Botulismo
Copyright © 2023 Rawson et al. “Pathogenicity and virulence of Clostridium botulinum.†Virulence Published by Informa UK Limited, trading as Taylor & Francis Group (CC BY 4.0)
Indice
- Introduzione
- Epidemiologia
- Agente etiologico e patogenesi
- Tipi di botulismo
- Diagnosi
- Terapia
- Prognosi
Fonti, link esterni, immagini, libri e approfondimenti
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Introduzione
Il botulismo è un’emergenza medica dovuta alla neurotossina botulinica, prodotta da Clostridium botulinum o, molto raramente, da altri clostridi (come C. baratii o C. butyricum).
In Italia, il botulismo rientra tra le malattie infettive ad obbligo di notifica immediata (classe I).
I CDC (Centers for Disease Control and Prevention) classificano il Clostridium botulinum come potenziale agente biologico di bioterrorismo di classe A.
Epidemiologia
Le spore di C. botulinum sono diffuse in tutto il mondo, presenti nel terreno, nelle acque, nei sedimenti marini e nella polvere.
In USA vengono registrati circa 200 casi di botulismo all’anno (215 nel 2019), di cui il 70-80% infantile.
In Europa prevale invece il botulismo alimentare.
In Italia si verificano circa 30-40 casi all’anno (incidenza tra le più alte dell’UE, soprattutto nelle Regioni meridionali).
https://www.epicentro.iss.it/
L’intossicazione alimentare può manifestarsi in focolai.
Il focolaio di botulismo alimentare che ha coinvolto il maggior numero di persone si è verificato in Tailandia nel 2006 quando 163 persone sono rimaste intossicate dopo aver consumato germogli di bambù ad una festività religiosa.
Agente etiologico e patogenesi
Clostridium botulinum
Scanning electron micrograph of Clostridium botulinum type C/D, strain BKT015925. Note the flagella, which are clearly visible in both images. The lengths of the scale bars in A and B are equivalent to 4 µm and 0.4 µm, respectively
Copyright © 2013 Hanna Skarin (SVA) & Leif Ljung (BMC), CC BY 2.5 SE GÄRNING
Il Clostridium botulinum (dal latino botulus, salsiccia) è un bacillo Gram-positivo anaerobio stretto e sporigeno.
In base alle caratteristiche genetiche e fenotipiche, i ceppi di C. botulinum possono essere suddivisi in quattro gruppi:
- Gruppo I: proteolitico, produce le tossine A, B e F
- Gruppo II: non proteolitico, produce le tossine B, E e F
- Gruppo III: non proteolitico, produce le tossine C e D
- Gruppo IV: proteolitico, produce la tossina G
Copyright © 2023 Rawson et al. “Pathogenicity and virulence of Clostridium botulinum.†Virulence Published by Informa UK Limited, trading as Taylor & Francis Group (CC BY 4.0)
Tranne qualche eccezione, ogni ceppo produce un solo tipo di tossina botulinica (indicato con le lettere dalla A alla G, vedere oltre).
Alcuni tipi di C. botulinum hanno attività proteolitica (possono, quindi, modificare le caratteristiche organolettiche degli alimenti); i tipi non proteolitici, invece, ne lasciano immodificato l’aspetto.
Producono tossina botulinica anche il Clostridium butyricum (tossina E), il C. baratii (tossina F) e C. argentinense (tossina G).
Spore
Electron micrographs of sporulating Clostridium botulinum cells
VC, vegetative cell; Asy, asymmetric division; Eng, engulfment; CA, coat assembly; MF, mature forespore; MCL, mother cell lysis.
Scale bars represent 500 nm.
Copyright © 2022 Portinha et al. “Sporulation Strategies and Potential Role of the Exosporium in Survival and Persistence of Clostridium botulinum” International Journal of Molecular Sciences. Licensee MDPI, Basel, Switzerland. CC BY 4.0
La spora è uno stato dormiente che consente al batterio di sopravvivere in condizioni ambientali sfavorevoli. Contiene una copia di DNA ed è dotata di una membrana interna, due strati di peptidoglicano e un solido rivestimento proteico esterno cheratino-simile.
