16.3: Як поширюються хвороби
- Page ID
- 4055
Цілі навчання
- Опишіть різні види хвороб водойм
- Порівняйте контактні, векторні та транспортні режими передачі
- Визначте важливі переносники захворювань
- Поясніть поширеність внутрішньолікарняних інфекцій
Розуміння поширення інфекційних збудників має вирішальне значення для запобігання інфекційним захворюванням. Багато патогенних мікроорганізмів вимагають живого господаря, щоб вижити, тоді як інші можуть зберігатися в стані спокою поза живим господарем. Але заразивши одного господаря, всі хвороботворні мікроорганізми також повинні мати механізм передачі від одного господаря до іншого або вони загинуть, коли їх господар помре. Патогени часто мають складні пристосування для використання біології, поведінки та екології господаря для життя та переміщення між господарями. Господарі розвинули захисні сили проти патогенів, але оскільки їх темпи еволюції, як правило, повільніші, ніж їх патогени (оскільки час їх генерації довший), господарі, як правило, знаходяться в еволюційному невигідному становищі. У цьому розділі буде вивчено, де виживають патогени - як всередині, так і зовні хостів - і деякі з багатьох способів переміщення від одного господаря до іншого.
Водойми та носії
Щоб хвороботворні мікроорганізми зберігалися протягом тривалого періоду часу, їм потрібні резервуари, де вони зазвичай проживають. Водойми можуть бути живими організмами або неживими ділянками. Неживі водойми можуть включати грунт і воду в навколишнє середовище. Вони, природно, можуть приховувати організм, оскільки він може рости в цьому середовищі. Ці середовища також можуть забруднюватися патогенами в людському калі, патогенами, що скидаються проміжними господарями, або патогенами, що містяться в залишках проміжних господарів.
Патогени можуть мати механізми спокою або стійкості, які дозволяють їм виживати (але, як правило, не розмножуватися) протягом різних періодів часу в неживих середовищах. Наприклад, Clostridium tetani виживає в грунті і в присутності кисню як стійкої ендоспори. Хоча багато вірусів незабаром знищуються після контакту з повітрям, водою чи іншими нефізіологічними умовами, певні типи здатні зберігатися поза живою клітиною протягом різної кількості часу. Наприклад, дослідження, яке розглядало здатність вірусів грипу заражати культуру клітин через різну кількість часу на банкноті, показало час виживання від 48 годин до 17 днів, залежно від того, як вони були депоновані на банкноті. 1 З іншого боку, риновіруси, що викликають застуду, дещо крихкі, як правило, виживають менше доби поза фізіологічними рідинами.
Людина, яка виступає резервуаром збудника, може бути або не здатний передавати збудника, в залежності від стадії зараження і збудника. Щоб запобігти поширенню захворювання серед школярів, CDC розробив рекомендації, засновані на ризику передачі під час перебігу захворювання. Наприклад, діти з вітрянкою вважаються заразними протягом п'яти днів від початку висипу, тоді як дітей з більшістю шлунково-кишкових захворювань слід тримати вдома протягом 24 годин після зникнення симптомів.
Особа, здатного передавати збудник без прояву симптомів, відносять до носіїв. Пасивний носій заражений збудником і може механічно передавати його іншому господареві, однак пасивний носій не заражений. Наприклад, медичний працівник, який не миє руки після того, як побачив пацієнта, який приховує інфекційний агент, може стати пасивним носієм, передаючи збудник іншому пацієнту, який заражається.
На відміну від цього, активним носієм є інфікована особина, яка може передавати хворобу оточуючим. Активний носій може проявляти, а може і не проявляти ознак або симптомів інфекції. Наприклад, активні носії можуть передавати хворобу в інкубаційний період (до того, як у них з'являться ознаки і симптоми) або період реконвалесценції (після того, як симптоми вщухли). Активних носіїв, які не мають ознак або симптомів захворювання незважаючи на інфекцію, називають безсимптомними носіями. Такі збудники, як вірус гепатиту В, вірус простого герпесу та ВІЛ, часто передаються безсимптомними носіями. Мері Маллон, більш відома як Тиф Мері, є відомим історичним прикладом безсимптомного носія. Ірландський іммігрант, Маллон працював кухарем для домогосподарств у Нью-Йорку та навколо нього між 1900 і 1915 роками. У кожному домогосподарстві жителі розвинули черевний тиф (викликаний Salmonella typhi) через кілька тижнів після того, як Маллон почав працювати. Пізніші дослідження встановили, що Маллон був відповідальним за щонайменше 122 випадки черевного тифу, п'ять з яких закінчилися летальним результатом. 2 Дивіться Око на етику: Тиф Мері для більш докладної інформації про справу Маллона.
