Supervivencia de Vibrio cholerae O1 enagua dulce superficial y cólera endémico:una hipótesis geoecológica

René J. Borroto1

El peligro de que el cólera esté adquiriendo carácter endémico en países de América Latina hacenecesario conocer la localización geográfica de los ambientes acuáticos que presentan condicio-nes ecológicas apropiadas para albergar Vibrio cholerae O1 toxígeno biotipo El Tor. Para ellodeberán realizarse muestreos de las aguas a fin de determinar en cuáles se encuentra esteagente patógeno. Para hacer muestreos eficientes y eficaces sería útil saber qué cuerpos de aguapresentan condiciones ecológicas favorables para la supervivencia del microbio durante perío-dos interepidémicos y cuál es su ubicación geográfica. En el presente trabajo se plantea la hipó-tesis de que las posibilidades de supervivencia de Vibrio cholerae O1 biotipo El Tor en cuer-pos de agua dulce superficial tienden a ser inversamente proporcionales a la altura sobre elnivel del mar en que se localizan esos ambientes acuáticos.

RESUMEN

La séptima pandemia de cóleraafecta a América Latina desde enerode 1991 y se teme que adquiera carác-ter endémico. Según la OPS (1), enPerú, Ecuador y algunos países deCentroamérica ha aparecido unavariante estacional de esta enfermedadque apunta a su posible carácter endé-mico en estos lugares.

Colwell et al. (2, 3) han postuladoque el carácter endémico y estacionaldel cólera depende de la supervivenciade Vibrio cholerae O1 toxígeno en estadoviable, pero no necesariamente culti-vable, en nichos ecológicos localizadosen reservorios acuáticos, durante pe-

ríodos interepidémicos. Según Glass yBlack (4), para lograr un control eficazdel cólera es necesario evitar la exposi-ción humana a esos reservorios. Elloimplica localizar los ambientes acuáti-cos cuyas características ecológicasfavorecen la proliferación de estemicroorganismo patógeno durantelargos períodos y tomar muestras delas aguas.

El aislamiento de Vibrio cholerae

El aislamiento de V. cholerae me-diante métodos de cultivo a partir demuestras tomadas en ambientes acuá-ticos, y su detección mediante micros-copia directa, métodos inmunológicoso técnicas de biología molecular, soncaros y de aplicación limitada en países en desarrollo. Para poder reali-

zar muestreos eficientes y adecuados,sería útil determinar primero quécuerpos de agua presentan las condi-ciones ecológicas más favorables parala supervivencia del microorganismodurante períodos interepidémicos.

Debido a que el agua dulce superfi-cial se bebe con frecuencia, especial-mente entre quienes carecen de accesoa servicios de agua potable, se cree (3,5–7) que puede desempeñar una fun-ción importante como vehículo trans-misor del agente causal en la apariciónde casos primarios de cólera o de susportadores asintomáticos.2 Los mejo-res puntos de muestreo para aislar o detectar este microorganismo en

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1 Ministerio de Ciencia, Tecnología y Medio Am-biente, Instituto de Geografía Tropical, Departa-mento de Medio Ambiente, La Habana, Cuba.Dirección postal: Calle 11 número 514 entre D y E,Vedado, CP 10400, La Habana, Cuba.

Informe especial

2 Hasta el presente, no se ha planteado que el Vibriocholerae O1 toxígeno biotipo El Tor tenga nichosecológicos en aguas subterráneas, donde logresobrevivir durante períodos interepidémicos.

ambientes acuáticos suelen ubicarse enzonas de gran contaminación fecalhumana. Sin embargo, V. cholerae O1toxígeno biotipo El Tor puede sobrevi-vir durante períodos interepidémicosen ausencia de contaminación fecalhumana, tanto en aguas de estuarioscomo en aguas dulces (5, 6). Por talmotivo también es necesario tomarmuestras en lugares sin contaminaciónfecal humana, bien sean aguas saladas,medianamente salinas, o dulces.

