Teo N° 4. Curvas Progreso enfermedad

2016
Epidemiología y Epidemia
•Existen muchas definiciones de Epidemiología:
 Van der Planck (1963) “La ciencia de la enfermedad en poblaciones”
 Kranz (1974) “El estudio de poblaciones de patógenos en poblaciones de
hospedantes y de la enfermedad resultante de esta interacción, bajo la influencia
del medio ambiente y la interferencia humana”
•Es una ciencia de campo. Estudios experimentales solo son útiles
para corroborar o estudiar lo que sucede en el campo.
Patosistema silvestre
Patosistema agrícola
hospedante
hospedante
patógeno
hombre
patógeno
Ambiente
Ambiente
Modificado Bergamin Filho (1995a) y Zadoks & Schein (1979)
Según autores hay muchos otros términos: Pandemia, epidemias
que ocupan un área muy grande de tamaño casi continental.
Endemia: Tiene más de una connotación: por un lado hace
referencia a una enfermedad que se presenta siempre en un área
determinada, pero también está relacionada con uan enfermedad en
equilibrio.
Epidemia y Endemia pueden considerarse estados extremos en un
continuo de enfermedades.
1
Representación esquemática de diferentes tipos de Epidemias y
Endemias
Enfermedad
Epidemia: El aumento de la enfermedad en una población en
intensidad y/o extensión. Esto se refiere a incremento en incidencia/
severidad y/o el área geográfica que ocupa.
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Medidas de la Intensidad de la Enfermedad y pérdida
del rendimiento
•Incidencia: el número de plantas o partes de la planta afectada
•Severidad: la cantidad de tejido afectado
Epidemia explosiva
Epidemia poliética
Epidemia tardivaga
Epidemia cíclica
•La pérdida de rendimiento (es la diferencia entre el rendimiento
alcanzable y el rendimiento real)
Endemia
Ciclos de cultivos
Adaptado de Bergamin Filho (1995a).
Teorica N° 4. Curvas de Progreso de Enfermedad
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El daño causado por la Sigatoka negra
cultivo afectado por nematodo del quiste
de la soja
4
1
2016
FACTORES QUE AFECTAN EL DESARROLLO DE LA EPIFITIA
HOSPEDANTE
Preguntas que uno se hace durante el
brote de la enfermedad….
¿Qué pasará en las próximas semanas?
morirán todas las plantas, sin dejar nada para la cosecha? o
¿Serán sólo las plantas actualmente infectadas las que
producirán menos?
¿Están todas las plantas infectadas y sólo unas pocas muestran
síntomas?
¿Cómo se dispersa el patógeno aire / agua / viento / vector?
¿Puede este cultivo ser plantado la próxima temporada etc?
•Los niveles de resistencia genética o susceptibilidad del
hospedante
Muy resistente
Moderadamente resistente
Susceptible
•Grado de uniformidad genética de las plantas hospedante
Monocultivo
•Tipo de cultivo
Anual
Perenne
Sucesión de cultivos
•Edad de las plantas hospedantes
Plantas cambian en su reacción (susceptibilidad o resistencia) a la
enfermedad con la edad.
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FACTORES QUE AFECTAN EL DESARROLLO DE LA EPIFITIA
PATÓGENO
FACTORES QUE AFECTAN EL DESARROLLO DE LA EPIFITIA
CONDICIONES AMBIENTALES
•Niveles de virulencia
•Cantidad de Inóculo
•Tipo de reproducción del patógeno
Sexual (oosporas, ascosporas)
Asexual (conidios, zoosporas)
•Ecología del Patógeno
Biótrofos
Necrótrofos
•Mecanismos de dispersión del Patógeno
Activos
Pasivos
A través de vectores
•Temperatura
•Humedad
Condiciones
determinan:
óptimas
de
estos
factores
•Producción de propágulos
•Germinación de esporas
•Ingreso en el hospedante
•Crecimiento y desarrollo del hospedante
•Mecanismos de defensa del hospedante
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Teorica N° 4. Curvas de Progreso de Enfermedad
6
8
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2016
EPIDEMIA
FACTORES QUE AFECTAN EL DESARROLLO DE LA EPIFITIA
ACTIVIDAD HUMANA
cambio en la intensidad de una enfermedad
Qué cultivo? Dónde?
