Оценка динамики эпидемических проявлений лихорадки Западного Нила в Волгоградской области в зависимости от климатических условий, предшествующих началу эпидемического сезона

Полный текст

С момента первого обнаружения вируса Западного Нила (ВЗН) в 1937 г. (Уганда, Африка) произошло значительное распространение вызываемой им лихорадки на страны тропической Африки, Азии, Америки и Европы, включая южные регионы европейской части России. В настоящее время наблюдается рост количества пораженных территорий с захватом регионов Приволжского и Центрального федеральных округов, в которых ранее заболеваемости не отмечалось [1]. Учитывая, что вспышки лихорадка Западного Нила (ЛЗН) затрагивают сотни человек, а летальность достигает 15%, можно констатировать, что среди природно-очаговых инфекционных болезней в современных условиях это одна из ведущих угроз санитарноэпидемиологическому благополучию населения. Актуальность исследований в Волгоградской области подчеркивается тем, что этот регион занимает лидирующую позицию по числу больных (свыше 60%) ЛЗН в РФ. При этом многолетняя динамика эпидемических проявлений ЛЗН в РФ во многом определяется наличием или отсутствием вспышечной заболеваемости в Волгоградской области. Укоренению ВЗН на территории Волгоградской области и формированию устойчивых природных и антропогенных очагов способствует наличие носителей и переносчиков. Ключевое значение в заносе ВЗН из первичных очагов, расположенных на Африканском континенте, принадлежит перелетным птицам. Причем из 289 видов птиц, зарегистрированных в Волгоградской области, более 35 встречаются на пролете из неблагополучных по ЛЗН стран. В настоящее время отмечается тенденция к перезимованию некоторых видов кочующих и перелетных птиц в селитебной зоне, где наблюдаются более тесный контакт с представителями оседлой орнитофауны и формирование антропоургических очагов ЛЗН. Птицы, зараженные ВЗН, разлетаются по руслам рек, озерам и речным долинам, где в циркуляцию включаются комары (в основном родов Culex, Aedes и Anopheles) и клещи (преимущественно Rh. rossicus, D. reticulatrn, H. marginatum, и H. Scupense.). Углубленная оценка динамики эпидемических проявлений ЛЗН является актуальной задачей, поскольку внутригодовая и многолетняя динамика является наглядным отражением эпидемического процесса и в определенной мере результатом действия различных факторов риска, учет которых способствует повышению обоснованности прогноза [2]. В свою очередь именно эпидемиологический прогноз определяет адекватность и целенаправленность профилактических (противоэпидемических) мероприятий как практических элементов управления и контроля эпидемиологической ситуацией. Ареал распространения и сезонность ЛЗН определяется биотическими (наличие возбудителя, обилие носителей, переносчиков, контакт с восприимчивым населением и т. д.) и абиотическими (температура воздуха и воды, относительная влажность, осадки и т.д.) факторами. При этом наличие вируса, носителей и переносчиков является обязательным, но не достаточным условием эпидемических осложнений, а учет только биотических факторов не дает полного объяснения динамики эпидемического процесса при ЛЗН [3]. В качестве значимых предвестников эпидемического подъема рядом авторов рассматривают благоприятные природно-климатические условия, и прежде всего атмосферное тепло, которое способствует повышению численности и увеличению длительности сезона активности членистоногих переносчиков и ускоряет репликацию ВЗН в комарах [4]. Это положение в последние годы находит косвенное подтверждение в виде расширения ареала циркуляции ВЗН на северные регионы РФ на фоне отмечаемого потепления климата. Однако в настоящее время отсутствует эффективный алгоритм прогноза, использующий конкретные показатели, которые осложняют эпидемиологическую обстановку. С учетом изложенного цель данной работы сформулирована как разработка количественных критериев прогноза эпидемических подъемов ЛЗН в Волгоградской области. Задачи: 1) выявить значимые для прогнозирования характеристики эпидемического процесса при ЛЗН в Волгоградской области; 2) определить сезонные пороговые значения климатических условий, связанные с осложнением эпидемиологической обстановки. Материалы и методы Использовали персонифицированные сведения из первичных учетных форм (форма 058/у и форма № 060/у) за 14-летний период по зарегистрированным больным ЛЗН. Первичные данные по больным структурировали в таблицу и геокодировали (номер больного, возраст, пол, дата заболевания, географические координаты места проживания). Климатические данные с 1999 по 2012 г., включали 26 показателей (в том числе температуру воздуха в градусах Цельсия и относительную влажность в процентах), регистрируемых 8 раз в сутки метеостанцией № 34 560 (48°41’N 44°21’E), удаление которой от города Волгограда составляет 16,3 км. Значения температуры и влажности усредняли по дням, неделям или месяцам. При обработке данных и проведении пространственного анализа использовали географическую информационную систему (ГИС) ArcGIS 10.1 в составе ArcMap, ArcCatalog и модуля расширения ArcGIS Spatial Analyst. Аналитическую платформу Deductor 5.2 использовали для статистической обработки (расчет коэффициента корреляции Пирсона) и применения интеллектуальных методов анализа и моделирования (бинарная логистическая регрессия, деревья решений). Результаты При анализе внутригодовой динамики эпидемических проявлений ЛЗН, накопленных с 1999 по 2012 г. в разрезе недель, выявили наличие двух сезонных пиков: на 33-й неделе и несколько более выраженный на 35-й неделе. Наличие первого, менее интенсивного подъема уровня заболеваемости на 33-й неделе нашло объяснение при анализе годовых составляющих накопленных значений. Данный подъем преимущественно проявляется за счет вклада 1999 г., сезонность которого имеет выраженную специфику, не соответствующую многолетней. В 1999 г. сезонность демонстрирует три подъема, последний из которых пришелся на 40-ю неделю (зарегистрировали 40 больных) после чего заболеваемость резко прекращается. Можно предположить, что во время первой масштабной вспышки ЛЗН (в 1999 г.) даты заболевания у части больных могли быть определены недостаточно точно, или на начальных этапах формирования очага в условиях отсутствия иммунной прослойки и настороженности медицинских работников регистрируемая сезонность характеризовалась описанной нестабильностью. В остальные годы выраженная сезонность проявлений ЛЗН сохраняла стабильный характер с преобладанием заболеваний в августе (61,9%) и началом эпидемического сезона с 25-27-й недели (середина-конец июня), что указывает на ограниченный во времени период благоприятных условий для вовлечения людей в эпидемический процесс. Это может свидетельствовать в пользу того, что основной механизм действия факторов на эпидемический процесс связан с экологией носителей и переносчиков, а также с условиями циркуляции вируса. Длительность эпидемического сезона в годы с регистрируемой заболеваемостью варьировала от 9 до 115 дней, при этом более продолжительный срок, как правило, соответствовал большему числу больных (коэффициент корреляции 0,64). Всего с 1999 по 2012 г. в регионе зарегистрировали 1205 больных ЛЗН. Привлекает внимание характер многолетней динамики, демонстрирующий нерегулярное чередование значительных подъемов на фоне спорадической заболеваемости, что делает оценку тенденции с целью прогнозирования неэффективной (рис. 1). В част- 550 п 500- 1999 450- 400- 350- 300- 250- 200- 2011 150- 2007 111 100- Пт 50- 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 г. ■ РФ □ Волгоградская область Рис. 1. Сравнительная динамика выявления больных ЛЗН в РФ и Волгоградской области за период с 1997 по 2012 г. Отдельно отмечены пять лет с максимальными эпидемическими проявлениями. По оси ординат - число больных ЛЗН. 25 23 21 19 ности, в 1999, 2010 и 2012 г. наблюдали резкое повышение числа больных - 200 и более. В 2007 и 2011 г. регистрировали немногим более 60 больных, а в остальные годы их число не превышало 40. В 2003 и 2004 г. заболеваемость ЛЗН в Волгоградской области не отмечали. При этом на три года повышенной эпидемической активности приходится более 80% всей регистрируемой заболеваемости в Волгоградской области за все 14 лет наблюдения. Условия, способствующие резким эпидемическим подъемам, имеют комплексный характер и включают как меняющиеся свойства возбудителя, так и действие широкого спектра социальных и природных факторов, оказывающих влияние на все звенья эпидемического процесса. При оценке таких социально-демографических показателей, как средний возраст и соотношение мужчин и женщин среди больных, зарегистрированных в эпидемические и спорадические годы, отличий не выявили. Пространственная структура эпидемических проявлений, а также доля городских жителей при аналогичном сравнении также не обнаружила существенных отличий. Данные результаты свидетельствуют в пользу преобладания природных (биотических и абиотических) факторов, оказывающих влияние на экологию носителей и переносчиков. При этом современная система учета численности и зараженности носителей и переносчиков ЛЗН не способствует накоплению репрезентативных и непрерывных временных рядов, пригодных для количественного анализа. В связи с этим мы детально рассмотрели данные, касающиеся абиотических факторов риска. Ранее уже отмечалось, что более теплые годы сопровождаются подъемами уровня заболеваемости ЛЗН [1, 4]. При сравнительном анализе средних температур воздуха для лет без выраженных