Путь передачи холера: симптомы и лечение, признаки и диагностика заболевания

Содержание

ОСТОРОЖНО: ХОЛЕРА! (памятка для населения)

Холера — острая кишечная инфекция, вызываемая при попадании в органы пищеварения бактерии — холерного вибриона.

Источник болезни и механизм передачи. Источником инфекции является человек, больной типичной формой, а также бессимптомной формой, реконвалесцент (выздоравливающий человек) и здоровый носитель.

Заражение происходит главным образом при питье необеззараженной воды, заглатывании воды при купании в загрязненных водоемах, во время умывания. Заражение может происходить при употреблении пищи, инфицированной во время кулинарной обработки, её хранения, мытья или раздачи, особенно продуктами, не подвергающимися термической обработке (моллюски, креветки, вяленая и слабосоленая рыба). Возможен контактно-бытовой (через загрязненные руки) путь передачи. Фекально-оральным путем холерный вибрион попадает в кишечник и вызывает воспаление, что и обуславливает основные клинические симптомы.

Основные симптомы. Инкубационный период длится от нескольких часов до 5 суток, чаще 1-2 дня. Тяжесть заболевания варьирует от бессимптомной формы до тяжёлых состояний с резким обезвоживанием и смертью в течение 1-2 суток. Для типичной клинической картины холеры характерно: острое начало, диарея: обильный стул от 3 до 30 в сутки; характерный стул: кашицеобразные или жидкие каловые массы, сначала бело-серого цвета, затем бесцветные, без запаха и примеси крови, с плавающими хлопьями. Всё это напоминает «рисовый отвар». Боли в животе обычно не бывает. Также характерной является рвота: внезапная, частая, фонтаном, сначала съеденной пищей, затем жидкая типа «рисового отвара». Повышение температуры: обычно отсутствует, в тяжёлых случаях температура она понижена до 35-35,5°С. (особенность — только у детей может быть повышение температуры тела). Далее развивается обезвоживание: жажда, сухость слизистых и кожи, заострившиеся черты лица, западающие глаза, слабость, заторможенность, нарушение сознания, кома. Количество мочи уменьшается, вплоть до ее исчезновения. Появляются судороги жевательных и икроножных мышц, одышка. Наиболее частым осложнением при холере в настоящее время является пневмония.

Лечение. При подозрении на холеру больного обязательно госпитализируют. Назначаются лекарственные препараты, направленные на поддержание водно-солевого баланса организма, антибиотики и др., которые назначаются только врачом.

Если у вас диарея, особенно тяжелая, и вы находитесь в районе, где зарегистрирована холера, немедленно обратитесь за медицинской помощью к врачу или другому медицинскому специалисту. В ожидании медицинской помощи пейте воду и другие несладкие жидкости.

Профилактика. Обязательное соблюдение санитарно-гигиенических мер:
употребляйте гарантированно безопасную воду и напитки (кипяченая вода, дезинфицированная вода, напитки и вода в фабричной упаковке)
тщательно мойте фрукты и овощи безопасной водой
употребляйте в пищу горячие продукты, прошедшие тщательную тепловую обработку. Приготовленные пищевые продукты, оставленные в течение нескольких часов при комнатной температуре, без дополнительного разогревания могут стать источником инфекции. 

избегайте питания с лотков, в не сертифицированных государством кафе и ресторанах 
при купании в водоемах и бассейнах не допускайте попадания воды в рот не употребляйте в пищу лед, если не уверены в качестве воды, из которой он приготовлен не ешьте мороженое сомнительного происхождения  пейте пастеризованное молоко только после кипячения 
не употребляйте в пищу сорта экзотических видов рыб и других даров моря, особенно без термической обработки 
соблюдайте элементарные правила личной гигиены (мытье руки после посещения туалета, перед едой и курением) 

Еще раз напоминаем: при первых признаках заболевания – обращайтесь за медицинской помощью. Берегите свое здоровье!

 

Опубликовано: 01 июля 2016

Осторожно холера!

Участились  случаи холеры в мире, так   с 01.2019г — 01.02.2019 г.


всего в мире число больных холерой 333 ,число стран 10.
Число больных с подозрением на холеру- 119,число стран 9.
В связи с увеличением поездок населения  в страны   Азии, Африки, Страны  Карибского бассейна, напоминаем :

Холера — острая кишечная инфекция, вызываемая при попадании в органы пищеварения бактерии — холерного вибриона.

Источник болезни и механизм передачи.Источником инфекции является человек, больной типичной формой, а также бессимптомной формой, реконвалесцент (выздоравливающий человек) и здоровый носитель.

Заражение происходит главным образом при питье необеззараженной воды, заглатывании воды при купании в загрязненных водоемах, во время умывания. Заражение может происходить при употреблении пищи, инфицированной во время кулинарной обработки, её хранения, мытья или раздачи, особенно продуктами, не подвергающимися термической обработке (моллюски, креветки, вяленая и слабосоленая рыба). Возможен контактно-бытовой (через загрязненные руки) путь передачи. Фекально-оральным путем холерный вибрион попадает в кишечник и вызывает воспаление, что и обуславливает основные клинические симптомы.

Основные симптомы. Инкубационный период длится от нескольких часов до 5 суток, чаще 1-2 дня. Тяжесть заболевания варьирует от бессимптомной формы до тяжёлых состояний с резким обезвоживанием и смертью в течение 1-2 суток. Для типичной клинической картины холеры характерно: острое начало, диарея: обильный стул от 3 до 30 в сутки; характерный стул: кашицеобразные или жидкие каловые массы, сначала бело-серого цвета, затем бесцветные, без запаха и примеси крови, с плавающими хлопьями. Всё это напоминает «рисовый отвар». Боли в животе обычно не бывает. Также характерной является рвота: внезапная, частая, фонтаном, сначала съеденной пищей, затем жидкая типа «рисового отвара». Повышение температуры: обычно отсутствует, в тяжёлых случаях температура она понижена до 35-35,5°С. (особенность — только у детей может быть повышение температуры тела). Далее развивается обезвоживание: жажда, сухость слизистых и кожи, заострившиеся черты лица, западающие глаза, слабость, заторможенность, нарушение сознания, кома. Количество мочи уменьшается, вплоть до ее исчезновения. Появляются судороги жевательных и икроножных мышц, одышка. Наиболее частым осложнением при холере в настоящее время является пневмония.

Лечение. При подозрении на холеру больного обязательно госпитализируют. Назначаются лекарственные препараты, направленные на поддержание водно-солевого баланса организма, антибиотики и др., которые назначаются только врачом. При наличии у больного признаков обезвоживания регидратацию можно провести быстро и просто, давая пациентам пить в больших количествах растворы (например, оралит, регидрон). В течение часа больной должен выпивать 1-1,5 л жидкости. Пакеты солей для пероральной регидратации имеются во многих городских аптеках. ВОЗ рекомендует людям, совершающим поездки, иметь соли для пероральной регидратации в своих аптечках.

Если у вас диарея, особенно тяжелая, и вы находитесь в районе, где зарегистрирована холера, немедленно обратитесь за медицинской помощью к врачу или другому медицинскому специалисту. В ожидании медицинской помощи пейте воду и другие несладкие жидкости.

Профилактика. Обязательное соблюдение санитарно-гигиенических мер:

  • употребляйте гарантированно безопасную воду и напитки (кипяченая вода, дезинфицированная вода, напитки и вода в фабричной упаковке)
  • тщательно мойте фрукты и овощи безопасной водой
  • употребляйте в пищу горячие продукты, прошедшие тщательную тепловую обработку. Приготовленные пищевые продукты, оставленные в течение нескольких часов при комнатной температуре, без дополнительного разогревания могут стать источником инфекции.
  • избегайте питания с лотков, в не сертифицированных государством кафе и ресторанах
  • при купании в водоемах и бассейнах не допускайте попадания воды в рот
  • не употребляйте в пищу лед, если не уверены в качестве воды, из которой он приготовлен
  • не ешьте мороженое сомнительного происхождения
  • пейте пастеризованное молоко только после кипячения
  • не употребляйте в пищу сорта экзотических видов рыб и других даров моря, особенно без термической обработки
  • соблюдайте элементарные правила личной гигиены (мытье руки после посещения туалета, перед едой и курением)
  • Еще раз напоминаем: при первых признаках заболевания – обращайтесь за медицинской помощью. Берегите свое здоровье!

Профилактика кишечных инфекций — Профилактика заболеваний и ЗОЖ — Бюджетное учреждение Ханты-Мансийского автономного округа — Югры

Профилактика кишечных инфекций

Наибольший подъем заболеваемости кишечными инфекциями наблюдается в летне-осенний период, что связано с массовыми выездами на дачи, употреблением овощей и фруктов, расширением уличной торговли скоропортящимися продуктами, купанием в открытых водоемах. Возбудители острых кишечных инфекций могут находиться на поверхностях различных предметов, овощах, ягодах, фруктах.

К кишечным инфекциям относятся дизентерия, сальмонеллез, брюшной тиф, паратифы А и Б, холера, гастроэнтерит, пищевые токсикоинфекции, вирусный гепатит А, вирусные кишечные инфекции (аденовирус, ротавирус, норовирус, астро вирус и т. д.). Основными проявлениями заболевания кишечными инфекциями, на которые следует обращать внимание, являются слабость, вялость, плохой аппетит, диарея, рвота, боли в животе, повышение температуры и появление озноба. При острых кишечных инфекциях вирусной этиологии наряду с поражениями кишечника отмечаются изменения со стороны верхних дыхательных путей: неба, дужек, язычка — при ротавирусной инфекции; трахеобронхит — при аденовирусной инфекции.

Для всех этих заболеваний характерным является проникновение возбудителей через рот и размножение их в кишечнике человека, откуда они с выделениями вновь попадают во внешнюю среду: почву, воду, на различные предметы и продукты питания.

Возбудители кишечных инфекций обладают высокой устойчивостью во внешней среде, сохраняя свои болезнетворные свойства в течение от нескольких дней до нескольких недель и даже месяцев. Еще более устойчивы во внешней среде патогенная кишечная палочка, возбудители брюшного тифа, вирусного гепатита, вирусы.  В передаче возбудителей могут участвовать несколько основных факторов: вода, пищевые продукты, почва, предметы обихода, живые переносчики (например, насекомые) и т.д. В пищевых продуктах возбудители кишечных инфекций не только сохраняются, но и активно размножаются, не меняя при этом внешнего вида и вкуса продукта. Но при действии высокой температуры, например — при кипячении, возбудители кишечных инфекций погибают.

Источником заражения кишечными инфекциями является человек – больной или бактерионоситель (практически здоровый человек, в организме которого находятся возбудители кишечных инфекций).

Восприимчивость людей к кишечным инфекциям довольно высокая. Особенно подвержены им дети. В условиях несоблюдения мер общественной и личной гигиены кишечные инфекции проявляют высокую контагиозность, могут быстро распространяться среди окружающих больного (бактерионосителя) лиц и вызывать массовые заболевания людей.

Опасность заражения кишечными инфекциями представляют продукты (блюда из них), употребляемые в холодном виде, без тепловой обработки, т.к. микробы в ней не только хорошо сохраняются, но и размножаются.

В этом плане большую опасность представляют собой кремово- кондитерские изделия, салаты, винегреты, молоко, масло, другие пищевые продукты (особенно те, которые не подлежат термической обработке).

Одним из факторов заражения и распространения кишечных инфекций является вода. Опасность заражения кишечными инфекциями представляет употребление для питья, мытья посуды, рук, овощей и фруктов воды открытых водоемов, талой воды. Заражение может произойти при купании в открытых водоемах. К заражению кишечными инфекциями может привести употребление воды из колодца, если колодец неправильно построен или неправильно используется. Через воду могут распространяться холера, брюшной тиф, дизентерия, сальмонеллезы, вирусный гепатит “А” (или болезнь Боткина) и др.

Предметы домашнего обихода тоже могут содержать возбудителей различных заболеваний, особенно если в семье есть больной (или носитель) какого- либо заболевания. Это посуда, через которую могут передаваться кишечные инфекции, игрушки для детей, полотенца.

Профилактика кишечных инфекций включает простые правила гигиены:

  1. обязательное тщательное мытье рук с мылом перед приготовлением, приемом пищи и после посещения туалета;
  2. воду для питья употреблять кипяченную, бутилированную или из питьевого фонтанчика с системой доочистки водопроводной воды;
  3. овощи и фрукты, в том числе цитрусовые и бананы употреблять только после мытья их чистой водой и ошпаривания кипятком;
  4. разливное молоко употреблять после кипячения;
  5. творог, приготовленный из сырого молока или развесной, лучше употреблять только в виде блюд с термической обработкой;
  6. все пищевые продукты следует хранить в чистой закрывающейся посуде;
  7. скоропортящиеся продукты сохранять в холодильниках в пределах допустимых сроков хранения;
  8. обязательны соблюдение чистоты в жилище, частое проветривание, ежедневное проведение влажной уборки;
  9. купаться в открытых водоемах в летний период года можно только в специально отведенных местах;
  10. на вокзалах, в аэропортах, местах массового отдыха при питье бутилированной, газированной воды использовать только одноразовые стаканчики.

Несвоевременное обращение за медицинской помощью может отрицательно сказаться на здоровье и привести к заражению окружающих.

Все мы обязаны заботиться о своем здоровье. При обнаружении у себя того, или иного инфекционного заболевания необходимо срочно обратиться к врачу. Не занимайтесь самолечением! Многие заболевания, например — дизентерия и сальмонеллез, в результате самолечения могут приобрести хронический характер.

По данным сайта www.rospotrebnadzor.ru

хозяин, патоген и бактериофаг динамика

Abstract

Зимбабве представляет собой самый последний пример трагедии, которая постигает страну и ее жителей, когда поражает холера. Вспышка 2008–2009 годов быстро распространилась по каждой провинции и привела к уровню смертности, аналогичному тем, которые наблюдались в результате инфекций холеры сто лет назад. В этом обзоре мы выделяем достижения, которые помогут понять, как взаимодействия между хозяином, бактериальным патогеном и литическим бактериофагом могут способствовать возникновению и подавлению вспышек холеры в эндемичных условиях и в развивающихся эпидемических регионах, таких как Зимбабве.

Диарейные болезни, включая холеру, являются ведущей причиной заболеваемости и второй по частоте причиной смерти среди детей в возрасте до 5 лет во всем мире 1,2 . Трудно определить точную заболеваемость и смертность от холеры, поскольку системы эпиднадзора во многих развивающихся странах находятся в зачаточном состоянии, а многие страны не решаются сообщать о случаях холеры в ВОЗ из-за потенциального негативного экономического воздействия этой болезни на торговлю и туризм. Сегодня реальное бремя холеры оценивается в несколько миллионов случаев в год, преимущественно в Азии и Африке 3 .При оптимальной доставке пероральная регидратационная терапия может снизить уровень летальности с> 20%, наблюдавшихся ранее ( 4–6 ), до <1% 7 . Еще предстоит проделать большую работу, поскольку 27 стран сообщили о показателях летальности, превышающих пороговое значение в 1% в 2007 году (REF. 8).

Возбудитель холеры, грамотрицательная бактерия Vibrio cholerae, является факультативным патогеном, жизненный цикл которого имеет как человеческую, так и экологическую стадию 9,10 . V. cholerae дифференцируется серологически на основе антигена O его липополисахарида (ЛПС) (). Штаммы, продуцирующие токсин холеры ( токсигенный ) серогрупп О1 и О139 , вызывают подавляющее большинство заболеваний. Серогруппа O1 подразделяется на два фенотипически различных биотипа , , Эль-Тор и классический, второй из которых связан с более ранними пандемиями. Оба биотипа могут быть далее подразделены на два серотипа, Инаба и Огава 7 . За последние 20 лет Эль Тор заменил классический биотип 11 ; однако наследие классического биотипа сохраняется, поскольку появились штаммы Эль-Тор, содержащие токсин классической холеры 12–14 .Серогруппа O139 впервые появилась в 1992 г. в результате мультигенной замены в кодирующей O антиген-кодирующей области штамма-предшественника O1 El Tor 15 . Хотя серогруппа O139 вызвала разрушительные вспышки в 1990-х годах, штамм Эль Тор остается доминирующим штаммом во всем мире 11,16,17 .

Филогенетическое родство штаммов Vibrio cholerae

На основании антигенности компонента О-антигена липополисахарида внешней мембраны в водной среде существует более 200 серогрупп (O1 – O200) Vibrio cholerae .Только подмножество штаммов серогрупп O1 и O139 являются токсигенными (Tox + ) и, следовательно, способны вызывать холеру при приеме внутрь; такие штаммы отбираются у хозяина. Другие штаммы нетоксигены (Tox ) и отбираются против них. Различные типы О-антигена обозначены цветом внешней мембраны и покрытого оболочкой жгутика (периплазматическое пространство и внутренняя мембрана не показаны). Капсулы присутствуют в подмножестве штаммов. Генотипы разных штаммов обозначены цветом цитоплазмы; обратите внимание, что Tox + O1 и O139 имеют по существу один и тот же генотип, за исключением генов O-антигена.

Патофизиология холеры описана в обширной литературе. Вкратце, патогенные штаммы несут в себе ключевые факторы вирулентности, которые включают холерный токсин 18 и корегулируемый токсином пилус (TCP) 19,20 , самосвязывающийся пилус, который связывает бактериальные клетки вместе 21 , возможно, чтобы противостоять силам сдвига. в тонком кишечнике хозяина. Токсин холеры представляет собой секретируемый токсин субъединицы AB 5 . Пентамер субъединицы B связывает моносиалотетрагексозилганглиозиды на абсорбирующих эпителиальных клетках, вызывая эндоцитоз ферментативной субъединицы A, после чего он рибозилирует АДФ субъединицу G-белка, который контролирует активность аденилилциклазы.Хотя вирулентность является многофакторной, холерный токсин является ключевым фактором, ответственным за обильную секреторную диарею, которая возникает у инфицированных людей. Трансмиссивные элементы, такие как лизогенный бактериофаг , несущий гены токсина холеры 22 и элемент SXT, несущий гены устойчивости к антибиотикам 23 , будут продолжать определять эволюцию V. cholerae .

Биологические факторы и факторы окружающей среды, которые способствуют динамике вспышек холеры, продолжают оставаться предметом интенсивных исследований.Было опубликовано несколько обзорных статей, посвященных важности экологических факторов в распространении вспышек холеры. 24–26 . В этом обзоре мы сосредоточимся скорее на трех биологических факторах, которые, как считается, играют важную роль в возникновении и формировании вспышек холеры: восприимчивость хозяина, вирулентность V. cholerae и литические бактериофаги. Ниже мы обсудим эту троицу факторов, связанных с динамическим характером вспышек холеры.

Человек-хозяин

Клинический спектр

В.cholerae инфекция

Инфекция V. cholerae вызывает клинический спектр, который варьируется от бессимптомной колонизации до холеры гравис, наиболее тяжелой формы болезни (). После проглатывания зараженной пищи или воды хозяином, V. cholerae колонизирует тонкий кишечник в течение 12–72 часов до появления симптомов. Холера часто начинается с желудочных спазмов и рвоты, за которыми следует диарея, которая может прогрессировать до потери жидкости до 1 литра в час 27 .Эти потери приводят к серьезному истощению объема жидкости и метаболическому ацидозу, что может привести к сосудистому коллапсу и смерти 7 . Стул с рисовой водой обычно содержит от 10 10 до 10 12 вибрионов на литр. Пациенты с симптомами могут выделять вибрионы до начала болезни 28,29 и будут продолжать выделять организмы в течение 1-2 недель 30,31 . Бессимптомные пациенты обычно выделяют вибрионы со стулом только в течение 1 дня, примерно 10 3 вибрионов на грамм стула 32 .Следовательно, распределение пациентов с симптомами влияет на количество V. cholerae , которые выделяются для последующей передачи.

Таблица 1

Клинический спектр инфекции Vibrio cholerae

9 902 случаев с симптомами варьируется в зависимости от возраста и эндемичности заболевания.В эндемичных условиях, таких как дельта реки Ганг, дети с большей вероятностью будут госпитализированы с тяжелым заболеванием 33 . За последние 20 лет преобладание тяжелых случаев переместилось в сторону детей младшего возраста, с пиком тяжелых случаев в возрасте 2 лет 34 . Напротив, при эпидемических моделях передачи, например, когда V. cholerae вводят иммунологически неинфицированному населению, все возрастные группы кажутся одинаково восприимчивыми к симптоматической инфекции 16,35–37 .

