cambio climático global y enfermedades infecciosas: el
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Cambio climático global y enfermedades
infecciosas: el modelo del cólera
Dra. Milagro Fernández D.
Laboratorio de Fisiología Gastrointestinal, CBB
Instituto Venezolano de Investigaciones Científicas
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(Smith et al., 2009)
• 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.
(Modificado de Manabe y Stouffer)
Anomalía de temperatura (°C)
1
• Ciclos de transmisión más prolongados. • Ampliación del rango de acción y abundancia de vectores o reservorios.
Efectos del cambio climático en la dinámica de las
enfermedades infecciosas
(Modificado de D.N. Fisman, University of Toronto)
• Mayor diseminación de patógenos acuáticos:
(Modificado de Manabe y Stouffer, 1997)
• 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.
El modelo del cólera 2
(Pardío, 2007; Colwell, 2008; Vezzulli et al., 2010).
Ciclo de vida de V. cholerae
Ciclo de vida de V. cholerae (modificado de Butler y Camilli, 2005)
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Reservorios en el ambiente
Biopelículas Fitoplancton Zooplancton Estado Viable no
cultivable Genoma
adaptable
Variables climáticas globales
Evolución de modelo lineal de transmisión fecal-oral a proceso multifactorial
(Colwell y Huq, 1994; Lipp et al., 2002; Tamerius et al., 2007).
Ecología de V. cholerae 4
• 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).
Modelo de transmisión ambiental de V. cholerae (modificado de Colwell y Huq, 1994)
Efectos estacionales:
temperatura, luz solar,
lluvias y vientos
monzones
Variabilidad
climática: El Niño
Socioeconomía,
demografía y
salubridad
humana
V. cholerae
Transmisión a humanos
Zooplancton: copépodos y otros
crustáceos
Fitoplancton y otras plantas
acuáticas
Temperatura,
pH, salinidad
y luz solar
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Rutas de transmisión del cólera
• Transmisión primaria o ambiente-persona:
• Ambientalistas. • Reservorio en el ambiente acuático. • Variabilidad climática.
• Transmisión secundaria o humano-humano:
• Epidemiólogos. • Inmunidad, infectividad del patógeno y condiciones sanitarias.
(http://www.nsf.gov/news/speeches/colwell)
Dr. Rita Colwell. Maryland, USA
(Koelle y Pascual, 2005; Hartley et al., 2006; Nelson et al., 2008)
(Pascual et al., 2002; Colwell, 2006; Ruiz-Moreno et al., 2007)
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Aguas o alimentos contaminados
7
(Fudena, 2004; MARNR, 2005)
Modelos ambientales
(Lobitz et al., 2000; Woodborne et al., 2008)
• 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.
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Ciclos naturales de la
enfermedad
Transmisión estacional
Ciclos anuales Ciclos
bienales
Coexistencia de
distintos ciclos
Caos
1. Anomalías en temperaturas y precipitaciones globales han producido
condiciones ambientales favorables para la multiplicación y transmisión de
V. cholerae.
Variabilidad climática asociada al cólera
Anomalías en temperaturas globales
(http://www.nsf.gov/news/speeches/colwell)
Anomalías en precipitaciones globales
(http://www.nsf.gov/news/speeches/colwell)
7
(Emch et al., 2008).
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2. 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.
Variabilidad climática asociada al cólera
• Asociación entre ENSO y aumento de temperaturas, precipitaciones, surgencia del
fitoplancton, cambios de salinidad y cólera en Sudeste asiático, Suramérica y África.
Pe
río
do
(a
ño
s)
Casos
de
cólera
ENSO
Análisis
de
espectro
cruzado
Estudios de series de tiempo y monitorización de datos satelitales,
Sudeste Asiático (Pascual et al., 2012)
10 Datos estacionales de la tasa de incidencia de cólera (TIC) y temperatura superficial
del mar (SST) en 1997-2000 (Gil et al., 2004)
0
20
40
60
80
100
120
0
5
10
15
20
25
30
35
Tasa de cólera
por 100000
El Niño
La Niña
SST (°C)
TIC Trujillo
TIC Callao
TIC Lima
TIC Arequipa
SST Trujillo
SST Lima
SST Arequipa
SST Callao Inv/1
99
7
Pri/1
99
7
Oto
/19
98
Oto
/19
99
Inv/1
99
8
Pri/1
99
8
Ver/1
99
9
Inv/1
99
9
Ver/2
00
0
Oto
/20
00
Pri/1
99
9
Estación del año
Ver/1
99
8
9
Variabilidad climática y cólera en Suramérica, Perú
• En el verano de 1998 se reportaron aumentos de temperaturas y
casos de cólera más altos coincidiendo con evento el Niño.
• Reemergecia en 1991, luego de evento El Niño.
Efecto de la salinidad en la viabilidad de V. cholerae
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.
La salinidad presentó dos patrones distintos en el R.F.S. Cuare, Edo. Falcón:
1. Lluvias (0-21 días): 2-18‰ ˃1 x 104 UFC/ml.
2. Sequía (22-119 días): ˃18‰ 104-101 UFC/ml (r = -0.980; P = 0.019).
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Epidemiología del cólera en Latinoamérica 11
Propagación del cólera en Latinoamérica
(1991- presente)
• En Octubre del 2010, se inicia una nueva epidemia en Haití y el Caribe (Dowell et al., 2011).
• En Febrero del 2011 se confirmaron 245 casos de cólera en Venezuela (Informe de la
Ministra de Salud Eugenia Sader, 20-02-11).
• En el 2013 se reportaron casos en Haití, Cuba, República Dominicana, Chile y Venezuela (Informe OPS, 19-08-13).
• Entre 1991-2000 V. cholerae O1 fue
detectado en la mayor parte del continente (Lipp et al., 2003; Gil et al., 2004).
Agosto 1991
Febrero 1992
Diciembre 1992
Enero 1991
Evento de El Niño
en Perú (1991)
Octubre 2010 -
presente
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¿Cómo ha reemergido el cólera en Latinoamérica?
(Perú, 1991; Haití, 2010)
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) .
(http://www.nsf.gov/news/speeches/colwell)
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(Fudena, 2004; MARNR, 2005)
Modelos epidemiológicos
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)
• 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 al., 2002)
implicado en transmisión humano-humano (Hartley et al., 2006; Pascual et al., 2006).
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A
S
I
R
B
S
I
R
BH
BL
A B
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(Fudena, 2004; MARNR, 2005)
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.
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• 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)
Células en estado VNC (Saito et al. 2003)
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(Fudena, 2004; MARNR, 2005)
Biocomplejidad 15
• Modelo holístico para el estudio del cólera y otras enfermedades
infecciosas que integra interacciones entre los sistemas biológicos:
Biocomplejidad: modelo de estudio de enfermedades
infecciosas (Colwell, 2012)
• Genoma del patógeno.
• Factores intrínsecos del
hospedador.
• Actividades humanas y
condiciones de salubridad.
• Economía global.
• Reservorios y ambientes
acuáticos.
• Patrones climáticos globales.
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(Fudena, 2004; MARNR, 2005)
Conclusiones 16
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
permitan controlar la reemergencia de la enfermedad.
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Gracias