Condiciones que favorecen la proliferación de Vibrio choleraea mayores alturas

Para ubicar los puntos de muestreoes fundamental preguntarse ¿quécuerpos de agua dulce superficial reú-nen las condiciones ecológicas másfavorables para la supervivencia delvibrión durante períodos interepidé-micos, incluso en ausencia de contami-nación fecal humana? En el presentetrabajo se plantea la hipótesis de quelas posibilidades de V. cholerae O1 toxí-geno biotipo El Tor de sobrevivir encuerpos de agua dulce superficial tien-den a relacionarse inversamente con laaltura sobre el nivel del mar de esosambientes acuáticos. A mayor altura,el microorganismo enfrenta condicio-nes más adversas, entre las cuales figu-ran las siguientes:

• Temperaturas bajas: La temperaturaóptima para que crezca el vibriónoscila entre 30 y 37 °C; el creci-miento se inhibe a temperaturasmenores de 15 °C. Debido a la caídade la temperatura a medida queaumenta la altura, el agua de ríos,lagos y embalses es más fría enzonas montañosas que en zonas lla-nas cerca del nivel del mar.

• Un menor contenido de materiaorgánica y nutrientes: V. cholerae O1toxígeno requiere carbohidratos,nitrógeno, azufre, fósforo y sodiopara su metabolismo. El agua quefluye en el tercio superior de los ríostiende a ser más limpia y a tenermenos materia orgánica y nutrien-tes que el agua que fluye en el tercioinferior porque las corrientes suelen

ser más veloces en zonas montaño-sas. Esto se debe a que la inclinaciónpromedio de la pendiente es mayorque en zonas llanas. A mayor velo-cidad, la oxigenación y autodepura-ción natural del agua pueden sermás eficaces (8, 9). Los nutrientes yla materia orgánica que no lograndepurarse aguas arriba se suman alos vertidos que ingresan en los ríosaguas abajo. De ahí que sus concen-traciones tiendan a ser mayores enel tercio inferior del río que en el ter-cio superior. Por otra parte, en eco-sistemas de aguas lentas (estanca-das), tales como lagos y embalses, laconcentración de nutrientes tam-bién tiende a ser menor hacia lascotas más altas del relieve y vice-versa. Aunque la eutrofización3

depende en gran medida de los ver-tidos de residuales y del uso de fer-tilizantes inorgánicos por el hom-bre, la de origen natural tiende a sermenor en los lagos y embalses dezonas montañosas que en los situa-dos en llanuras bajas.

• Poca salinidad: El nivel óptimo desalinidad para el crecimiento delvibrión del cólera fluctúa entre 15 y25 partes en 1 000. Estas concentra-ciones suelen encontrarse en losambientes acuáticos de zonas bajas,como estuarios, ciénagas y pantanoscosteros. En el agua dulce, cuyo nivelde salinidad es menor de 1 en 1 000partes, V. cholerae solo puede crecersi existen suficientes nutrientes orgá-nicos o cationes divalentes de calcioo magnesio que permitan compensarla poca disponibilidad de ion sodio.Como estos nutrientes son transpor-tados por las corrientes aguas abajo,sus concentraciones tienden a sermenores a mayor altura.

• Mayor intensidad de la radiaciónultravioleta: Dado que el microorga-nismo es muy susceptible a estaradiación, se ha propuesto (10) estu-diar el uso de la luz solar para desinfectar el agua de beber en lacordillera de Los Andes. El efecto

atenuante que ofrece la atmósfera alpaso de la radiación ultravioletatiende a ser menor en zonas monta-ñosas que en zonas llanas cercanas alnivel del mar, debido a que las mon-tañas tienen menos turbidez atmos-férica producida por aerosoles y unamenor concentración de oxígeno.

• Corrientes más turbulentas: Lascorrientes de aguas superficialestienden a ser más rápidas y turbu-lentas en zonas montañosas que en zonas llanas. La captación denutrientes por parte del vibrión delcólera se dificulta en ambientes tur-bulentos y se facilita en aguas tran-quilas.