эпидемических проявлений и трех лет с максимальными эпидемическими подъемами выявили, что в июне разница составляет 3,90 С в пользу эпидемических лет. Аналогичный показатель для 25-й недели года (накануне эпидемического сезона) составил 5,20 С. Июньский показатель относительной влажности воздуха в годы эпидемических осложнений оказался ниже, чем в остальные годы наблюдения, на 1201 о | 16,7%, а для 25-й недели разница составила 24,2%. Низкая относительная влажность 12012| может иметь второстепенное (индикаторное) значение по отношению к температуре, поскольку между этими двумя показателями имеется высокая корреляционная связь (- 0,74) и отсутствует выраженное предшествование во времени. При этом степень связи этого показателя с эпидемическими проявлениями оказалась достаточно высокой, что делает указанную характеристику пригодной в качестве индикаторной. Для Волгоградской области наиболее сильно выражена связь эпидемических подъемов с температурой (0,64) и относительной влажностью воздуха 25-й недели года (-0,84), а также накопленной суммой активных температур (220 С и выше) июня (0,68). При этом длительность эпидемического сезона статистически связана с суммой активных (220 С и выше) температур июля (0,85). При группировке значений температуры воздуха за годы с подъемами уровня заболеваемости более 200 больных (1999, 2010 и 2012 г.), а также при регистрации от 50 до 200 больных (2007 и 2011 г.) в сравнении аналогичным показателем для лет с регистрацией менее 50 больных (остальные годы наблюдения) и отдельно лет без заболеваемости (2003, 2004г.), мы установили, что с учетом стандартного отклонения имеются выраженные отличия (рис. 2.). Как следует из рис. 2, среднемноголетний уровень температуры воздуха 25-й недели в Волгоградской области не только разделяет наблюдаемые годы на эпидемические и спорадические, но и позволяет ранжировать их по степени эпидемических проявлений. В связи с этим, отталкиваясь от среднемноголетней нормы, мы составили графики накопления суточных температурных аномалий для отдельных лет наблюдения (рис. 3). Рис. 2. Сравнение средней температуры воздуха (в градусах Цельсия) 25-й недели в годы с разным уровнем эпидемических проявлений ЛЗН в Волгоградской области. 1 - нет больных; 2 - до 50; 3 - от 50 до 200; 4 - более 200. Планками погрешностей показаны стандартные отклонения. Среднемноголетний уровень г 22,9 25,8 20,3 18,4 29 27 15 17 1 Рис. 3. Сравнение отдельных лет по динамике накопления аномалий температуры воздуха в Волгоградской области по дням. Отдельно отмечены наиболее теплые годы с указанием количества (в %) больных ЛЗН, которое на них приходится. Из представленного рис. 3 следует, что четыре года наблюдения (2010, 2012, 2011 и 2007 г.) отличаются от остальных тем, что кривые накопления атмосферного тепла демонстрируют выраженный рост, который к 250-м суткам (сезонный пик заболеваемости) составляет от 200 до 400 градусов. Характерно, что именно на эти годы приходится 90% больных ЛЗН в регионе (без учета 1999 г.). При аналогичном исследовании для Ростовской и Астраханской областей как территорий с наибольшим числом больных ЛЗН после Волгоградской области выявили аналогичную, но менее выраженную зависимость. В Ростовской области на четыре года с максимумом накопленных аномалий приходится 74% больных ЛЗН, а значение накопленной температуры для этих лет колеблется от 120 до 320 градусов. Для Астраханской области для четырех лет с максимумом накопленного тепла доля больных составила 56%, а результирующее значение превысило 150 градусов только для 2012 г. С учетом этого использование логистической регрессии (AUC = 0,91) и метода построения деревьев решений позволило получить следующее упрощенное правило: значения средней температуры и средней относительной влажности 25-й недели года выше 220С и ниже 50% соответственно сопровождали резкими эпидемическими подъемами уровня заболеваемости ЛЗН, что позволяет использовать указанные климатические характеристики в качестве вспомогательной основы для уточняющего прогноза на предстоящий эпидемический сезон. Обсуждение Полученные сведения сопоставлены с результатами исследования, показавшего, что необходимое количество ВЗН для передачи через укус накапливается в слюнных железах комара при температуре 140С через 58 сут, при 180С через 22 сут, при 23,50С через 15 сут, при 300С через 11 сут [4]. В таком случае влияние тепла должно сказываться не только на уровне заболеваемости, но и на сроках появления первых больных. Действительно все годы с превышением температурных норм для 25-й недели сопровождались более ранним началом эпидемического сезона (в среднем на 33 дня). Отметим, однако, что рекордно высокая температура 25-й недели в 2012 г. (290С) сочеталась с более ранним