16.2: Відстеження інфекційних захворювань

Цілі навчання

• Поясніть дослідницькі підходи, які використовують піонери епідеміології
• Поясніть, як описові, аналітичні та експериментальні епідеміологічні дослідження дозволяють визначити причину захворюваності та смертності

Епідеміологія має своє коріння в роботі лікарів, які шукали закономірності виникнення захворювань як спосіб зрозуміти, як запобігти цьому. Ідея про те, що хвороба може передаватися, була важливим попередником для розуміння деяких закономірностей. У 1546 році Джироламо Фракасторо вперше запропонував зародкову теорію хвороби у своєму есе De Contagione et Contagiosis Morbis, але ця теорія залишалася в конкуренції з іншими теоріями, такими як гіпотеза міазми, протягом багатьох років (див. Що знали наші предки). Невизначеність щодо причини захворювання не була абсолютним бар'єром для отримання корисних знань із закономірностей захворювання. Деякі важливі дослідники, такі як Флоренс Найтінгейл, підписалися на гіпотезу міазми. Перехід до прийняття теорії зародків протягом 19 століття забезпечив міцне механістичне підґрунтя для вивчення закономірностей захворювання. Дослідження лікарів і дослідників 19 століття, таких як Джон Сноу, Флоренс Найтінгейл, Ігнац Земмельвейс, Джозеф Лістер, Роберт Кох, Луї Пастер та інші посіяли насіння сучасної епідеміології.

Піонери епідеміології

Джон Сноу (Рисунок\(\PageIndex{1}\)) був британським лікарем, відомим як батько епідеміології для визначення джерела епідемії холери на Броад-стріт 1854 року в Лондоні. На підставі спостережень, які він зробив під час попередньої спалаху холери (1848—1849), Сноу запропонував, щоб холера поширювалася фекально-оральним шляхом передачі і що мікроб був інфекційним агентом. Він досліджував епідемію холери 1854 року двома способами. Спочатку, підозрюючи, що забруднена вода була джерелом епідемії, Сноу визначив джерело води для заражених. Він виявив високу частоту випадків холери серед осіб, які отримували свою воду з річки Темзи нижче за течією від Лондона. Ця вода містила відходи та стічні води з Лондона та населених пунктів вище за течією. Він також зазначив, що працівники пивоварні не заразилися холерою, і під час розслідування виявили, що власники забезпечували працівників пивом для пиття та заявили, що вони, швидше за все, не п'ють воду. ¹ По-друге, він також ретельно відображає захворюваність на холеру і знайшов високу частоту серед тих людей, які використовують певний водяний насос, розташований на Брод-стріт. У відповідь на пораду Сноу місцеві чиновники зняли ручку насоса, що ² призвело до стримування епідемії холери на Брод-стріт.

Ілюстрація\(\PageIndex{1}\): (а) Джон Сноу (1813—1858), британський лікар і батько епідеміології. (b) Детальне картографування захворюваності на холеру Сноу призвело до виявлення забрудненого водяного насоса на Брод-стріт (Червона площа), відповідальний за епідемію холери 1854 року. (кредит a: модифікація роботи «Rsabbatini» /Wikimedia Commons)

Робота Сноу являє собою раннє епідеміологічне дослідження, і це призвело до першої відомої реакції громадського здоров'я на епідемію. Ретельні методи відстеження випадків Сноу зараз є звичайною практикою при вивченні спалахів захворювань та асоціації нових захворювань з їх причинами. Його робота ще більше проливає світло на антисанітарні практики стічних вод та наслідки скидання відходів у Темзі. Крім того, його робота підтримувала мікробну теорію хвороби, яка стверджувала, що хвороба може передаватися через забруднені предмети, включаючи воду, забруднену фекальними речовинами.