Una causa de estrés importante es elpH, dado que el vibrión del cólera esmuy sensible a la acidez. El pH enambientes acuáticos no muestra, sinembargo, una clara asociación con laaltura. Puede ser alcalino, neutro oácido, tanto en zonas bajas como altas,y depende en gran medida de las con-centraciones de carbonatos, bicarbona-tos y dióxido de carbono.

La obtención de nutrientes por Vibrio cholerae y la altura

En respuesta a condiciones de estrésambiental, el agente patógeno adoptaun estado que los microbiólogosambientales han definido como viableno cultivable (VNC) (4): viable porquemantiene la capacidad de realizar fun-ciones metabólicas y formar colonias;no cultivable porque no puede aislarsemediante métodos de cultivo en ellaboratorio. Si las condiciones ambien-tales vuelven a ser favorables, elmicroorganismo puede retornar alestado cultivable. En dicho estado o enestado VNC se adhiere a la superficiede especies de fitoplancton (particular-mente las algas verdes y verdiazules) yzooplancton (especialmente los copé-podos), concentrándose en ellas, asícomo al intestino de peces y a la super-ficie quitinosa de ostras, cangrejos ycamarones (6). También se adhiere alas raíces de plantas macrófitas deagua dulce, tales como Eichhornia cras-sipes y Lemna minor, y a la superficie de

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3 La eutrofización es el enriquecimiento de uncuerpo de agua con nutrientes, especialmentenitratos y fosfatos.

sedimentos de materias orgánicas einorgánicas en los cuales el vibriónpuede encontrar nutrientes para sumetabolismo.

A mayor altura, el plancton tiende acrecer menos debido a los siguientesfactores: a) En cuerpos de agua dulcesuperficial situados en zonas montaño-sas, el contenido de nutrientes esencia-les para el crecimiento del fitoplancton,particularmente los nitratos y fosfatos,tiende a ser menor que en zonas bajasreceptoras del drenaje procedente decotas superiores; b) los días despejados(sin nubes y soleados) tienden a sermenos frecuentes en zonas montaño-sas que en lugares llanos. El sol tardamás en aparecer y menos en ponerseen un relieve montañoso que en unollano donde no existen montañas queobstaculicen los rayos solares. Comoresultado, el número de horas de luzen zonas montañosas es menor, lo cuallimita el proceso de fotosíntesis necesa-rio para que prolifere el fitoplancton.Por el contrario, la intensa actividadbiológica de la radiación ultravioleta—cuyo nivel suele ser superior amayor altura— limita el crecimientodel plancton; c) las bajas temperaturasde las aguas en zonas montañosas inhi-ben el crecimiento del fitoplancton,especialmente de algas verdes y ver-diazules, que requieren temperaturasentre 25 y 35 °C (11); d) el planctonsuele crecer menos en aguas de flujorápido propias de las zonas montaño-sas y más en aguas estancadas o deflujo lento, y cuando logra multipli-carse en corrientes rápidas, es arras-trado aguas abajo.

La macrofauna acuática (peces,moluscos, crustáceos) también sueleser más abundante y diversa en aguasdulces superficiales cercanas a lascotas más bajas del relieve (8) porqueen ellas hay más plancton, compo-nente esencial de la cadena alimentaria

de la macrofauna acuática. Las macró-fitas de agua dulce, como E. crassipes yL. minor —a ellas se adhiere V. choleraeO1 toxígeno— son plantas flotadorasque habitan en aguas estancadas o demuy lento movimiento. Necesitannutrientes, especialmente nitratos yfosfatos (8), que obtienen con más faci-lidad en cuerpos de agua situados enllanuras bajas.

