La capacidad bactericida del cobre

La capacidad bactericida del cobre en la medicina viene acompañando a la humanidad desde sus inicios, ya que es uno de los metales que, en bajas concentraciones, son esenciales para el metabolismo de las células animales y vegetales.
Sus propiedades para prevenir infecciones eran reconocidas desde la antigüedad. A comienzos del siglo XX, previo a la era antibiótica, diferentes compuestos químicos de cobre fueron utilizados en el tratamiento de patologías infecciosas, como impétigo, tuberculosis y sífilis.

En la última década se ha revitalizado el concepto del cobre como antimicrobiano y bactericida, se han realizado estudios de laboratorio y a nivel clínico para demostrar su eficacia, por lo cual en los próximos años se espera que el cobre se integre a la infraestructura hospitalaria como un elemento de ayuda en la lucha contra las infecciones.

Presencia del cobre en la actividad humana

El cobre, junto con el oro, fueron los primeros metales utilizados por el hombre, actividad que se inició hace más de 9.000 años.

En la vida cotidiana son conocidas y apreciadas algunas características del cobre que facilitan el funcionamiento de las sociedades modernas, entre ellas su capacidad de ser un buen conductor de la electricidad y buen conductor térmico; por ello el cobre tiene un amplio uso en áreas industriales relacionadas con fabricación de automóviles, climatización, en la tecnología informática y de telecomunicaciones, etc. El uso y demanda del cobre es un buen indicador del nivel de crecimiento y desarrollo de los países y las estadísticas indican que en épocas de crisis económicas su consumo decrece.

Otra aplicación conocida, es su uso en las cañerías que transportan el agua de consumo para preservar su calidad sanitaria. Desde la antigüedad eran conocidas en forma empírica estas propiedades higiénicas que hoy sabemos responden a las propiedades antimicrobianas del cobre. Civilizaciones como los griegos, romanos, egipcios, aztecas y mayas, utilizaban el cobre en la fabricación de vasijas para preservar agua y alimentos, como también en la fabricación de instrumentos quirúrgicos y en la curación de heridas. En el siglo XVII se descubrió la capacidad del cobre para combatir plagas en la agricultura, específicamente para controlar infecciones por hongo en plantaciones de trigo. Hoy en día están disponibles en el mercado diferentes pesticidas que contienen cobre en diversas formulaciones químicas, los cuales se utilizan en agricultura. También existen pinturas con cobre usadas en embarcaciones para evitar adherencia de microorganismos y, secundariamente, crustáceos.

Evidencias de la capacidad antimicrobiana del cobre

1. Actividad antibacteriana del cobre

A pesar de contar con experiencias empíricas, solamente en los últimos años se han realizado investigaciones científicas que han permitido documentar las propiedades antimicrobianas del cobre y fomentar su uso en la práctica médica.

Diversos investigadores han demostrado, utilizando los criterios exigidos por la EPA (Environmental Protection Agency), que superficies de cobre o sus aleaciones son capaces de eliminar en horas 99,9% de bacterias patógenas, entre ellas Staphylococcus aureus resistente a meticilina (SAMR), Escherichia coli O157:H7, Pseudomonas aeruginosa, Enterobacter aerogenes, Listeria monocytogenes, Salmonella entérica, Campylobacter jejuni, Legionella pneumophila, Clostridium difficile y Mycobacterium tuberculosis.
Resultados consistentes, bajo las condiciones establecidas por la EPA,  demuestran la efectividad del cobre en la eliminación de bacterias patógenas a temperatura ambiente, a diferencia del acero inoxidable. En estos estudios el cobre eliminó de manera rápida el SAMR en 90 minutos, mientras que con el acero inoxidable no se observó disminución en la concentración bacteriana después de 6 horas (360 minutos). En la aleación de bronce, que contiene 80% de cobre, el SAMR fue completamente eliminado en 270 minutos.
Otro estudio, con cepas de SAMR,  evaluó el efecto antimicrobiano del cobre en las superficies comunes del ambiente hospitalario comparándolo con el acero inoxidable y algunos polímeros como el Agion o Microban, en donde la efectividad del cobre fue validada al demostrar una reducción en las Unidades Formadoras de Colonias (UFC) de siete órdenes de magnitud en 75 minutos, mientras que se observó una pequeña reducción en las otras superficies después de 6 horas.