Збудник може мати більше одного живого резервуара. При зоонозних захворюваннях тварини виступають резервуарами хвороб людини і передають інфекційний агент людині через прямий або непрямий контакт. У деяких випадках хвороба вражає і тварина, але в інших випадках тварина протікає безсимптомно.
При паразитарних інфекціях бажаний господар паразита називається остаточним господарем. У паразитів зі складними життєвими циклами остаточним господарем є господар, в якому паразит досягає статевої зрілості. Деякі паразити можуть також заразити одного або декількох проміжних господарів, в яких паразит проходить кілька незрілих етапів життєвого циклу або розмножується безстатевим шляхом.
Джордж Сопер, санітарний інженер, який простежив спалах черевного тифу до Мері Маллон, дає звіт про своє розслідування, приклад описової епідеміології, в «Цікавій кар'єрі тифу Марії».
Вправа\(\PageIndex{1}\)
- Перерахуйте деякі неживі водойми для збудників хвороб.
- Поясніть різницю між пасивним носієм і активним носієм.
Трансмісія
Незалежно від резервуара, передача повинна відбуватися для поширення інфекції. По-перше, повинна відбутися передача від водойми до особини. Потім індивід повинен передати інфекційний агент іншим сприйнятливим особам, прямо або опосередковано. Патогенні мікроорганізми використовують різноманітні механізми передачі.
Контакт передачі
Контактна передача включає прямий контакт або непрямий контакт. Передача від людини до людини - це форма прямої контактної передачі. Тут агент передається фізичним контактом між двома особами (рис.\(\PageIndex{1}\)) за допомогою таких дій, як дотик, поцілунки, статевий акт або крапельні спреї. Прямий контакт можна класифікувати як вертикальну, горизонтальну або крапельну передачу. Вертикальна пряма контактна передача відбувається, коли хвороботворні мікроорганізми передаються від матері до дитини під час вагітності, пологів або грудного вигодовування. Інші види передачі прямого контакту називаються горизонтальною передачею прямого контакту. Часто для потрапляння збудника в нового господаря необхідний контакт між слизовими оболонками, хоча контакт шкіри до шкіри може привести до контакту слизової оболонки, якщо новий господар згодом торкнеться слизової оболонки. Контактна передача також може бути специфічною для ділянки; наприклад, деякі захворювання можуть передаватися статевим шляхом, але не іншими формами контакту.
Коли людина кашляє або чхає, виділяються невеликі крапельки слизу, які можуть містити хвороботворні мікроорганізми. Це призводить до прямої передачі крапель, що відноситься до крапельної передачі збудника новому господареві на відстані одного метра і менше. Крапельним шляхом передаються найрізноманітніші захворювання, в тому числі грип і багато форм пневмонії. Передача на відстані більше одного метра називається повітряно-крапельною передачею.
Непряма контактна передача включає в себе неживі предмети, звані фомітами, які забруднюються патогенами від зараженої особини або резервуара (рис.\(\PageIndex{2}\)). Наприклад, людина з застудою може чхати, змушуючи крапельки приземлитися на фоміт, такий як скатертина або килим, або людина може протерти ніс, а потім перенести слиз на фоміт, такий як дверна ручка або рушник. Передача відбувається опосередковано, коли новий сприйнятливий господар пізніше торкається фоміту і переносить забруднений матеріал на сприйнятливий портал входу. Фоміти також можуть включати предмети, що використовуються в клінічних умовах, які не стерилізовані належним чином, такі як шприци, голки, катетери та хірургічне обладнання. Патогени, що передаються опосередковано через такі фоміти, є основною причиною інфекцій, пов'язаних з охороною здоров'я (див. Контроль росту мікробів).
