Cambio climático global y enfermedades infecciosas: el modelo del

Cambio climático global y enfermedades
infecciosas: el modelo del cólera
Dra. Milagro Fernández D.
Laboratorio de Fisiología Gastrointestinal, CBB
Instituto Venezolano de Investigaciones Científicas
1
Efectos del cambio climático en la dinámica de las
enfermedades infecciosas
1
• El Panel Intergubernamental sobre Cambio
Climático (IPCC) estima:
• Aumento de la temperatura global en 5°C
para el 2100 y el nivel del mar en 3,3 mm/año.
Anomalía de temperatura (°C)
• Mayor diseminación de patógenos acuáticos:
(Modificado de Manabe y Stouffer)
• Ciclos de transmisión más prolongados.
• Ampliación del rango de acción y
abundancia de vectores o reservorios.
(Smith et al., 2009)
2 Fisman, University of Toronto)
(Modificado de D.N.
2
El modelo del cólera
• Modelo para el estudio de la variabilidad
climática en la transmisión de patógenos.
• Vibrio cholerae, agente causal del cólera,
habita ecosistemas acuáticos asociada al
plancton.
• Serogrupos O1 y O139 epidémicos y no-O1,
no-O139 causan infecciones moderadas.
(Modificado de Manabe y Stouffer, 1997)
(Pardío, 2007; Colwell, 2008; Vezzulli et al., 2010).
3
Ciclo de vida de V. cholerae
Evolución de modelo lineal de transmisión fecal-oral a proceso multifactorial
Variables climáticas globales
Reservorios en el ambiente
Fitoplancton
Zooplancton
Biopelículas
Estado Viable no
cultivable
Ciclo de vida de V. cholerae (modificado de Butler y Camilli, 2005)
Genoma
adaptable
4
Ecología de V. cholerae
Transmisión
a
humanos
Zooplancton: copépodos y otros
crustáceos
Fitoplancton y otras plantas
acuáticas
Temperatura,
pH, salinidad
y luz solar
Efectos estacionales:
temperatura, luz solar,
lluvias y vientos
monzones
Socioeconomía,
V. cholerae
Variabilidad
climática: El Niño
demografía y
salubridad
humana
Modelo de transmisión ambiental de V. cholerae (modificado de Colwell y Huq, 1994)
• Factores abióticos y bióticos: temperatura, pH, salinidad, radiación
solar, nutrientes, vientos y mareas, concentración de clorofila, plancton.
• Variabilidad climática: Oscilación del Sur El Niño (ENSO).
(Colwell y Huq, 1994; Lipp et al., 2002; Tamerius et al., 2007).
Rutas de transmisión del cólera
Aguas o alimentos contaminados
• Transmisión primaria o ambiente-persona:
• Ambientalistas.
• Reservorio en el ambiente acuático.
• Variabilidad climática.
(Pascual et al., 2002; Colwell, 2006; Ruiz-Moreno et al., 2007)
Dr. Rita Colwell. Maryland, USA
• Transmisión secundaria o humano-humano:
• Epidemiólogos.
• Inmunidad, infectividad del patógeno y
condiciones sanitarias.
(http://www.nsf.gov/news/speeches/colwell)
6
(Koelle y Pascual, 2005; Hartley et al., 2006; Nelson et al., 2008)
5
6
Modelos ambientales
• Estudio de la ocurrencia interanual o intranual de las epidemias de
cólera asociado a variabilidad climática.
• Análisis de variables ambientales y climáticas para explicar el
comportamiento estacional de la enfermedad.
(Lobitz et al., 2000; Woodborne et al., 2008)
Ciclos naturales de la
enfermedad
Transmisión estacional
Caos
Ciclos anuales
Ciclos
bienales
Coexistencia de
distintos ciclos
7
Variabilidad climática asociada al cólera
7
1. Anomalías en temperaturas y precipitaciones globales han producido
condiciones ambientales favorables para la multiplicación y transmisión de
V. cholerae.
(Emch et al., 2008).
Anomalías en temperaturas globales
(http://www.nsf.gov/news/speeches/colwell)
Anomalías en precipitaciones globales
(http://www.nsf.gov/news/speeches/colwell)
Variabilidad climática asociada al cólera
2.
8
Anomalías de ENSO: Fluctuación natural con cambios de presión en el
pacífico ecuatorial cada 3-7 años.
- El Niño: aumento de temperaturas y fuertes precipitaciones.
- La Niña: enfriamiento en el Pacífico ecuatorial.
• Asociación entre ENSO y aumento de temperaturas, precipitaciones, surgencia del
fitoplancton, cambios de salinidad y cólera en Sudeste asiático, Suramérica y África.
Período (años)
Casos
de
cólera
ENSO
Análisis
de
espectro
cruzado
Estudios de series de tiempo y monitorización de datos satelitales,
Sudeste Asiático (Pascual et al., 2012)
9
Variabilidad climática y cólera en Suramérica, Perú
• Reemergecia en 1991, luego de evento El Niño.
• En el verano de 1998 se reportaron aumentos de temperaturas y
casos de cólera más altos coincidiendo con evento el Niño.