Бессимптомные случаи также могут способствовать распространению микроорганизма, хотя и на гораздо более низком уровне, чем пациенты с симптомами, и могут отражать важный компонент приобретенного иммунитета, который наблюдается в некоторых сообществах. Однако бессимптомные случаи часто трудно задокументировать. Четырехкратное повышение титра вибриоцидного антитела в сыворотке крови является полезной мерой для выявления бессимптомных лиц, которые могут быть инфицированы, но от которых невозможно изолировать организм.Используя положительный результат посева из ректального мазка или ответ на вибриоцидные антитела для определения инфекции, недавно было обнаружено, что у бангладешских детей в возрасте до 5 лет вероятность появления симптомов в 2–3 раза выше, чем у детей старше 5 лет 35 . Частота симптомов во всех возрастных группах в этом исследовании составила 57% 35 . Это соответствует показателям симптоматических инфекций, которые были обнаружены в связи с классическими штаммами в более ранней литературе 32,38–40 , но намного выше показателей, зарегистрированных для инфекций Эль-Тор в 1970-е годы 40 .Таким образом, бессимптомные случаи могут составлять примерно половину всех случаев. Будущие исследования иммунологии бессимптомных пациентов помогут оценить их вклад в защитный иммунитет на популяционном уровне.

Восприимчивость к холере

Генетические факторы и факторы питания хозяина влияют на восприимчивость к холере. Антигены группы гистокрови ABH представляют собой набор клеточных и секретируемых гликолипидов и гликопротеинов, которые являются ключевыми детерминантами восприимчивости хозяина к ряду желудочно-кишечных патогенов; они, по-видимому, влияют на специфичность рецептора клетки-хозяина в отношении связывания патогенов и токсинов.Фенотип O соответствует немодифицированному антигену H и связан со сниженным риском заражения V. cholerae . Однако, как только хозяин инфицирован, фенотип О ассоциируется с повышенным риском серьезных симптомов; механизм этого остается неизвестным. Распространенность фенотипа О варьируется среди человеческих популяций; его низкая распространенность в дельте реки Ганг предполагает, что существует отбор против этого фенотипа в эндемичной по холере зоне 35,41,42 .В популяциях с высокой распространенностью группы крови O, например в странах Латинской Америки, болезнь протекает тяжелее, и потребности в регидратации и госпитализации инфицированных людей существенно выше 43,44 .

Хотя антиген группы крови H является единственным давно признанным генетическим фактором, связанным с восприимчивостью к холере, другие генетические полиморфизмы, вероятно, были выбраны за или против, учитывая исторически высокие уровни смертности от холеры.Например, недавнее исследование связывало тяжелую холеру с вариантом LPLUNC1 (белок 1, связанный с карциномой длинного неба, легких и носового эпителия) 45 , консервативного белка врожденного иммунитета. Экспрессия LPLUNC1 активируется в эпителии тонкой кишки во время острой холеры и может влиять на течение инфекции V. cholerae 46 .

Недоедание, измеряемое по задержке линейного роста, не является фактором риска заражения V. cholerae 35 .Однако дефицит ретинола (витамина А), питательного микроэлемента, который способствует иммунитету слизистых оболочек, является фактором риска, связанным как с инфекцией V. cholerae , так и с развитием симптоматического заболевания 35 . Цинк, еще один питательный микроэлемент, который способствует иммунитету слизистых оболочек, может истощаться во время диарейных заболеваний 47 . Оральный цинк устраняет этот дефицит у детей, что приводит к значительному сокращению объема стула и времени до прекращения диареи 44 .

Защитный иммунитет

Несколько исследований демонстрируют, что клинически очевидная инфекция V. cholerae индуцирует защитный иммунитет против последующей инфекции (ВСТАВКА 1). Заражение североамериканских добровольцев классическим биотипом и биотипом Эль-Тор обеспечивало 100% и 90% защиту соответственно от последующего заражения 31,48 . Аналогичным образом, в эндемических условиях было обнаружено, что более 90% пациентов с тяжелым заболеванием, вызванным инфекцией классическим биотипом, были защищены от инфекции в будущем, на основании наблюдаемой и ожидаемой частоты госпитализаций в связи со вторым эпизодом холеры в это население 33 ; аналогичные результаты были получены в отдельном исследовании 49 .Механизм этого защитного иммунитета против инфекции и болезни V. cholerae неизвестен.

Ящик 1 | Иммунный ответ человека на

Vibrio cholerae

Врожденный ответ

Считается, что холера является прототипом невоспалительной инфекции. Часто отсутствуют грубые изменения слизистой оболочки кишечника или архитектурной целостности тонкой кишки. Однако наблюдается повышенная регуляция провоспалительных цитокинов (включая интерлейкин-1β и фактор некроза опухоли), экспрессии различных бактерицидных белков и миграции нейтрофилов в собственную пластинку во время острой холеры.Естественная изменчивость врожденного иммунного ответа может влиять на восприимчивость, что подтверждается открытием, что полиморфизм в промоторной области гена LPLUNC1 (белок 1, связанный с карциномой длинного неба, легкого и носового эпителия) связан с повышенным риском холеры.

Адаптивный ответ

Неизвестно, как адаптивный иммунный ответ на холеру обеспечивает защиту от последующего заболевания. Поскольку Vibrio cholerae неинвазивен, было высказано предположение, что секреторный иммуноглобулин А кишечника (sIgA) защищает от колонизации слизистой оболочки.Примерно через 8 дней после начала холеры наблюдается пик циркуляции антиген-специфических лимфоцитов V. cholerae , которые экспрессируют хемокиновые рецепторы кишечника (см. Рисунок) 112 . Эти лимфоциты вскоре становятся необнаруживаемыми в крови, поскольку они возвращаются на слизистую оболочку кишечника, где они приводят к увеличению секреции sIgA в кишечнике. Реакции сывороточных антител, такие как реакция вибриоцидных антител, также достигают максимума через 1-3 недели после заражения. Хотя высокие сывороточные титры вибриоцидных антител и IgA, специфичного к холерному токсину, коррелируют с защитой от инфекции, эти антитела снижаются до исходного уровня через год после заражения, задолго до того, как защитный иммунитет против холеры ослабевает.Точно так же у добровольцев, инфицированных V. cholerae , уровни sIgA слизистой оболочки снижаются до исходного уровня в течение нескольких месяцев. Однако, когда добровольцев, у которых больше нет выявляемых антител, повторно провоцируют антигенами V. cholerae , они демонстрируют стойкую способность вызывать анамнестический иммунный ответ, развивая пиковую кишечную секрецию антител так же быстро, как в течение трех дней. Следовательно, возможно, что скорость анамнестического ответа на повторное воздействие, а не заранее сформированные антитела, может опосредовать защиту от холеры.Это подтверждается недавними данными о том, что холера вызывает ответ В-клеток памяти, который можно обнаружить в течение по крайней мере 1 года после заражения холерой 113 .

Выявлено несколько коррелятов иммунитета. Лучше всего охарактеризованным серологическим маркером иммунитета является титр сывороточных вибриоцидных антител. Это антитело является комплемент-зависимым бактерицидным антителом, титр которого заметно увеличивается после заболевания, но снижается до исходного уровня через 6–9 месяцев 7 . В Бангладеш вибриоцидные антитела выявляются у большинства людей в возрасте 10–15 лет и связаны со снижением риска инфицирования.Поскольку V. cholerae является неинвазивным патогеном, эти сывороточные антитела могут не вносить непосредственный вклад в защиту на уровне слизистой оболочки кишечника, но они могут быть полезны для оценки степени защитного иммунитета на уровне популяции. Антитела иммуноглобулина A, специфичные к TCP, LPS или субъединице B холерного токсина, коррелируют с защитой от последующей инфекции и болезни 35 .

Полевые испытания вакцины обеспечивают контролируемую оценку устойчивости адаптивных иммунных ответов к V.Холера . В крупнейшем контролируемом испытании 62 285 участников в Бангладеш были рандомизированы для получения 3 пероральных доз (с интервалом 6 недель) комбинации убитых целых клеток (Эль Тор и классические) плюс субъединица В холерного токсина (вакцина B – WC), цельноклеточный компонент без B-субъединицы (вакцина WC) или убитый Escherichia coli K12 в качестве контроля. Через 3 года наблюдения две вакцины (B – WC и WC) имели 50% и 52% защитную эффективность, соответственно 50 . Для детей младше 5 лет эффективность составила 23–26%.Через 6 месяцев наблюдения вакцина B – WC дала 85% защиту 51 . Ведутся споры о том, демонстрируют ли эти данные эффективность, достаточную для широкомасштабного распространения. В настоящее время предпринимаются усилия по созданию новых вакцин для обеспечения более высоких и устойчивых ответов у реципиентов, а также для снижения производственных затрат с целью преодоления как иммунологических, так и производственных препятствий, которые ограничивают применимость существующих вакцин против холеры 52–55 .

Роль, которую коллективный иммунитет играет в замедлении передачи холеры, недавно стала оценена.При испытаниях эффективности вакцины отдельные пациенты рандомизируются, чтобы гарантировать, что защитная эффективность отражает только прямой эффект вакцины 56 . Это означает, что лицензирование вакцин не учитывает их преимущества на уровне населения. Обсуждаемое выше испытание вакцины B – WC имело уровень охвата от 4% до 65% в разных регионах 50,57 . Когда уровни заболеваемости холерой сравнивались с показателями охвата вакцинацией в конкретных регионах, было обнаружено, что заболеваемость среди реципиентов плацебо обратно коррелировала с уровнем охвата прививками 57 : там, где охват был высоким, даже среди тех, кто этого не сделал. Получившие вакцину, вероятность заразиться холерой по-прежнему на четверть ниже, чем у невакцинированных лиц в районах с низким уровнем охвата.Когда коллективный иммунитет включен в имитационные модели эффективности вакцины, охват вакцинацией B – WC 50% в эндемичных районах приводит к снижению общего числа случаев на 93% 58 . Взятые вместе, эти исследования доказывают, что вакцина B-WC может обеспечить достаточную защиту для широкомасштабной вакцинации в эндемичных регионах и что коллективный иммунитет, вероятно, будет играть важную роль в ограничении передачи холеры.

Передача с точки зрения хозяина

Несколько групп создали математические модели с использованием точек зрения как хозяина, так и патогена, чтобы помочь объяснить и предсказать природу вспышек холеры.Цель большинства этих моделей — точно отразить резкий рост и снижение заболеваемости холерой, которое наблюдается два раза в год в регионах вокруг Бенгальского залива. Модель была построена для включения показателей передачи, фактора сезонных колебаний и расчета количества восприимчивых людей на основе различного защитного иммунитета от прошлой инфекции 59–61 . Эти идеи были основаны на проверке гипотез о том, что высокое соотношение бессимптомных и симптоматических случаев связано с разрешением вспышки и что короткий интервал защитного иммунитета (2–12 недель) после заражения допускает последующие вспышки, которые наблюдаются в Бангладеш 62 .Результаты показывают, что комбинация многих бессимптомных случаев и недолговечного иммунитета, а не молчаливых шеддеров , дает модель, которая лучше всего отражает эпидемиологические данные из Западной Бенгалии. Модель имеет ограничения: она предполагает соотношение бессимптомных и симптоматических случаев, которое намного выше, чем те, которые наблюдались в последние годы, и она была протестирована с использованием показателей смертности, которые связаны с клинически определенной холерой из Западной Бенгалии между 1891 и 1940 годами — эпохой до открытия. ротавируса и энтеротоксигенного E.coli , которые являются смешивающими факторами. Несмотря на свои недостатки, эти модели улучшают наше понимание сложной динамики вспышек и показывают, насколько мощной может быть реакция хозяина в ограничении передачи. Новые модели передачи холеры должны по-прежнему включать факторы сезонных колебаний, соотношение бессимптомных и симптоматических случаев и темпы снижения защитного иммунитета.

Возбудитель

Инфекционные дозы на животных моделях

Заражение человека-хозяина — многоступенчатый процесс: V.cholerae необходимо принимать внутрь в дозе, достаточной для преодоления врожденной иммунной защиты, затем экспрессии факторов вирулентности для колонизации тонкой кишки и, наконец, для координации выхода из организма хозяина для облегчения передачи 63 (). Модели холеры на животных в значительной степени являются показателями успешности первых двух стадий 64 . Используя модель инфекции у новорожденных мышей, было показано, что V. cholerae , которые выделяются с рисовым водяным стулом человека, находятся в гиперинфекционном состоянии, демонстрируя ID 50 из 10–100 клеток по сравнению с примерно 500 клетками для В.cholerae выращено in vitro 65–67 . Гиперинфекция также была задокументирована в Citrobacter rodentium 68 , а гиперинфекционный V. cholerae может быть воспроизведен при прохождении через мышиную модель инфекции 68,69 . Определение и фенотип гиперинфективности противоречивы из-за сложностей при выборе наиболее подходящих условий культивирования для роста контрольного штамма.

Жизненный цикл патогенного Vibrio cholerae

Токсигенные штаммы Vibrio cholerae сохраняются в водной среде вместе с нетоксигенными штаммами, чему способствует образование биопленок на биологических поверхностях и использование хитина в качестве источника углерода и азота.При попадании в организм этих адаптированных к водной среде бактерий с зараженной пищей или водой токсигенные штаммы колонизируют тонкий кишечник, размножаются, выделяют токсин холеры и возвращаются в окружающую среду хозяином при секреторной диарее. Патогенные микроорганизмы, выделяемые калом, находятся в преходящем гиперинфекционном состоянии, которое способствует усилению вспышки за счет передачи последующим хозяевам.

Молекулярные механизмы, которые способствуют гиперинфективности у V. cholerae , многофакторны.Исследования на микроматрицах показали, что глобальный профиль транскрипции гиперинфекционных вирусов V. cholerae из рисового отвара отличается от такового для V. cholerae , выращенных in vitro или верхних отделов тонкой кишки V. cholerae , выведенных с рвотными массами 65, 70,71 (). Большинство известных генов вирулентности, включая гены холерного токсина и TCP, подавляются в стуле из рисовой воды, но механизм этого подавления остается неизвестным. Еще одна уникальная особенность — подавление генов хемотаксиса, что удивительно, учитывая, что планктонные вибрионы, выделяемые пациентами, являются жгутиками и очень подвижны.Было показано, что это подавление хемотаксиса является одним из компонентов гиперинфективности, потому что подвижные, но не хемотаксирующие мутанты V. cholerae являются гиперинфекционными 66,72,73 .

Паттерны экспрессии гена Vibrio cholerae на разных этапах жизненного цикла

При проглатывании (нижняя правая панель) Vibrio cholerae использует подвижность и муциназы для проникновения через слизистый гель и N -ацетилглюкозамин-связывающий белок А ( GbpA) и другие факторы колонизации эпителия тонкой кишки.Существенные изменения в экспрессии генов сопровождают этот переход от пруда к острой инфекции, включая, помимо прочего, индукцию vieA, которая кодирует фосфодиэстеразу, гидролизующую вторичный мессенджер циклического ди-GMP, и гены, регулируемые ToxR, включая гены холерного токсина и самоагрегативное пилообразное ядро, регулируемое токсинами (TCP). Кроме того, репрессируются несколько генов, например, гены хитин-связывающего маннозу-чувствительного гемагглютинина пилуса (MSHA) и стрессового сигма-фактора RpoS.На поздней стадии инфекции (нижняя левая панель) V. cholerae снова изменяет экспрессию своего гена, чтобы отделиться от эпителия — «реакция бегства» — и подготовиться к передаче другому хозяину (например, распространение в домашних условиях). ) или попадание в водную среду. Изменения на поздней стадии включают индукцию генов синтеза c-di-GMP (дигуанилилциклазы), систем поглощения питательных веществ (таких как регулон регуляции поглощения железа (Fur)) и подвижности (Fla), а также репрессию таких генов, как для хемотаксиса (Che) и регулона ToxR.Возникающее в результате состояние «подвижное, но не хемотаксическое» способствует гиперинфективности. Если бактерии, выделяющиеся со стулом, не попадают в организм другого хозяина в течение короткого периода времени, то их ждет одна из двух судьб (верхняя панель): укоренение в водной среде путем нахождения подходящих источников питательных веществ, таких как хитин, или распад в « активную среду ». но некультивируемое состояние. После воздействия хитина V. cholerae индуцирует несколько генов, участвующих в прикреплении и катаболизме хитина (регулон ChiS), а также гены, участвующие в генетической компетентности (регулон TfoX).Образование биопленок на поверхности опосредуется индукцией регулона Vps, который кодирует внеклеточный полисахарид. Во время перехода в активное, но не культивируемое состояние, происходят большие изменения в экспрессии генов, поскольку V. cholerae пытается адаптироваться к условиям с низким содержанием питательных веществ. К ним относятся индукция генов фосфатного и азотного голодания (phoB и glnB-1 соответственно) и репрессия генов трансляционного аппарата.

Транскриптом V. cholerae , пассированный от животных, также уникален и был выявлен в двух недавних исследованиях.Во-первых, существует скоординированная «реакция бегства», которая позволяет организму отделяться от ворсинок кишечника, готовясь к выходу из организма хозяина; это регулируется стрессом и стационарной фазой сигма-фактора РНК-полимеразы RpoS 74 . Во-вторых, на более поздних стадиях заражения животных V. cholerae активирует экспрессию генов, которые не требуются для инфекции, но важны для выживания при переходе в водную среду 75 . Эта предварительная индукция генов выживания в окружающей среде на поздних этапах инфекции может подготовить организм к жесткому селективному давлению в воде пруда, тем самым облегчая передачу 24,65 .В большинстве описанных выше исследований бактериальные клетки, составлявшие инфекционную дозу, были планктонными клетками, а не агрегатами. Было проведено одно исследование с участием добровольцев, в котором V. cholerae в морщинистой форме (то есть агрегатной и продуцирующей экзополисахариды) вводили добровольцам; инфекционная доза была аналогична дозе, наблюдаемой у планктонных форм, а морщинистые формы выделялись добровольцами 76 . Кроме того, люди выделяют V. cholerae в виде сложных биопленкообразных агрегатов 67,77,78 .Идентификатор 50 из V. cholerae выделяется в совокупности, и роль, которую эти совокупности играют в передаче, еще предстоит определить.

Инфекционная доза у людей

Инфекционная доза V. cholerae у людей сильно варьируется в зависимости от бактериального штамма и хозяина. Дозы 10 8 –10 11 клеток требовались для обеспечения последовательной колонизации у здоровых североамериканских добровольцев 7,29,31 . Инфекционная доза снижается до 10 4 –10 8 при использовании бикарбонатного буфера для нейтрализации желудочного сока незадолго до инокуляции; этот метод дает 90% случаев заражения 7,29,31 .В домашнем хозяйстве пища может действовать как кислотный буфер; В исследованиях на добровольцах введение бактерии как часть «еды» из риса, рыбы, заварного крема и обезжиренного молока дало результаты, сравнимые с результатами, наблюдаемыми при одновременном введении бактерий и бикарбоната 79 . В эндемичных условиях инфекционная доза неизвестна. Подсчет V. cholerae в образцах домашнего хозяйства и окружающей среды исторически сложен, требует быстрого реагирования и использования флуоресцентной микроскопии для подсчета тех бактерий, культивирование которых может оказаться затруднительным. 80 .

Клиническое наблюдение, что буферная кислота желудочного сока снижает инфекционную дозу, предполагает, что бактериальные гены, участвующие в кислотной устойчивости, могут способствовать вирулентности. Сигнатурный мутагенез (STM) был использован для поиска подмножества генов вирулентности, которые вносят вклад в устойчивость к кислоте in vitro 81 . Удаление этих генов ослабило V. cholerae в модели инфекции у новорожденных мышей, подтверждая их роль в вирулентности. Кроме того, обнажая В. дикого типа.cholerae к кислоте непосредственно перед инокуляцией мышей давало большое конкурентное преимущество перед неадаптированными к кислоте бактериями 82 . Эти данные, наряду с другими, демонстрируют, что бактерии , выращенные in vitro, могут стать более заразными в результате воздействия стресса. Кроме того, эти результаты могут иметь клиническое значение в тех регионах мира, где распространено пониженное производство кислоты в желудке (ахлоргидрия), вторичное по отношению к инфекции Helicobacter pylori, например, Бангладеш 7 .

Передача с точки зрения патогена

Роль, которую гиперинфекция играет в быстром распространении холеры среди населения в начале вспышки, остается непроверенной. V. cholerae остается гиперинфекционным в течение как минимум 5 часов после перехода от пациентов в водную среду, что позволяет предположить, что гиперинфекция играет особую роль в передаче инфекции в районах с высокой плотностью населения, где существует вероятность контакта с организмом другого человека. в относительно короткие сроки 65,70 .Одна модель передачи холеры предполагает, что вспышка начинается, когда либо уже инфицированный индексный случай мигрирует и заражает новую территорию, либо V. cholerae , потребляемая из естественного водоема окружающей среды, создает новый индексный случай у постоянного населения. В обоих сценариях не исключено, что ускорение вспышки является результатом быстрого распространения гиперинфекционного вируса V. cholerae от человека к человеку при кратковременном нахождении в окружающей среде.Модели передачи, которые допускают только стохастическое поступление V. cholerae из окружающей среды, не предсказывают резкого роста числа случаев, которые наблюдаются в начале вспышек во всем мире, в том числе тех, которые происходят раз в два года в Бангладеш 11 . Однако модели, которые включают гиперинфективность 83 , лучше отражают этот резкий подъем.