Робота Сноу ілюструвала те, що сьогодні називають загальним джерелом поширення інфекційних захворювань, в якому існує єдине джерело для всіх інфікованих осіб. У цьому випадку єдиним джерелом була забруднена свердловина нижче насоса Broad Street. Типи розповсюдження загальних джерел включають поширення точкового джерела, безперервне розповсюдження загального джерела та переривчасте розповсюдження загальних джерел. При точковому поширенні інфекційного захворювання загальне джерело діє протягом короткого періоду часу - менше, ніж інкубаційний період збудника. Прикладом поширення точкового джерела є один забруднений картопляний салат на груповому пікніку. При безперервному поширенні загального джерела зараження відбувається протягом тривалого періоду часу, довше, ніж інкубаційний період. Прикладом постійного поширення загального джерела може бути джерело лондонської води, взятої нижче за течією міста, яка постійно забруднювалася стічними водами вгору за течією. Нарешті, при переривчастому поширенні загального джерела інфекції відбуваються протягом періоду, припиняються, а потім починаються знову. Це може спостерігатися при інфекціях із свердловини, яка була забруднена лише після великих опадів і яка очистилася від забруднення через короткий період.

На відміну від розповсюдження загального джерела, розповсюджене поширення відбувається через прямий або непрямий контакт людини до людини. При поширеному поширенні немає єдиного джерела зараження; кожна заражена особина стає джерелом для однієї або декількох наступних інфекцій. При розмноженому поширенні, якщо поширення не припинено негайно, інфекції відбуваються довше, ніж інкубаційний період. Хоча точкові джерела часто призводять до масштабних, але локалізованих спалахів короткої тривалості, поширене поширення зазвичай призводить до спалахів більшої тривалості, які можуть варіюватися від малих до великих, залежно від популяції та захворювання (рис.\(\PageIndex{2}\)). Крім того, через передачу від людини до людини поширене поширення не може бути легко зупинено в одному джерелі, як точкове поширення джерела.

Малюнок\(\PageIndex{2}\): (а) Спалахи, які можна віднести до поширення точкових джерел, часто мають коротку тривалість. (б) Спалахи, пов'язані з розповсюдженим розповсюдженням, можуть мати більш тривалу тривалість. (кредит a, b: зміна роботи Центрів контролю та профілактики захворювань)

Робота Флоренс Найтінгейл - ще один приклад раннього епідеміологічного дослідження. У 1854 році Соловей входив до складу контингенту медсестер, відправлених британськими військовими для догляду за пораненими солдатами під час Кримської війни. Соловей вів прискіпливі записи щодо причин хвороб і смерті під час війни. Її діловодство було фундаментальним завданням того, що згодом стане наукою епідеміології. Її аналіз зібраних нею даних був опублікований в 1858 році. У цій книзі вона представила щомісячні частотні дані про причини смерті в клиновій діаграмі гістограми (рис.\(\PageIndex{3}\)). Це графічне подання даних, незвичних на той час, потужно проілюструвало, що переважна більшість жертв під час війни сталася не через поранення, отримані в дії, а через те, що Соловей вважав інфекційними захворюваннями, які можна запобігти. Часто ці захворювання виникали через погану санітарію і відсутність доступу до лікарняних установ. Висновки Солов'я призвели до багатьох реформ у британській військовій системі медичної допомоги.

Джозеф Лістер надав ранні епідеміологічні докази, що призводять до належної практики охорони здоров'я в клініках та лікарнях. Ці установки були горезвісні в середині 1800-х років для смертельних інфекцій хірургічних ран в той час, коли теорія зародків хвороби ще не була широко прийнята (див. Основи сучасної клітинної теорії). Більшість лікарів не мили руки між відвідуваннями пацієнтів або чистили і стерилізували свої хірургічні інструменти. Однак Лістер виявив дезінфікуючі властивості карболової кислоти, також відомої як фенол (див. Використання хімічних речовин для боротьби з мікроорганізмами). Він запровадив кілька протоколів дезінфекції, які різко знизили рівень післяопераційного зараження. ³ Він вимагав, щоб хірурги, які працювали на нього, використовували 5% розчин карболової кислоти для очищення своїх хірургічних інструментів між пацієнтами, і навіть зайшли так далеко, щоб розпорошити розчин на бинти і над місцем операції під час операцій (рис.\(\PageIndex{4}\)). Він також вжив запобіжних заходів, щоб не вводити джерела інфекції зі своєї шкіри або одягу, видаливши пальто, закочуючи рукава та миючи руки в розведеному розчині карболової кислоти до і під час операції.

