exhibieron sin diferencias significativas para la cepa S. epidermidis (p> 0.05), mientras que la zona de inhibición de la GV contra la cepa S. aureus fue evidentemente menor que la de VP y HV (p < 0.01).
En la Tabla 2 se presentan la descripción del proceso de incorporación del quitosano solo o con un compuesto adicional como colágeno, ácido acético o ácido hialurónico en la superficie de la sutura. En general el proceso involucra la disolución del quitosano en polvo en ácido acético al 1% bajo una temperatura de 60 ºC, así como la neutralización con NaOH al 1%, el curado y el secado.
En la Tabla 3 y Figura 2 se presentan los resultados de riesgo a sesgo entre los artículos incluidos. En algunos de estos estudios los autores no siempre proporcionaron la información o los detalles suficientes para conocer de manera certera la calidad de la metodología, y la mayoría de los autores no incluyen un grupo control dentro del estudio. Esto influyó en los valores que se obtuvieron y ocasionó que el sesgo fuera mayor. En la Tabla 3 se obtuvieron 1 artículo con evidencia moderada, 4 artículos con evidencia alta.
Ming Kong y col.21 reportaron que el efecto antimicrobiano del quitosano está influenciado por cuatro factores: microorganismo, especie, fase de desarrollo y factores intrínsecos del quitosano como: peso molecular, solubilidad, grado de desacetilación, densidad de carga positiva y concentración; estado físico del quitosano: líquido (coloide) o sólido (membrana) y factores ambientales: pH, temperatura y tiempo. En esta revisión sólo evaluamos dos de ellos: grado de desacetilación y concentración (Tabla 1). El grado de desacetilación indica la cantidad total de grupos acetamida convertidos en amina, lo que determina directamente las propiedades físicas como solubilidad, basicidad, adsorción, funcionalidad del quitosano. Un mayor grado de desacetilación está asociado con una mayor solubilidad y densidad de carga protónica. Estos dos factores son muy importantes para la adhesión del quitosano a la pared celular de los microorganismos y mejorar sus propiedades antibacterianas, en los estudios incluidos en esta revisión se utilizaron grados de desacetilación superiores al 70 % (Tabla 3).
Hassan Mohammadi y col. 19 indican que la adición de ácido hialurónico demostró que conduce a la disminución en la rugosidad de la superficie en las suturas, ya que el aumento en la concentración de la solución de quitosano (4 % p/v) condujo a la formación de una capa de recubrimiento uniforme, la cual podría exfoliarse. La adición de una capa de ácido hialurónico en el hilo recubierto de quitosano conduce a la interacción entre dos polímeros que resulta en la prevención de la exfoliación de la capa recubierta Faten Debbabi y cols. 18 Incluyeron ácido cítrico para mejorar las propiedades de fricción y de tracción al nudo en la sutura. Los resultados indican que después del recubrimiento, la resistencia a la tracción del nudo fue superiores a 17.4 N, que es un límite en el mínimo promedio requerido por la USP (United States Pharmacopeial Convention). Sin embargo, se observó un ligero aumento en la media de FCD (Coeficiente de fricción) al aumentar la concentración de quitosano y AC, esto hace más fácil su manejo con un mejoramiento en sus nudos.
Ying Yang y col.20 añadieron cloruro de hidroxipropil-trimetilamonio para mejorar las propiedades de bio y citocompatibilidad. Los resultados muestran que la proliferación celular medida con el ensayo CCK-8 fue similar en los cuatro grupos durante el período de cultivo de 120 horas (p> 0,05). Además, las células exhibieron una buena viabilidad de acuerdo con los resultados de la citometría de flujo.
La concentración mínima inhibitoria (CMI), se refiere a la concentración más baja (en μg / mL) que inhibe el crecimiento de una determinada cepa bacteriana. Subramani Prabha y cols. 17 Concluyeron que el rango de CMI era de 400 a 800 µg/mL tanto para EC (quitosano extraído) como para CC (quitosano comercial) frente a las cepas de prueba. Al comparar los valores de CMI de S. epidermidis y especies mixtas, se encontró que la CMI de CC fue alta para especies mixtas. Por lo tanto, fue evidente que los microbios en especies mixtas tienen una estabilidad de membrana más fuerte, que requiere una mayor concentración de agentes antibacterianos para alisarlos. Los otros autores incluidos no determinaron CMI, la actividad antimicrobiana se midió por ZI y TC. La actividad antimicrobiana disminuye al aumentar la concentración de quitosano. Hassan Mohammadi y cols. 19 todos los recubrimientos mostraron una actividad antimicrobiana positiva contra bacterias Gram (+) y Gram (-) aunque cabe mencionar que una de las principales razones para que el quitosano posea actividad antimicrobiana es la presencia de un grupo amino con carga positiva con pH inferior a 6.3 (carbono 2) el cual interactúa con las cargas negativas de la pared celular de los microorganismos, generando un rompimiento o lisis de estas estructuras, que lleva a la pérdida de compuestos proteicos y otros constituyentes intracelulares(23). Es por ello que el quitosano presenta mayor actividad contra bacterias Gram (-). Con base en los resultados obtenidos por Hassan Mohammadi y cols. 19 el ácido hialurónico no tiene ninguna propiedad antibacteriana en sí mismo, parece que su existencia aplica una reacción sinérgica al quitosano y aumenta su actividad contra las bacterias Gram (+). Finalmente, en todos los estudios incluidos determinaron que la actividad antimicrobiana del quitosano aumentaba al hacer recubrimientos con baja concentración de quitosano, pero aumentando el número de capas.
En esta revisión, se pudo concluir que las suturas recubiertas con quitosano utilizadas en el cierre de heridas e incisiones no serán tan susceptibles a las infecciones y esto podría ayudar a acelerar la cicatrización de las heridas, evitando la adherencia y colonización de comunidades microbianas. La incorporación de otros materiales a este recubrimiento ayuda a mejorar las propiedades físicas y biológicas de la sutura, aunque cabe mencionar que no hay suficiente evidencia y registro de estudios in vivo y de su resultado positivo.
Agradecemos al Dr. René García Contreras por su asesoramiento a lo largo del proyecto.