Tasa de cólera
por 100000
SST (°C)
TIC Trujillo
120
35
El Niño
100
La Niña
80
30
TIC Callao
25
TIC Lima
20
60
40
10
20
5
0
Oto/2000
Ver/2000
Pri/1999
Inv/1999
Oto/1999
Ver/1999
Pri/1998
Inv/1998
Oto/1998
Ver/1998
Pri/1997
Inv/1997
0
TIC Arequipa
15
SST Trujillo
SST Lima
SST Callao
SST Arequipa
Estación del año
Datos estacionales de la tasa de incidencia de cólera (TIC) y temperatura superficial
del mar (SST) en 1997-2000 (Gil et al., 2004)
10
Efecto de la salinidad en la viabilidad de V. cholerae
10
La salinidad presentó dos patrones distintos en el R.F.S. Cuare, Edo. Falcón:
1. Lluvias (0-21 días):
2-18‰
2. Sequía (22-119 días): ˃18‰
˃1 x 104 UFC/ml.
104-101 UFC/ml (r = -0.980; P = 0.019).
21
Efecto de la salinidad en el contaje de colonias de V. cholerae
D3-TCBS durante la entrada al estado VNC
Fernández-Delgado et al. 2014. Rev. Inst. Med. Trop. S. Paulo. In press.
Epidemiología del cólera en Latinoamérica
11
• Entre 1991-2000 V. cholerae O1 fue
detectado en la mayor parte del continente
(Lipp et al., 2003; Gil et al., 2004).
• En Octubre del 2010, se inicia una nueva
epidemia en Haití y el Caribe (Dowell et al., 2011).
Evento de El Niño
en Perú (1991)
• En Febrero del 2011 se confirmaron 245
casos de cólera en Venezuela (Informe de la
Enero 1991
Ministra de Salud Eugenia Sader, 20-02-11).
Agosto 1991
Febrero 1992
Diciembre 1992
• En el 2013 se reportaron casos en Haití,
Cuba, República Dominicana, Chile y
Venezuela (Informe OPS, 19-08-13).
Octubre 2010 presente
Propagación del cólera en Latinoamérica
(1991- presente)
¿Cómo ha reemergido el cólera en Latinoamérica?
(Perú, 1991; Haití, 2010)
12
1. Pasajeros transportados en barcos desde áreas infectadas (Tauxe, 1994).
2. Aguas de lastre (McCarthy y Khambaty, 1994; Ruiz et al., 2000).
3. Transferencia de genes de virulencia de fagos a V. cholerae no O1.
(Faruque et al., 1998)
4. V. cholerae O1 en estado viable no cultivable (VNC) (Colwell, 1996).
5. Proliferación de V. cholerae O1 causada por El Niño (Seas et al., 2000) .
13
(http://www.nsf.gov/news/speeches/colwell)
13
Modelos epidemiológicos
• Influencia de factores intrínsecos (patrón de inmunidad) y extrínsecos
(ENSO) en la variabilidad interanual del cólera (Koelle y Pascual, 2004; Koelle et al., 2005b).
• Modelo de estado hiperinfeccioso (HI) de V. cholerae (Merrell et
implicado en transmisión humano-humano (Hartley et al., 2006; Pascual et al., 2006).
A
S
I
al., 2002)
B
S
R
I
R
A
B
BH
BL
Modelos de transmisión del cólera sin estado HI (A) y con HI (B). S: individuo susceptible;
I: individuo infeccioso; R: individuo recuperado; B: V. cholerae; BH: V. cholerae HI; BL: V.
cholerae con infectividad menor (Hartley et al., 2006)
14
14
Modelos epidemiológicos
• Modelo de transmisión rápida con presiones selectivas que conducen al
patógeno a salir del ambiente acuático e ingresar en un nuevo hospedador:
• Células activas no cultivables (ANC) o VNC.
• Estado HI de V. cholerae.
• Vibriofagos líticos.
Células en estado VNC (Saito et al. 2003)
• Estado VNC constituye una presión selectiva para la transmisión del
cólera.
• Células HI cultivables son las principales contribuyentes a la infección.
(Nelson et al., 2008)
15
Biocomplejidad
15
• Modelo holístico para el estudio del cólera y otras enfermedades
infecciosas que integra interacciones entre los sistemas biológicos:
• Genoma del patógeno.
• Factores intrínsecos
hospedador.
• Actividades
humanas
condiciones de salubridad.
del
y
• Economía global.
• Reservorios
acuáticos.
y
ambientes
• Patrones climáticos globales.
Biocomplejidad: modelo de estudio de enfermedades
infecciosas (Colwell, 2012)
16
Conclusiones
1. El incremento de temperaturas, precipitaciones y eventos climáticos
extremos (ENSO) han producido alteraciones en la ecología del
patógeno y dinámica del cólera.
2. Se han propuesto modelos epidemiológicos y ambientales para
explicar la dinámica del cólera que han aportado importantes
conocimientos para la predicción, prevención y manejo de epidemias.
3. El modelo de biocomplejidad integra los marcados enfoques
epidemiológicos y ambientales para el estudio del cólera y otras
enfermedades.
4. Se requieren más estudios de las condiciones climáticas en
localidades susceptibles al cólera y la incorporación de modelos que
17
permitan controlar la reemergencia de la enfermedad.
16
Gracias
18