La posibilidad de una asociación delmicroorganismo con sedimentos dematerias de origen orgánico e inorgá-nico como mecanismo para obtenernutrientes también es mayor en zonasllanas bajas, ya que las aguas de ríos ycorrientes superficiales transportan par-tículas suspendidas (arcillas, limo, are-nas y materia orgánica en suspensión) omateriales disueltos (iones fosfato,nitrato, calcio, nitrito, magnesio y mate-ria orgánica en disolución) que se depo-sitan y sedimentan aguas abajo. Por lotanto, a mayor altura, las condicionesecológicas que permiten que sobrevivaV. cholerae O1 toxígeno biotipo El Tor encuerpos de agua dulce superficial tien-den a ser menos favorables, y a menoraltura sucede lo contrario.

COMENTARIO FINAL

Nuestra hipótesis es deductiva y decarácter general y debe ponerse aprueba mediante investigacionesempíricas. Ya existe por lo menos unestudio, realizado por Tamplin yCarrillo (12), cuyos resultados la res-paldan. Estos autores, en su búsquedade reservorios acuáticos de V. cholerae,tomaron muestras de agua del lagoTiticaca en los Andes, a más de 3 000metros sobre el nivel del mar; del ríoAmazonas en la zona del bosque tropi-cal lluvioso; en la costa del océanoPacífico, y en el río Rimac, cerca deLima, a pocos metros sobre el nivel del

mar. V. cholerae O1 fue aislado conmayor frecuencia y en mayores con-centraciones en las aguas tibias de losríos Amazonas y Rimac que en lasaguas frías (12 °C) del lago Titicaca.

Para confirmar la hipótesis se necesi-tarán, sin embargo, más investigacio-nes que tomen en cuenta la magnitud ylas variaciones estacionales de los pará-metros abióticos (temperatura, nutrien-tes, salinidad) y bióticos (especies defitoplancton, zooplancton, macrófitasacuáticas, peces, moluscos y crustá-ceos), relacionándolos con la presenciay las concentraciones del microorga-nismo en diferentes ambientes acuáti-cos (a diferentes alturas). Si la hipótesisquedara confirmada, sería útil realizarinvestigaciones epidemiológicas paraconocer cuán protegidas contra laenfermedad o la infección asintomáticaestán las poblaciones que utilizanaguas —para consumo, baño, lavado, yotros propósitos— donde el microbiono puede sobrevivir o se encuentra enconcentraciones muy bajas, comoresultado de la acción de factores deestrés que impiden que crezca o sobre-viva. Las notables diferencias geoecoló-gicas y climáticas observadas en Amé-rica del Sur y Centroamérica favorecenla realización de esas investigaciones.Para cumplir tal propósito, los micro-biólogos y epidemiólogos deberán unirsus esfuerzos a los de geógrafos y ecó-logos del continente.

Agradecimiento. El autor agra-dece a Winny Suárez y Elibel Atala surevisión de este trabajo; a AnwarulHuq, Bohumil Drasar, Mark Tamplin,Mohammad Sirajul Islam, Paul Ep-stein, Roger Glass, David Sack yRichard Guerrant, el generoso dona-tivo de trabajos actualizados de loscuales son autores; y a María IsabelGonzález, su revisión y sugerencias.

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REFERENCIAS

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The danger that cholera is becoming endemic in Latin America makes it imperative toknow the geographic location of aquatic environments where ecological conditionsfavor long-term survival of the toxigenic Vibrio cholerae O1 El Tor biotype, and suchaquatic environments should be sampled to determine if they harbor this microor-ganism. For efficient and effective sampling, it would be useful to know what kindsof waters are ecologically suitable for the survival of this pathogen during periodsbetween epidemics, and where these bodies of water are located. This paper presentsthe hypothesis that toxigenic V. cholerae O1’s ability to survive in surface freshwaterstends to be inversely related to the altitude above sea level of these freshwaters.

ABSTRACT

The survival of Vibrio choleraeO1 in surface freshwater and

endemic cholera: A geoecological hypothesis

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Manuscrito recibido el 30 de abril de 1997 y aceptadopara publicación en versión revisada el 13 de abril de1998.