Preparación y selección del sitio
Selección de material a propagar
Prácticas culturales
Medidas de Control de la Enfermedad
Introducción de Nuevos Patógenos
velocidad
dinámico
en una población hospedante
en el tiempo y el espacio.
Curva del
progreso de la
enfermedad
9
Curva del progreso de la enfermedad
10
Curva del progreso de la enfermedad
Exponencial
Las enfermedades
comienzan a un nivel
bajo y llegan a ser de
interés para nosotros
solamente cuando su
incidencia y severidad
aumenta con el tiempo.
Tizón de plántulas de chile causado por
Phytophthora. Phytopathology 82:792-798.
Roya de Poroto. Uromyces phaseoli
Con Meseta
Sclerotium rolfsii en poroto
Progreso de la
enfermedad:
LINEAL
Pudrición de granos de maíz causada
por Fusarium.
Teorica N° 4. Curvas de Progreso de Enfermedad
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Mancha gris de maíz. Cercospora zeae-maydis
Pierna negra del tabaco.
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2016
Curva del progreso de la enfermedad
Relacionando el progreso de la enfermedad
con los ciclos de enfermedad
Progreso de la
enfermedad:
SIGMOIDAL
Analizando los ciclos de enfermedad se observa que:
•Cuando progresan de modo lineal o son lineales: Monocíclicas
•Cuando progresan exponencialmente: Policíclicas.
Enfermedad monocíclica: Cuando los patógenos producen sólo
un ciclo de desarrollo (un ciclo de infección) por ciclo de cultivo. NO
HAY CICLOS DE REPETICIÓN.
Roya del Raygrass. Puccinia
graminis .
Mancha en red de la cebada.
Pyrenophora teres
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Enfermedad monocíclica: Progreso lineal.
Enfermedades de Postcosecha
La
pudrición
progresa
durante
el
almacenamiento. En general su manejo no
genera nuevos ciclos de infección
Enfermedades de Postcosecha
Enfermedades de patógenos del suelo
Royas demicíclicas
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Enfermedad policíclica: cuando los patógenos producen más de
un ciclo de infección por ciclo de cultivo. HAY CICLOS DE
REPETICIÓN.
Progreso exponencial
Enfermedades ocasionadas por patógenos de suelo
Pudriciones de raíz, marchitamientos vasculares. El
inóculo: estructura de supervivencia resistente
(esclerocios, clamidosporas, u oosporas) en el suelo o el
micelio en residuos del cultivo.
Royas Demicíclicas
Royas que no producen etapas urediales y el
inóculo producido en una especie del hospedante
generalmente deben infectar una hospedante
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alternativo .
Teorica N° 4. Curvas de Progreso de Enfermedad
Enfermedad policíclica: Tizón tardío de la papa. Los esporangios
de Phytophthora infestans se dispersan para iniciar nuevos ciclos de
infección cada 7-10 días.
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Enfermedad poliética: el inóculo producido en una temporada se
conserva a la próxima y puede producir una acumulación
progresiva durante un período de años.
•plantas perennes (forrajeras, de pastoreo, céspedes, frutales, bosques, etc.)
•cultivos anuales que se producen en monocultivo año tras año.
Oidio del manzano
•Mantener la enfermedad dentro de nivel aceptable
•Comprender el progreso en términos cuantitativos
•Manejo directamente relacionado con decisiones económicas
•no considera si el patógeno es monocíclico o policíclico dentro de cada
temporada.
Enfermedad holandesa de olmo
Modelos Matemáticos
Variable cuantificable que varíe en el tiempo
Cuáles podrían
ser???
Sigatoka en banana
INÓCULO
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Producción monocíclica de inóculo
Interés en calcular el Inóculo inicial (Inóculo al principio de la
temporada)
Si Q1 = Inóculo al comienzo de la temporada
Q1= Q0 + incremento
Q 1= Q0 + K * Q 0
K=
Producción monocíclica de inóculo
K<0
K>0
Si Inóculo disminuye (rotación a un cultivo no H)
Si Inóculo incrementa
En el caso de una epifitia poliética:
Incremento = proporción de Q0
Q 0= K * Q 0
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QT+1= QT + K * QT
factores que afectan supervivencia y
crecimiento del patógeno, producción
de propágulos, dispersión de inóculo y
muerte del patógeno.