Le spore di C. botulinum sono estremamente resistenti al calore intenso (in ambiente alcalino o neutro vengono distrutte soltanto se poste a 100 °C per 5-6 ore, mentre a pH acido o in presenza di elevata concentrazione di sale risultano sufficienti temperature inferiori), alle radiazioni, agli enzimi e agli agenti chimici e possono rimanere vitali nell’ambiente per oltre 30 anni.
Copyright © 2023 Rawson et al. “Pathogenicity and virulence of Clostridium botulinum.†Virulence Published by Informa UK Limited, trading as Taylor & Francis Group (CC BY 4.0)
Favoriscono la germinazione della spora:
- Anaerobiosi
- pH alcalino (pH > 4.6)
- Elevate quantità di acqua libera, basso contenuto di sale o zucchero
- Temperatura compresa tra 4°C e 110°C
Dalla germinazione origina una cellula vegetativa identica a quella originale, in grado di produrre la tossina.
Tossina botulinica
Botulinum neurotoxin type A (BoNT-A) crystal structure and schematic diagram of functional domains.
Copyright © 2023 Grabka et al. “Surface Acoustic Wave Immunosensor for Detection of Botulinum Neurotoxin” Sensors. Licensee MDPI, Basel, Switzerland. CC BY 4.0
La tossina botulinica è una proteina da 150 kDa costituita da una catena leggera (chiamata A) con attività zinco-endopeptidasica e una catena pesante (chiamata B), legate da un ponte disolfuro.
Sono note 7 diverse tossine botuliniche, denominate con le lettere dalla A alla G. Sono possibili anche forme ibride, in particolare la C/D. Recentemente è stata identificata una variante, inizialmente denominata H, dovuta a riarrangiamento genomico delle tossine A e F (che può essere neutralizzata dall’antitossina A a dosi maggiori).
Le tossine A, B, E e F sono responsabili della patologia umana (soprattutto A e B, talvolta E, occasionalmente F).
Le tossine C e D provocano malattia in altri mammiferi e negli uccelli.
A differenza della spora, la tossina è termolabile e viene inattivata dal riscaldamento a 100 °C per 10 min. Resiste invece alla degradazione acida e agli enzimi proteolitici.
La tossina botulinica è la più potente tossina esistente in natura: per la tossina A, la più attiva, la DL50 (dose letale nel 50% dei casi) in un uomo di 70 kg è:
- 0.09 – 0.15 μg endovena (0.001 μg/kg)
- 0.7 – 0.9 μg per inalazione
- 70 µg per ingestione
Patogenesi
Copyright © 2023 Rawson et al. “Pathogenicity and virulence of Clostridium botulinum.†Virulence Published by Informa UK Limited, trading as Taylor & Francis Group (CC BY 4.0)
La neurotossina viene trasportata dal torrente ematico fino alle terminazioni nervose colinergiche periferiche (giunzioni neuromuscolari, fibre postgangliari parasimpatiche, fibre pre-gangliari del sistema autonomo).
La porzione C-terminale della catena pesante si lega a specifici recettori di acido sialico e glicoproteine sulla membrana presinaptica e induce l’endocitosi della catena leggera all’interno del neurone, dove agisce tagliando le proteine di fusione coinvolte nel processo di esocitosi delle vescicole sinaptiche.
Copyright © 2021 Corsalini et al. “Botulinum Neurotoxins (BoNTs) and Their Biological, Pharmacological, and Toxicological Issues: A Scoping Review” Applied Sciences. Licensee MDPI, Basel, Switzerland. CC BY 4.0
La tossina impedisce quindi la fusione della vescicola con la membrana presinaptica e il rilascio di ACh.