Поддержание передачи через водоемы

Эндемичная холера встречается в регионах с естественными водными резервуарами токсигенных и нетоксигенных веществ V.cholerae , где бактерии могут сохраняться либо в свободноживущем состоянии, либо в ассоциации с фитопланктоном 84–86 , зоопланткон 85–88 или биотическим и абиотическим детритом 89,90 . Эти взаимодействия могут быть как полезными, так и антагонистическими 91,92 . Ассоциации вообще не случайны. Например, у V. cholerae появились механизмы присоединения, разложения и использования хитина в качестве источника углерода и азота 93–95 ().Для экологических изолятов методы ДНК-типирования, основанные на секвенировании гипервариабельных локусов повторов короткой последовательности, начали лучше определять взаимосвязь между нетоксигенными и токсигенными V. cholerae . Было обнаружено, что два сельских региона, разделенных 80 км в дельте реки Ганг, содержат отдельные, разнообразные штаммы из экологических и клинических условий 96 . Экологические изоляты состояли как из токсигенных, так и из нетоксигенных штаммов O1 El Tor и O139 на фоне нетоксигенных штаммов, представляющих многие серогруппы.Напротив, клинические изоляты были строго токсигенными O1 El Tor и O139, но относились к разным типам штаммов. Эти результаты демонстрируют, что в организме хозяина токсикогенные штаммы обладают селективным преимуществом перед нетоксигенными штаммами из окружающей среды. Взаимосвязь между экологическими и клиническими штаммами может быть разной в других регионах мира и, вероятно, будет варьироваться в зависимости от окружающей среды, санитарии, инфраструктуры и плотности населения.

Селективное давление в водной среде

Некоторые бактериальные патогены, в том числе В.cholerae , теряют способность культивироваться на стандартных средах после переноса от хозяина или лаборатории в водную среду 24,97 . Этот фенотип традиционно известен как «жизнеспособное, но не культивируемое» (VBNC) состояние, поскольку клетки сохраняют способность к основным метаболическим процессам, таким как синтез белка, дыхание и поддержание целостности мембран, несмотря на их неспособность культивироваться 24 . Альтернативный, более консервативный термин, который применяется к этому состоянию, — «активный, но не культивируемый» (ABNC), поскольку остается неясным, живы ли еще бактерии, утратившие культивирование на стандартных средах 98 .

V. cholerae может быстро превратиться в ABNC, когда покидает человека-хозяина и попадает в водную среду. Исследования с участием V. cholerae , полученных от пациента и in vitro, производных V. cholerae , которые подвергались диализу в прудовой воде, продемонстрировали снижение культивируемости на 60% и 90% через 5 часов и 24 часа соответственно 65 . Анализ микроматрицы продемонстрировал быстрые и заметные изменения транскрипции, когда бактерии входили в состояние ABNC 65 . Эти изменения включали индукцию генов поглощения фосфатов и фиксированного азота и подавление генов синтеза белка и энергетического метаболизма, что согласуется с низкими уровнями источников углерода, фосфатов и фиксированного азота, которые часто встречаются в водной среде.Остается проверить, будет ли включение твердых частиц, которые были отфильтрованы из воды пруда в вышеупомянутом исследовании, продлить культивирование V. cholerae . Учитывая возможность такого быстрого снижения культивируемости, исследователи задали вопрос, является ли большинство из клеток V. cholerae , заражающих людей из окружающей среды, ABNC или культивируемыми клетками. Одна из гипотез гласит, что если культивируемые клетки более заразны, чем клетки ABNC, то ID 50 , рассчитанный по общему количеству клеток, будет увеличиваться по мере уменьшения процента культивируемых клеток в популяции.Это было подтверждено в недавних экспериментах, предполагающих, что основными виновниками инфицирования человека, вероятно, являются культивируемые клеток V. cholerae 65 . Будущие математические модели передачи V. cholerae должны учитывать возможность снижения скорости культивирования.

V. cholerae литический бактериофаг

Биология вибриофагов

Восемьдесят лет назад было предложено, чтобы бактериофаги могли контролировать естественные популяции патогенов 99,100 .Более поздние исследования в области морской микробиологии выявили элегантный баланс между бактериофагами и их цианобактериальной добычей 101 . С клинической точки зрения бактериофаги в принципе могут использоваться для профилактики или лечения инфекций. Действительно, документально подтверждена «фаговая терапия» против холеры и других заболеваний (ВСТАВКА 2). Существует не менее 200 видов бактериофагов, которые инфицируют V. cholerae , известных как вибриофаги 102,103 . Нитевидный лизогенный вибриофаг CTXΦ является одним из наиболее охарактеризованных, поскольку он несет гены, кодирующие токсин холеры 22 .Первым секвенированным геномом хвостатого вибриофага был геном κ139; этот вибриофаг может быть как лизогенным, так и литическим. Основным механизмом, с помощью которого V. cholerae O1 становится устойчивым к κ139 и многим другим вибриофагам, является мутация кластера генов rfb , который кодирует ферменты для синтеза LPS 104 . В отсутствие рецептора антигена LPS O вибриофаг не может связываться или инфицировать бактериальную клетку. Все мутанты rfb -null V. cholerae O1, которые были протестированы на сегодняшний день, аттенуированы 65,67,105 .

Ящик 2 | Исследование бактериофагов

В 1915–1917 годах Twort 114 и d’Hérelle 115 независимо друг от друга открыли бактериофаги. Д’Эрелль определил, что бактериальная инфекция на животных моделях может быть ослаблена бактериофагами, и в 1925 году состояние пациентов с бубонной чумой улучшилось после того, как д’Эрелль ввел бактериофаги непосредственно в их бубоны (увеличенные лимфатические узлы) 116 . Эти открытия привели к исследованию бактериофагов, в задачу которого входило изучение терапии бактериофагом холеры в Индии 116 .Их первое испытание терапии сравнивало 244 нелеченных пациента с холерой с 219 пациентами с холерой, которых лечили вибриофагами; в нелеченой группе смертность составила 20%, тогда как в обработанной группе — 6,8% (χ 2 , p <0,01). Другие исследования показали аналогичные результаты 5,116,117 . Несмотря на некоторые ограничения, характерные для той эпохи, расследование добилось достаточного успеха, чтобы расширить свои усилия 5 .

За 1928, 1929 и 1934 годы сотрудниками по расследованию были подготовлены и распространены 36 000, 130 823 и 871 316 доз вибриофагов в то время, когда начались вспышки в конкретных исследуемых сообществах в Индии 116 .Вибриофаги также распространялись в общественных источниках питьевой воды для профилактики. Смертность от холеры сравнивалась с контрольными сообществами до и после вмешательств. Трехлетний коэффициент смертности от холеры снизился с 30 до 2 на 10 000 в регионах, которые лечились вибриофагами 117 . Хотя эти исследования имели несколько ограничений, они предоставляют единственные доступные данные об эффективности терапии вибриофагами. Достижения в области регидратации и антибиотикотерапии в 1930-х и 1940-х годах сделали испытания бактериофагов, основанные на конечных точках смертности, неэтичными и статистически сложными 116,118 .

Вибриофаги в окружающей среде

В 1930-х годах было обнаружено, что случаи холеры положительно коррелировали с изоляцией вибриофагов в водной среде 106 . В наше время было описано отложенное положительное совпадение между ростом числа случаев холеры и последующим ростом вибриофагов в окружающей среде 107 . Модель, разработанная Jensen et al. предсказывает, что если вспышка будет инициирована увеличением В.cholerae в окружающей среде, плотность вибриофагов впоследствии будет увеличиваться, что в конечном итоге будет способствовать снижению числа вспышек 108 . В Международном центре исследований диарейных заболеваний в Бангладеш (ICDDRB) рост случаев холеры был связан с согласованным, но отсроченным увеличением доли больных холерой с вибриофагами в стуле 109 . Вибриофаги, идентифицированные в этом исследовании, были литическими вибриофагами (JSF4), хотя у пациентов можно выделить несколько типов вибриофагов 107 .Титры вибриофагов в стуле из рисовой воды варьировались от 10 2 до 10 8 бляшкообразующих единиц на миллилитр, что согласуется с другими публикациями 65,67 . Несмотря на присутствие литических вибриофагов, все стула были положительными на V. cholerae и V. cholerae , как правило, по количеству вибриофагов, по крайней мере, на один порядок. Последующие исследования показали, что большинство бактериальных изолятов из стула все еще чувствительны к вибриофагам 65,67 .Пока неясно, почему вибриофаги в кишечнике человека не могут избавиться от инфекции V. cholerae , но эта «неудача» может играть важную роль в распространении клональной экспансии фагов во время вспышек 109 .

Передача с точки зрения вибриофага

Современные эксперименты начали проверять гипотезу о том, что фаги могут ослаблять передачу бактерий. Например, тесты подвижности с использованием микроскопии в темном поле были использованы для быстрого скрининга стула из рисовой воды на наличие вибриофагов; стул, который был отрицательным в темном поле (не содержал подвижных вибрионов), с большей вероятностью содержал литические вибриофаги и имел низкое количество культивируемых клеток, но схожее общее количество клеток 77 .С помощью этого косвенного измерения для фагов было обнаружено, что по крайней мере половина пациентов с холерой, которые наблюдались в течение 5-летнего периода в ICDDRB, содержали вибриофаги, а домашние контакты человека с положительным индексом вибриофага имели меньшую вероятность инфицирования. с V. cholerae , чем люди, которые контактировали с пациентом, который не был фагоположительным 77 . Эти результаты согласуются с выводом о десятикратном снижении инфекционной дозы В.cholerae , когда в стуле хозяина есть вибриофаги 67 .

V. cholerae обычно превышает количество литических бактериофагов сразу после пассажа от хозяина 65 , 67 . В лабораторных экспериментах с использованием стула из рисовой воды, выращенного человеком, бактериофаги имеют начальный всплеск репликации в течение первых нескольких часов в водной среде и могут достигать отношения бактериофагов к бактериям примерно 1: 1 за 24 часа 65,67 .Хотя гиперинфекция может сохраняться в течение нескольких часов после пассажа от хозяина 65,70 , потеря культивирования (обсуждаемая выше) и рост бактериофагов в водной среде, вероятно, объединяются, чтобы блокировать передачу 65 . Контрольные эксперименты с , полученным in vitro , производным V. cholerae и бактериофагами подтверждают, что бактериофаги могут ограничивать бремя инфекции 65,67 . Однако бактериофаги никогда не могут полностью блокировать инфекцию, потому что мутанты V.cholerae , у которых отсутствует зрелый ЛПС, избегают хищничества и колонизируют мышей, хотя и в меньшем количестве. Как уже упоминалось, мутанты LPS ослаблены и могут быть потеряны в естественном жизненном цикле V. cholerae 65,67,105 .

Таким образом, динамическое взаимодействие между бактериофагом и бактерией в воде пруда предполагает, что модель передачи холеры должна включать в себя меру быстрого снижения способности бактерий к культивированию и уничтожения бактериофагами. В закрытой экспериментальной системе передача В.cholerae можно свести к минимуму, если эти два фактора сочетаются в водной среде. Следовательно, вероятно, будет преимущество пригодности для V. cholerae , которое быстро передается следующему хозяину, когда культивирование все еще остается высоким, а концентрация бактериофагов все еще низкой. В этом обзоре упоминалось несколько моделей, которые предлагают разные объяснения роста и падения вспышек с точки зрения хозяина (клинический спектр и коллективный иммунитет), бактерии (гиперинфекция) и бактериофага (хищничество).Мы объединили несколько опубликованных моделей в одну рабочую диаграмму, чтобы побудить задуматься о том, как эти факторы могут взаимодействовать в естественной среде (). Лучшее понимание того, как функционирует интегрированная модель, может раскрыть возможности для вмешательств в области общественного здравоохранения.

Комбинированная модель передачи холеры с точки зрения хозяина и микроорганизмов

Вся популяция (H) питает пул восприимчивых хозяев (S), которые становятся инфекционными (I) после употребления Vibrio cholerae из окружающей среды. источник, с литическими бактериофагами или без них (Φ).Инфицированные люди имеют симптомы (I symp ) или бессимптомны (I asymp ) и выздоравливают (R) благодаря действиям своей иммунной системы и, возможно, литических бактериофагов, или погибают от инфекции (m). Выздоровевшие люди будут повторно попадать в пул восприимчивых с разной скоростью (//) в зависимости от степени защитного иммунитета. Литические фаги и гиперинфекционные V. cholerae (VC Hi ) выделяются симптоматическим хозяином в различных концентрациях; бессимптомные хозяева выделяют гораздо меньше бактерий (пунктирная линия).Клетки VC Hi быстро переходят к следующему хозяину, сохраняются в окружающей среде в виде культивируемых клеток с неизвестной инфекционностью (VC C ) или распадаются в «активное, но не культивируемое» состояние (VC ABNC ) с пониженной инфекционностью. Все три типа клеток плюс совокупные бактерии (не показаны), вероятно, играют смешанную роль в качестве резервуаров окружающей среды для будущих вспышек.

Заключительные замечания

Модель передачи, которая точно предсказывает масштабы возникающей вспышки, предоставит органам общественного здравоохранения полезную информацию для соответствующего масштабирования их ответных мер.Вмешательства, нацеленные на жизненно важные этапы передачи, могут быть эффективными для предотвращения вспышек. Иммунитет хозяина, гиперинфекция патогенов и фаги — все это факторы, которые можно использовать для борьбы со вспышкой. Например, централизованные центры управления отходами часто терпят неудачу в условиях нехватки ресурсов. Поскольку пациенты с симптомами выделяют более V. cholerae , а V. cholerae в стуле с рисовым отваром является гиперинфекционным, вспышки холеры лучше всего остановить у источника, уменьшив воздействие на человека свежевыпущенного гиперинфекционного стула.Другими словами, при сохранении централизованного управления следует поощрять и проверять децентрализованные усилия по целевому управлению отходами в единице домашнего хозяйства. Эта концепция подчеркивает решающую важность уже проверенных, но простых мероприятий в домашних условиях, таких как использование кувшинов с узким горлышком, хлорирование хранящейся воды и мытье рук, для профилактики заболеваний 110,111 .

Еще многое предстоит узнать об эффективности вакцины в естественных условиях холеры.Отказ от традиционных мер оценки эффективности вакцин путем включения преимуществ коллективного иммунитета продолжит раскрывать истинное влияние как существующих вакцин, так и вакцин, находящихся в разработке. Кроме того, понимание воздействия хищничества бактериофагов и того, как вакцины снижают пул восприимчивости до такой степени, что передача не может продолжаться, являются важными областями для будущих исследований. Ответы на многие вопросы, поставленные в этом обзоре, имеют решающее значение для стран с ограниченными ресурсами, таких как Зимбабве, для оптимизации использования ограниченных запасов вакцины и борьбы с пагубными последствиями неудовлетворительной санитарии.

Динамические модели передачи холеры для практикующих врачей | Новые темы в эпидемиологии

  • 1.

    Харрис Дж. Б., Ла Рок Р. К., Кадри Ф., Райан Е. Т., Колдервуд С. Б.: Холера. Ланцет. 2012 г., 379: 2466-2476. 10.1016 / S0140-6736 (12) 60436-X

    PubMed Central Статья PubMed Google ученый

  • 2.

    Tappero JW, Tauxe RV: Уроки, извлеченные в ходе ответных мер общественного здравоохранения на эпидемию холеры в Гаити и Доминиканской Республике. Emerg Infect Dis. 2011, 17: 2087-2093.

    PubMed Central PubMed Google ученый

  • 3.

    Mukandavire Z, Liao S, Wang J, Gaff H, Smith DL, Morris JG Jr: Оценка репродуктивного числа во время вспышек холеры в Зимбабве в 2008–2009 годах. Proc Natl Acad Sci U S. A. 2011, 108: 8767-8772. 10.1073 / pnas.1019712108

    PubMed Central CAS Статья PubMed Google ученый

  • 4.

    Mukandavire Z, Smith DL, Morris JG Jr: Холера в Гаити: репродуктивные показатели и оценки охвата вакцинацией. Sci Rep. 2013, 3: 997.

    PubMed Central Статья PubMed Google ученый

  • 5.

    Ринальдо А., Бертуццо Э., Мари Л., Ригетто Л., Блокеш М., Гатто М., Касагранди Р., Мюррей М., Весенбек С. М., Родригес-Итурбе I: Переоценка вспышки холеры на Гаити в 2010–2011 годах и количества осадков -приводимые многосезонные проекции. Proc Natl Acad Sci U S. A. 2012, 109: 6602-6607. 10.1073 / pnas.1203333109

    PubMed Central CAS Статья PubMed Google ученый

  • 6.

    King AA, Ionides EL, Pascual M, Bouma MJ: Неявные инфекции и динамика холеры. Природа. 2008, 454: 877-880. 10.1038 / nature07084

    CAS Статья PubMed Google ученый

  • 7.

    Хартли Д.М., Моррис Дж. Дж. Мл., Смит DL: Гиперинфекция: критический элемент способности V. Cholerae вызывать эпидемии? PLoS Med. 2006, 3: e7. 10.1371 / journal.pmed.0030007

    PubMed Central Статья PubMed Google ученый

  • 8.

    Tien JH, Earn DJ: Множественные пути передачи и динамика болезни в модели патогенов, передающихся через воду. Bull Math Biol. 2010, 72: 1506-1533.10.1007 / s11538-010-9507-6

    Артикул PubMed Google ученый

  • 9.

    Chao DL, Halloran ME, Longini IM Jr: Стратегии вакцинации против эпидемии холеры на Гаити с последствиями для развивающихся стран. Proc Natl Acad Sci U S. A. 2011, 108: 7081-7085. 10.1073 / pnas.1102149108

    PubMed Central CAS Статья PubMed Google ученый

  • 10.

    Tuite AR, Tien J, Eisenberg M, Earn DJ, Ma J, Fisman DN: Эпидемия холеры на Гаити, 2010 г .: использование модели передачи для объяснения пространственного распространения болезни и определения оптимальных мер контроля. Ann Intern Med. 2011, 154: 593-601. 10.7326 / 0003-4819-154-9-201105030-00334

    Артикул PubMed Google ученый

  • 11.

    Эндрюс Дж. Р., Басу S: Динамика передачи и борьба с холерой на Гаити: модель эпидемии. Ланцет. 2011, 377: 1248-1255. 10.1016 / S0140-6736 (11) 60273-0

    PubMed Central Статья PubMed Google ученый

  • 12.

    Бертуццо Э., Мари Л., Ригетто Л., Гатто М., Касагранди Р., Блокеш М., Родригес-Итурбе И., Ринальдо А: Прогнозирование пространственной эволюции и воздействия мер контроля над разворачивающейся вспышкой холеры на Гаити. Geophys Res Lett. 2011 г., 38: L06403.

    Google ученый

  • 13.

    Chao DL, Longini IM Jr, Morris JG Jr: Моделирование вспышек холеры. Curr Top Microbiol Immunol. 2013, В печати.

    Google ученый

  • 14.

    Cummings DAT, Lessler J: Динамика инфекционных заболеваний. В Эпидемиология инфекционных болезней. Под редакцией: Нельсон К.Е., Мастерс Уильямс К. Берлингтон, Массачусетс: Джонс и Бартлетт Ларнинг; 2013.

    Google ученый

  • 15.

    Винницкий Э., Белый RG: Введение в моделирование инфекционных заболеваний. Оксфорд: издательство Оксфордского университета; 2010.

    Google ученый

  • 16.

    Андерсон Р.М., Май Р.М.: Инфекционные болезни людей: динамика и контроль. Оксфорд: издательство Оксфордского университета; 1991.

    Google ученый

  • 17.

    Килинг MJ, Рохани P: Моделирование инфекционных заболеваний у людей и животных. Издательство Принстонского университета: Принстон; 2008.

    Google ученый

  • 18.

    Град Я. Х., Миллер Дж. С., Липсич М: Моделирование холеры: проблемы количественного анализа и прогнозирования воздействия вмешательств. Эпидемиология. 2012, 23: 523-530. 10.1097 / EDE.0b013e3182572581

    PubMed Central Статья PubMed Google ученый

  • 19.

    Codeco CT: Эндемическая и эпидемическая динамика холеры: роль водного резервуара. BMC Infect Dis. 2001, 1: 1. 10.1186 / 1471-2334-1-1

    PubMed Central CAS Статья PubMed Google ученый

  • 20.