Малюнок\(\PageIndex{3}\): (а) Флоренс Найтінгейл повідомила про дані, які вона зібрала в якості медсестри в Кримській війні. (б) Діаграма Солов'я показує кількість загиблих у солдатів за місяцями конфлікту з різних причин. Загальна кількість загиблих в конкретному місяці дорівнює площі клину за цей місяць. Кольорові ділянки клина представляють різні причини смерті: рани (рожеві), інфекційні захворювання (сірі) та всі інші причини (коричневі).

Малюнок\(\PageIndex{4}\): Джозеф Лістер ініціював використання карболової кислоти (фенолу) під час операцій. Ця ілюстрація операції показує, що під тиском каністра карболової кислоти розпилюється над хірургічним місцем.

Посилання на навчання

Власний акаунт Джона Сноу про його творчість має додаткові посилання та інформацію.

Цей ресурс CDC ще більше розбиває схему, очікувану від спалаху точкового джерела.

Дізнайтеся більше про клінову діаграму Солов'я тут.

Вправа\(\PageIndex{1}\)

1. Поясніть різницю між поширенням загального джерела та розповсюдженим поширенням хвороби.
2. Опишіть, як спостереження Джона Сноу, Флоренс Найтінгейл та Джозефа Лістера призвели до поліпшення здоров'я населення.

Види епідеміологічних досліджень

Сьогодні епідеміологи використовують дослідницькі конструкції, спосіб збору даних для перевірки гіпотези, подібної до тих, які вивчають інші явища, що відбуваються в популяціях. Ці підходи можна розділити на спостережні дослідження (в яких суб'єкти не маніпулюються) та експериментальні дослідження (в яких суб'єкти маніпулюють). У сукупності ці дослідження дають сучасним епідеміологам безліч інструментів для вивчення зв'язків між інфекційними захворюваннями та популяціями чутливих осіб, яких вони можуть заразити.

Спостережні дослідження

У спостережному дослідженні дані збираються від учасників дослідження за допомогою вимірювань (наприклад, фізіологічних змінних, таких як кількість лейкоцитів) або відповідей на запитання в інтерв'ю (наприклад, недавні поїздки або частота вправ). Суб'єкти в спостережному дослідженні, як правило, вибираються випадковим чином з популяції постраждалих або непостраждалих осіб. Однак суб'єкти в спостережному дослідженні жодним чином не маніпулюються дослідником. Спостережні дослідження, як правило, легше проводити, ніж експериментальні дослідження, і в певних ситуаціях вони можуть бути єдиними дослідженнями, можливими з етичних міркувань.

Спостережні дослідження здатні лише виміряти асоціації між виникненням захворювання та можливими збудниками; вони не обов'язково доводять причинно-наслідковий зв'язок. Наприклад, припустимо, що дослідження виявляє зв'язок між рясним вживанням кави та меншою захворюваністю на рак шкіри. Це може припустити, що кава запобігає раку шкіри, але може бути й інший невимірюваний фактор, такий як кількість сонячного впливу, яке отримують учасники. Якщо виявиться, що любителі кави більше працюють в офісах і проводять менше часу на вулиці на сонці, ніж ті, хто п'є менше кави, то можливо, що нижча швидкість раку шкіри пов'язана з меншим впливом сонця, а не споживання кави. Спостережне дослідження не може розрізнити ці дві потенційні причини.

Є кілька корисних підходів в спостережних дослідженнях. До них відносяться методи, віднесені до описової епідеміології та аналітичної епідеміології. Описова епідеміологія збирає інформацію про спалах захворювання, постраждалих осіб та про те, як хвороба поширилася з часом на дослідницькому етапі дослідження. Цей тип дослідження буде включати інтерв'ю з пацієнтами, їх контактами та членами їхніх сімей; вивчення зразків та медичних записів; і навіть історії споживаної їжі та напоїв. Таке дослідження може проводитися, поки спалах все ще відбувається. Описові дослідження можуть стати основою для розробки гіпотези причинно-наслідкового зв'язку, яка може бути перевірена більш суворими спостережливими та експериментальними дослідженнями.

Аналітична епідеміологія використовує ретельно відібрані групи осіб, намагаючись більш переконливо оцінити гіпотези про потенційні причини спалаху захворювання. Вибір випадків, як правило, проводиться випадковим чином, тому результати не є упередженими через якусь загальну характеристику учасників дослідження. Аналітичні дослідження можуть збирати свої дані, повертаючись назад у часі (ретроспективні дослідження), або коли події розгортаються вперед у часі (перспективні дослідження).