Ne consegue una paralisi flaccida del sistema motorio (per inibizione a livello dei motoneuroni α) e una disfunzione del sistema autonomo (per inibizione a livello delle fibre parasimpatiche e dei gangli autonomi).
Il danno è irreversibile; il ripristino funzionale richiede la rigenerazione della terminazione nervosa.
La tossina non attraversa la barriera ematoencefalica.
L’infezione non induce immunità permanente.
Tipi di botulismo
Il botulismo può essere provocato da:
- Ingestione della tossina preformata in alimenti (botulismo alimentare)
- Ingestione di spore, cui fa seguito la germinazione nell’intestino (botulismo infantile e botulismo enterico dell’adulto)
- Penetrazione di spore attraverso soluzioni di continuo cutanee (botulismo da ferita)
- Iniezioni intramuscolari o sottocutanee di tossina botulinica a fini cosmetici o terapeutici (botulismo iatrogeno)
- Inalazione della tossina botulinica in forma di aerosol (botulismo da inalazione), es. cocaina per via intranasale
La tossina botulinica può essere utilizzata come arma di bioterrorismo, sia mediante la contaminazione di cibi o bevande, sia con la dispersione in aerosol.
Il botulismo non è trasmissibile da persona a persona.
Botulismo alimentare
Copyright © Ray Shrewsberry
Il botulismo alimentare è un’intossicazione dovuta all’ingestione di tossina botulinica preformata.
È dovuto, nella maggior parte dei casi, al consumo di insaccati, salse, condimenti o conserve casalinghe di frutta, verdura, carne o pesce. Solo raramente sono implicati alimenti industriali.
Affinché un prodotto rappresenti un rischio per il botulismo devono verificarsi i seguenti eventi:
- Contaminazione delle materie prime
- Processi di sanificazione inefficaci alla distruzione delle spore
- Caratteristiche chimico-fisiche del prodotto idonee alla germinazione delle spore e alla tossinogenesi (vedere sopra)
- Prodotto consumato senza cottura
In Italia, gli alimenti di produzione domestica maggiormente responsabili di botulismo sono:
- Conserve di vegetali in olio (47,7%), soprattutto funghi sott’olio
- Conserve vegetali in acqua/salamoia (25,5%), soprattutto olive
- Conserve di carne (7,8%)
- Conserve di pesce (7,8%), soprattutto tonno
- Prosciutto (4,6%)
- Salami e salsicce (3,3%)
- Conserve di formaggio (2,0%)
- Alimenti macrobiotici (1,3%)
Nella maggior parte dei casi, le caratteristiche organolettiche dell’alimento non risultano alterate; tipico è invece il rigonfiamento delle scatole metalliche provocato dalla formazione di gas.
L’intossicazione alimentare si manifesta in media 12-72 ore dopo l’ingestione del cibo contaminato, ma il periodo di incubazione può essere più breve (4 ore) o più lungo (fino a 8 giorni).
A seconda della dose di tossina ingerita, le manifestazioni cliniche variano da una sintomatologia sfumata a casi molto gravi, anche con esito fatale.
Più l’incubazione è breve, più la prognosi è severa.
La tossina di tipo A provoca forme più gravi, con rapida evoluzione verso l’insufficienza respiratoria.
L’esordio è caratterizzato da:
- Malessere
- Ipostenia
- Dolore addominale crampiforme, nausea, vomito e diarrea
- Visione offuscata con pupille fisse e dilatate
- Secchezza delle fauci
Compaiono progressivamente paralisi dei nervi cranici, paralisi flaccida discendente simmetrica e disturbi secretori:
- Sindrome oftalmoplegica:
- Compromissione della muscolatura oculare estrinseca e dell’elevatore della palpebra superiore: strabismo divergente, ptosi palpebrale e diplopia
- Compromissione dell’innervazione oculare intrinseca: paralisi dell’accomodazione (con incapacità alla visione da vicino), midriasi, talvolta anisocoria
- Disfagia
- Disartria
- Manifestazioni anticolinergiche:
- Riduzione di salivazione, sudorazione e lacrimazione (cute asciutta, congiuntiva secca, cavo orale e faringe secchi ed eritematosi)
- Stipsi, talvolta ritenzione urinaria
- Paralisi flaccida simmetrica degli arti
- Paralisi dei muscoli respiratori con dispnea fino all’insufficienza respiratoria
Sono tipicamente assenti:
- Febbre
- Deficit sensitivi
- Dolore
- Deficit cognitivi
- Alterazioni dello stato di coscienza
I riflessi osteotendinei risultano normali, indeboliti o assenti.