Трансмісія автомобіля
Термін трансмісія транспортного засобу відноситься до передачі патогенних мікроорганізмів через транспортні засоби, такі як вода, їжа та повітря. Забруднення води за допомогою поганих методів санітарії призводить до передачі хвороби через воду. Хвороба, що передається водою, залишається серйозною проблемою в багатьох регіонах світу. За оцінками Всесвітньої організації охорони здоров'я (ВООЗ), забруднена питна вода є причиною понад 500 000 смертей щороку. 3 Аналогічним чином їжа, забруднена внаслідок поганого поводження або зберігання, може призвести до передачі хвороб харчовим шляхом (рис.\(\PageIndex{3}\)).
Пил і дрібні частинки, відомі як аерозолі, які можуть плавати в повітрі, можуть переносити хвороботворні мікроорганізми та полегшувати повітряно-крапельну передачу хвороби. Наприклад, частинки пилу є домінуючим способом передачі хантавірусу людині. Хантавірус міститься в калі миші, сечі та слині, але коли ці речовини висихають, вони можуть розпастися на дрібні частинки, які можуть переходити в повітря при порушенні; вдихання цих частинок може призвести до серйозної, а іноді і смертельної респіраторної інфекції.
Хоча передача крапель на невеликі відстані вважається контактною передачею, як обговорювалося вище, передача крапель на більшу відстань через повітря вважається трансмісією транспортного засобу. На відміну від більших частинок, які швидко випадають з повітряного стовпа, дрібні краплі слизу, що утворюються при кашлі або чханні, можуть залишатися підвішеними протягом тривалого періоду часу, подорожуючи значні відстані. У певних умовах краплі швидко висихають, утворюючи крапельне ядро, здатне передавати хвороботворні мікроорганізми; температура повітря і вологість можуть впливати на ефективність повітряно-крапельної передачі.
Туберкульоз часто передається повітряно-крапельним шляхом передачі, коли збудник, Mycobacterium tuberculosis, виділяється дрібними частинками при кашлі. Оскільки туберкульоз вимагає всього 10 мікробів, щоб ініціювати нову інфекцію, пацієнти з туберкульозом повинні лікуватися в приміщеннях, обладнаних спеціальною вентиляцією, а кожен, хто потрапляє в приміщення, повинен носити маску.
Клінічна спрямованість: Дозвіл
Після виявлення джерела забруднених турдукенів бюро охорони здоров'я Флориди повідомило CDC, який просив прискорену перевірку об'єкта державними інспекторами. Інспектори виявили, що машина, яка використовувалася для обробки курки, була заражена сальмонелою в результаті неякісних протоколів очищення. Інспектори також виявили, що процес начинки та упаковки турдукенов перед охолодженням дозволив м'ясу залишатися при температурах, що сприяють росту бактерій занадто довго. Забруднення та затримка охолодження призвели до транспортної (харчової) передачі бактерій у турдукенах.
На підставі цих висновків завод був закритий для повного та ретельного знезараження. Всі турдукени, вироблені на заводі, були відкликані і витягнуті з полиць магазинів напередодні грудневого курортного сезону, запобігаючи подальші спалахи.
Векторна передача
Захворювання також можуть передаватися механічним або біологічним переносником, твариною (як правило, членистоногим), яка переносить хворобу від одного господаря до іншого. Механічній передачі сприяє механічний вектор - тварина, яка переносить збудника від одного господаря до іншого, не заразившись себе. Наприклад, муха може приземлитися на калових масах і пізніше передавати бактерії з калу в їжу, на яку вона приземляється; людина, яка їсть їжу, може потім заразитися бактеріями, що призводить до діареї або дизентерії (рис.\(\PageIndex{4}\)).
Біологічна передача відбувається, коли збудник розмножується всередині біологічного вектора, який передає збудник від одного господаря іншому (рис.\(\PageIndex{4}\)). Членистоногі є основними переносниками, що відповідають за біологічну передачу (рис.\(\PageIndex{5}\)). Більшість членистоногих переносників передають збудника шляхом укусу господаря, створюючи рану, яка служить порталом входу. Збудник може пройти частину свого репродуктивного циклу в кишечнику або слинних залозах членистоногого, щоб полегшити його передачу через укус. Наприклад, геміптерани (звані «цілуються клопами» або «клопами вбивць») передають хворобу Шагаса людині шляхом дефекації при укусі, після чого людина дряпає або втирає заражений кал в слизову оболонку або розривається в шкірі.
