BROTE DE DIARREA ASOCIADO A SHIGELLA SONNEI DEBIDO A CONTAMINACION HIDRICA, SAN JOSE, COSTA RICA, 2001 Kenia Barrantes 1 Vekoh Pardo 2 y Rosario Achi .1 Resumen En julio del 2001, un brote de diarrea asociado a transmision hidrica afecto a mas de 7000 personas residentes en el area urbane de San Jose. Desde su ini- cio se especuld sobre el papel de Shige- Ila spp., como uno de los posibles agen- tes etiologicos del mismo, por lo que el objetivo de este estudio fue determiner la presencia de esta bacteria en los ca- ses de diarrea atendidos en una de las clinicas ubicadas en el area del brote y demostrar que Shigella spp. es un agen- te importante de diarrea en nuestro pais asociado con la transmision hidrica, par- ticularmente por la baja dosis infectante y alta virulencia. Para este fin, se analizaron especimenes fecales de 49 pacientes con diarrea que acudieron a la clinica de Alajuelita, del 17 al 31 de julio del 2001. Se obtuvo 16 aislamientos de Shigella spp. (34,7%), 15 correspondieron a Shigella sonnei en tanto que solamente uno a Shigella flexneri. Los grupos etareos mas afec- tados fueron ninos menores de 10 anos y personas mayores de 60 afios. El pa- trOn de sensibilidad a los antibioticos de las cepas aisladas most() resistencia a 8 de los 11 antibioticos probados: tri- metoprim/sulfametoxazole, tetraciclina, ampicilina, eritromicina, cloranfenicol, cefalotina, amikacina y amoxicilina; y sensibilidad a norfloxacina, ciprofloxaci- na y gentamicina. No fue posible aislar Shigella spp. de las muestras de agua. Los resultados sugieren que este medio de transmision estuvo relacionado con el brote de dia- rrea. El presente estudio demuestra Ia importancia de Shigella spp. como cau- sa de diarrea sobre todo en nilios pe- quenos, adultos mayores y su frecuente asociacion con brotes relacionados con agua contaminada. Los resultados tam- bien sugieren que el tratamiento contra Ia shigelosis deberia incluir informaciOn acerca de los perfiles de resistencia a los antibioticos y de Ia necesidad de mas investigation sobre vies de transmision por agua y alimentos en la prevenciOn de este tipo de brotes. Palabras Cleve: Shigella sonnei, diarrea, brote. Abstract During July of 2001, a diarrhea' out- break affected more than 7000 individu- als in the urban area of San Jose. Even though the origen of the outbreak was not found, faecal pollution of the drink- ing water from the metropolitan aqueduct it is suspected. The objetive of the study was to deter- minate the presence of Shigella spp., as a possible aetiological agent of the out- break. Samples were collected during two weeks (july 17th to 31st) Sixteen Shige- 'Semi& InfecciOn y Nutrition, Institute de Investigaciones en Salud (INISA), Universidad de Costa Rica 2Laboratorio Clinico, Clinica de Alajuelita, Cala Costarricense del Seguro Social (CCSS) Correspondencia a: Institute de Investigaciones en Salud (INISA), Universidad de Costa Rica Ciudad de la InvestigaciOn, San Pedro Montes de Oca, San Jose Revista Costarricense de Ciencias Medleas • Vol. 25 / NF 1 y 2 • Eriero-Junio 2004 / Pag. 15 Ila spp. isolates were obtained out of 49 patients with diarrhoea (34,7%), 15 of the isolates were Shigella sonnet and 1 corresponded to Shigella flexneri. The most affected age groups were children under 10 and people older than 60. The antibiotic susceptibility pattern of the Shigella spp. isolates showed that they were resistant to eigth of the antibiotics: trimethoprim/sulfamethoxazole, tetra- cycline, ampicillin, eritromicine, chlo- ramphenicol, cephalotin, amikacine and amoxicillin. They were sensitive to