    Mossong J, Hens N, Jit M, Beutels P, Auranen K, Mikolajczyk R, Massari M, Salmaso S, Tomba GS, Wallinga J, et al. : Социальные контакты и модели смешения, имеющие отношение к распространение инфекционных заболеваний. PLoS Med. 2008, 5: e74. 10.1371 / journal.pmed.0050074

    PubMed Central Статья PubMed Google ученый

  • 21.

    Eisenberg MC, Robertson SL, Tien JH: Идентификация и оценка множественных путей передачи холеры и болезней, передающихся через воду. J Theor Biol. 2013, 324: 84-102.

    Артикул PubMed Google ученый

  • 22.

    Геррант Р.Л., Карнейро-Филхо Б.А., Диллингем Р.А.: Холера, диарея и пероральная регидратационная терапия: триумф и обвинение. Clin Infect Dis. 2003, 37: 398-405. 10.1086 / 376619

    Артикул PubMed Google ученый

  • 23.

    Heymann DL: Руководство по борьбе с инфекционными заболеваниями. 19-е издание. Вашингтон, округ Колумбия: Американская ассоциация общественного здравоохранения; 2008.

    Google ученый

  • 24.

    Миллер Нейлан Р.Л., Шефер Э., Гафф Х., Фистер К.Р., Ленхарт S: Моделирование оптимальных стратегий вмешательства при холере. Bull Math Biol. 2010, 72: 2004-2018. 10.1007 / s11538-010-9521-8

    Артикул PubMed Google ученый

  • 25.

    Mwasa A, Tchuenche JM: Математический анализ модели холеры с вмешательствами общественного здравоохранения. Биосистемы. 2011, 105: 190-200. 10.1016 / j.биосистемы.2011.04.001

    CAS Статья PubMed Google ученый

  • 26.

    Sur D, Kanungo S, Sah B, Manna B, Ali M, Paisley AM, Niyogi SK, Park JK, Sarkar B, Puri MK, et al. : Эффективность недорогого инактивированного цельноклеточная пероральная вакцина против холеры: результаты трехлетнего наблюдения в рандомизированном контролируемом исследовании. PLoS Negl Trop Dis. 2011, 5: e1289. 10.1371 / journal.pntd.0001289

    PubMed Central CAS Статья PubMed Google ученый

  • 27.

    Sur D, Lopez AL, Kanungo S, Paisley A, Manna B, Ali M, Niyogi SK, Park JK, Sarkar B, Puri MK, et al. : Эффективность и безопасность модифицированной убитой цельноклеточной оральной холеры вакцина в Индии: промежуточный анализ кластерного рандомизированного двойного слепого плацебо-контролируемого исследования. Ланцет. 2009, 374: 1694-1702. 10.1016 / S0140-6736 (09) 61297-6

    CAS Статья PubMed Google ученый

  • 28.

    Али М., Эмч М., фон Зайдляйн Л., Юнус М., Сак Д.А., Рао М., Холмгрен Дж., Клеменс Д.Д .: Коллективный иммунитет, обеспечиваемый убитыми оральными вакцинами против холеры в Бангладеш: повторный анализ. Ланцет. 2005, 366: 44-49. 10.1016 / S0140-6736 (05) 66550-6

    Артикул PubMed Google ученый

  • 29.

    Bhattacharya SK, Sur D, Ali M, Kanungo S, You YA, Manna B, Sah B, Niyogi SK, Park JK, Sarkar B, et al. -клеточная оральная вакцина против холеры в Калькутте, Индия: кластерное рандомизированное двойное слепое плацебо-контролируемое исследование. Lancet Infect Dis. 2013, 13: 1050-1056. 10.1016 / S1473-3099 (13) 70273-1

    CAS Статья PubMed Google ученый

  • 30.

    Ринальдо А., Блокеш М., Бертуццо Э., Мари Л., Ригетто Л., Мюррей М., Гатто М., Касагранди Р., Родригес-Итурбе I: Модель передачи эпидемии холеры 2010 года на Гаити. Ann Intern Med. 2011, 155: 403-404. ответ автора 404.

    Статья PubMed Google ученый

  • 31.

    Sack DA, Sack RB, Nair GB, Siddique AK: Холера. Ланцет. 2004, 363: 223-233. 10.1016 / S0140-6736 (03) 15328-7

    CAS Статья PubMed Google ученый

  • 32.

    Нельсон EJ, Харрис JB, Моррис JG младший, Calderwood SB, Camilli A: Передача холеры: динамика хозяина, патогена и бактериофага. Nat Rev Microbiol. 2009, 7: 693-702. 10.1038 / nrmicro2204

    CAS Статья PubMed Google ученый

  • 33.

    Cash RA, Music SI, Libonati JP, Craig JP, Pierce NF, Hornick RB: Реакция человека на заражение холерным вибрионом. II. Защита от болезни, обеспечиваемая предыдущей болезнью и вакциной. J Infect Dis. 1974, 130: 325-333. 10.1093 / infdis / 130.4.325

    CAS Статья PubMed Google ученый

  • 34.

    Barzilay EJ, Schaad N, Magloire R, Mung KS, Boncy J, Dahourou GA, Mintz ED, Steenland MW, Vertefeuille JF, Tappero JW: Эпиднадзор за холерой во время эпидемии на Гаити — первые 2 года. N Engl J Med. 2013, 368: 599-609. 10.1056 / NEJMoa1204927

    CAS Статья PubMed Google ученый

  • 35.

    Меррелл Д.С., Батлер С.М., Кадри Ф., Долганов Н.А., Алам А., Коэн М.Б., Колдервуд С.Б., Школьник Г.К., Камилли А: Вызванное хозяином эпидемическое распространение бактерии холеры. Природа. 2002, 417: 642-645. 10.1038 / nature00778

    PubMed Central CAS Статья PubMed Google ученый

  • 36.

    Alam A, Larocque RC, Harris JB, Vanderspurt C, Ryan ET, Qadri F, Calderwood SB: Гиперинфективность холерного вибриона, прошедшего через человека, можно смоделировать по росту детенышей мыши. Infect Immun. 2005, 73: 6674-6679. 10.1128 / IAI.73.10.6674-6679.2005

    PubMed Central CAS Статья PubMed Google ученый

  • 37.

    Tamayo R, Patimalla B, Camilli A: Рост в биопленке вызывает гиперинфекционный фенотип холерного вибриона. Infect Immun. 2010, 78: 3560-3569. 10.1128 / IAI.00048-10

    PubMed Central CAS Статья PubMed Google ученый

  • 38.

    Codeco CT, Coelho FC: Тенденции в эпидемиологии холеры. PLoS Med. 2006, 3: e42. 10.1371 / journal.pmed.0030042

    PubMed Central Статья PubMed Google ученый

  • 39.

    Pascual M, Koelle K, Dobson AP: Гиперинфекция при холере: новый механизм для старой эпидемиологической модели ?. PLoS Med. 2006, 3: e280. 10.1371 / journal.pmed.0030280

    PubMed Central Статья PubMed Google ученый

  • 40.

    Koelle K, Pascual M: Разделение внешних и внутренних факторов в динамике болезни: подход нелинейных временных рядов в применении к холере. Am Nat. 2004, 163: 901-913. 10.1086 / 420798

    Артикул PubMed Google ученый

  • 41.

    Коэлле К., Родо Х, Паскуаль М., Юнус М., Мостафа Г.: Рефрактерные периоды и климатическое воздействие в динамике холеры. Природа. 2005, 436: 696-700. 10.1038 / nature03820

    CAS Статья PubMed Google ученый

  • 42.

    Банки C: Эпидемия холеры в городе Пемба (Мозамбик) в 1983 году. Rev Epidemiol Sante Publique. 1986, 34: 419-426.

    CAS PubMed Google ученый

  • 43.

    Abrams JY, Copeland JR, Tauxe RV, Date KA, Belay ED, Mody RK, Mintz ED: Моделирование в реальном времени, используемое для управления вспышкой во время эпидемии холеры, Гаити, 2010–2011 гг. Эпидемиол. Инфекция. 2013, 141: 1276-1285. 10.1017 / S0950268812001793

    CAS Статья PubMed Google ученый

  • 44.

    Сообщество гриппа 2.0. http://www.cdc.gov/flu/pandemic-resources/tools/communityflu.htm

  • Границы | Передача инфекционного холерного вибриона через питьевую воду среди домашних контактов с больными холерой (испытание CHoBI7)

    Введение

    Тяжелая холера без адекватной регидратации может привести к летальному исходу до 50% (Sack et al., 2004). Во всем мире ежегодно регистрируется 3-5 миллионов случаев холеры (ВОЗ, 2015). Vibrio cholerae является этиологическим агентом холеры, тяжелого диарейного заболевания, связанного с сильным холерным токсином (ХТ), кодируемым профагом, лизогенизирующимся в геном бактерии (Guerrant et al., 2003). Из более чем 200 серогрупп, идентифицированных на основе вариаций «O» антигенного липополисахарида (LPS), V. cholerae, серогрупп O1 и O139, которые обладают CT, могут вызывать эпидемическую холеру. Исторически штаммов V. cholera е серогруппы О1 имеют два основных биотипа, классический и Эль Тор, которые различаются по основным фенотипическим и генетическим признакам (Safa et al., 2010). V. cholerae. Штаммы O1 имеют три серотипа — Ogawa, Inaba и Hikojima (Stroeher et al., 1992). V. cholerae Классический биотип O1 вызвал первые шесть из семи пандемий холеры, прежде чем был заменен биотипом Эль-Тор, который был ответственен за продолжающуюся седьмую пандемию с 1961 года. Штаммы биотипа Эль-Тор претерпели генетические изменения, такие как появление новых гибрид Эль Тор, несущий классический биотип СТ (Nair et al., 2006).

    В научной литературе предполагается, что V. cholerae передается фекально орально через загрязненную воду (Snow, 1855) по «медленному» пути от человека к водной среде — к человеку (Morris, 2011).Но недавние сообщения о гиперинфекционных штаммах предлагают потенциальную альтернативу. Гиперинфекционность — это термин для вторичного физиологически измененного состояния, когда изоляты от одного инфицированного человека более заразны для следующего человека. Литература предполагает, что эти штаммы могут вызывать более тяжелые заболевания и способны быстро распространяться по более быстрому пути передачи «от человека к человеку» через фекально-оральное заражение (Merrell et al., 2002; Morris, 2011). Таким образом, пациенты с холерой и экологический резервуар могут рассматриваться как потенциальный источник вспышки, но их отношение к передаче холеры является предметом серьезных споров.Более того, несмотря на значительную работу, проделанную в этой области, точный источник и способ передачи для усиления болезни для достижения эпидемического статуса до сих пор полностью не выяснены.

    Дакка, столица Бангладеш, является одним из самых быстрорастущих мегаполисов мира с населением более 15 миллионов человек (World Bank, 2014). Город претерпел быструю урбанизацию за последние десятилетия, и рост населения в трущобах увеличился в геометрической прогрессии (Das, 2000).По данным Управления водоснабжения и канализации Дакки (DWASA), многие из беднейших домохозяйств города не имеют доступа к законным подключениям к водопроводу DWASA, потому что они сквотируют незаконные поселения. Поэтому в этих домохозяйствах часто не хватает воды для питья и повседневного использования, хотя недавно были приняты меры для улучшения этой ситуации (Wateraid, 2016). Эти условия нехватки воды идеальны для распространения холеры.

    Холера является эндемическим заболеванием в Дакке, и семьи больного холерой предоставляют возможность исследовать передачу холеры (Patel et al., 2012). Предыдущие исследования, проведенные в Бангладеш, показали, что домашние контакты с больными холерой в> 100 раз выше риск заражения холерой в течение 1-недельного периода после того, как индексный пациент обратился за помощью в больницу (George et al., 2016). Множественные инфекции в одном домохозяйстве являются обычным явлением (Mosley et al., 1968; Weil et al., 2009), при этом примерно у 17–29% контактировавших с холерой пациентов развивается инфекция V. cholerae (Kendall et al., 2010; Weil et al., 2014).Однако наши знания о путях передачи бактерии в окружающей среде в домах с больными холерой ограничены. На сегодняшний день нам известно только об одном исследовании, в котором анализировались пробы воды из домашних хозяйств больных холерой на предмет выделения V. cholerae (Spira et al., 1980). В настоящем исследовании мы нацелены на госпитализированных больных холерой и исследовали пути передачи бактерий холеры в домах больных холерой в городе Дакка. Эта работа послужит основой для разработки будущих вмешательств по защите этой группы высокого риска.

    Материалы и методы

    Дизайн исследования: методы

    Информированное согласие было получено от всех участников исследования (семейные контакты и индексные случаи холеры), включая взрослых участников (≥18 лет), подписавших информированное согласие и / или форму согласия родителей, и детей в возрасте от 12 до 17 лет. подписание формы согласия. Если участник исследования не умел читать, ему зачитывали форму согласия, затем участника просили задокументировать свое согласие с помощью значка x в присутствии свидетеля.Все процедуры исследования были одобрены Комитетом по этике исследований Международного центра исследований диарейных заболеваний, Бангладеш (icddr, b), и IRB Школы общественного здравоохранения Блумберга Джонса Хопкинса.

    Рандомизированное контролируемое исследование (РКИ) CHoBI7 в Дакке, Бангладеш, проводилось с июня 2013 года по ноябрь 2014 года. Описание предоставленного вмешательства описано в другом месте (George et al., 2016). Случаи с подозрением на холеру, определенные как пациенты, поступающие в клинику icddr, b в больницу Дакки с острой водянистой диареей (3 или более жидких стула в течение 24 часов) и умеренным или тяжелым обезвоживанием с использованием определения ВОЗ, были проверены на наличие холерного вибриона. в их стуле с помощью теста Crystal VC Rapid Dipstick (Span Diagnostics, Surat, India) (ВОЗ, 2005; George et al., 2014). Все положительные результаты, полученные с помощью тест-полоски, были подтверждены бактериальным посевом. Все пациенты с подозрением на холеру, поступившие в клинику icddr, b Дакка, находящиеся в полицейском участке (тана) города Дакка, были проверены на соответствие критериям участия в исследовании CHoBI7. Случаи холеры были определены как случаи с подозрением на холеру с положительным результатом бактериальной культуры кала на V. cholerae . Пациенты с холерой исключались из исследования, если у них уже был зарегистрирован домашний контакт (в настоящее время или ранее), или если они получали вакцину против холеры, чтобы избежать путаницы с продолжающимся испытанием вакцины.Домашние контакты были определены как люди, которые в течение последних 3 дней пользовались той же кухонной посудой, что и случай индексной холеры. Чтобы иметь право на участие в исследовании, контактные лица из домохозяйства должны были планировать проживание в домохозяйстве, в котором был зарегистрирован индексный случай, в течение следующей недели и не получали вакцину против холеры. К участию были приглашены отвечающие критериям домашние контактные лица, находившиеся в больнице во время регистрации случая, и был проведен визит в домохозяйство для набора контактных лиц из домохозяйства в течение 36 часов после регистрации случая. Кластер был определен как индексный случай холеры и соответствующие им семейные контакты.

    домохозяйств с заболевшими были посещены в дни 1, 3, 5, 7 и 9 (посещения 1–5) после презентации случая холеры в больнице icddr, b Дакка для клинического наблюдения и наблюдения за окружающей средой. Для клинического наблюдения у лиц, контактировавших с домочадцами, спрашивали, были ли у них диарея (3 или более жидких стула в течение 24 часов) или рвота за последние 48 часов, и у лиц, желающих контактировать в домохозяйстве, брали образец ректального мазка при каждом посещении домохозяйства для проверки на наличие наличие V. cholerae в кале при бактериальной культуре.Для наблюдения за окружающей средой был взят образец воды из источника воды в домохозяйстве и хранилась питьевая вода в доме при каждом посещении домохозяйства для проверки наличия V. cholerae с помощью бактериальной культуры. Тридцать три домохозяйства из основного исследования CHoBI7 были случайным образом выбраны для этого дополнительного исследования. Для источников воды и членов домохозяйства с несколькими штаммами V. cholerae O1 случайным образом был выбран только один штамм. Кроме того, были включены четыре штамма V. cholerae из водоемов кольцевых речных систем города Дакка, выделенные в 2013 г. ( n = 2) и 2014 г. ( n = 2), которые были выделены из основного рандомизированного контролируемого исследования. в анализе как репрезентативные экологические штаммы.

    Сбор и обработка проб

    пробы стула больных холерой (индексный пациент) были собраны в больнице icddr, b Дакка. Образцы ректальных мазков были собраны в среде Кэри-Блэра, а образцы воды были собраны в бутылки емкостью 500 мл и доставлены в лабораторию icddr, b Дакка для анализа. Образцы воды фильтровали через фильтровальную бумагу с размером пор 0,22 мкм, а затем мембранные фильтры обогащали щелочной пептонной водой (APW) (pH 8,4) при 37 ° C в течение 4-6 часов, а затем культивировали на селективных средах, как описано ранее (Alam et al. al., 2007). Стул и ректальные мазки также подвергали обогащению APW и последующему культивированию в соответствии с той же процедурой.

    Выделение и идентификация

    V. cholerae

    После культивирования на селективных средах выделение и идентификация типичных колоний V. cholerae были выполнены стандартными методами (Huq et al., 2012). Серологические группы штаммов V. cholerae были определены серологически с помощью теста агглютинации на предметных стеклах с использованием специфических поливалентных антисывороток для V.cholerae O1 и O139. Серотипы этих штаммов были подтверждены с использованием серотип-специфичных моновалентных антисывороток Inaba и Ogawa (Alam et al., 2007). Биотипирование проводилось с использованием ряда фенотипических тестов: агглютинация куриных эритроцитов (агглютинация куриных клеток; CCA), чувствительность к полимиксину B, а также тесты на фаг IV Mukerjee CL и фаг V Mukerjee ET (Kaper et al., 1995).

    ПЦР-анализы

    Все штаммы, которые были предварительно идентифицированы как V. cholerae , были повторно подтверждены с использованием V.cholerae видоспецифическая ompW ПЦР. Мультиплексные ПЦР-анализы были выполнены для идентификации генов, кодирующих O1- ( rfbO1 ) и O139- ( rfbO139 ) специфические гены биосинтеза O, а также ген вирулентности ctxA (Hoshino et al., 1998). Чтобы дополнить характеристику биотипа фенотипическими признаками, были выполнены ПЦР-анализы с использованием ранее описанных процедур, нацеленных на обнаружение аллеля tcpA (CL и ET) (Rivera et al., 2001), типа гена rstR и наличие гена rstC , кодирующего регулятор транскрипции фага (Kimsey and Waldor, 1998), и гена rtxC RTX (повторение в токсине) (Chow et al., 2001). Анализ двойного несоответствия амплификации мутаций (DMAMA) -PCR был использован для различения CL ( ctxB генотип 1), ET ( ctxB генотип 3) и гаитянских типов ( ctxB генотип 7) аллелей ctxB, сосредоточив внимание на нуклеотиде. позиции 58 и 203 гена ctxB . В этом исследовании была проведена DMAMA-PCR для обнаружения генотипа ctxB с использованием праймеров и условий, описанных в другом месте (Naha et al., 2012).

    Гель-электрофорез в импульсном поле (PFGE)

    Полная геномная ДНК, заделанная агарозой для V.cholerae . PFGE выполняли с помощью прибора с однородным электрическим полем с фиксированным контуром (CHEF-DR II) (Bio-Rad) в соответствии с процедурами, описанными в другом месте (Cooper et al., 2006). Геномные ДНК тестируемых штаммов переваривали рестрикционным ферментом Not I (Gibco-BRL), а серовар Braenderup Salmonella enterica переваривали Xba I, при этом фрагменты использовали в качестве маркеров размера молекул. Рестрикционные фрагменты разделяли в 1% агарозе, сертифицированной импульсным полем, в 0.Буфер 5X TBE (трис / борат-EDTA). На стадии обработки гелем после электрофореза гель окрашивали и обесцвечивали. ДНК визуализировали с помощью УФ-трансиллютора, а изображения оцифровывали с помощью системы одномерной гель-документации (Bio-Rad). Образец отпечатка пальца в геле анализировали с помощью программного обеспечения Bionumeric (версия 3.1). Дендрограмма была построена на основе группирования сходства и несходства с использованием коэффициента сходства Дайса и метода невзвешенных пар (UPGMA) в соответствии с рекомендациями производителя.