До біологічних переносників комах відносяться комарі, які передають малярію та інші захворювання, і воші, які передають тиф. Інші переносники членистоногих можуть включати павукоподібних, в першу чергу кліщів, які передають хворобу Лайма та інші захворювання, і кліщі, які передають скраб тиф і рикетсіальну віспу. Біологічна передача, оскільки передбачає виживання та розмноження в межах паразитизованого вектора, ускладнює біологію збудника та його передачу. Існують також важливі не членистоногі переносники хвороб, включаючи ссавців і птахів. Різні види ссавців можуть передавати сказ людині, як правило, за допомогою укусу, який передає вірус сказу. Кури та інша домашня птиця можуть передавати пташиний грип людям через прямий або непрямий контакт з вірусом пташиного грипу А, що проливається у слині, слизовій та калі птахів.
Вправа\(\PageIndex{2}\)
- Опишіть, як захворювання можуть передаватися по повітрю.
- Поясніть різницю між механічним вектором і біологічним вектором.
Використання ГМО, щоб зупинити поширення Zika
У 2016 році епідемія вірусу Зіка була пов'язана з високою частотою вроджених вад у Південній Америці та Центральній Америці. Оскільки зима перетворилася на весну в північній півкулі, чиновники охорони здоров'я правильно передбачили, що вірус пошириться на Північну Америку, збігаючись з сезоном розмноження його головного переносника - комара Aedes aegypti.
Ареал комара A. aegypti добре поширюється на південь США (рис.\(\PageIndex{6}\)). Оскільки ці самі комарі служать переносниками інших проблемних захворювань (лихоманка денге, жовта лихоманка та інші), в якості рішень були запропоновані різні методи боротьби з комарами. Хімічні пестициди використовувалися ефективно в минулому і, ймовірно, будуть використані знову; але оскільки хімічні пестициди можуть мати негативний вплив на навколишнє середовище, деякі вчені запропонували альтернативу, яка передбачає генетичну інженерію A. aegypti, щоб вона не могла розмножуватися. Цей метод, однак, був предметом деяких суперечок.
Одним із методів, який працював у минулому для боротьби з шкідниками, з невеликим очевидним недоліком, є стерильні чоловічі інтродукції. Цей метод контролював шкідника мух гвинтових черв'яків на південному заході США та шкідників плодових мушок плодових культур. При цьому методі самці цільового виду вирощуються в лабораторії, стерилізуються радіацією і випускаються в навколишнє середовище, де вони спаровуються з дикими самками, які згодом не несуть живого потомства. Повторні викиди скорочують популяцію шкідників.
Аналогічний метод, скориставшись технологією рекомбінантної ДНК, 4 вводить домінантний летальний алель самцям комарів, який пригнічується в присутності тетрацикліну (антибіотика) при лабораторному вирощуванні. Самці випускаються в навколишнє середовище і спаровуються з самками комарів. На відміну від стерильного чоловічого методу, ці в'язки дають потомство, але гинуть як личинки від летального гена при відсутності тетрацикліну в навколишньому середовищі. Станом на 2016 рік цей метод ще не впроваджений у Сполучених Штатах, але британська компанія випробувала цей метод у Пірасікабі, Бразилія, і виявила зменшення кількості диких личинок A. aegypti на 82% та зменшення випадків денге на 91% в оброблюваній зоні. 5 У серпні 2016 року, на тлі новин про інфекції Зіка в декількох громадах Флориди, FDA дав британській компанії дозвіл на тестування цього ж методу боротьби з комарами в Кі-Уесті, штат Флорида, в очікуванні дотримання місцевих та державних правил та референдуму в постраждалих громадах.
Використання генетично модифікованих організмів (ГМО) для боротьби з переносником хвороби має своїх прихильників, а також своїх противників. Теоретично, система може бути використана для вимирання комарів A. aegypti - благородна мета, на думку деяких, враховуючи шкоду, яку вони завдають людському населенню. 6 Але противники ідеї стурбовані тим, що ген може уникнути видової межі A. aegypti і спричинити проблеми у інших видів, що призведе до непередбачених екологічних наслідків. Противники також насторожено ставляться до програми, оскільки вона управляється комерційною корпорацією, створюючи потенціал для конфліктів інтересів, які повинні бути жорстко регульовані; і незрозуміло, як будь-які ненавмисні наслідки програми можуть бути скасовані.