nor- floxacin, ciprofloxacin and gentamicin. Althought it was not possible to isolate Shigella ssp. directly from water, the re- sults highly suggest this pathogen to be the aetiological agent of the outbreak. This study demonstrates the import role of Shigella spp. as cause of diarrhea affecting mainly small children and elder- ly people and its frequent association to outbreaks related to drinking water. This study also suggests that guidelines for treatment of shigellosis should include information on the antibiotic resistance pattern and further studies regarding the routes of transmission by water and food, will be required for strategies of prevention of such outbreaks. Key Words: Shigella sonnet, diarrhea, outbreak. INTRODUCCION La shigelosis o disenteria bacilar es un serio problema de salud pOblica mundial (1-5) Se estima que esta infeccion es responsable de 1,1 millones de muertes y mas de 163 millones de casos anua- les de disenteria, predominantemente en nifios menores de 5 efts (6) Las es- pecies mas comunes en paises en vias de desarrollo son S. flexneri y S. dysen- teriae. Por ejemplo, estas 2 especies son responsables del 66% y 16% de los casos respectivamente en Bangladesh (4) En paises desarrollados los brotes epidernicos por esta bacteria se deben fundamentalmente a S. sonnei (4), las rezones de esta asociacion entre con- texto economico y la prevalencia de una especie en particular de Shigella aOn se desconocen (4,5) Clinicamente la shi- gelosis se caracteriza por una diarrea acuosa, que puede progresar a deposi- ciones mucoides y sanguinolentas debi- do a la invasion y replicaciOn de Shigella en las celulas epiteliales del colon, cau- sando una intensa reaction inflamatoria, caracterizada por formed& de abcesos y ulceration (1,2,4,5) La via de infecciOn predominante es fecal-oral por contacto persona a persona (1-5), con una dosis infectante tan baja como 10 a 100 bac- terias viables. Existen otras vias de dise- minacian como la ingesta de agua y ali- mentos contaminados (6-10) De acuerdo con la red electronica de vigilancia para enfermedades de transmision alimenta- ria (FoodNet) del Centro pare Control y Prevention de Enfermedades (CDC) en Atlanta EEUU, la shigelosis fue la terce- ra enfermedad diarreica relacionada con alimentos detectada en el periodo 1995- 2000 en esa nation (10 ) La shigelosis es una de las enfermeda- des diarreicas agudas para las cuales at:in es efectiva la terapia antimicrobia- na; sin embargo, el use indiscriminado de antibiOticos y la automedicacion han generado cepas de Shigella spp. mul- tirresistentes (11-17) Inicialmente este patron de resistencia era esporadico y se asociaba a viajeros fortneos en paises como EEUU y Finlandia, luego, empezo a observarse en hospitales de Bangkok, con cepas endemicas de S. flexneri. Para los aflos 1999 y 2000, el informe anual de NARMS (National Antimicro- bial Resistanse Monitoring System), del CDC en EEUU incluy6 a Shigella ssp. Revista Costarricense de Ciencias Mtdicas • Vol. 25 / N' 1 y 2 • Enero-Junio 2004 / Pag. 16 como resistente a TMX, ampicilina y te- traciclina. En Costa Rica se detecta Shigella spp. mediante cultivo en 2,4% de nitios en una comunidad y 13,6% en ninos hos- pitalizados por diarrea. Empleando la tecnica de reacciOn en cadena de poli- merasa con separaci6n inmunomagne- tica de alta sensibilidad (IMS-PCR) los casos positivos se incrementaron al 8% en la comunidad y a 26% en los nitios hospitalizados (18,19) Los estudios se- rologicos en calostro, leche materna y suero de madres en area urbane y rural de Costa Rica, particularmente de baja condition