    Результаты

    Анализ бактериальных штаммов из подгруппы домашних хозяйств

    Из общего числа 420 ректальных мазков, проанализированных от 84 контактов в домохозяйствах, и 330 проб воды (165 проб исходной воды и 165 проб питьевой воды, хранящейся в домашних хозяйствах), собранных в 33 домохозяйствах, V. cholerae было выделено из 20% (17/84) домохозяйств. контактов, 18% (6/33) хранимой питьевой воды и 27% (9/33) проб исходной воды. Из 33 домохозяйств больных холерой мы обнаружили 15% (5/33) домохозяйств с В.cholerae , выделенных как из домашних контактов, так и из проб воды, 21% (7/33) домашних хозяйств с V. cholerae изолированы только от домашних контактов, 18% (6/33) домашних хозяйств с V. cholerae изолированы только от вода и 45% (15/33) домохозяйств, не контактировавших с домохозяйствами, или пробы воды с обнаруживаемыми V. cholerae (Таблица 1). В шести процентах (2/33) домохозяйств было обнаружено V. cholerae в воде, хранящейся в домохозяйстве, в 12% (4/33) домохозяйств было обнаружено V.cholerae в исходной воде, и в 15% (5/33) домохозяйств было обнаружено V. cholerae как в исходной воде, так и в воде, хранящейся в домах.

    Таблица 1. Молекулярные характеристики Vibrio cholerae O1, выделенного от больных холерой, членов их семей и источников питьевой воды .

    Была подготовлена ​​карта, показывающая распределение 33 домашних хозяйств больных холерой по городу Дакка (рис. 1). Карта содержит информацию о том, были ли обнаружены В. при контактах с домом, источнике воды и хранимых пробах воды.холера . Карта показала, что домохозяйства больных холерой были широко распределены по 25 полицейским участкам (тана) и охватывали большую часть городских районов Дакки (рис. 1). Домохозяйства с несколькими инфицированными V. cholerae членами домохозяйства и пробами воды были сгруппированы в юго-западной части города, при этом большинство из них проживало в районах трущоб с жителями с низким социально-экономическим статусом (личное сообщение: д-р Мунирул Алам). Также была более высокая доля больных холерой и инфицированных членов домохозяйств в юго-западной части города, недалеко от сильно загрязненных кольцевых рек и водоемов.

    Рисунок 1. Карта, показывающая распределение домашних хозяйств с штаммами Vibrio cholerae O1, выделенными от госпитализированных больных холерой, членов их семей и источников питьевой воды в различных полицейских участках города Дакка . Были включены пробы питьевой воды как из источника, так и из домашнего хранилища. Все образцы были собраны в 33 домах больных холерой, распределенных по 25 полицейским участкам (тана) города.

    Однако одним исключением было домохозяйство с множеством контактов с инфицированными домохозяйствами, расположенное в северо-восточном полицейском участке Ватары.Этот дом находился рядом с озером, рядом с относительно богатым районом. В домохозяйствах, расположенных в восточной части города, в основном были инфицированы только больные индексной холерой. Большинство семей с больными холерой имели относительно низкий социально-экономический статус: у 15% был холодильник, а у 61% — телевизор. Пятьдесят два процента домохозяйств сообщили о воде Управления водоснабжения и канализации Дакки (DWASA) в качестве основного источника питьевой воды. Однако, основываясь на глубине водоносного горизонта грунтовых вод в Дакке и картах распределения воды DWASA, мы подозреваем, что все домохозяйства на самом деле использовали воду DWASA, и не понимали, какой источник их питьевой воды.

    Фенотипическая и молекулярная характеристика

    V. cholerae Серологически подтверждено, что

    изолятов V. cholerae представляют собой V. cholerae O1, и все они обладают серологически специфическим геном «O» rfbO1 , что дополнительно подтверждает серологические результаты (Таблица 1). Все штамма V. cholerae принадлежали к серотипу Ogawa; и все они обладали геном токсина холеры, ctxA , подтверждающим, что они были токсигенными. Кроме того, все В.cholerae O1 обладают ко-регулируемым пильсом токсина, специфичным для биотипа ЕТ ( tcpA ET ), геном регуляции транскрипции фага ( rstR ET ), анти-репрессорным геном rstC фага ( rstC). ) и повтор в токсине ( rtxC ), что подтверждает особенности биотипа Эль-Тор.

    Генотип ctxB для V. cholerae O1 был определен с помощью анализа амплификации несоответствия (MAMA) -PCR и анализа двойного несоответствия амплификации мутации (DMAMA) -PCR, которые показали, что все V.cholerae обладал генотипом 1 ctxB , который является классическим типом СТ, что подтверждает, что бактерия была Эль Тор, но обладала классическим биотипом СТ.

    PFGE из

    Не I-расщепленная геномная ДНК

    Из 33 штаммов V. cholerae O1, протестированных PFGE, 88% (29/33) штаммов имели идентичный рисунок полос (рис. 2), и все они принадлежали к одному и тому же клональному комплексу. Для четырех штаммов с разными паттернами PFGE все продемонстрировали 95% сходство, когда кластерный анализ проводился с помощью дендрограммы (рис. 2).Еще четыре штамма V. cholerae O1 , выделенные в 2013 г. ( n = 2) и 2014 г. ( n = 2) из ​​воды кольцевых речных систем города Дакка, имели идентичный паттерн PFGE и разделяли кластер с большинством штаммов. штаммы, которые оказались клональными. Эталонные штаммы N16961 ( V. cholerae прототип El Tor) и O395 ( V. cholerae прототип классический) показали значительные различия с измененными штаммами El Tor, проанализированными в настоящем исследовании.

    Рисунок 2.Генетическая характеристика с использованием PGFE воды и клинических штаммов V. cholerae O1, собранных в домах больных холерой . Тридцать семь штаммов V. cholerae O1 были изолированы в городе Дакка от госпитализированных больных холерой ( n = 18), их домашних контактов ( n = 9), источников питьевой воды ( n = 6) и воды из окружающей среды. ( n = 4) от водоемов, циркулирующих вокруг города. Дендрограмма была построена с использованием коэффициента сходства Дайса и основной иерархической кластеризации (UPGMA) с использованием изображений PFGE расщепленной геномной ДНК Not 1.Масштабная линейка в верхнем левом углу указывает коэффициент подобия (диапазон: 90–100%). IP, индексный пациент; HC, Бытовые контакты; EW, экологическая вода; SW, исходная вода; HW, Бытовая вода; Клиника, Клиническая; NA, не применимо.

    Обсуждение

    Представленные данные по фенотипическим и молекулярным характеристикам подтвердили, что все штамма V. cholerae относятся к серогруппе О1, серотипу Огава и биотипу Эль Тор (ЕТ), обладающим токсином классической биотипа холеры (СТ). Кроме того, все штаммы обладали rstC и имели rstR и tcpA , которые были биотипом ET, подтверждающим, что все были измененными ET.Результаты типирования ctxB подтвердили, что штаммы V. cholerae O1 обладают ctxB 1 в городе Дакка. Это согласуется с результатами недавнего исследования, демонстрирующего генетический сдвиг в ctxB , от ctxB 7 до ctxB 1 (Rashid et al., 2015), но не ctxB 7, как сообщалось ранее из города Дакка ( Rashed et al., 2012). Кроме того, наши данные молекулярного типирования, полученные с помощью гель-электрофореза в импульсном поле (PFGE), предполагают передачу одного инфекционного В.cholerae , избирательно циркулирующий в питьевой воде после фекально-орального пути передачи в городе Дакка.

    В соответствии с литературными данными мы обнаружили, что 20% семей, контактировавших с больными холерой, были положительными на V. cholerae в течение 1-недельного периода наблюдения (Spira et al., 1980; Weil et al., 2009). Эти данные дополнительно демонстрируют высокий риск холеры среди этой группы населения. Мы подозреваем, что этот высокий риск в основном связан с быстрым распространением гиперинфекционных штаммов в исследуемых домохозяйствах.Кроме того, образцы питьевой воды, собранные как из DWASA, так и из воды, хранящейся в домашних условиях, содержали определяемый токсигенный V. cholerae O1. Наибольшая частота встречаемости была в исходной воде (27%) по сравнению с хранимой питьевой водой (18%). Таким образом, наши данные показывают, что питьевая вода в домах больных холерой загрязнена и может служить источником токсигенного V. cholerae O1 в городе Дакка. Кроме того, присутствие членов семьи с бессимптомной инфекцией холеры может подвергнуть других членов семьи высокому риску заболевания холерой.

    На нашей карте мы наблюдали, что пациенты с холерой были распределены по Дакке, при этом большинство семей с больными холерой имели низкий социально-экономический статус. Большинство больных холерой были обнаружены в западной части города в Мирпуре, Мохаммадпуре и прилегающих районах, которые в последние несколько лет претерпели быструю урбанизацию. Эти данные свидетельствуют о том, что домохозяйства с низким социально-экономическим статусом и те, которые не имеют доступа к безопасной питьевой воде, подвергаются наибольшему риску холеры.Это согласуется с Luby et al. (2010), которые обнаружили, что переполненные жилищные условия с быстрым ростом населения очень восприимчивы к инфекционным заболеваниям. Бытовые контакты с пациентами, прибывшими из богатых районов Дакки, не заболели холерой. Это предположительно, потому что индексный пациент пил зараженную воду или пищу из-за пределов своего дома. В настоящем исследовании многие домохозяйства (49%) указали, что землянки являются основным источником питьевой воды. Но это очень маловероятно, поскольку уровень подземных вод продолжает снижаться в городе Дакка и далеко за пределами дагвелл.Мы подозреваем, что коттеджи в домах трущоб сохраняют воду DWASA, к которой они получают доступ через незаконные соединения (личное сообщение: д-р Мунирул Алам).

    Несмотря на значительные достижения в достижении целей тысячелетия в области развития и общественное здравоохранение, являющееся ключевым приоритетом для правительства, рецидивирующая холера продолжает вызывать значительную заболеваемость и смертность в Бангладеш. V. cholerae , возбудитель холеры, хорошо изучен, поскольку местная флора водной среды и питьевой воды считается фактором риска холеры (Alam et al., 2006). Boucher et al. (2015) предполагают, что крупномасштабная деятельность человека в густонаселенных районах и нахождение вблизи низменной дельты Ганга являются важными факторами в эволюции V. cholerae в таких странах, как Бангладеш. Эта теория правдоподобна для Дакки, поскольку она окружена водоемами и имеет самые высокие темпы прироста населения в мире (World Bank, 2014). Холера эндемична в Бангладеш, и вспышки обычно связаны с единичным годовым пиком в прибрежных деревнях и двухрежимными пиками в городской Дакке, предположительно из-за высокой плотности населения и сильно загрязненных водоемов и наводнений (Alam et al., 2011). В конечном итоге все эти факторы способствуют тому, что холера присутствует в городе Дакка в течение всего года. Оказавшись в непрерывном цикле ускоренной передачи, организм, скорее всего, не имеет возможности вернуться в нетоксигенное или жизнеспособное, но не культивируемое (VBNC) состояние (Colwell, 1996) и, предположительно, остается заблокированным в непрерывном состоянии. фекально-оральный путь передачи в городской экосистеме.

    Заключение

    Холера представляет собой серьезную угрозу общественному здоровью во всем мире, особенно в густонаселенных городских районах, таких как Дакка, где болезнь носит эндемический характер, а быстрая незапланированная урбанизация, а также плохие условия водоснабжения и санитарии благоприятны для клональной передачи V.холера . В условиях меняющегося климата и роста населения городских трущоб в городе Дакка срочно необходимы безопасная вода и меры гигиены, чтобы предотвратить миллионы людей от холеры и других инфекционных заболеваний. Таким образом, проведение мероприятий WASH, основанных на фактических данных, для содействия мытью рук с использованием мыла и воды, а также обеспечение вакцинации против холеры имеют важное значение для борьбы с холерой во всем мире.

    Авторские взносы

    MA и CG являются главными исследователями проекта и внесли свой вклад в разработку исследования, пересмотр рукописи и окончательное утверждение версии, которая будет опубликована.SM является функциональным главным исследователем проекта и участвовал в разработке исследования, рецензировании рукописи и критическом пересмотре. RR и MR разработали и выполнили исследование. Р.Р. провел исследование в лаборатории и написал первый черновик рукописи. DS, RS участвовали в разработке исследования и написании рукописи, а также в ее критическом пересмотре с точки зрения важного интеллектуального содержания. SR способствовал критическому пересмотру рукописи на предмет важного интеллектуального содержания. ZR, MTM, MM, FJ и SI провели исследование в лаборатории и просмотрели рукопись.К.С. и М.С. наблюдали за сбором данных в больнице / на местах и ​​рецензировали рукопись. TP принимал участие в сборе данных и участвовал в написании рукописей. МБ принимал участие в построении базы данных и статистическом анализе и рецензировал рукопись. Все авторы прочитали и одобрили окончательную рукопись. Авторы согласились нести ответственность за все аспекты работы, чтобы вопросы, связанные с точностью или целостностью любой части работы, были должным образом исследованы и решены.

    Финансирование

    Все штаммы были собраны в ходе исследования под названием «Вмешательство на базе больницы холеры в течение 7 дней (CHoBI7)», проведенного в Международном центре исследований диарейных заболеваний, Бангладеш (icddr, b) в Дакке, Бангладеш; финансируется Национальным институтом здравоохранения (NIAID-R01AI039129 / NIAID-1K01AI110526). Icddr, b также благодарен правительствам Австралии, Бангладеш, Канады, Швеции и Великобритании за предоставление основной / неограниченной поддержки.

    Заявление о конфликте интересов

    Авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могут быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

    Благодарности

    Мы благодарим участников исследования и следующих научных сотрудников, которые проводили полевые работы для этого исследования: Исмат Минхаз Уддин, Рафикул Ислам, Аль-Мамун, Майнул Хасан, Калпона Ахтер, Хандокар Фазилатуннесса, Садия Африн Ананья, Ахи Султана, Сохаг Саркер, Джахед Масуд, Абул Сикдер, Ширин Актер и Лаки Дас.

    Список литературы

    Алам, М., Хасан, Н. А., Садик, А., Бхуйян, Н. А., Ахмед, К. У., Нусрин, С. и др. (2006). Сезонная холера, вызванная Vibrio cholerae серогрупп O1 и O139 в прибрежной водной среде Бангладеш. Прил. Environ. Microbiol. 72, 4096–4104. DOI: 10.1128 / AEM.00066-06

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Алам, М., Ислам, А., Бхуйян, Н. А., Рахим, Н., Хоссейн, А., Хан, Г. Ю. и др. (2011). Клональная передача, двойной пик и межсезонье холеры в Бангладеш. Заражение. Ecol. Эпидемиол. 1, 1–13. DOI: 10.3402 / iee.v1i0.7273

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Алам, М., Султана, М., Наир, Г. Б., Сиддик, А. К., Хасан, Н. А., Сак, Р. Б., и др. (2007). Жизнеспособные, но некультивируемые Vibrio cholerae O1 в биопленках в водной среде и их роль в передаче холеры. Proc. Natl. Акад. Sci. США 104, 17801–17806. DOI: 10.1073 / pnas.0705599104

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Баучер Ю., Ората Ф. Д. и Алам М. (2015). Гипотеза вне дельты: густые человеческие популяции в низменных дельтах рек служили агентами для эволюции смертельного патогена. Фронт. Microbiol. 6: 1120. DOI: 10.3389 / fmicb.2015.01120

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Чоу, К. Х., Нг, Т. К., Юэн, К. Ю. и Ям, В. К. (2001). Обнаружение гена токсина RTX в Vibrio cholerae с помощью ПЦР. J. Clin. Microbiol. 39, 2594–2597. DOI: 10.1128 / JCM.39.7.2594-2597.2001

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Купер, К. Л., Луэй, К. К., Берд, М., Терадзима, Дж., Наир, Г. Б., Кам, К. М. и др. (2006). Разработка и валидация стандартизированного протокола гель-электрофореза в импульсном поле PulseNet для определения подтипов Vibrio cholerae . Пищевой патоген. Дис. 3, 51–58. DOI: 10.1089 / fpd.2006.3.51

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Дас, Т. К. (2000). Социальная структура и культурные обычаи в трущобах: исследование трущоб в городе Дакка . Нью-Дели: Северный книжный центр.

    PubMed Аннотация | Google Scholar

    Джордж К.М., Монира, С., Сак, Д. А., Рашид, М. У., Саиф-Ур-Рахман, К. М., Махмуд, Т. и др. (2016). Рандомизированное контролируемое исследование лечебных мероприятий в области гигиены и водоподготовки (CHoBI7) для снижения холеры. Emerging Infect. Dis . 22, 233–241. DOI: 10.3201 / eid2202.151175

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Джордж К. М., Рашид М. У., Сак Д. А., Сак Р. Б., Саиф-Ур-Рахман К. М., Азман А. С. и др. (2014). Оценка метода обогащения для обнаружения Vibrio cholerae O1 с помощью экспресс-теста в Бангладеш. Trop. Med. Int. Здоровье 19, 301–307. DOI: 10.1111 / tmi.12252

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Герран, Р. Л., Карнейро-Филью, Б. А., и Диллингем, Р. А. (2003). Холера, диарея и пероральная регидратационная терапия: триумф и обвинение. Clin. Заразить. Дис. 37, 398–405. DOI: 10.1086 / 376619

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Хошино, К., Ямасаки, С., Мукхопадхьяй, А. К., Чакраборти, С., Басу А., Бхаттачарья С. К. и др. (1998). Разработка и оценка мультиплексного ПЦР-анализа для быстрого обнаружения токсигенных Vibrio cholerae O1 и O139. FEMS Immunol. Med. Microbiol. 20, 201–207. DOI: 10.1111 / j.1574-695X.1998.tb01128.x

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Хук А., Хейли Б. Дж., Тавиани Э., Чен А., Хасан Н. А. и Колвелл Р. Р. (2012). Обнаружение, изоляция и идентификация Vibrio cholerae из окружающей среды. Curr. Protoc. Microbiol. Глава 6: Unit6A.5. DOI: 10.1002 / 9780471729259.mc06a05s26

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Капер, Дж. Б., Моррис, Дж. Дж. Мл., И Левин, М. М. (1995). Холера. Clin. Microbiol. Ред. 8, 48–86.

    PubMed Аннотация

    Кендалл, Э.А., Чоудхури, Ф., Бегум, Ю., Хан, А.И., Ли, С., Тирер, Дж. Х. и др. (2010). Родство изолятов Vibrio cholerae O1 / O139 от пациентов и их семейных контактов, определено с помощью мультилокусного тандемно-повторяющегося анализа переменных чисел. J. Bacteriol. 192, 4367–4376. DOI: 10.1128 / JB.00698-10

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Кимси, Х. Х. и Уолдор, М. К. (1998). Иммунитет CTXphi: применение при разработке вакцин против холеры. Proc. Natl. Акад. Sci. США 95, 7035–7039. DOI: 10.1073 / pnas.95.12.7035

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Люби, С. П., Гальдер, А. К., Саха, С. К., Нахид, А., Саззад, Х. М., Ахтер С. и др. (2010). Недорогой подход к измерению бремени болезней, предупреждаемых с помощью вакцин, в городских районах. Vaccine 28, 4903–4912. DOI: 10.1016 / j.vaccine.2010.05.040

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Меррелл Д. С., Батлер С. М., Кадри Ф., Долганов Н. А., Алам А., Коэн М. Б. и др. (2002). Вызванное хозяином эпидемическое распространение бактерии холеры. Природа 417, 642–645. DOI: 10.1038 / nature00778

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Мосли, W.Х., Ахмад, С., Бененсон, А.С., и Ахмед, А. (1968). Связь титра вибриоцидных антител с восприимчивостью к холере у семейных контактов больных холерой. Bull. Всемирный орган здравоохранения . 38, 777–785.

    PubMed Аннотация | Google Scholar

    Наха, А., Пажани, Г. П., Гангули, М., Гош, С., Рамамурти, Т., Нанди, Р. К. и др. (2012). Разработка и оценка ПЦР-анализа для отслеживания появления и распространения гаитянского варианта ctxB в штаммах Vibrio cholerae O1, выделенных из Калькутты, Индия. J. Clin. Microbiol. 50, 1733–1736. DOI: 10.1128 / JCM.00387-12

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Наир, Г. Б., Кадри, Ф., Холмгрен, Дж., Свеннергольм, А. М., Сафа, А., Бхуйан, Н. А., и др. (2006). Холера, вызванная измененными штаммами Эль-Тор Vibrio cholerae O1 в Бангладеш. J. Clin. Микробиол . 44, 4211–4213. DOI: 10.1128 / JCM.01304-06

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Патель, С.М., Рахман, М. А., Мохасин, М., Эр-Рияд, М. А., Леунг, Д. Т., Алам, М. М. и др. (2012). Ответы В-клеток памяти на липополисахарид Vibrio cholerae O1 связаны с защитой от инфекции от домашних контактов пациентов с холерой в Бангладеш. Clin. Вакцина Иммунол . 19, 842–848. DOI: 10.1128 / CVI.00037-12

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Рашед, С. М., Маннан, С. Б., Джохура, Ф. Т., Ислам, М. Т., Садик, А., Watanabe, H., et al. (2012). Генетические характеристики лекарственно-устойчивого Vibrio cholerae O1, вызывающего эндемическую холеру в Дакке, 2006-2011 гг. J. Med. Microbiol. 61 (Pt 12): 1736–1745. DOI: 10.1099 / jmm.0.049635-0

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Рашид, М. У., Рашид, С. М., Ислам, Т., Джура, Ф. Т., Ватанабе, Х., Охниши, М., и др. (2015). CtxB1 превосходит CtxB7 в Vibrio cholerae O1, Бангладеш. J. Med. Микробиол .65, 101–103. DOI: 10.1099 / jmm.0.000190

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Ривера, И. Н., Чун, Дж., Хук, А., Сак, Р. Б., и Колвелл, Р. Р. (2001). Генотипы, связанные с вирулентностью в изолятах окружающей среды Vibrio cholerae . Прил. Environ. Microbiol. 67, 2421–2429. DOI: 10.1128 / AEM.67.6.2421-2429.2001

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Сноу, Дж. (1855). О способе передачи холеры. Лондон: Джон Черчилль.