Hasta la fecha actual no se ha podido demostrar que otros materiales utilizados, exceptuando el cobre, presenten de manera confiable esta propiedad antimicrobiana en superficies disponibles comercialmente.
Experimentos con cepas de Pseudomonas aeruginosa han mostrado un efecto sinérgico entre cationes de cobre, Cu2+y desinfectantes de amonio cuaternario, para ejercer acción bactericida sobre este patógeno que tiene especial habilidad para sobrevivir en ambientes con baja concentración de nutrientes y un mínimo de humedad, por lo cual coloniza con frecuencia a catéteres y diversos equipos médicos.
Evidencias de laboratorio documentan la eficacia del cobre para eliminar esporas y formas vegetativas de Clostridium difficile, patógeno hospitalario asociado a brotes de IIH con elevada mortalidad. Estos estudios mostraron eliminación de esporas después de 24 horas de exposición a cobre metálico y otro estudio muestra que este efecto ocurre a partir de los 30 minutos para las formas vegetativas y a las 3 horas para las esporas, aún en presencia de materia orgánica.
Es importante destacar que el efecto bactericida de las superficies de cobre se relaciona directamente con la concentración, siendo el efecto máximo para el cobre metálico (99,9%) y se mantiene en aleaciones que contengan al menos 70% de cobre.
Con el respaldo de la evidencia científica acumulada, el 25 de marzo de 2008, la EPA registró al cobre como el primer y único metal con propiedades antibacterianas, autorizando la difusión de conceptos importantes, entre ellos que “las superficies de cobre eliminan 99,9% de los patógenos bacterianos después de 2 horas de exposición” y certificando que superficies de cobre metálico y sus aleaciones son antimicrobianos naturales, poseen eficacia antimicrobiana de larga duración, tienen un efecto autodesinfectante y son superiores a otros revestimientos disponibles en el mercado. Este registro autoriza el uso de superficies de cobre en ambientes hospitalarios.
Hay estudios de laboratorio que han demostrado que superficies de cobre, además de matar bacterias por contacto directo, impiden la adherencia e inhiben la multiplicación de cepas clínicas de los principales agentes asociados a infecciones intrahospitalarias, entre ellos SAMR, Klebsiella pneumoniae multiresistente, y Acinetobacter baumanii multiresistente, a diferencia de lo observado en superficies de acero inoxidable, en las cuales las bacterias se adhieren de forma rápida y muy eficiente.

Mecanismos involucrados en la actividad bactericida del cobre

El mecanismo íntimo que explica la actividad antibacteriana del cobre no está totalmente dilucidado. Un elemento crucial en la actividad antibacteriana es la capacidad del cobre para ceder y aceptar electrones en un proceso continuo. Algunos estudios sugieren que el cobre, en concentraciones elevadas, tiene un efecto tóxico sobre las bacterias debido a la liberación de radicales de hidroperóxido, los iones de cobre potencialmente podrían sustituir iones esenciales para el metabolismo bacteriano como el hierro, interfiriendo inicialmente con la función de la membrana celular y luego a nivel del citoplasma alterando la síntesis proteica, ya sea inhibiendo la formación de proteínas o provocando la síntesis de proteínas disfuncionales, alterando la actividad de enzimas esenciales para el metabolismo bacteriano.

Secuencia propuesta para eliminación de bacterias en superficies de cobre

  1. Iones de cobre se desprenden de superfícies de cobre, penetran en la célula bacteriana y causan daño a la membrana citoplasmática.
  2. Ruptura de la membrana citoplasmática favorece entrada de iones cobre, esto conduce a disfunción de la membrana y aumento del estrés oxidativo.
  3. A nivel de citoplasma se produce alteración de la síntesis proteica y daño funcional de enzimas esenciales.
  4. Muerte celular y degradación del ADN bacteriano.

Otros estudios sugieren que el cobre puede ejercer un efecto bacteriostático o bactericida, dependiendo de su concentración en el medio. Las observaciones realizadas en cepas clínicas productoras de biopelículas, el cobre es capaz, además, de inhibir la formación de estas comunidades multicelulares que se rodean de polímeros extracelulares, que facilitan la adherencia y colonización de superficies.

2. Actividad antiviral del cobre

El cobre también ha demostrado capacidad para destruir virus de gran importancia médica, entre ellos virus influenza A y virus de inmunodeficiencia humana, VIH, en concentraciones tan bajas como 0,16 a 1,6 mM. La laboración de filtros con óxido de cobre ha permitido eliminar en forma eficiente el riesgo de transmisión de VIH a
través de fluidos. Los mecanismos involucrados en la actividad antiviral son la inactivación de una enzima proteasa importante para la replicación viral y daño a nivel de la envoltura fosfolipídica.

3. Actividad antifúngica del cobre

Diferentes especies de hongos, entre ellas Candida albicans, patógeno importante en pacientes inmunodeprimidos, son inhibidas en su crecimiento y luego destruidas, en contacto con superficies de cobre. Estudios recientes indican que la actividad antifúngica ocurre mediante un proceso complejo denominado “muerte por contacto” en el cual se produce fundamentalmente un daño a la membrana citoplasmática, que se depolariza; no está claro si el daño afecta a las proteínas o los lípidos de la membrana.
Esto facilita la entrada de iones de cobre a la célula, amplificando el daño y secundariamente se produce un aumento en el estrés oxidativo, sin apreciar daño aparente del ADN de estas células.

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