socioeconOmica, muestran edemas presencia de anticuerpos con- tra lipopolisacaridos (LPS) y antigenos de invasion (Ipas) de Shigella ssp. (20) En Julio de 2001 se presentO un brote de diarrea que se atribuy6 a contamination fecal de la planta de tratamiento de agua de Puente de Mules, con la posible pre- sencia del agente Shigella, entre otros, y que afecto los cantones de EscazO, Desamparados, Alajuelita, Pavas y San- ta Ana. A solo 5 dies de iniciado este brote, se detectaron mss de 4000 casos de diarrea, siendo el canton de Alajuelita el que presento el mayor niimero de ca- sos, con 1 121 (27,9%) Aunque Ia cifra de personas atendidas en los centros medicos estatales pas6 de 1 600 a mss de 7 000 luego de 13 dies de iniciado el brote (Ministerio de Salud, DirecciOn de Vigilancia de Ia Salud, San Jose, Julio del 2001), se podria pensar que el ni.1- mero de individuos afectados pudo ser mucho mayor, si se considera que la planta de tratamiento de agua de Puen- te de Mules abastece Ia poblaciOn al sur y oeste de la capital y muchas de estas personas pudieron no acudir a servicio medico o haber sido atendidas en insti- tuciones privadas. No fue posible identificar la fuente de contaminaciOn, aunque se mencionO la posible exposiciOn del manta acuifero de is Fuente Zamora, que aliments a la planta de tratamiento de Puente de Mu- las en San Antonio de Belen. Este manto acuifero pudo haber esta- do en contacto con las agues contami- nadas con materia fecal del Rio Virilla, en conjunto con la rupture de la linea de cloraciOn que se encarga de desinfectar el tanque principal de agua en esta plan- ta de tratamiento (Ministerio de Salud, DirecciOn ProtecciOn al Ambiente Hu- mano. Informe General, Sistema de Tra- tamiento de Ague Potable Guadalupe y Puente Mules. San Jose, Julio del 2001) Se realizaron estudios microbiolOgicos del agua en Acueductos y Alcantarilla- dos (AyA) en el Instituto Costarricense de Investigacion y Ensenanza en Nutri- °ion y Salud (INCIENSA, comunicacion personal) y en INISA, pero no fue posi- ble demostrar Ia presencia de Shigella ssp. mediante detecciOn de su ADN por el metodo de ReacciOn en Cadena de Polimerasa a PCR (INISA e INCIENSA) Por lo anterior, no se puede afirmar que Shigella ssp. haya sido transmitida par el agua, aunque se aisle) de 16 muestras de heces de 49 individuos con diarrea asociados a este brote, como demues- tran los resultados del presente estudio. MATERIALES Y METODOS Del 17 al 31 de Julio del 2001 se anali- zaron 49 muestras de heces de pacien- tes afectados por el brote de diarrea, provenientes de Ia Clinica de Alajuelita. Se canto con informaciOn sobre lugar de residencia y edad del paciente. Las muestras fueron transportadas al laboratorio de Bacteriologia del INISA e inoculadas en places de Agar Desoxico- lato Citrato (DC), Agar Xilosa Lisina Des- oxicolato (XLD) y Agar Tergitol 7 (T7) Se incubaron por 24 horas a 37°C. Las co-• Revista Costarricense de Ciencias W.clicas • Vol. 25 IN° 1 y 2 • Enero-Junio 20041 Pag. 17 lonias tipicas de Shigella ssp. de cada medio de cultivo fueron inoculadas en agar Triple Azticar Hierro (TS!) e incuba- das por 18-24 horas a 37°C. A aquellos aislamientos con un patron caracteristi- co por pruebas bioquimicas se les rea- lize) serologia confirmatoria con antisue- ros monovalentes (Reagensia, Suecia), pare S. dysenferiae (serogrupos Al, A2 y A3), S. flexneri (serogrupo B), S. boydii (serogrupos C1, C2 y C3) y S. sonnei (serogrupo D) Las cepas aisladas de Shigella spp. se analizaron por su perill de sensibilidad a antibiOticos por difusion en place (Kirby y Bauer), empleando agar