    Google Scholar

    Спира В. М., Хан М. У., Саид Ю. А. и Саттар М. А. (1980). Микробиологический надзор за передачей холеры E1 Tor внутри района в сельских районах Бангладеш. Bull. Всемирный орган здравоохранения . 58, 731–740.

    PubMed Аннотация | Google Scholar

    Строехер У. Х., Карагеоргос Л. Э., Морона Р. и Мэннинг П. А. (1992). Конверсия серотипа Vibrio cholerae O1. Proc.Natl. Акад. Sci. США . 89, 2566–2570. DOI: 10.1073 / pnas.89.7.2566

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Weil, A. A., Begum, Y., Chowdhury, F., Khan, A. I., Leung, D. T., LaRocque, R. C., et al. (2014). Выделение бактерий в домашних контактах с больными холерой в Дакке, Бангладеш. Am. J. Trop. Med. Hyg. 91, 738–742. DOI: 10.4269 / ajtmh.14-0095

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Вайль, А.А., Хан, А. И., Чоудхури, Ф., Ларок, Р. К., Фарук, А. С., Райан, Э. Т. и др. (2009). Клинические результаты в домашних контактах с больными холерой в Бангладеш. Clin. Заразить. Дис. 49, 1473–1479. DOI: 10.1086 / 644779

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    ВОЗ (2005 г.). ЛЕЧЕНИЕ ДИАРЕИ: Пособие для врачей и других старших медицинских работников .

    Динамическое моделирование и будущее эпидемии

    Abstract

    В настоящем исследовании представлена ​​комплексная математическая модель передачи холеры на Гаити, основанная на данных.Наряду с включением короткоцикловой передачи от человека к человеку и длинного цикла передачи от человека к окружающей среде и от окружающей среды к человеку, эта новая динамическая модель включает в себя как зарегистрированную заболеваемость холерой, так и данные дистанционного зондирования, полученные от департамента Западный Гаити между 2010–2014 гг. В модели есть отдельные отсеки для инфекционных индивидуумов, которые включают разные уровни инфекционности, чтобы отразить распределение симптоматических и бессимптомных случаев в популяции. Экологический отсек, который служит источником воздействия токсигенного вещества В.cholerae , также отдельно моделируется на основе биологии бактерии-возбудителя, выделения V. cholerae O1 людьми в окружающую среду, а также влияния осадков и температуры воды на концентрацию и выживаемость V. cholerae. в водоемах. Хотя количество зарегистрированных случаев холеры снизилось по сравнению с первоначальной вспышкой в ​​2010 году, увеличение числа восприимчивых членов популяции и присутствие токсигенных V.cholerae в окружающей среде, оцененной с помощью модели, указывает на то, что без дальнейших улучшений инфраструктуры питьевой воды и санитарии периодические вспышки холеры, вероятно, продолжатся в Гаити.

    Сведения об авторе

    Основываясь на модельной тенденции и наблюдаемой заболеваемости, есть свидетельства того, что после начального периода интенсивной передачи эпидемия холеры на Гаити стабилизировалась в течение третьего года после вспышки и стала эндемической. Модельные оценки показывают, что доля населения, восприимчивого к инфекции, увеличивается и что присутствие токсигенного V.cholerae в окружающей среде остается потенциальным источником новых инфекций. Учитывая отсутствие надлежащих улучшений инфраструктуры питьевой воды и санитарии, эти условия могут способствовать продолжающейся сезонной эпидемии холеры на Гаити.

    Образец цитирования: Кирпич А., Веппельманн Т.А., Ян Й., Али А., Моррис Дж. Дж. Младший, Лонгини И.М. (2015) Передача холеры в Западном департаменте Гаити: динамическое моделирование и будущее эпидемии. PLoS Negl Trop Dis 9 (10): e0004153.https://doi.org/10.1371/journal.pntd.0004153

    Редактор: Клаудиа Муньос-Занзи, Университет Миннесоты, США

    Поступила: 24.03.2015; Принята к печати: 19 сентября 2015 г .; Опубликован: 21 октября 2015 г.

    Авторские права: © 2015 Kirpich et al. Это статья в открытом доступе, распространяемая в соответствии с условиями лицензии Creative Commons Attribution License, которая разрешает неограниченное использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии указания автора и источника

    Доступность данных: Все соответствующие данные находятся в пределах документ и вспомогательные информационные файлы к нему.

    Финансирование: Эта работа финансировалась грантами NIH R01 AI097405 и U54 314 GM111274. Финансирующие организации не играли никакой роли в дизайне исследования, сборе и анализе данных, принятии решения о публикации или подготовке рукописи.

    Конкурирующие интересы: Авторы заявили об отсутствии конкурирующих интересов.

    Введение

    После сильного землетрясения, обрушившегося на островное государство Гаити в 2010 году, внедрение измененного биотипа Эль-Тор Vibrio cholerae O1 привело к одной из крупнейших вспышек холеры в новейшей истории [1] [2] [ 3].Спустя почти четыре года после выявления первых случаев холеры передача, по-видимому, временно замедлилась, однако будущее эпидемии холеры на Гаити остается неопределенным [4]. После первоначального выделения токсигенного вещества V. cholerae O1 на участках мониторинга поверхностных вод в департаменте Западный Гаити в 2012 и 2013 годах, есть свидетельства того, что частота изоляции от окружающей среды фактически увеличилась в период с 2013 по 2014 год [5] [ 6]. При отсутствии передачи присутствует токсигенный V.cholerae O1 в водной среде вызвало разногласия в международном научном сообществе по поводу возможности того, что бактерия-возбудитель создала экологические резервуары в поверхностных водах Гаити [7] [8] [9]. Если бы это было так, цель элиминации холеры на острове Эспаньола к 2022 году была бы более сложной, поскольку холера может стать эндемической для Гаити [10].

    Чтобы помочь в планировании и распределении ресурсов, необходимых для смягчения последствий вспышки, были разработаны математические модели для исследования основной динамики передачи холеры на Гаити.[11]. Однако, несмотря на эмпирические данные о том, что V. cholerae O1 все больше присутствует в поверхностных водах, поскольку количество зарегистрированных случаев продолжает снижаться, ни одна из предыдущих моделей не учитывала роль резервуаров окружающей среды в передаче холеры [6]. Хотя в модели включен компонент окружающей среды, предполагается, что V. cholerae O1 находятся в переходном состоянии, когда после отделения от человека-хозяина они в конечном итоге удаляются из окружающей среды с постоянной скоростью разложения [12]. .Однако в эндемичных странах это предположение часто оказывается ложным; где V. cholerae O1 может сохраняться и размножаться в окружающей среде в ответ на приток питательных веществ в поверхностные воды после дождей или повышения температуры воды, что приводит к повторяющимся вспышкам после межэпидемических периодов, когда было зарегистрировано очень мало случаев [13] . Поскольку как температура воды, так и осадки были связаны с повышенной частотой выделения токсигенного вещества V. cholerae O1 на Гаити [6], была создана динамическая модель передачи холеры с дополнительным механизмом, с помощью которого окружающая среда реагирует на такие факторы, как осадки и т. температура поверхностных вод, повышающая концентрацию организма в водной среде.Надеемся, что эти дополнительные параметры помогут понять основные процессы передачи холеры на Гаити и позволят более точно прогнозировать вероятность будущих вспышек.

    Методы

    Чтобы отразить основные различия в способах передачи, модель включает как короткоцикловую передачу от человека к человеку, так и длительную передачу от человека к окружающей среде и от окружающей среды к человеку. Краткий маршрут основан на данных, предполагающих, что токсигенный V.cholerae переходит в кратковременное гиперинфекционное состояние сразу после прохождения из кишечника человека [14]. Это способствует быстрой передаче V. cholerae от одного человека к другому, что часто связано с соблюдением правил личной гигиены в домашнем хозяйстве. В качестве альтернативы передача может происходить, когда V. cholerae приобретается из загрязненной питьевой воды или при контакте с водной средой. Присутствие токсигенного вещества V. cholerae в водной среде может отражать загрязнение источников воды фекалиями инфицированного человека и / или наличие водного резервуара, в котором микроорганизм может сохраняться от месяцев до лет [13].Передача по этому водному пути, хотя и может быть относительно быстрой, обычно занимает больше времени, чем передача через короткий цикл между людьми.

    В модели используются отдельные отсеки для инфекционных симптоматических и инфекционных бессимптомных случаев, даже если невозможно оценить размер бессимптомного отсека. Это сделано для увеличения гибкости модели и предоставления возможности анализа чувствительности. Дихотомия между симптоматическими и бессимптомными случаями также дает возможность рассмотреть различные уровни инфекционности для симптоматических и бессимптомных инфекций.Модель имеет следующие отделения:

    • S ( т ) — количество восприимчивых людей на момент времени т .
    • A ( т ) — количество бессимптомных людей на момент времени т .
    • I ( t ) — количество людей с симптомами на момент времени t .
    • R ( т ) — количество восстановленных людей на момент т .
    • Вт ( т ) — концентрация бактерий в воде в момент времени т (окружающая среда.)

    Диаграмма модели и взаимосвязи между разделами модели и наблюдаемыми данными визуально обобщены на диаграмме, представленной на рис. 1.

    Рис. 1. Схема модели отсека.

    Ненаблюдаемая компартментальная модель SIRS связана с наблюдаемыми данными с помощью набора допущений моделирования. Круглые объекты с синей границей — это ненаблюдаемые отсеки модели SIRS с отсеком окружающей среды W .Объекты с черными границами в квадрате представляют собранные данные наблюдений, где O обозначает зарегистрированный уровень заболеваемости, а T и P обозначают измерения температуры и осадков в окружающей среде соответственно. Температура и осадки влияют на экологический резервуар W . Оранжевые стрелки указывают на перемещение людей между человеческими отсеками. Серые стрелки представляют другие процессы в модели, которые напрямую не связаны с перемещением людей между отсеками.Фактические движения бактерий, такие как выделение человека и гибель бактерий, представлены сплошными серыми линиями. Другие процессы в модели, такие как влияние температуры и осадков на рост бактерий, влияние водоема и инфицированных людей на передачу, а также взаимосвязь между зарегистрированной заболеваемостью O и ненаблюдаемой симптоматической заболеваемостью представлены пунктирными серыми линиями. . Пожалуйста, обратитесь к S1 Text для получения более подробной информации о формулировке модели, параметризации и соответствующих допущениях.

    https://doi.org/10.1371/journal.pntd.0004153.g001

    В модели наряду с ростом учитывается перемещение людей между отсеками S , A , I , R и гибель бактерий в окружающей среде W . Система обыкновенных дифференциальных уравнений (ОДУ), определяющая нашу модель, имеет вид: (1) В уравнениях модели μ и γ указывают скорости перехода с соответствующими нижними и верхними индексами, которые указывают направление и характер движения.Верхний индекс H указывает скорости, ответственные за передачу от человека к человеку, а верхний индекс W указывает скорости, ответственные за передачу от окружающей среды к человеку.

    Для изучения динамики окружающей среды были рассмотрены три основных процесса, влияющих на рост и выживание бактерий в окружающей среде.

    Первый процесс — это приток бактерий через зараженные человеческие хозяева в окружающую среду. Попав в окружающую среду, бактерии становятся источником заражения для восприимчивых людей.Эти процессы моделируются функциями: Используются обозначения ρ ( t ) для общего количества осадков за неделю в мм и τ ( t ) для средней недельной температуры в градусах Цельсия в момент времени t . Здесь κ и δ — пороговые параметры.

    Второй процесс — это размножение бактерий в окружающей среде, на которое влияют как температура, так и осадки. Этот процесс моделируется функциями h ( t ) и m ( t ): Здесь α , ρ c , σ и β являются интересующими параметрами, а χ — это колпачок, предназначенный для ограничения чрезмерного роста бактерий в окружающей среде.

    Функциональная форма m ( t ) представляет собой множитель логистического роста, широко используемый в моделях динамики популяции. Этот множитель позволяет росту быть пропорциональным текущей концентрации бактерий W ( t ) и ограничивает чрезмерный рост, когда концентрация приближается к предельной емкости, используя параметр cap χ .

    Предлагаемый множитель h ( t ) имеет новую конструкцию. В модели предполагается, что рост бактерий линейно связан с текущей температурой, которая контролируется параметром β .Предполагается, что осадки оказывают максимальное влияние на рост бактерий при значении ρ c . Предполагается, что для меньшего количества осадков, чем ? c , недостаточно воды для вымывания бактерий в окружающую среду, что вызывает более медленный рост. При количестве осадков выше ρ c бактерии становятся разбавленными, что снижает скорость роста бактерий в окружающей среде.Графически функция h ( t ) имеет колоколообразную кривую, где α и σ 2 являются параметрами калибровки, представляющими интерес для вывода.

    Последним процессом в резервуаре окружающей среды является естественный распад (гибель) бактерий в окружающей среде, который моделируется изменяющимся во времени коэффициентом смертности γ W ( t ).

    Пожалуйста, обратитесь к приложению S1 Text для получения более подробной технической информации о формулировке модели и допущениях.В целом модель, определяемая уравнением (1), не поддается идентификации (, т. Е. ., существует слишком много неизвестных параметров) и не поддается оценке без дополнительных предположений [15]. Только осадки, температура и симптоматическая часть I (если учитывается занижение данных) могут рассматриваться как наблюдаемые. Подводя итог, была реализована модель «восприимчивые-инфицированные-восстановленные-восприимчивые» ( SIRS ), в которой концентрация V. cholerae в воде моделируется через отделение окружающей среды W .

    В модели элемент SIRS связан с зарегистрированной заболеваемостью через симптоматический отдел I с использованием вероятности сообщения p r . Зарегистрированная заболеваемость была скорректирована перед оценкой путем деления ее на предполагаемую вероятность сообщения p r . Чтобы избежать проблем с идентифицируемостью, делаются дополнительные предположения о параметрах модели и самой модели. Поскольку рассматриваемый период времени был очень коротким, численность популяции считалась постоянной.Пожалуйста, обратитесь к приложению S2 Text для получения более подробной технической информации о параметризации модели.

    Для учета неопределенности в детерминированной модели, определяемой обыкновенным дифференциальным уравнением (1), в уравнения модели были введены стохастические гауссовские члены. Стохастическая модель была адаптирована к зарегистрированной заболеваемости с использованием метода оценки наименьших квадратов (LSE). Пожалуйста, обратитесь к приложению S3 Text для получения подробной информации о подгонке стохастической модели.

    Данные были собраны из нескольких источников.Зарегистрированные данные о заболеваемости холерой в Западном департаменте Гаити, включая столицу Порт-о-Пренс, были собраны министерством здравоохранения Гаити (Ministère de la Santé Publique et de la Population (MSPP) на французском языке) и составлены Панамериканской организацией. Организация здравоохранения (ПАОЗ) [16] [4]. Еженедельная заболеваемость холерой была доступна с 17 октября 2010 г. по 27 апреля 2014 г. Суточные осадки (в миллиметрах) были получены из спутниковых данных Миссии по измерению тропических осадков (TRMM) [17], а дневные температуры (в градусах Цельсия) были получены со станции мониторинга аэропорта Порт-о-Пренс (IATA: PAP).Показания температуры отсутствовали для 14,6% дат, а недостающие значения были линейно интерполированы. Отсутствуют данные об осадках. Данные об окружающей среде собирались еженедельно, чтобы их можно было согласовать с данными о заболеваемости. Средняя недельная температура τ ( t ) и суммарное количество осадков за неделю ρ ( t ) использовались в качестве ковариат.

    При анализе предполагалось, что не было запаздывания по температуре, тогда как было 7-недельное запаздывание для осадков, когда мы оценивали воздействие окружающей среды на водную среду в модели.Мы не наблюдали отставания температуры от данных. Температура имела лишь слабую корреляцию с зарегистрированной заболеваемостью холерой, а эмпирические данные свидетельствуют о том, что связь между температурой воды и выделением токсигенного V. cholerae из окружающей среды была самой сильной с временным лагом от 0 до 1 месяца [6]. В то же время семинедельное отставание максимизирует корреляцию выборки между общим количеством осадков за неделю и зарегистрированной за неделю заболеваемостью холерой. Более того, есть эмпирические данные о том, что пики концентрации бактерий в окружающей среде достигаются через три-четыре недели после дождя, что связано с увеличением заболеваемости примерно через четыре недели [6].Таким образом, семинедельный лаг для выпадения осадков был признан вероятным. Визуальное представление выровненных временных рядов количества осадков, температуры и осадков с запаздыванием на семь недель показано на рис. 2.

    Рис. 2. Данные получены из департамента Западный Гаити.

    Сверху вниз: новые случаи, сообщаемые еженедельно, средняя недельная температура и общее количество осадков за неделю с лагом в 7 недель. Полиномиальные сглаживания (функция лесса в R) нанесены на график для каждого временного ряда, чтобы обеспечить лучшую визуализацию средних тенденций.

    https://doi.org/10.1371/journal.pntd.0004153.g002

    Трансмиссивность патогена в восприимчивой популяции часто измеряется с использованием базового репродуктивного числа. К сожалению, из-за сложности модели, зависящих от времени ковариат и множества типов источников инфекции (люди и водная среда) не было прямой эпидемиологической интерпретации этой модели. Более того, в этой модели технически зависело от времени из-за зависящих от времени ковариат окружающей среды и фагозависимой бактериальной смертности.Подробная информация о вычислении основного репродуктивного числа представлена ​​в приложении S4 Text.

    Результаты

    Полученное соответствие модели обеспечило хорошее понимание динамики эпидемии во времени. Визуальная сводка модели, сопоставленная с скорректированной зарегистрированной заболеваемостью холерой, показана на рис. 3. Во-первых, заявленная заболеваемость была скорректирована путем масштабирования с учетом занижения данных о болезни и нанесена оранжевым цветом на рис. 3 для лучшего визуального сравнения с результатами модели.Для создания реализаций модели были сгенерированы разные временные ряды гауссовского белого шума для каждого набора из 1000 оценок параметров, полученных из предыдущих подгонок LSE. Соответствующие выходные данные модели показаны на рис. 3. Прозрачность была настроена для отображения плотности кривых в каждой части графика и для улучшения визуализации. Симптоматические случаи, полученные с помощью модели, показаны темно-зеленым цветом на панели A на рис. 3. Реализации как симптоматических (темно-зеленый), так и полных (светло-зеленый) случаев, полученные с помощью модели, отображаются для сравнения на панели B. на фиг. 3 в другом масштабе.Полные основные реализации модели, включающие как симптоматические, так и бессимптомные инфекции, намного больше, чем реализации одних только симптомов.

    Рис. 3. Визуальное представление соответствия модели.

    A) 1000 реализаций симптоматических инфекций, созданных моделью. Б) 1000 реализаций симптоматических и тотальных инфекций, произведенных моделью.

    https://doi.org/10.1371/journal.pntd.0004153.g003

    Эффект максимального выпадения осадков был оценен с 95% доверительным интервалом (43.0; 47,3) и пороговый параметр для эффекта выделения при 95% доверительном интервале (6,7; 101,3), который был оценен как более изменчивый, чем. Эти оценки не сильно изменились по сравнению с начальными точками, которые использовались для итеративной процедуры минимизации LSE, что указывает на потенциальную нехватку информации в данных о ? c и ? . Оценка влияния температуры имела среднее значение, намного превышающее среднее значение, что указывало на тяжелый левый хвост.Медиана использовалась для 1000 реализаций вместо среднего β , чтобы обеспечить более надежную оценку. Оценка составила 0,014 с 95% доверительным интервалом (-0,041; 0,027), что привело к выводу, что температура имела умеренную связь с ростом V. cholerae . Полный список параметров представлен в Таблице A в S3 Text.