Talvolta è presente ipotensione.
Il decorso è variabile.
Nel 5-10% dei casi (soprattutto quelli con incubazione breve), la malattia è rapidamente fatale, per insufficienza respiratoria o arresto cardiaco da paralisi bulbare.
Botulismo infantile e botulismo enterico dell’adulto
Centers for Disease Control and Prevention, National Center for Emerging and Zoonotic Infectious Diseases (NCEZID), Division of Foodborne, Waterborne, and Environmental Diseases (DFWED); photo courtesy of the California Department of Public Health
Il botulismo infantile è una tossinfezione dovuta all’ingestione di spore di C. botulinum. Le spore ingerite germinano nel tratto gastrointestinale; i bacilli colonizzano l’intestino e producono in vivo la tossina.
Il botulismo infantile interessa quasi esclusivamente lattanti, con un picco tra le 6 settimane e i 6 mesi di vita. Nell’adulto, l’ingestione delle spore non provoca botulismo per effetto del pH gastrico e per l’azione competitiva della flora microbica intestinale.
Occasionalmente, sono stati descritti casi di botulismo enterico dell’adulto in soggetti con acloridria e alterazioni della normale flora microbica intestinale (es. in seguito a terapia antibiotica o interventi chirurgici dell’apparato gastroenterico).
L’infezione fa seguito all’ingestione soprattutto di miele, latte in polvere, omogeneizzati, polvere o terriccio contaminati da spore (spesso, tuttavia, la sorgente dell’infezione non viene individuata).
L’evoluzione è in genere più lenta rispetto alla forma alimentare.
Il quadro si presenta con:
- Stipsi
- Rifiuto dell’alimentazione
- Letargia
- Pianto flebile
- Progressiva comparsa di:
- Ptosi palpebrale
- Inespressività del volto
- Ipotonia muscolare progressiva
- Insufficienza respiratoria fino all’arresto respiratorio
La letalità , nei casi ospedalizzati, è < 1%.
Botulismo da ferita
Multiple areas of visible skin popping sites with abscesses at the site of black tar heroin administration in the right and left thigh associated with wound botulism.
Copyright © 2018 Qureshi et al. “Is black tar heroin use associated with wound botulism? A report of two Hispanic patients.†Clinical case reports, published by John Wiley & Sons Ltd. (CC BY 4.0)
Il botulismo da ferita è molto raro.
Nella maggior parte dei casi, è dovuto a tossina di tipo A.
Si manifesta in seguito a:
- Contaminazione di ferite da parte di terriccio contenente spore (con conseguente germinazione nel focolaio anaerobio della lesione, moltiplicazione dei bacilli e produzione di tossina)
- Iniezione intramuscolare o sottocutanea di spore, riportata soprattutto nei soggetti che fanno uso della cosiddetta black tar heroin (la solubilizzazione dell’eroina mediante esposizione al calore non è sufficiente a distruggerle)
L’incubazione è solitamente più lunga rispetto alla forma alimentare (4-14 giorni).
I sintomi gastrointestinali iniziali (nausea, vomito, diarrea) sono assenti.
Può essere presente febbre.
La letalità è del 15-25% circa.
