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