    Если требуется единая оценка для обобщения эпидемического поведения, разумным подходом будет использование усредненных значений зависящих от времени ковариат и уровня бактериальной смертности для получения средней оценки с 95% доверительным интервалом (1.3, 2.1) на основе среднего значения 1000 стохастических реализаций. В качестве альтернативы, можно расширить определение основного репродуктивного числа, чтобы учесть зависящие от времени ковариаты, и обозначить его как. Читатели, пожалуйста, обратитесь к приложению S4 Text для подробностей. Другой полезной мерой является зависящее от времени эффективное репродуктивное число, которое определяется как произведение основного репродуктивного числа и доли восприимчивых в данный момент времени t . Изменение значения оценочного базового репродуктивного числа (с использованием расширенного определения) и оценочного эффективного репродуктивного числа с течением времени показано на панели B на Фиг.4.

    Рис. 4. Динамика эпидемии во времени.

    A) Полосы точечного прогнозирования симптоматических инфекций, полученные с помощью модели. Б) Изменение значения расчетного базового репродуктивного числа (с использованием расширенного определения) и значения расчетного эффективного репродуктивного числа с течением времени. C) V. cholerae концентрация в окружающей среде во времени и соответствующие диапазоны прогноза. D) Изменение доли восприимчивых людей в ходе эпидемии, произведенное моделью и соответствующими диапазонами прогнозов.

    https://doi.org/10.1371/journal.pntd.0004153.g004

    Дополнительные характеристики эпидемии показаны на рис. 4. На панели A зарегистрированная заболеваемость с поправкой на занижение данных и диапазоны точечного прогноза для симптоматических инфекций представлены отображается. Как показано, полосы точечного прогнозирования в большинстве случаев смогли уловить динамику эпидемии холеры. На панели C показана концентрация V. cholerae в окружающей среде и соответствующие диапазоны прогнозирования с течением времени.На панели D показаны изменения доли восприимчивого человека в течение эпидемии, произведенные моделью и соответствующими полосами прогноза.

    На основе тенденции, полученной с помощью модели, и наблюдаемой заболеваемости, отображенной на панели A , был сделан вывод, что эпидемия холеры, вероятно, стабилизировалась в департаменте Западный Гаити после трех лет передачи и стала эндемической. В выходных данных модели, отображаемых на панели D , доля восприимчивых людей в конце эпидемии остается очень высокой и постепенно увеличивается, что создает необходимые условия для облегчения дальнейшей передачи холеры.Кроме того, как показано на панели C , поскольку концентрация токсигенного вещества V. cholerae в окружающей среде, создаваемой моделью, остается достаточно высокой в ​​конце периода наблюдения, также вероятно, что будут происходить вспышки холеры в будущем.

    Обсуждение

    В этой работе динамическая модель, включающая доступные данные об окружающей среде, использовалась для описания передачи холеры в Западном департаменте Гаити. Результаты модели позволяют предположить наличие в окружающей среде большого резервуара токсигенного вещества В.cholerae , которая достигла пика в начале 2012 г. с последующим медленным снижением (рис. 4). Наличие такого экологического резервуара согласуется с экологическими исследованиями, проведенными в бассейне затопления Леогана департамента Уэст, которые выявили V. cholerae O1 во многих речных и эстуарных экосистемах [5] [6]. Аналогичная тенденция наблюдалась в области восприимчивости человека в модели, где наименьшее количество восприимчивых представителей популяции наблюдалось в начале 2012 года с медленным, но неуклонным ростом с того времени (рис. 4).

    Модель эпидемии холеры на Гаити, описанная в этом исследовании, была новой в том, что касается экологической составляющей. Как упоминалось ранее, большинство предыдущих динамических моделей эпидемии холеры на Гаити постулировали, что токсигенный V. cholerae находится только в переходном состоянии в окружающей среде, когда патогенные бактерии, попадающие в поверхностные воды людьми, распадаются с постоянной скоростью и не могут расти без дополнительные случаи. Это предположение исключает способность к токсигенному воздействию В.холера становится более распространенной в окружающей среде в периоды снижения заболеваемости холерой и не объясняет возобновление случаев холеры после межэпидемических периодов; оба из них недавно наблюдались на Гаити [4] [6].

    Как и любая математическая модель передачи инфекционных заболеваний, этот подход не лишен ограничений. Одним из важных теоретических вопросов было предположение об однородном перемешивании. Скорость перехода контактов между отсеками предполагает однородное смешивание и не учитывает плотность местного населения, наличие сетей мобильности людей и правила личной гигиены в домохозяйствах [18].Аналогичным образом, частота контактов между людьми и окружающей средой также зависит от доли населения, потребляющей загрязненные поверхностные воды, которая варьируется в городских и сельских районах, а также от демографических факторов [19] [20]. Помимо того, что наша модель полагается на ранее опубликованные оценки некоторых параметров, существуют также ненаблюдаемые процессы, которые произошли во время эпидемии, такие как увеличение потребления бутилированной воды в городских районах до 38% и колебания количества центров лечения холеры. (CTC) по мере того, как заболеваемость начала снижаться [21] [22].Однако демографические данные, а также количество вмешательств, примененных международной сетью организаций по оказанию помощи, также трудно определить количественно, что делает их включение в модель в лучшем случае спекулятивным.

    На данный момент только одно серологическое исследование холеры на Гаити было проведено в группах высокого риска у реки Артибонит через шесть месяцев после начала эпидемии, в ходе которого было сообщено, что 39% участников имели титры антител, соответствующие недавней инфекции холеры. [23].Наша модель, в которой использовались данные о заболеваемости из соседнего департамента Уэст, где начало эпидемии произошло позже, показала, что прогнозируемая доля восприимчивых людей в то время была несколько выше. За исключением одного процитированного исследования, на Гаити не проводилось никаких других серологических исследований, поэтому невозможно напрямую прокомментировать достоверность прогнозов модели. Тем не менее, рост доли восприимчивых людей вполне вероятен, учитывая ожидаемое снижение иммунитета к холере Эль-Тор с течением времени и уровень рождаемости, который более чем на 40% выше, чем в других развивающихся странах Латинской Америки и Карибского бассейна [24] [25].Сочетание экологических резервуаров токсигенного вещества V. cholerae , отсутствия адекватной инфраструктуры санитарии и гигиены и медленно растущей доли уязвимых членов населения предполагает, что в будущем, вероятно, будут наблюдаться сезонные эпидемии. Кроме того, сохраняется вероятность крупных эпидемий холеры после ураганов, которые вызывают сильные наводнения или другие экологические бедствия, которые могут нанести ущерб существующей инфраструктуре санитарии и питьевой воды.Учитывая вероятность будущих вспышек холеры и продемонстрированную эффективность пероральной вакцины против холеры на Гаити, было бы полезно иметь планы смягчения последствий эпидемии, которые включают положения об использовании мобильного запаса ВОЗ вакцины против холеры [26] [27]. .

    Дополнительная информация

    S4 Text. Оценка основного репродуктивного числа.

    В этом разделе дается определение и вывод основного репродуктивного числа для предлагаемой модели. Обсуждаются проблемы определения при наличии изменяющихся во времени скоростей перехода.

    https://doi.org/10.1371/journal.pntd.0004153.s004

    (PDF)

    Благодарности

    Авторы выражают благодарность Эбену Кенаху, доктору философии. и Джульет Пуллиам доктор философии. за помощь и критические отзывы.

    Вклад авторов

    Задумал и спроектировал эксперименты: AK TAW YY AA JGM IML. Проведены эксперименты: AK TAW YY AA JGM IML. Проанализированы данные: AK TAW YY AA JGM IML. Предоставленные реагенты / материалы / инструменты анализа: AK TAW YY AA JGM IML.Написал статью: AK TAW YY AA JGM IML. Работал над обзором литературы, выполнил анализ данных и соответствующую оценку, результаты и графики: AK TAW. Участвовал в обсуждениях и интерпретации результатов: AK TAW YY AA JGM IML.

    Ссылки

    1. 1. Barzilay EJ, Schaad N, Magloire R, Mung KS, Boncy J, Dahourou GA и др. (2013) Эпиднадзор за холерой во время эпидемии на Гаити — первые 2 года. N Engl J Med 368 (7): 599–609. pmid: 23301694
    2. 2.Али А., Чен Й., Джонсон Дж. А., Редден Е., Майетт И., Рашид М. Х. и др. (2011) Недавнее клональное происхождение холеры на Гаити. Emerg Infect Dis 17 (4): 699–701. pmid: 21470464
    3. 3. Tappero JW, Tauxe RV. (2011) Уроки, извлеченные в ходе ответных мер общественного здравоохранения на эпидемию холеры в Гаити и Доминиканской Республике. Новые инфекционные заболевания 17 (11): 2087–2093. pmid: 22099111
    4. 4. Панамериканская организация здравоохранения. (2014) Интерактивный атлас вспышки холеры в Испании, 2010–2014 гг.http://new.paho.org/hq/images/Atlas_IHR/CholeraHispaniola/atlas.html По состоянию на март 2015 г.
    5. 5. Алам М.Т., Веппельманн Т.А., Вебер С.Д., Джонсон Дж.А., Рашид М.Х., Берч С.С. и др. (2014) Мониторинг водных источников для экологических резервуаров токсигенного холерного вибриона O1, Гаити. Emerg Infect Dis 2014; 20 (3): 356–63. pmid: 24571741
    6. 6. Alam MT, Weppelmann TA, Longini I, De Rochars VM, Morris JG Jr, Ali A. (2015) Повышенная частота изоляции токсигенного холерного вибриона O1 с участков мониторинга окружающей среды на Гаити.PLoS One 2015; 10 (4): e0124098. pmid: 25853552
    7. 7. Baron S, Lesne J, Moore S, Rossignol E, Rebaudet S, Gazin P и др. (2013) Нет данных о значительных уровнях токсигенного V. cholerae O1 в водной среде Гаити в сезон дождей 2012 года. PLoS Curr 2013; 5. pmid: 24077904
    8. 8. Калер А.М., Хейли Б.Дж., Чен А., Малл Б.Дж., Тарр С.Л., Тернсек М. и др. (2015) Экологический надзор за токсигенными холерными вибрионами в поверхностных водах Гаити. Am J Trop Med Hyg 92 (1): 118–25.pmid: 25385860
    9. 9. Станислас Р., Рено П. (2015) Мониторинг водных источников для экологических резервуаров токсигенных Vibrio cholerae O1, Гаити. Журнал новых инфекционных заболеваний 21 (1): 169.
    10. 10. Министерство здравоохранения и народонаселения Гаити (MSPP). Национальный план ликвидации холеры в Гаити на 2013–2022 годы. 2012.
    11. 11. Fung IH (2014) Динамические модели передачи холеры для практиков общественного здравоохранения.Новые темы в эпидемиологии 11 (1): 1–11. pmid: 24520853
    12. 12. Бертуццо Э., Фингер Ф., Мари Л., Гатто М., Ринальдо А. (2014) О вероятности исчезновения эпидемии холеры на Гаити. Стохастические исследования окружающей среды и оценка рисков.
    13. 13. Vezzulli L, Pruzzo C, Huq A, Colwell RR (2010) Экологические резервуары холерного вибриона и их роль в холере. Отчеты по микробиологии окружающей среды 2010; 2 (1): 27–33. pmid: 23765995
    14. 14. Hartley DM, Morris JG Jr, Smith DL (2006) Гиперинфекция: критический элемент способности V.холера, чтобы вызвать эпидемии? PLoS Med 3: 7.
    15. 15. Айзенберг М.С., Робертсон С.Л. и Тьен Дж. Х. (2013). Выявление и оценка множественных путей передачи холеры и болезней, передающихся через воду. Журнал теоретической биологии, 324, 84.102. pmid: 23333764
    16. 16. Министерство здравоохранения и народонаселения Гаити (MSPP). Ежедневные отчеты о случаях холеры по коммунам. Май 2014 г. [цитируется в марте 2015 г.]. http://mspp.gouv.ht/newsite/documentation.php
    17. 17.НАСА. Ежедневные данные НАСА о Земле: TRMM и другие спутниковые данные об осадках. (На основе 3B42 V7) (TRMM_3B42_daily). 2014 г. [цитируется в марте 2015 г.]. http://mirador.gsfc.nasa.gov/cgi-bin/mirador.
    18. 18. Мари Л., Бертуццо Э., Ригетто Л., Касагранди Р., Гатто М., Родригес-Итурбе I и др. Моделирование эпидемий холеры: роль водных путей, мобильность людей и санитария. Журнал Интерфейса Королевского общества. 2011. 9 (67): 376–88.
    19. 19. Патрик М., Берендес Д., Мерфи Дж., Бертран Ф., Хусейн Ф., Хандзель Т.Доступ к безопасной воде в сельских районах Артибонита, Гаити, через 16 месяцев после начала эпидемии холеры. Американский журнал тропической медицины и гигиены. 2013. 89 (4): 647–53. pmid: 24106191
    20. 20. Лунд А.Дж., Киз Х.М., Левенталь С., Фостер Дж. В., Фриман М.С. Распространенность факторов риска холеры между гаитянами-мигрантами и доминиканцами в Доминиканской Республике. Панамериканский журнал общественного здравоохранения. 2015; 37 (3): 125–32. pmid: 25988248
    21. 21. Арчибольд Р.К. и Сенгупта С.ООН борется с эпидемией холеры на Гаити. Нью-Йорк Таймс. Опубликовано 19 апреля 2014 г. Цитировано 13 августа с веб-сайта http://www.nytimes.com/2014/04/20/world/americas/un-struggles-to-stem-haiti-cholera-epidemic.html.
    22. 22. Демографические и медицинские исследования. STATcomiler: Гаити с 2005–6 по 2012 год. ICF International. 2012 [цитируется 13 февраля 2015 г.]. Доступно по адресу: http://www.statcomplier.com
    23. 23. Jackson BR, Talkington DF, Pruckler JM, Fouché MDB, Lafosse E, Nygren B и др.Сероэпидемиологическое исследование эпидемии холеры на Гаити для оценки спектра заболеваний и факторов риска тяжелых заболеваний. Американский журнал тропической медицины и гигиены. 2013. 89 (4): 654–64. pmid: 24106192
    24. 24. Клеменс Д.Д., ван Лун Ф., Сак Д.А., Рао М.Р., Ахмед Ф., Чакраборт Ю.Дж. и др. Биотип как детерминант естественного иммунизирующего действия холеры. Ланцет (Лондон, Англия). 1991. 337 (8746): 883–4.
    25. 25. Группа Всемирного банка. Глобальная онлайн-база данных по рождаемости.2013 [цитируется 15 августа 2015 г.]. Доступно по ссылке: http://data.worldbank.org/indicator/SP.DYN.CBRT.IN/countries
    26. 26. Ivers LC, Hilaire IJ, Teng JE, Almazor CP, Jerome JG, Ternier R, et al. Эффективность реактивной оральной вакцинации против холеры в сельских районах Гаити: исследование методом случай-контроль и анализ смещения индикатора. The Lancet Global Health. 2015; 3 (3): e162–8. pmid: 25701994
    27. 27. Чао Д.Л., Халлоран М.Э., Лонгини И.М. (2011) Стратегии вакцинации от эпидемии холеры на Гаити с последствиями для развивающихся стран.Труды Национальной академии наук 108, 7081–85.

    Исторические и современные взгляды на передачу холеры: повторяем ли мы прошлые дискуссии? Можно ли применить уроки холеры к COVID ‐ 19? — Дженсен — 2021 — APMIS

    Холера, диарейное заболевание, вызываемое бактериями, веками определяла историю человечества, а COVID-19 — это недавно возникшее респираторное заболевание, вызываемое вирусом SARS-CoV-2. Несмотря на очевидные различия, между этими двумя заболеваниями есть некоторые удивительные сходства.Например, оба, по-видимому, легче всего распространяются в условиях скопления людей, когда часты тесные, продолжительные личные контакты, а социальное дистанцирование невозможно или невозможно. Из-за недавнего появления SARS-CoV-2 исследователям часто не хватает критических данных об этом заболевании, и исследовательское сообщество должно изучить, как и где исторические данные могут быть использованы для заполнения этих пробелов в исследованиях. С этой целью холера научила нас, как важно смотреть назад, чтобы направлять путь вперед, а исторические данные позволили современным исследователям решить давно сохранявшуюся неопределенность в отношении передачи холеры.Таким образом, в этой статье мы попытаемся дать представление о некоторых, возможно, упущенных из виду путях, которые могут повлиять на первичную передачу холеры, используя как исторические, так и новые данные, и дополнительно изучить сходство этих результатов с развитием знаний о передаче COVID-19.

    От семи пандемий до наших дней

    Страх холеры на протяжении нескольких столетий был одной из движущих сил современного городского планирования, потребности в адекватных жилых помещениях и улучшении гигиены, чистой питьевой воде и санитарии.В настоящее время примерно 1,3 миллиарда человек во всем мире подвержены риску холеры, при этом ежегодно регистрируется 1,3-4 миллиона случаев холеры, что приводит примерно к 21 000–143 000 смертельных исходов в год (1). Точные цифры трудно оценить, поскольку о многих случаях не сообщается по политическим и / или экономическим причинам (например, из-за страха последствий для торговли и туризма) или просто из-за отсутствия диагностических возможностей в отдаленных и менее благополучных с экономической точки зрения районах (2).

    Холера — это тяжелое диарейное заболевание, вызываемое штаммами O1 и O139 бактерии Vibrio cholerae , и оно эндемично для солоноватых вод в устьях рек Ганга и Брахмапутра в Бенгальском заливе (3-5).Хотя первые письменные упоминания об этой болезни в Южной Азии относятся к хинди-ведам с 500 г. до н.э., история холеры предполагает, что остальной мир не знал о ней до 1817 г. Однако 1817 г. — это год, когда по крайней мере семь различных пандемий O1 распространились из Бенгальского залива (6). Текущая седьмая и все еще продолжающаяся пандемия началась в 1961 году, но не в Бенгальском заливе, а в Сулавеси, Индонезия. В 1992 году в Индии появился новый штамм O139. После того, как он вызвал значительную эпидемию среди населения, которое было в основном невосприимчивым к серотипу O1, но не к серотипу O139, теперь оно проживает в Азии и по неизвестным причинам не распространилось на остальной мир (7).

    Несмотря на то, что холера является смертельной болезнью, при уровне смертности от 25 до 50% в нелеченых случаях холера не всегда является катастрофической угрозой для здоровья населения там, где она носит эндемический характер (8), поскольку надлежащая медицинская помощь может снизить уровень смертности до <1 %. Первичное и недорогое лечение холеры состоит из восполнения потерянных жидкостей с помощью жидкости для перорального и внутривенного введения, содержащей электролиты (до 1 литра в час). Стул с рисовым отваром, выделяемый людьми с симптомами, очень заразен, и человек может выделять до 2 × 10 12 В.cholerae бактерий в сутки (9). Волонтерские испытания показали, что инфекционная доза при тяжелой диарее составляет 10 8 –10 11 бактерий у здоровых людей. Инфекционная доза снижается до 10 4 –10 8 , когда бикарбонатный буфер используется для нейтрализации желудочной кислоты незадолго до инокуляции, а такие продукты, как рис, рыба, заварной крем и обезжиренное молоко, могут действовать как кислотный буфер (10 ). Однако до 50% людей, инфицированных V. cholerae , никогда не будут испытывать тяжелой диареи и (в зависимости от иммунитета, дозы инокулята и т. Д.)) будут иметь только легкие симптомы или протекать бессимптомно, хотя они все равно будут переносить и выделять бактерии в меньших концентрациях (10). Вследствие высокой бактериальной нагрузки и объема экскретируемого рисового отвара холера непропорционально поражает людей с низким социально-экономическим статусом, которые живут в перенаселенных, антисанитарных условиях с недостаточным количеством воды и средств санитарии (8). По этой причине болезнь считается показателем экономического неравенства и отсутствия социального развития.

    Воздействие Джона Сноу

    Одно имя, которое тесно связано с нашим пониманием передачи холеры, — это доктор Джон Сноу, который в 1854 году во время третьей пандемии холеры в Лондоне снял ручку водяного насоса на Брод-стрит и, таким образом, остановил вспышку, хотя вспышка острие и уже отступало, когда ручка была снята. В отдельном исследовании д-р Сноу также показал различия в смертности в домохозяйствах с одной улицы, но подключенных к разным водопроводным станциям.Оба действующих гидроузла получали воду из реки Темзы, но имели разное качество. Вход водопроводной компании Lamberth находился выше по течению от выхода сточных вод Лондона, и уровень смертности их клиентов составлял 37/10 000, в то время как компания Southwark and Vauxhall собирала загрязненную воду ниже по течению с уровнем смертности 315/10 000 (11). Эти результаты связали качество воды со смертностью и, по сути, положили конец современным спорам о том, были ли инфекции или миазмы причинами заболеваний (12).Легенда о ручке насоса повлияла на то, как запоминаются открытия доктора Сноу, с тех пор связь между холерой и загрязненной питьевой водой высечена в камне. Другие его выводы относительно связи холеры через передачу от человека к человеку и через пищу, похоже, отошли на второй план. Даже сегодня короткоцикловая передача (при личном домашнем контакте и соблюдении гигиены) недостаточно изучена по сравнению с длинноцикловой передачей (например, через питьевую воду) (13).