condiciones ambientales
desarrollo del cultivo
prácticas culturales
Teorica N° 4. Curvas de Progreso de Enfermedad
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20
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Producción policíclica de inóculo
Igual a cálculo de E monocíclica pero muchos ciclos repetidos
dentro de la misma temporada
T = Incremento de Tiempo
qT+T = qT + qT k T
simplificación
qT+T - qT= qT k T
q = Inóculo durante epifitia
k = proporción de aumento de q
(unidades depende de T)
Desigual en unidades discretas
de tiempo
q= qT k T
restructurando
q/ T = qT k
dq/ dT = q k
q= qT k T
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Ahora en vez de avanzar el tiempo en
pasos discretos , avanzaremos el
tiempo continuamente,
haciendo infinitesimalmente
pequeñoT
En esta ecuación diferencial, es un
cambio infinitesimalmente pequeño en la
cantidad de inóculo y es un cambio
infinitesimalmente pequeño en el tiempo.
Nos dice que el valor de cambio de la
cantidad de inóculo es proporcional a la
cantidad de inóculo en cualquier punto en
el tiempo. Al usar el cálculo, esta
ecuación puede integrarse a:
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Modelos del Progreso de la Enfermedad
Producción policíclica de inóculo
dq/ dT = q k
observación directa del inóculo no es siempre factible
Síntomas
q = q0 e kT
Y
Producción policíclica de inóculo
q0 = Inóculo inicial
e = base de logaritmo exponencial
dq/ dT = valor instantáneo del
cambio en q = pendiente de la
tangente a la curva en cualquier
punto.
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Teorica N° 4. Curvas de Progreso de Enfermedad
el progreso de síntomas corre parejo con el progreso de
producción de inóculo
progreso de la enfermedad
Van der Plank (1963)
y = Incidencia
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Progreso Monocíclico de la Enfermedad
Progreso Monocíclico de la Enfermedad
dy/dT = y0 R
•Si el progreso de enfermedad en epifitia monocíclica es lineal
la pendiente de la curva es constante.
•Si el progreso de la enfermedad es proporcional a la cantidad
del y0 la pendiente de la curva
el producto de y0 por
una constante de proporcionalidad.
dy/dT = y0 R
dy = un incremento infinitesimalmente pequeño en
la proporción de la enfermedad
dT = es un paso de tiempo infinitesimalmente
pequeño,
y0 = cantidad de inóculo inicial
R = constante de proporcionalidad que representa
el valor del progreso de la enfermedad por unidad
de inóculo. Depende de muchos factores:
agresividad del P, la susceptibilidad del H, las
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condiciones ambientales.
Progreso Policíclico de la Enfermedad
En forma analógica al de producción policíclica de inóculo, el cambio en la
enfermedad es proporcional a la cantidad de enfermedad en cualquier
punto en el tiempo.
la pendiente es proporcional a y
dy/dT = y0 r
el progreso de la
enfermedad aumenta con el
tiempo.
y = y0 e rT
y
y = y0 R T
r = la tasa del aumento de
enfermedad por unidad de
tiempo.
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El Límite Superior de la Enfermedad
Modelo Monocíclico
Dy/dT = y0 R (1-y)
y
yr
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Teorica N° 4. Curvas de Progreso de Enfermedad
y
y0 R (1-y)
•Modelos anteriores presumen un
crecimiento ilimitado en la enfermedad
•la proporción de plantas enfermas no
puede exceder 1.0.
•Ajuste de modelos usando un factor de
corrección para representar la
proporción de tejido saludable restante.
•Disminución en el tejido saludable
restante reduce la oportunidad para
nuevas infecciones y por lo tanto
reduce la tasa de progreso de
enfermedad.
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2016
Estimación de los Parámetros
El Límite Superior de la Enfermedad
y
y0 r (1-y)
•Comienza aproximadamente
exponencial.
•La pendiente también disminuye
cuando y se acerca a 1.
•Curva sigmoidea
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El Modelo Policíclico
Si la y observada en un epidemia policíclica se transforma al logaritmo
natural de y/(1-y) y los valores transformados se trazan contra t, el
resultado será una línea recta con una inclinación del valor r y un
intersección del valor del logaritmo natural de y0/(1-y0)
ln(y/(1-y))
Ln(1/(1-y))
“Para adaptar modelos a datos observados, es importante seleccionar el
modelo basado en la biología conocida del patógeno en lugar de simplemente
en la forma de la curva.”