Botulismo iatrogeno
La tossina botulinica (A e B) è disponibile in forma liofilizzata per iniezioni intramuscolari per il trattamento di:
- Blefarospasmo
- Emispasmo facciale
- Torcicollo spasmodico
- Altre forme di spasticità focale
- Emicrania cronica
- Acalasia
- Spasmo esofageo diffuso
- Iperattività neurogena del muscolo detrusore della vescica
- Iperidrosi primaria persistente e severa
Left side of the picture: patient with hemifacial spasm on the right side of the face. He suffers from typical tonic-clonic cramps of the mimic muscles including the frontalis muscle and the platysma. Following BTA injections the face is relaxed and the frequency of tonic-clonic cramps is clearly reduced.
Copyright © 2008 Laskawi, Rainer. “The use of botulinum toxin in head and face medicine: an interdisciplinary field.†Head & face medicine. Licensee BioMed Central Ltd. CC BY 2.0
La tossina botulinica viene utilizzata anche in procedure cosmetiche.
Il botulismo iatrogeno è molto raro, dovuto principalmente all’utilizzo illecito della tossina.
Botulismo da inalazione
Il botulismo da inalazione può essere dovuto a:
- Inalazione di cocaina per via intranasale contaminata da tossina botulinica
- Bioterrorismo
L’esordio è rapido (72 ore) con paralisi flaccida e insufficienza respiratoria.
La mortalità è elevata.
Diagnosi
In fase iniziale, la diagnosi di botulismo è clinica.
Rientrano in diagnosi differenziale:
- Altre intossicazioni:
- Avvelenamento da funghi
- Avvelenamento da CO
- Avvelenamento da metalli pesanti
- Intossicazione da alcol metilico
- Avvelenamenti da anticolinergici (atropina, belladonna, etc.)
- Disordini neuromuscolari:
- Sindrome di Guillain-Barré
- Paralisi da zecca
- Poliomielite
- Sindrome di Lambert-Eaton
- Miastenia gravis
- Disordini idroelettrolitici
- Ictus
- Encefalite
- Patologie metaboliche o miopatie congenite (nel lattante)
La conferma diagnostica richiede la dimostrazione di:
- Botulismo alimentare: tossina botulinica in campioni biologici (siero, feci, lavaggio intestinale, contenuto gastrico, vomito) e/o nell’alimento implicato (sono necessari quantitativi minimi di campione, anche < 1 g; talvolta possono essere sufficienti i contenitori vuoti, se non sono stati lavati).
- Botulismo infantile: tossina o microrganismo (isolamento colturale) in feci, lavaggi dell’ampolla rettale o tamponi rettali
- Botulismo da ferita: tossina nel siero o nella ferita o microrganismo (isolamento colturale) dall’essudato della ferita
La raccolta dei campioni deve essere effettuata immediatamente dopo la formulazione del sospetto diagnostico e prima della somministrazione dell’antitossina.
Nb. La tossina botulinica è rilevabile nel siero solo per 4-5 dopo la comparsa dei sintomi.
Il botulismo non causa batteriemia.
Immediatamente dopo la diagnosi clinica, il caso deve essere segnalato al Dipartimento di prevenzione della ASL territorialmente competente affinché sia disposta l’immediata attivazione dell’indagine epidemiologica.
I residui alimentari e i campioni biologici vanno inviati al Centro Nazionale di Riferimento per il Botulismo (CNRB).
Il C. botulinum e gli altri clostridi produttori di tossine botuliniche appartengono alla classe di rischio II (i campioni devono essere manipolati con cautela da personale esperto).
La dimostrazione della produzione di tossina richiede l’inoculazione intraperitoneale in topini da laboratorio (mouse test) del campione o di un suo estratto o della brodocoltura e dell’antitossina. Il test richiede 2 giorni (se il topino con antitossina sopravvive e quello senza antitossina muore, il test è positivo). È possibile la tipizzazione della tossina utilizzando antisieri specifici (in gruppi diversi di animali).