Є й інші епідеміологічні міркування. Aedes aegypti, мабуть, не єдиний вектор вірусу Зіка. Aedes albopictus, азіатський тигровий комар, також є переносником вірусу Зіка. 7 A. albopictus зараз широко поширена по всій планеті, включаючи більшу частину Сполучених Штатів (Рисунок\(\PageIndex{6}\)). Було виявлено, що багато інших комарів містять вірус Зіка, хоча їх здатність діяти як переносники невідома. 8 Генетично модифіковані штами A. aegypti не контролюватимуть інші види переносників. Нарешті, вірус Зіка, мабуть, може передаватися статевим шляхом між господарями людини, від матері до дитини, і, можливо, через переливання крові. Всі ці фактори необхідно враховувати при будь-якому підході до боротьби з поширенням вірусу.
Очевидно, що існують ризики та невідомі, пов'язані з проведенням експерименту з відкритим середовищем ще погано вивченою технології. Але дозволити вірусу Зіка поширюватися безконтрольно також ризиковано. Чи виправдовує загроза епідемії Зіка екологічний ризик генетично інженерних комарів? Чи є сучасні методи боротьби з комарами досить неефективними або шкідливими, що нам потрібно спробувати неперевірені альтернативи? Це питання, які зараз ставлять чиновникам охорони здоров'я.
карантин
Особи, підозрювані або відомі, що зазнали впливу певних інфекційних патогенів, можуть бути поміщені на карантин або ізольовані, щоб запобігти передачі захворювання іншим. Лікарні та інші медичні заклади, як правило, створюють спеціальні палати для ізоляції пацієнтів з особливо небезпечними захворюваннями, такими як туберкульоз або Ебола (рис.\(\PageIndex{7}\)). Залежно від обстановки ці палати можуть бути обладнані спеціальними методами обробки повітря, а персонал може впроваджувати спеціальні протоколи для обмеження ризику передачі, такі як засоби індивідуального захисту або використання хімічних дезінфікуючих спреїв при вході та виході медичного персоналу.
Тривалість карантину залежить від таких факторів, як інкубаційний період захворювання та доказів, що свідчать про інфекцію. Пацієнт може бути звільнений, якщо ознаки та симптоми не реалізуються, коли очікується, або якщо можна провести профілактичне лікування, щоб обмежити ризик передачі. Якщо інфекція підтвердиться, пацієнт може бути змушений залишатися в ізоляції до тих пір, поки хвороба більше не буде вважатися заразною.
У Сполучених Штатах органи охорони здоров'я можуть проводити карантин лише на певні захворювання, такі як холера, дифтерія, інфекційний туберкульоз та штами грипу, здатними викликати пандемію. Особи, які в'їжджають до Сполучених Штатів або переїжджають між штатами, можуть бути поміщені на карантин CDC, якщо вони підозрюються в тому, що вони зазнали одного з цих захворювань. Хоча CDC регулярно контролює пункти в'їзду до США для екіпажу або пасажирів, які виявляють хворобу, карантин рідко впроваджується.
Інфекції, пов'язані з охороною здоров'я (внутрішньолікарняних)
Лікарні, будинки престарілих та в'язниці привертають увагу епідеміологів, оскільки ці умови пов'язані зі збільшенням захворюваності на певні захворювання. Більш високі показники передачі можуть бути викликані особливостями самого середовища, особливостями населення або тим і іншим. Отже, необхідно докласти особливих зусиль, щоб обмежити ризики зараження в цих умовах.
Інфекції, придбані в медичних установах, включаючи лікарні, називаються внутрішньолікарняними інфекціями або інфекціями, пов'язаними з охороною здоров'я (HAI). HAI часто пов'язані з хірургічним втручанням або іншими інвазивними процедурами, які забезпечують збуднику доступ до порталу інфекції. Щоб інфекція була класифікована як HAI, пацієнт повинен бути прийнятий до медичного закладу з іншої причини, ніж інфекція. У цих умовах пацієнти, які страждають первинним захворюванням, часто страждають порушеним імунітетом і більш сприйнятливі до вторинної інфекції та опортуністичних збудників.