началом эпидемического сезона (и эпидемическим подъемом), но не столь выраженным, как в 2011 и 2009 гг., что может отражать нелинейность рассматриваемой связи. С учетом изложенного выше, можно предположить, что комплексное воздействие температуры в разные периоды и на различных диапазонах частично уравновешивается и в целом демонстрирует ассиметрич- ное колоколобразное распределение, описываемое правилом толерантности Шелфорда (Shelford, 1913). Применительно к эпизоотической составляющей данное правило определяет характер влияния таким образом, что итоговая зависимость действует в пределах оптимума, выход из которого ниже или выше границ может негативно сказываться как на самих членистоногих переносчиках, так и на других элементах паразитарной системы. При этом сроки наступления эпидемического сезона и его выраженность подвержены не прямому, а опосредованному влиянию, вероятно, за счет влияния на темпы накопления вируса в слюнных железах комаров. Следует подчеркнуть, что интегральное действие фактического температурного режима включает существенные перепады значений (см. рис. 3). Это приводит к необходимости учета не столько средней температуры в определенный (длительный) период, сколько полученной суммы тепла. Поэтому в качестве перспективного направления для полноценного использования данных о скорости накопления ВЗН в переносчиках может представлять интерес показатель средней кинетической температуры (mean kinetic temperature). Среднюю кинетическую температуру в настоящее время используют в системе оценки рисков и фармацевтической индустрии - это расчетная температура, которая (при условии поддержания ее в течение определенного срока) обеспечит такое же тепловое влияние, как воздействие в диапазоне более высоких или более низких температур в течение эквивалентного заданного интервала. Используя этот показатель, можно определить, что воздействие на переносчиков температуры 20°С в течение 2 ч, затем охлаждение до 2°С в течение 4 ч и последующее пребывание при температуре 25°С в течение 1 ч эквивалентны воздействию постоянной температуры 15,7°С в течение 7 ч непрерывно. Данный подход может обеспечить учет фактически наблюдаемой температурной динамики с точки зрения сроков развития переносчиков и процесса накопления ВЗН в слюнных железах комара. Заключение Вывод о важности такой переменной, как температура воздуха, при надзоре за предвестниками эпидемических осложнений при ЛЗН зависит как от еe значения для переносчиков, так и от общего эпидемиологического контекста. Механизм воздействия климатических факторов имеет комплексный характер и затрагивает все звенья эпидемического процесса, вместе с тем определенное значение, по-видимому, принадлежит накоплению ВЗН в членистоногих переносчиках, которое связано с температурой окружающей среды. Данная особенность не позволяет рассчитывать на высокую точность количественных прогнозов, основанных на учете только климатических данных, однако указывает на возможность качественного прогноза о наличии или отсутствии условий для вспышечной заболеваемости. Выводы Установлена статистическая связь между температурой воздуха в определенный период времени и величиной эпидемических подъемов ЛЗН в Волгоградской области. Аналогичная связь прослеживается и для других регионов (Астраханская и Ростовская области) с высокой заболеваемостью ЛЗН, причем, чем севернее расположен регион, тем более выражена зависимость от атмосферного тепла. Механизм влияния температуры воздуха затрагивает экологию переносчиков и, возможно, определяется скоростью накопления ВЗН в комарах. Учет климатических характеристик, наблюдаемых накануне эпидемического сезона ЛЗН в Волгоградской области, по предложенным количественным критериям позволяет оценивать благоприятные условия для вовлечения большого числа людей в эпидемический процесс. Полученный таким образом эпидемиологический прогноз имеет краткосрочный характер и может быть использован для уточнения объема санитарно-профилактических (противоэпидемических) мероприятий. Одним из перспективных направлений совершенствования количественной оценки влияния температуры на паразитарную систему можно считать использование показателя средней кинетической температуры (mean kinetic temperature). В условиях угрожающего роста пораженных территорий проблема эпидемиологического прогнозирования по ЛЗН требует дальнейшего изучения не только в разрезе климатических условий, но и с учетом большого количества эпизоотологических факторов, а также характеристик циркулирующих штаммов и оценки иммунной прослойки населения, что позволит повысить эффективность борьбы с этой инфекционной болезнью за счет более полного понимания механизма реализации эпидемиологического риска.

Список литературы

Дополнительные файлы