Ретроспективні дослідження збирають дані з минулого про сучасні випадки. Дані можуть включати такі речі, як історія хвороби, вік, стать або професійна історія постраждалих осіб. Цей тип дослідження вивчає асоціації між факторами, вибраними або доступними досліднику, та виникненням захворювання.

Проспективні дослідження слідкують за окремими особами та відстежують їх хворобливий стан під час дослідження. Дані про характеристики досліджуваних предметів та їх середовища збираються на початку та під час дослідження, щоб суб'єкти, які захворіли, можна порівняти з тими, хто цього не робить. Знову ж таки, дослідники можуть шукати асоціації між станом захворювання та змінними, які були виміряні під час дослідження, щоб пролити світло на можливі причини.

Аналітичні дослідження включають групи в свої конструкції, щоб допомогти дражнити асоціації з хворобою. Підходи до групових аналітичних досліджень включають когортні дослідження, кейс-контрольні дослідження та перехресні дослідження. Когортний метод досліджує групи індивідів (званих когортами), які поділяють ту чи іншу характеристику. Наприклад, когорта може складатися з осіб, народжених у тому ж році та в одному місці; або вона може складатися з людей, які практикують або уникають певної поведінки, наприклад, курців або некурящих. У когортному дослідженні когорти можуть слідувати перспективно або вивчатися ретроспективно. Якщо дотримується лише одна когорта, то уражених осіб порівнюють з неураженими особами в тій же групі. Результати захворювання реєструються та аналізуються, щоб спробувати виявити кореляції між характеристиками осіб у когорті та захворюваністю. Когортні дослідження є корисним способом визначення причин стану, не порушуючи етичної заборони піддавати суб'єктів впливу фактора ризику. Когорти, як правило, ідентифікуються та визначаються на основі підозрюваних факторів ризику, яким люди вже піддавалися через власний вибір або обставини.

Дослідження кейс-контролю, як правило, ретроспективні та порівнюють групу осіб із захворюванням з аналогічною групою осіб без захворювання. Дослідження кейс-контролю є набагато ефективнішими, ніж когортні дослідження, оскільки дослідники можуть навмисно вибирати суб'єктів, які вже постраждали від захворювання, на відміну від очікування, щоб побачити, які суб'єкти з випадкової вибірки розвинуть захворювання.

Поперечне дослідження аналізує випадково вибрані особи в популяції та порівнює осіб, уражених хворобою або станом, з тими, хто не постраждав за один момент часу. Суб'єкти порівнюються, щоб шукати асоціації між певними вимірюваними змінними та хворобою чи станом. Поперечні дослідження також використовуються для визначення поширеності стану.

Експериментальні дослідження

Експериментальна епідеміологія використовує лабораторні або клінічні дослідження, в яких дослідник маніпулює досліджуваними суб'єктами для вивчення зв'язків між захворюваннями та потенційними збудниками або для оцінки методів лікування. Прикладами лікування може бути введення наркотиків, включення або виключення різних дієтичних елементів, фізичні вправи або конкретна хірургічна процедура. Тварини або люди використовуються в якості випробовуваних. Оскільки експериментальні дослідження передбачають маніпулювання предметами, вони, як правило, складніші, а іноді і неможливі з етичних міркувань.

Постулати Коха вимагають експериментальних втручань для визначення збудника захворювання. На відміну від спостережних досліджень, експериментальні дослідження можуть надати вагомі докази, що підтверджують причину, оскільки інші фактори, як правило, тримаються постійними, коли дослідник маніпулює суб'єктом. Результати для однієї групи, яка отримує лікування, порівнюються з результатами для групи, яка не отримує лікування, але лікується однаково будь-яким іншим способом. Наприклад, одна група може отримати режим прийому препарату, що вводиться у вигляді таблеток, тоді як нелікована група отримує плацебо (таблетка, яка виглядає однаково, але не має активного інгредієнта). Обидві групи лікуються максимально аналогічно, крім введення препарату. Оскільки інші змінні утримуються постійними як в оброблених, так і в необроблених групах, дослідник більш впевнений, що будь-яка зміна в оброблюваній групі є результатом конкретної маніпуляції.