У 2011 році понад 720 000 HAI сталося в лікарнях США, повідомляє CDC. Близько 22% цих ВІЛ сталися на хірургічному місці, а випадки пневмонії становили ще 22%; інфекції сечовивідних шляхів становили додатково 13%, а первинні інфекції кровотоку - 10%. 9 Такі HAI часто виникають, коли хвороботворні мікроорганізми потрапляють в організм пацієнтів через забруднене хірургічне або медичне обладнання, таке як катетери та апарати ШВЛ. Медичні заклади прагнуть обмежити внутрішньолікарняні інфекції за допомогою протоколів навчання та гігієни, таких як ті, які описані в розділі Контроль росту мікробів.
Вправа\(\PageIndex{3}\)
Наведіть кілька причин, за якими виникають HAI.
Ключові поняття та резюме
- Водойми хвороб людини можуть включати людські та тваринні популяції, ґрунт, воду та неживі предмети або матеріали.
- Контактна передача може бути прямою або непрямою через фізичний контакт або з зараженим господарем (прямий), або контакт з фомітом, з яким інфікований господар контактував раніше (непрямий).
- Векторна передача відбувається, коли живий організм переносить інфекційний агент на своєму тілі (механічний) або як сам господар інфекції (біологічний), до нового господаря.
- Передача транспортного засобу відбувається, коли речовина, така як грунт, вода або повітря, переносить інфекційний агент до нового господаря.
- Інфекції, пов'язані з охороною здоров'я (HAI), або внутрішньолікарняні інфекції, набуваються в клінічних умовах. Передача полегшується медичними втручаннями та високою концентрацією сприйнятливих, ослаблених імунітетом осіб в клінічних умовах.
Виноски
- 1 Ів Томас, Гвідо Фогель, Вернер Вундерлі, Патрісія Сутер, Марк Віцкі, Даніель Кох, Керолайн Таппарель та Лоран Кайзер. «Виживання вірусу грипу на банкнотах». Прикладна та екологічна мікробіологія 74, № 10 (2008): 3002—3007.
- 2 Філіо Марінелі, Григорій Цукалас, Маріанна Караману та Джордж Андруцос. «Мері Маллон (1869—1938) та історія черевного тифу». Літопис гастроентерології 26 (2013): 132—134. www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/arti... rol-26-132.pdf.
- 3 Всесвітня організація охорони здоров'я. Інформаційний бюлетень № 391 —Питна вода. Червень 2005. www.who.int/медіацентр/інформаційні листі/fs391/uk.
- 4 Бландін Массоне-Брюнель, Ніколь Корре-Кателін, Рено Лакруа, Розмарі Ліс, Кім Фук Хоанг, Деррік Німмо, Люк Альфі та Пол Райтер. «Фітнес трансгенних комарів Aedes aegypti самців, що несуть домінуючу смертельну генетичну систему». ПОС ОДИН 8, № 5 (2013): e62711.
- 5 Річард Левін. «Випадки падіння денге на 91 відсоток через генетично модифікованих комарів». Ентомологія сьогодні. ентомологіяtoday.org/2016/07/... крижано-комарі.
- 6 Олівія Джадсон. «Смерть клопа». Нью-Йорк Таймс, 25 вересня 2003 року. www.nytimes.com/2003/09/25/op... g-s-death.html.
- 7 Джильда Грар, Мелані Карон, Ілліч Манфред Момбо, Дьєдонне Нкоге, Статіана Мбуї Ондо, Деві Джіоль, Дідьє Фонтеніль, Крістоф Попі та Ерік Моріс Леруа. «Вірус Зіка в Габоні (Центральна Африка) —2007: Нова загроза від Aedes albopictus?» PLOS Занедбані тропічні хвороби 8, № 2 (2014): e2681.
- 8 Констанція Ф.Дж. «Ідентифікація векторів вірусу Зіка та наслідки для контролю». Інфекційні хвороби Ланцета 16, № 3 (2016): 278—279.
- 9 Центрів контролю та профілактики захворювань. «Дані та статистика ХАІ». 2016 р. http://www.cdc.gov/hai/surveillance. Доступ до 2 січня 2016 р.