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y0 R
Utilizando una estimación independiente del inóculo inicial y0 podemos calcular R.
30
Tiempo (días)
Cancrosis de los cítricos. Xanthomonas
Teorica N° 4. Curvas de Progreso de Enfermedad
El Modelo Monocíclico
En el caso del modelo monocíclico, si la y observada se transforma
al logaritmo natural de 1/(1-x) y estos valores transformados se
trazan contra t, conseguiremos una línea recta con una inclinación del
valor y0 r
Modelo Monomolecular
Proporción de enfermedad
dy/dT = y0 r (1-y)
Dificultad: adaptar modelos no lineales a los datos.
Modelo Policíclico
Tiempo (días)
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8
2016
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EJEMPLO!!!
34
EJEMPLO!!!
Enfermedad Monocíclica: ”La marchitez del lino” es ocasionada
por Fusarium oxysporum f. sp. lini. Las clamidosporas persisten por varios
años en el suelo y cuando el lino se siembra, las plantas jóvenes se infectan
a través de las raíces.
Y0 = 57 unidades que forman colonias (UFC) / gr. de suelo.
Días Después
de la Siembra
% Plantas
Infectadas
10
20
30
40
50
60
18
56
82
91
96
98
infección a la proporción y y luego calculamos ln(1/(1-y))
t
10
20
30
40
50
60
y
0.18
0.56
0.82
0.91
0.96
0.98
ln(1/(1-y))
0.198
0.821
1.71
2.41
3.22
3.91
ln(1/(1-y)) versus t ajusta a una línea recta a los puntos de datos usando
regresión lineal.
La pendiente de la recta estimada por la ecuación de regresión es 0.076, que
es el valor de y0 R.
R = 0.076/57 = 0.0013/UFC/Día.
35
Teorica N° 4. Curvas de Progreso de Enfermedad
Para estimar el producto y0 R primero tenemos que convertir el porcentaje de
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Base Epidemiológica del Manejo de las Enfermedades
1
2
3
y = y0 R T
1
23
y = y0 e rT
Queremos reducir y.
Cómo??
•1. Reducir el inóculo inicial (y0 es la incidencia inicial de
enfermedad, que es proporcional al inóculo inicial.)
•2. Reducir la tasa de crecimiento de la E (R en el modelo
monocíclico y r en el modelo policíclico)
•3. Reducir la duración de la epidemia (el tiempo, t, al final de la
epidemia)
Estrategias principales para manejar las epifitias: podemos
organizar nuestras tácticas de control dentro de una o más de
estas estrategias comprensivas.
El modelo monocíclico
• y0 R y t tienen igual peso en su efecto sobre y.
El modelo policíclico
•Si r es muy alta, el efecto aparente de reducir y0 es demorar
la epidemia, y debe reducirse a niveles bajísimos para tener
un efecto significativo en la epifitia.
•Reducir y0 tiene sentido estratégico sólo si r es bajo o
si r ha sido reducido también.
•Reduciendo r tiene un efecto relativamente mayor.
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Reducción de y0
Reducción de r
Cantidad de y0
Índice de Saneamiento t (retraso)
r< 0,15
Velocidad de
crecimiento de
la E
•Erradicación de plantas enfermas
•Semilla certificada (Tizón tardío, carbón)
•Destrucción de rastrojo
•Aplicación de fungicidas (semillas, suelo)
•Mejoramiento genético
Capacidad patogénica
Capacidad Reproductiva
P!
Condiciones ambientales
P! H!
Caracteres del Hospedante H!
(barreras/ genética)
•Prácticas culturales
< densidad de siembra
>Circulación de aire
>Drenaje de agua
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Teorica N° 4. Curvas de Progreso de Enfermedad
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•Mejoramiento genético
Mecanismos de reacción H!
Barreras
P!
Modificaciones
Tiempo de generación de inóculo
Tamaño de la lesión
Esporulación / aérea
40
10
2016
Reducción de t
Cosecha temprana
Variedades tempranas
Variedad maduración rápida
Variedad ciclo corto
Área Bajo la Curva del Progreso de la Enfermedad (AUDPC)
AUDPC= Σ[ (xi + xi+1) /2](ti+1 - ti)
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Teorica N° 4. Curvas de Progreso de Enfermedad
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11