Mueller Hinton (21) y sensidiscos pare los siguientes antibioticos: trimetoprim/sulfametoxazo- le, gentamicina, tetraciclina, ampicilina, cefalotina, amikacina, ciprofloxacina, cloranfenicol, amoxicilina/acido clavula- nico, nortioxacina y eritromicina. Se in- cubaron par 18 hares a 35°C, y luego se procedi6 a medir el diemetro del halo de inhibiciOn del crecimiento en las places. RESULTADOS De las 49 muestras de heces analizadas hubo 16 (32,7%) positives par Shigella spp. de las cuales 15 (94%) correspon- dieron a S. sonnei y una (2%) a S. flex- neri. La distribution por edades se muestra en Ia Figura 1, siendo el grupo etareo mas afectado nirlos (0 a 9 afros) En la distribuciOn de casos por lugar de residencia (Cuadro I), se observe que Ia mayoria de los pacientes vivian en el barrio ConcepciOn 2 (39%) del distrito de Concepcion y el distrito Central (35%), en tanto que la mayoria de los pacientes con aislamientos positivos por Shigella ssp. residian, igualmente, en Concep- cion 2 (44%) y en el distrito de San Feli- pe, barrio Corina Rodriguez (31%) Las cepas aisladas fueron resistentes a 8 antibioticos de use comun (se con- sideraron como resistentes los perfiles intermedios de acuerdo con Ia lecture del halo de inhibition): trimetoprim/sulfa- metoxazole (TMX), tetraciclina, ampici- line, eritromicina, cloranfenicol, cefaloti- na, amoxicilina y amikacina. El 100% de las cepas aisladas fueron resistentes a trimetoprim/sulfametoxazole y eritromi- cina. A su vez, 8 (50%) fueron resisten- tes a TMX, eritromicina y ampicilina y 12 (75%) a TMX, eritromicina y tetraciclina (Figura 2) Los antibioticos para los cua- les las cepas de Shigella ssp. mostraron sensibilidad fueron: ciprofloxacina, nor- floxacina y gentamicina. Las 16 cepas mostraron un patron de multirresistencia a Ia mayoria de los antibioticos probados (Cuadro 2): Dos (12,5%) fueron resistentes a 3 antibioti- cos, 7 (38%) a 4 antibioticos, 4 (25%) a 5 antibioticos, 1 (6%) a 6 antibioticos y 2 (12,5%) a 7 antibioticos diferentes. DISCUSION En este estudio se encontro una alta proporciOn de casos de diarrea positivos por Shigella spp, lo que Ia ubica coma uno de los agentes etiolOgicos impor- tantes asociados al brote. Sin embar- go, dada que el acueducto metropolita- no pudo haber estado en contacto con aguas contaminadas con materia fecal del rio Virilla, Shigella spp_ no seria el Onico agente de diarrea involucrado en este brote, otros enteropatogenos como E. coil se aislaron de pacientes afecta- dos (INCIENSA comunicacion personal) De las 16 cepas aisladas de Shigella spp., 15 correspondieron a S. sonnei y 1 correspondie) a S. flexneri. Ambas es- pecies son endemicas en nuestro pais, probablemente S. sonnei este mas re- lacionada con el brote dada en mayor flamer° de cepas aisladas (15/16) y S. flexneri constituya, posiblemente, un caso endemic° de diarrea. Se observe que de las 5 comunidades Revista Costarricense de Ciencias M6dicas • Vol. 25 N' 1 y 2 • Enero-Junio 2004 / Pag. 18 del canton estudiado, la mayoria de los casos positivos por Shigella spp. (49%) y el 39% de casos de diarrea provenian de ConcepciOn 2, del distrito de Con- cepcion, lo que fortalece la idea de una fuente comOn de contaminaciOn en esta zona. La mayor frecuencia de casos positivos por Shigella spp. en nifios (7/16, 14%) y adultos mayores (5/16, 10%), sugie- re una mayor susceptibilidad de estos grupo etareos a Ia infeccion y a enfer- medad diarreica por este microorganis- mo. Algunas investigaciones en tomo al proceso de envejecimiento del sistema inmunologico, establecen que en adul- tos mayores existe mas