Copyright © 2021 Schupp et al. https://doi.org/10.3390/ijms22031011, International Journal of Molecular Sciences. Licensee MDPI, Basel, Switzerland. CC BY 4.0
La coltura richiede terreni di arricchimento in condizioni di anaerobiosi. Sono necessari 5 giorni. C. botulinum appare come un bastoncello con spora in posizione sub-terminale rispetto al corpo bastoncellare, che assume la forma di una racchetta da tennis.
(Left) Blood agar media inoculated with C. botulinum showing a narrow zone of β-hemolysis surrounding the colonies.
(Right) Anaerobic egg yolk medium inoculated with C. botulinum showing lipase-positive colonies.
Copyright © 2023 Hamad et al. https://doi.org/10.3390/foods12071466, Foods. Licensee MDPI, Basel, Switzerland. CC BY 4.0
Close view of a Petri dish, which had contained a growth medium of egg yolk agar, that had been inoculated with Clostridium botulinum bacteria, and subsequently incubated for a 72 hour period. It is important to note the presence of what is known as the lipase reaction, which manifests as a shiny margin that surrounds each colony. Image courtesy of Larry Stauffer, Oregon State Public Health Laboratory
(Left) Illustration of a gentian violet-stained culture specimen revealing the presence of numerous Gram-positive Clostridium botulinum bacteria and bacterial endospores.
(Right) Numerous, Clostridium botulinum, type-A bacteria, which had been highlighted after they were processed using the Gram-stain technique. You’re able to see a number of Cl. botulinum endospores, which appeared shaped like bobby pins. Image courtesy of Dr. George Lombard.
Centers for Disease Control and Prevention
Gli esami ematochimici di routine non mostrano alterazioni di rilievo.
L’elettromiografia mostra facilitazione dopo stimolazione ripetitiva ad alta frequenza.
Il liquor è nella norma.
Dal punto di vista anatomopatologico, le alterazioni sono assenti o lievi e aspecifiche.
(A) 4-year-old female patient with wound botulism and (B) 5-year-old patient male with foodborne botulism.
Electroneuromyography showing potentiation with rapid repetitive stimulation denoting the involvement of the neuromuscular presynaptic junction in patients A and B, respectively (C, D).
Copyright © 2018 Oliveira et al. “Botulism in the Brazilian Amazon: a life-threatening disease in a neglected population.†Arquivos de neuro-psiquiatria, Academia Brasileira de Neurologia, by Thieme (CC BY 4.0)
Terapia
BabyBIG®, human antitoxin for the treatment of infant botulism
Centers for Disease Control and Prevention, National Center for Emerging and Zoonotic Infectious Diseases (NCEZID), Division of Foodborne, Waterborne, and Environmental Diseases (DFWED); photo courtesy of the California Department of Public Health
Nel sospetto di botulismo, è necessario il ricovero in terapia intensiva.
Il trattamento deve iniziare il più tempestivamente possibile, subito dopo il prelievo dei campioni da analizzare, senza aspettare la conferma diagnostica.
La terapia consiste nella somministrazione di:
- Antitossina botulinica equina trivalente (A, B, E) o eptavalente (A-G) in infusione endovenosa lenta entro 48-72 ore dall’esordio. Prima della dose completa, deve essere effettuata una prova di ipersensibilità . L’antitossina neutralizza la tossina circolante e non ha effetto su quella legata.
- Immunoglobuline di origine umana (BabyBIG, 50 mg/kg in singola infusione ev) nel botulismo infantile
- Lavanda gastrica (se il consumo dell’alimento contaminato è recente)
- Supporto vitale (soprattutto assistenza respiratoria)
- Antitossina botulinica, debridement della ferita, penicillina G (3 milioni di unità ogni 4 ore) e metronidazolo (500 mg ev ogni 8 ore) nel botulismo da ferita; aminoglicosidi, tetracicline e polimixine sono controindicati poiché possono esacerbare il blocco neuromuscolare.
Prognosi
Nelle forme ad esito favorevole, il recupero completo richiede settimane o mesi, talvolta anni.
Una possibile complicanza del botulismo è la polmonite ab ingestis.
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