Експериментальні дослідження дають найсильніші докази етіології захворювання, але вони також повинні бути розроблені ретельно, щоб усунути тонкі наслідки зміщення. Як правило, експериментальні дослідження з людьми проводяться як подвійні сліпі дослідження, тобто ні суб'єкти, ні дослідники не знають, хто є випадком лікування, а хто ні. Ця конструкція усуває відому причину упередженості в дослідженнях, що називається ефектом плацебо, в якому знання про лікування або суб'єктом, або дослідником можуть впливати на результати.

Вправа\(\PageIndex{2}\)

1. Охарактеризуйте переваги та недоліки спостережних досліджень та експериментальних досліджень.
2. Поясніть способи, якими можуть бути обрані групи предметів для аналітичних досліджень.

Клінічна спрямованість: Частина 3

Оскільки лабораторні дослідження підтвердили сальмонелу, поширений харчовий збудник, як етіологічний агент, епідеміологи підозрювали, що спалах був викликаний зараженням на харчовому підприємстві, що обслуговує регіон. Інтерв'ю з пацієнтами були зосереджені на споживанні їжі під час і після свята Подяки, що відповідає термінам спалаху. Під час інтерв'ю пацієнтів попросили перерахувати предмети, споживані на святкових зборах, і описати, наскільки широко кожен предмет споживався серед членів сім'ї та родичів. Їх також запитали про джерела продуктів харчування (наприклад, бренд, місце покупки, дата покупки). Задаючи такі питання, працівники охорони здоров'я сподівалися виявити закономірності, які призведуть до джерела спалаху.

Аналіз відповідей на інтерв'ю врешті-решт пов'язував майже всі випадки зі споживанням святкової страви, відомої як індичка - курка, фарширована всередині качки, фаршированої всередині індички. Turducken - це страва, як правило, не споживається цілий рік, що пояснює шип у випадках відразу після свята Подяки. Додатковий аналіз показав, що турдукени, споживані ураженими пацієнтами, були придбані вже фаршировані і готові до приготування. Більше того, попередньо фаршировані турдукени продавалися в одній регіональній продуктовій мережі під двома різними торговими марками. Після подальшого розслідування, чиновники простежили обидві марки до одного переробного заводу, який постачав магазини по всій території Флориди.

Вправа\(\PageIndex{3}\)

1. Це приклад поширення загального джерела або розповсюдженого розповсюдження?
2. Які подальші кроки, ймовірно, зробить служба охорони здоров'я після виявлення джерела спалаху?

Ключові поняття та резюме

• Ранні піонери епідеміології, такі як Джон Сноу, Флоренс Найтінгейл та Джозеф Лістер, вивчали захворювання на рівні населення та використовували дані для порушення передачі хвороби.
• Описові дослідження епідеміології покладаються на аналіз випадків та історії пацієнтів, щоб отримати інформацію про спалахи, часто, поки вони все ще відбуваються.
• Ретроспективні дослідження епідеміології використовують історичні дані для виявлення асоціацій із станом захворювання в сучасних випадках. Перспективні дослідження епідеміології збирають дані та слідкують за випадками, щоб знайти асоціації з майбутніми захворюваннями.
• Аналітичні дослідження епідеміології - це спостережні дослідження, які ретельно розроблені для порівняння груп та виявлення асоціацій між екологічними або генетичними факторами та захворюваннями.
• Експериментальні дослідження епідеміології дають вагомі докази причинного зв'язку при захворюванні або лікуванні шляхом маніпулювання суб'єктами та порівняння їх з контролюючими суб'єктами.

Виноски

1. Джон Сноу. Про спосіб спілкування холери. Друге видання, значно збільшене. Джон Черчілль, 1855 рік.
2. Джон Сноу. «Холера біля Золотої площі, і в Дептфорді». Медичні часи та вісник 9 (1854): 321—322. http://www.ph.ucla.edu/epi/snow/chol...densquare.html.
3. Лідвелл О.М. «Джозеф Лістер і Інфекція з повітря». Епідеміологія та інфекція 99 (1987): 569—578. www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/arti... 00006-0004.pdf.