susceptibilidad a infecciones debido a una disminucion parcial en la funcion del sistema inmuno- lOgico, por ejemplo, respuesta deficiente en mucosa intestinal y disminuciOn en la funcion antibacteriana de celulas de respuesta innate como los polimorfonu- cleares neutrofilos. Ademas en este gru- po de edad se ha detected° disminucian en la secreciOn del acid° gastrico, que acttla como barrera fisica para el esta- blecimiento de infecciones intestinales (22,23) Por otro lado, en relaciOn con Ia poblacian pediatrica, algunos estudios establecen que paralelamente a Is etapa de crecimiento, el niho va desarrollando los mecanismos de inmunidad adquirida a enteropatOgenos y asi Ia prevalencia de muchas infecciones edad-especifi- ca disminuyen durante la adolescencia y Ia edad adulta. Se postula que las infecciones repetidas de Shigella spp. en pacientes de edad adulta generan respuestas inmunologicas secundarias que rapidamente actiran coma refuerzos pare la respuesta inmunolOgica primaria y proveen una mejor proteccion contra la infecciOn. En contraste, los nihos que su- fren la primoinfeccion por Shigella spp., no cuentan con una respuesta adapta- tiva adecuada, y con ello, disminuye Ia proteccion sinergica entre los sistemas innato y adaptativo, presentando mayor sintomatologia y complicaciones poste- riores (24,25) La resistencia de Shigella spp. a los an- tibiaticos es otro factor particularmente importante demostrado en este estudio. Los altos porcentajes de aislamientos resistentes a varios antibiOticos indican la existencia de cepas multirresistentes. El use inadecuado de antibiaticos en Ia poblacion en general, permite la expre- sion de los mecanismos de resistencia adquiridos o secundarios en enteropa- tOgenos como Shigella spp., pudiendo transmitirse entre las cepas bacterianas por diferentes mecanismos geneticos de transferencia horizontal de genes posi- blemente codificados en plasmidos, lo cual limita la estrategia terapeutica con- tra este tipo de infecciones. En las 16 cepas aisladas de Shigella spp. se encontraron perfiles de multirre- sistencia a 3, 4, 5, 6 y haste 7 antibiati- cos de use comun en clinica (Cuadro 2) Este patron de resistencia a los antibia- ticos es similar a datos de otros estudios realizados en America Latina, EEUU, Asia y Africa (11-17) El tratamiento re- comendado actualmente por Ia Organi- zaciOn Mundial de Ia Salud (OMS) para Ia shigelosis incluye coma alternative terapeutica ampicilina, TMX y adicio- nalmente ciprofioxacina, norfioxacina, enoxacina, pivmecilina y acid° nalidixico (26) Los datos de este estudio y otras investigaciones demuestran que exis- ten cepas de Shigella spp. resistentes a ampicilina y TMX (3,12,13,14) y ya se registran cepas resistentes a fluoroqul- nolonas (15), a acid° nalidixico (16) y a cefalosporinas de tercera generacion (17) El presente estudio demuestra que Shi- gella spp. es un agente asociado a un Revista Costarricense de Ciencias Me.dicas • Vol. 25 / I y 2 • Enero-Junio 2004 / ?kg. 19 brote de transmisitin hidrica en Costa Rica y su importancia no se limita solo al presente ejemplo. En los Oltimos alios han aparecido situaciones similares. Para el periodo comprendido entre mar- zo de 1999 y marzo del 2001, se regis- traron 22 brotes de diarrea asociados al consumo de agua contaminada, de los cuales Shigella spp. (S. tlexneri y S. son- net) se aisle) en 8 (36%) de esos brotes (27) Recientemente, se ha aislado spp. de pacientes con diarrea resi- dentes de Ia comunidad de Birri en He- redia, atendidos en is Clinica de Santa Barbara, lo que podria incriminar a este microorganismo con el brote