    Холеру можно сгруппировать в два общих и взаимосвязанных пути передачи: путь от водного резервуара до хозяина ( V. cholerae , который выжил и воспроизвел себя вне человеческого хозяина в водной среде и впоследствии передался человеку-хозяину — часто упоминается как первичная передача) и фекально-оральным путем (передача от одного человека-хозяина к другому — часто называемая вторичной передачей) (14). Вспышки холеры в неэндемичных районах, таких как Лондон и Копенгаген в 1850-х годах, считаются связанными только с вторичной передачей (с возможным исключением индексного случая), тогда как вспышки холеры в эндемичных районах, таких как Бангладеш, включают как первичную, так и вторичную передачу. (8).Несмотря на десятилетия исследований, важность основных факторов, лежащих в основе первичной передачи V. cholerae в Бангладеш, остается спорной, и если потенциальные пути передачи не будут полностью изучены и поняты, борьба с этой болезнью никогда не будет достигнута.

    Новое историческое понимание передачи и их возможных последствий

    Представление о том, что холера тесно связана с питьевой водой, могло бы быть другим, если бы Джон Сноу жил в Копенгагене летом 1853 г., где в результате вспышки заболевания погибло более 4663 человек (3.4% населения города) (15). Хотя ни одно исследование специально не исследовало его передачу, большинство историков предположили, что вспышка была вызвана питьевой водой, основываясь на данных, полученных с помощью насоса Snow Broad Street. Вспышка в Копенгагене была уникальной в эпидемиологическом смысле, поскольку население города никогда ранее не подвергалось воздействию V. cholerae . В середине девятнадцатого века в Дании все еще действовало карантинное законодательство, разработанное во время чумы. В нем определены правила карантина судов, прибывающих из портов, зараженных определенными эпидемическими заболеваниями, в том числе холерой.Однако в 1852 году правила карантина для холеры были отменены из-за изменения медицинской мысли, в результате чего большинство властей решили, что болезнь является миазматической, и, как таковые, правила карантина больше не имели смысла (16).

    Во время вспышки в Копенгагене проживало около 130 000 человек, и значительное количество коров, свиней, лошадей и другой домашний скот находились в небольших грязных местах за городскими валами. Нередко можно было увидеть коров, постоянно проживающих на первых этажах городских домов, поскольку их содержали для того, чтобы поедать отходы производства пива.Не было канализации, и все твердые и жидкие отходы временно хранились в подвалах или направлялись прямо в открытые водостоки, протекающие через город и опорожняющиеся в гавани, а часть — в канал перед замком и рыбным рынком (16 ).

    В Копенгагене было несколько независимых источников водоснабжения, все из которых были построены из полых дубовых труб, соединенных свинцовыми соединениями. В них вода не обрабатывалась и не фильтровалась и свободно текла (под действием силы тяжести в системах без давления) из окружающих озер в город.Тем не менее, один источник водоснабжения собирал воду из озера в 7 км от высоты 30 метров над уровнем моря, которое питало единственный водный фонтан в Копенгагене водой под давлением (17). Негерметичные свинцовые соединения, соединяющие трубы, позволяли сточным водам из желобов на улицах выше попадать в трубы и, следовательно, в питьевую воду. Это было опубликовано в газетах, где люди жаловались на качество воды как на грязное, с угрями, рыбой и другими существами, обнаруженными в ней (18).

    В 2018 году в рамках проекта Копенгагенского университета смоделировали вспышку холеры и сопоставили ее с наложением ГИС различных компаний по распределению воды (см.рис.1) (19). Если бы трубы были переносчиком болезни, можно было бы ожидать, что холера перемещалась бы вместе с потоком воды. Отсутствие этого указывает на короткий цикл передачи в рамках вторичного пути передачи в Копенгагене. Хотя причины этой передачи остаются неизвестными, перегруженные жилища, отсутствие гигиены и возможное загрязнение пищевых продуктов являются предположениями. К сожалению, по прошествии 167 лет дальнейшее изучение важности различных маршрутов передачи не представляется возможным. Однако в Бангладеш физическая среда с точки зрения скопления людей и помещений с низким уровнем гигиены аналогична той, которую можно было найти в Копенгагене 1853 года и Лондоне в 1854 году.

    Трубы различных компаний водоснабжения (разного цвета) следовали градиенту (не показано) ландшафта и текли от озер к гавани и замку (из левого верхнего угла по диагонали в правый нижний), в то время как холера пересекала сети трубопроводов и перемещалась. по горизонтали (вверху справа налево внизу) в городе (20).

    Изучение путей передачи инфекции в Бангладеш с использованием исторических вспышек

    Условия (температура воды, pH, соленость и цветение планктона) в эстуариях и в Бенгальском заливе благоприятствуют V.cholerae выживаемость и рост в те же периоды или примерно в те же периоды, что и сезонные пики, наблюдаются в 100 000 случаев холеры в год в некоторых частях Бангладеш (3, 21-23). Таким образом, исследователи выяснили, было ли загрязнение питьевой воды из водоема основным путем передачи холеры в Бангладеш (3, 22, 24), либо через питьевую воду, забираемую непосредственно из рек во время засушливого сезона, либо через водозабор. колодцы, затопленные в сезон дождей. Напротив, King et al.(25) использовали математическое моделирование, чтобы доказать, что свободноживущие V. cholerae в водном резервуаре были ответственны за относительно небольшое количество случаев холеры. Их исследование показало, что ранее недооцененное количество легких или бессимптомных случаев является ключом к интерпретации моделей заболевания в Бангладеш.

    От водохранилища к хозяину в Бангладеш (первичная передача)

    Водоем

    в Бангладеш, V.cholerae может быть извлечен из водных водоемов через воду и рыбу (3, 26). В других странах водные растения и водоплавающие птицы также были предложены в качестве потенциальных точек добычи (8, 24, 27).

    Чтобы заразиться холерой из водоема, хозяину необходимо проглотить V. cholerae через воду (например, при употреблении загрязненной питьевой воды или купании / плавании в зараженной реке и проглатывании некоторого количества воды), пищи, контакт с фомитами (например, кухонной утварью) или прямой оральный контакт его / ее руками (например,г., человек может есть загрязненными руками). Таким образом, мы можем спросить, какова связь между точками, в которых V. cholerae может быть извлечено из водного резервуара, и точками, где он может быть проглочен хозяином? (Рис. 2).

    Возможные основные пути передачи холеры в Бангладеш от водоема к хозяину (28).

    Вода из водного резервуара для питьевой воды

    Учитывая отчетливые сезонные закономерности заболеваемости холерой в Бангладеш, исследователи выяснили, есть ли сезонные интродукции V.cholerae в питьевую воду непосредственно из водоема (3, 21, 22, 29, 30). Ежегодно низкий речной сток во время засушливого сезона приводит к вторжению соленой воды из Бенгальского залива в прибрежные районы, создавая речную среду, способствующую выживанию и росту V. cholerae . Некоторые исследования предполагают, что эти условия вызывают вспышки засушливого сезона в прибрежных районах, когда люди глотают зараженную воду из водных резервуаров (3, 21). По мере развития засушливого сезона соленая вода проникает дальше вглубь суши и с помощью веслоногих ракообразных достигает В.cholerae мигрирует во внутренние районы. Во время сезона дождей паводковые воды переносят V. cholerae из рек во внутренние районы затопления, где они затем размножаются в заболоченных районах. Исследования показали, что паводковые воды загрязняют источники воды, в том числе пруды и колодцы, используемые для питьевой воды, тем самым способствуя возникновению постмуссонных вспышек во внутренних районах (3).

    Реки могут быть прямым путем передачи от водохранилища к хозяину, но только в том случае, если будет обнаружено, что вода с высокой соленостью потребляется местным населением (8).Однако неудивительно, что жители Бангладеш предпочитают питьевую воду с действительно приятным вкусом (23). Следовательно, будут ли люди в Бангладеш пить воду непосредственно из водоема с высокой соленостью? Чтобы ответить на этот вопрос, Grant et al. (31) провели простой вкусовой эксперимент, исследуя, терпимо ли местное население из прибрежного региона Бангладеш пить воду с соленостью, аналогичной той, которая встречается в реках в сезон меженного стока. Далее было исследовано, будут ли они продолжать пить воду из источника после того, как он был затоплен и загрязнен солоноватой речной водой во время сезона дождей.Результаты для обоих сценариев были отрицательными, что указывает на то, что могут существовать другие или параллельные пути передачи.

    Передача холеры через потребление рыбы

    Исследования за пределами Бангладеш обнаружили связь между холерой и потреблением недоваренных моллюсков (8, 24, 32). Однако в Бангладеш большая часть моллюсков экспортируется, что дорого для бедных домохозяйств, и их собирают в периоды, не совпадающие с сезонами холеры (33).Таким образом, хотя вполне вероятно, что некоторые случаи могут произойти через этот путь, маловероятно, что это будет движущей силой крупных сезонных вспышек, наблюдаемых в контексте Бангладеш.

    Чтобы изучить возможную передачу через рыбу, исследование, проведенное в 2018 году, обнаружило высокую распространенность V. cholerae в жабрах, прямой кишке, кишечнике и чешуе рыбы Hilsa — обычно пойманной и потребляемой рыбы в Бангладеш, которая обитает в обоих пресная и морская вода (26).В 1951 году Пандит и Хора упомянули рыбу Хильса как возможное звено, но их результаты не были исследованы в дальнейшем (34). Рыба хильса мигрирует вверх по рекам из Бенгальского залива два раза в год, с июля по октябрь и с января по март, что соответствует двум сезонным пикам заболеваемости холерой (29). Это говорит о том, что рыба Hilsa потенциально может служить средством передачи V. cholerae (26). Кроме того, в эти периоды количество рыбы Hilsa на местных рынках увеличивается, что приводит к снижению цен.Напротив, в другое время года цены, как правило, слишком высоки для бедных домохозяйств (26). Рыбу в Бангладеш готовят или жарят перед едой, и поэтому она не может служить прямым путем передачи. Однако они могут представлять собой возможное недостающее звено передачи: антисанитарные условия на кухне и, как следствие, передача на кухне.

    Антисанитарные условия на кухне как потенциально упускаемый из виду канал передачи данных

    В Бангладеш исследования показали, что кухонная среда может быть загрязнена в результате очистки и потрошения зараженной рыбы (26) или в результате использования загрязненной речной или канальной воды для бытовых нужд (34).Аналогичным образом, использование бытовой воды, зараженной V. cholerae , для приготовления пищи и овощей, которые едят в сыром виде, также связано с передачей холеры (35).

    В Бангладеш рыбу обычно покупают целиком на местных рынках, а затем доставляют домой для очистки и потрошения. Часто это делают на полу кухонных зон. Посуда, в том числе большой стационарный разделочный нож (называемый «боти»), обычно используется для разделки сырой рыбы и других продуктов на кухне (26).В исследовании гигиены Hussain et al. (36), значительное количество контаминации E. coli было обнаружено на botis и промытых пищевых тарелках. Другие исследования показали, что негигиеничное обращение с рыбой может быть еще одним фактором, ведущим к передаче V. cholerae (8, 24). Scheelbeek et al. (37) предположили, что в условиях, когда гигиена кухни ограничена, существует более высокий риск передачи холеры от чистки рыбы, чем от употребления ее в пищу.

    Однажды В.cholerae присутствует на кухне, антисанитарные условия могут привести к перекрестному заражению / повторному загрязнению пищи и воды несколькими путями. Например, одно исследование показало, что V. cholerae выживает на фомитах, которые обычно используются на кухне, в течение 1–4 часов в состоянии культивирования и до 7 дней в жизнеспособном, но не культивируемом состоянии (т. Е. Все еще заразным, но неспособным к культивированию. воспроизвести) (38). Ограниченное количество доступной воды в кухонной среде может ограничить способность людей заниматься безопасными методами гигиены, такими как мытье рук или тщательная чистка кухонных инструментов / посуды (39), тем самым увеличивая риск перекрестного заражения В.cholerae из фомитов в пищу и / или воду и, в конечном итоге, передается новому хозяину.

    Фекально-оральный путь (вторичная передача)

    Чтобы лучше понять фекально-оральную передачу, в 1958 году Вагнер и Ланойс (40) разработали F-диаграмму, показывающую, как патоген может передаваться от фекалий новому хозяину через пальцы, мух, поля, жидкости и пищу. На F-диаграмме каждый элемент представляет путь передачи патогена.Пальцевым путем патогены передаются от фекалий первоначального хозяина к пище или напрямую к новому хозяину через контакт рук. Систематические обзоры подтвердили эти результаты, обнаружив, что мытье рук с мылом имеет защитный эффект от диареи (41). Однако исследования, проведенные в Бангладеш, показали, что среди больных холерой наблюдается низкая частота мытья рук с мылом (7%) после посещения туалета (42). Мухи также могут действовать как переносчики бактерий, сначала приземляясь на фекалии, а затем на пищу.Исследование, проведенное в трущобах Дакки, подтвердило передачу V. cholerae мухами в реальной кухонной среде и количественно оценило передачу Escherichia coli во время приготовления пищи, которая показала величину 600 E. coli , депонированных в 50 % посадок (43, 44). В полевых условиях передача патогенов может происходить, если необработанные фекалии используются в качестве удобрений или сточные воды используются для орошения сельскохозяйственных культур (45). Путь подачи жидкости можно разделить на питьевую и бытовую воду, например воду, используемую для приготовления пищи, личной гигиены и уборки дома.Путь к питьевой воде относительно прост и возникает, когда источник питьевой воды загрязнен фекалиями, содержащими V. cholerae , а затем потребляется новым хозяином. Однако одним из ограничений F-диаграммы является то, что она не учитывает возможное повторное загрязнение (загрязнение, происходящее в домашнем хозяйстве) питьевой воды, которая ранее была обработана или собрана из « чистого и безопасного » источника, когда она пита из грязного источника. стекла или хранятся в антисанитарных условиях (36, 46).

    Также были обнаружены доказательства того, что V. cholerae могут выживать в течение длительного времени и даже размножаться в пище при правильных условиях (7). В Бангладеш передача холеры была связана с сырыми овощами, а также с полуфабрикатами, такими как вареный рис и курица, когда эти пищевые продукты контактировали с зараженными пальцами, мухами или жидкостями (47).

    Передача в Копенгагене была вторичной, тогда как вспышки в Бангладеш имели первичный источник.Однако мы можем использовать анализ исторической вторичной передачи в анализе первичной передачи, особенно когда мы понимаем, что другие, не связанные с питьем, передачи через воду могут иметь важное значение. Эта идея приводит нас к Рис. 3, который показывает, где первичная и вторичная передача могут быть прерваны.

    Первичный (от резервуара к хозяину) и вторичный (кал к новому хозяину) пути передачи холеры в Бангладеш с пометками в качестве индикаторов возможных вмешательств (28).

    Борьба с холерой заключается в нарушении маршрутов передачи V. Cholerae , и на рис. 3 представлен обзор того, где и какими средствами могут быть нарушены такие пути передачи. Как показано, успешное вмешательство, вероятно, предполагает использование различных подходов, но сначала необходимо определить пути распространения с точки зрения их относительной важности в передаче бактерий, чтобы оценить возможный эффект вмешательства. Хотя эти линии разрушения характерны для Бангладеш с точки зрения водопользования и привычек, они основаны на историческом подходе с использованием данных из Копенгагена в 1853 году.Чтобы окончательно различить и количественно оценить конкретный путь передачи, в котором хозяин заразился V. cholerae , требуется тщательное исследование с использованием микробиологического тестирования и отслеживания контактов. Однако в странах с низким уровнем дохода, таких как Бангладеш, это редко возможно.

    Джон Сноу показал, что качество воды очень важно. Однако, глядя на инфекционные дозы, также становится ясно, что только сильно загрязненная вода может вызвать заболевание у здоровых людей.Напротив, только 0,1% от инфекционной дозы V. cholerae в питьевой воде необходимо, если она попадает в организм с пищей. Поэтому важно пересмотреть оригинальные идеи Джона Сноу, а не просто сосредоточиться на качестве воды. Это означает, что в центре внимания будет находиться дом и особенно гигиена кухни, хотя улучшение жилищных стандартов и модернизация кухни обходятся дороже, чем простое хлорирование воды.

    Исторические сходства с COVID-19

    Несмотря на различия в причинах COVID-19 (зоонозный вирус) и холеры (бактерии), можно наблюдать несколько общих черт.Во-первых, оба заболевания рассматриваются как разрушающие общество болезни азиатского происхождения, распространяющиеся на весь остальной мир. Во-вторых, ни одно из заболеваний не является полностью новым в том смысле, что коронавирусы человека и первоначальный тип холеры O1 являются известными заболеваниями со значительным иммунитетом среди ранее облученных групп населения. Однако после их первоначального появления непрерывная эволюция коронавируса SARS и V. cholerae вызвала новые вспышки, и SARS-CoV-2 и O-139 быстро стали новыми угрозами для здоровья населения.Более того, многочисленные бессимптомные носители затрудняют борьбу с обоими заболеваниями.

    Является ли COVID-19 болезнью, вызванной бедностью? Известно, что холера является болезнью бедности, и текущие данные показывают, что COVID-19, несмотря на то, что он может вызывать глобальные инфекции вне социально-экономических границ, как правило, имеет более высокий уровень смертности среди групп населения с низкими доходами (48, 49). Поскольку эти группы населения имеют тенденцию жить в условиях перенаселения, в которых невозможно поддерживать социальное дистанцирование и высокий уровень гигиены (50).Поэтому соблюдение типичных рекомендаций общественного здравоохранения о том, как уменьшить распространение вируса, среди этих групп населения, вероятно, будет низким. Однако факторы риска инфраструктуры, то есть гигиена и жилье, не единственные риски. Другие факторы, которые следует принимать во внимание, — это доступ к медицинскому обслуживанию и наличие недолеченных неинфекционных заболеваний, таких как диабет, который чаще встречается среди групп с более низким социально-экономическим статусом (51). И COVID-19, и холера имели и будут иметь потенциал изменить будущие условия жизни, то, как мы взаимодействуем, и особенно то, как мы планируем и создаем будущие стандарты в отношении жилого / рабочего пространства и гигиены.

    Что касается возможной фекально-оральной передачи SARS-CoV-2, остается неясным. Хотя живой вирус был обнаружен во многих образцах стула инфицированных пациентов (52, 53), неясно, остается ли он заразным. Существующие знания о распространении COVID-19 через поля и жидкости также ограничены, и в настоящее время изучается роль фомитов и мух (54-58). Присутствие SARS-CoV-2 в сточных водах также широко обсуждается (59). Однако инфекционных вирусов не было обнаружено ни в неочищенных, ни в очищенных сточных водах, ни в системах питьевого водоснабжения.

    Важность передачи SARS-CoV-2 воздушно-капельным путем и, в частности, важность передачи воздушно-капельным путем по сравнению с аэрозолями (60) иллюстрируют ключевую проблему для обоих заболеваний. То есть, хотя мы можем распознать пути заражения, мы не полностью осознаем их относительную важность, то есть, какие маршруты являются наиболее эффективными с точки зрения потока патогенов и фактической инфицирующей дозы, а какие существуют, но незначительны из более широкая перспектива общественного здравоохранения (61).Возможно, ключ к ответу на большинство наших текущих вопросов относительно холеры и COVID-19 лежит не полностью в новых исследованиях, а в том, чтобы оглянуться назад и повторно проанализировать огромное количество данных, которые были собраны в прошлом.

    Надеюсь, эта статья вдохновит исследователей вернуться к старым эпидемиям и извлечь уроки из них, поскольку сейчас, когда время играет не последнюю роль, наступил момент, чтобы встать на плечи наших предков и взглянуть не только на их открытия, но и на их открытия. их составленная работа, потому что «люди не будут ждать потомков, которые никогда не оглянутся назад на своих предков». — Эдмунд Берк .

    Список литературы

    Бессимптомная инфекция Легкая инфекция Тяжелая инфекция
    913 9013 Рвота и обильная диарея
    Обезвоживание Нет От легкой до легкой От средней до тяжелой (гиповолемический шок)
    Характеристики стула Жидкость стула Нормальный стул
    Вибрионов на грамм стула До 10 5 До 10 8 10 7 от до 10 9 в стуле (и вомитусе) 901 Лечение Нет Раствор для пероральной регидратации (O RS) ПРС, внутривенные жидкости и антибиотики
    Смертность Нет Нет Без лечения: до 50% Вылечено: менее 1%