de diarrea que afecto a esta poblacion herediana (Clinica de Santa Barbara, comunica- ciein personal) La information anterior sugiere realizar diagnostic° etiologic° de todos los bro- tes de diarrea para tomar las medidas preventivas y de vigilancia epidemiologi- ca de las vias de transmision, garanti- zando la limpieza del agua y alimentos. Agradecimientos: Al Sr. Jorge Quesada Borbon, del La- boratorio de Bacteriologla, INISA por su gran ayuda tecnica. Al personal del La- boratorio de la Clinica de Alajuelita, por su colaboracion. A Ia Vicerrectoria de InvestigaciOn de la Universidad de Cos- ta Rica por su tinanciamiento por medio del proyecto 742-97-229; al Consejo Na- cional para investigaciones Cientificas y Tecnologicas (CONICIT), Ia International Foundation of Science (IFS) de Suecia, y al proyecto VI-UCR-742-99-527 de SIDA/SAREC/NETRoPICA. Cuadro 1: Distribution por lugar de residencia de 49 pacientes con diarrea asociada al brote, por contaminacion del acueducto metropolitano, atendidos en la Clinica de Alajuelita del 17 al 31 de julio del 2001. San Jose, Costa Rica. Lugar Casos Positives (%) Total de Cases (%) Sector Central 3(19) 17(35) ConcepciOn 1 0(0) 2(4) Concepcion2 7(44) 19(39) Tejarcillos 1(6) 3(6) Corina Rodriguez 5(31) 8(16) 00) Revista Costarricense de Ciencias M6dicas • Vol. 251 N° 1 y 2 • Enero-Junio 20041 Pig. 20 I 25 10 4,-r7-: 5 20 po W 0 z • Shigella cultivo positivo • 1-1‘._; C Shigella cultivo negativo 74:4TA7 Cuadro 2: Perfiles de multirresistencia a los antibioticos de los aislamientos de Shigella spp. obtenidos de pacientes con diarrea atendidos en la Clinica de Alajuelita durante el brote, -olio del 2001, San Jose, Costa Rica. Antibietico NUmero de aislamientos resistentes SXT/E/AM 1 SXT/E/TE 1 SXTIEITE/CF 1 SXT/ETTE/AMa 5 SXT/E/AM!CF SXT/E/AM/TE/AMC 1 SXT/E/AWTEJAN 1 SXT/E/TE/AN/CF 2 SXT/E/AM/TE/AMC/C 1 SXT/E/AM/TE/AMC/C/AN 1 SXT/E/AM/TE/AMC/C/CF 1 TOTAL 16 SXT=trimetoprim sulfametoxazole, E=eritromicina, AM=ampicilina, TE=tetraciclina, CF=cefalotina, AMC=amoxicilina, AN=amikacina, C=cloranfenicol a Shigella flexneri Figura 1: Distribucion por edades de 49 pacientes atendidos por diarrea en la Cilnica de Alajuelita durante el brote asociado a contaminacion del acueducto metropolitano, San Jose, Costa Rica. 0 a 9 10 a 19 20 a 29 30 a 39 40 a 49 50 a 59 mas de sin 60 datos Edades Revista Costarricense de Ciencias Medicas • Vol. 25 / 1 y 2 • Enero-Junio 2004 I Pig. 21 • Resistentes Sensibles 18 016 E14 112 7,ea 10 Te' 8 o 6 ire A E c2 0 T/S Gent. Tetr. Eryth. Amp. Cefa. Amik. Cap. Chlor. Amx, Nod]. Ac..Clast. Figura 2: Patron de sensibilidad a 11 antiblaticos de los 16 aislamientos de Shigella spp. en pacientes con diarrea atendidos en la Clinica de Alajuelita durante el broke asociado a contaminacion del acueducto metropolitano, San Jose, Costa Rica. antibioticos REFERENCIAS 1. Achi R, Mata L, Lindberg AA. Serum antibody titers to Shigeila lipopolysac- charide and invasion plasmid antigens in healthy Costa Rican and Swedish wo- men. Scan J Infect Dis 1994; p. 50-55. 2. Subekti D, Oyofo BA, Tjaniad P, Corwin AL, Larasati W, Putri M, et al. Shigella spp. Surveillance in Indonesia: the emergence or reemergence of S. dy- senteriae. Emerg Infect Dis 2001;7(1): 137-139. 3. Anvia M, Capitano L, Ruiz J, Vargas M, Urraza H, Schellemberg D, et al. Ty- ping and characterization of mechanism of resistance of Shigella spp. isolated from feces of children under 5 years of age from Ifakara, Tanzania J Clin Micro- biol 1999; 37: 3113-3116. 4. Sansonetti P.J, Egile C and Wenne- ras C. 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