Считается, что ребенок стал первым случаем, который вскоре стал наводнением инфекции, опустошившей западноафриканские страны Гвинеи, Сьерра-Леоне и Либерии, заразив, по данным Всемирной организации здравоохранения, более 21000 случаев по состоянию на январь. 21 год, с почти 9000 подтвержденными случаями смерти – фактические потери, вероятно, намного выше.
Теперь исследователи из Университета штата Аризона и Университета штата Джорджия пытаются лучше понять эпидемиологию и борьбу с заболеванием, вызванным вирусом Эбола, чтобы облегчить страдания и предотвратить будущие вспышки болезней, которые достигли бы катастрофических масштабов нынешнего кризиса.
В отчетах, опубликованных в февральском выпуске британского медицинского журнала The Lancet Infectious Disease за февраль 2015 г., исследователи ASU сообщают о новых усилиях по моделированию воздействия своевременного диагностического тестирования на распространение вируса Эбола среди населения. Лучшее понимание распространения вирусов и методов борьбы с заболеваниями жизненно важно, если мы хотим избежать подобной катастрофы в будущем.
Исследователи из Института биодизайна и Саймона А. Центр математических, вычислительных и модельных наук Левина представляет новое исследование: Моделирование эффекта раннего выявления Эболы. В исследовании изучаются уровни выявления и изоляции пациентов, необходимые для прекращения передачи вируса Эбола.
В смежных исследованиях Херардо Човелл, недавно назначенный преподаватель Школы общественного здравоохранения Государственного университета Джорджии и адъюнкт-профессор Саймона А. Центр математических, вычислительных и модельных наук Левина вместе с Сесиль Вибу из Национального института здравоохранения обсуждают недавние крупномасштабные попытки моделирования для объяснения пространственно-временных моделей распространения эпидемии в Либерии.
Чоуэлл также является соавтором книги «Контроль над Эболой: быстрое диагностическое тестирование», которая публикуется в разделе корреспонденции журнала «Ланцет».
Волна разрушения
Вирус Эбола известен не только из-за его очень заразной и смертельной природы, но и из-за кошмарного набора симптомов, известных под общим названием геморрагическая лихорадка. Они могут включать рвоту кровью, кровотечение из глаз, ушей, носа, рта, прямой кишки, внутреннее кровотечение, мучительную боль и ликвидацию внутренних органов.
Три западноафриканские страны, пострадавшие от эпидемии в центре, были совершенно не готовы к кризису. Лечебные центры быстро заполнились тяжелобольными. Ресурсы для надлежащего ухода, изоляции инфицированных пациентов и даже основных средств стерилизации вскоре были исчерпаны.
Медицинские работники были особенно уязвимы к инфекции.
Ряд отягчающих факторов способствовали вспышке и быстрому распространению лихорадки Эбола в регионе. Лесозаготовка и добыча полезных ископаемых повлияли на густо засаженные деревьями регионы и привели к более тесному контакту с людьми плодовых летучих мышей, которые, как считается, являются естественным резервуаром вируса.
Зараженные животные, употребляемые в пищу в качестве мяса диких животных, также могли посеять ранние семена болезни среди уязвимого населения. Продолжительные периоды гражданских беспорядков привели к тому, что этот район сильно обеднел, а инфраструктура здравоохранения разрушилась.
Мелианду, город, обозначенный как эпицентр, расположен в лесной зоне на стыке Гвинеи, Либерии и Сьерра-Леоне. Население плавно пересекает эти пористые границы, поскольку обнищавшие жители часто перемещаются в поисках работы.
Эти условия создали идеальный шторм для агрессивного вируса.
Дополнительным фактором, способствующим взрывному распространению лихорадки Эбола в Западной Африке, была запоздалая и неадекватная реакция на кризис со стороны развитых стран и глобальных организаций здравоохранения.
Время враг
Как подчеркивают авторы исследования моделирования Lancet, разрыв цепи передачи вируса Эбола представляет собой устрашающие проблемы.
После развития симптомов вирус становится очень заразным, и каждый новый контакт представляет собой возможность дальнейшего распространения болезни.
Отслеживание всех контактов инфицированных людей может быть сложной задачей даже в условиях первого мира с низким числом случаев заболевания. В отсутствие вакцины или надежного терапевтического средства от Эболы диагностика болезни на предсимптоматической стадии и быстрая изоляция инфицированных лиц являются наиболее надежными средствами для прекращения дальнейшей передачи болезни.
По словам Карен Андерсон из Biodesign, доктора философии., "Раннее обнаружение инфекции Эбола дает возможность и время для безопасной изоляции и лечения людей до того, как они заразятся. Наши результаты показывают две ключевые вещи: во-первых, прогнозируемое влияние ранних диагностических тестов зависит от существующих мер общественного здравоохранения. Во-вторых, похоже, наступает переломный момент, когда ранняя диагностика лиц из группы высокого риска в сочетании с адекватной изоляцией может заметно снизить прогнозируемое количество инфицированных."
Чтобы остановить эпидемию, необходимо снизить критическое значение, известное как репродуктивный коэффициент или R0 – показатель числа новых инфекций, вызванных единичным случаем в течение инфекционного периода.
Чем выше число R0, тем сложнее сдержать эпидемию.
Метод, известный как полимеразная цепная реакция (ПЦР), может использоваться для предсимптоматической идентификации вируса Эбола. В текущем исследовании моделируются ожидаемые результаты передачи вируса Эбола с использованием предсимптоматической диагностики на основе ПЦР и изоляции инфицированных пациентов в течение 3 дней с момента появления симптомов.
«Наши результаты подчеркивают огромное влияние, которое диагностический потенциал может оказать во время эпидемии Эболы для быстрого выявления случаев заболевания Эболой до того, как они начнут новые цепи передачи в сообществе или в медицинских учреждениях», – сказал Диего Човелл, ведущий автор исследования.
Карлос Кастильо-Чавес, директор Simon A. Центр математических, вычислительных и модельных наук Левина подчеркивает силу математического моделирования для понимания и ограничения масштабов эпидемий: «Обнаружение того, что небольшие различия в эффективности изоляции могут иметь большое влияние на размер эпидемии, подчеркивает важность оценки новых диагностических технологий в уровень населения с использованием математических моделей ", – говорит он. "Вмешательство может не сработать или быть эффективным, если оно не будет эффективно использовано после переломного момента."
Авторы призывают к реализации стратегии предсимптоматической диагностики и быстрой изоляции, нацеленной на лиц с высоким риском, включая лиц, оказывающих помощь, и медицинских работников.
В своем комментарии к Lancet Джеральдо Чоуэлл исследует другую математическую модель, предложенную Мерлером и его коллегами.
В этом исследовании моделируется течение эпидемии Эболы в Либерии на основе структуры и географии населения, включая расположение домашних хозяйств, больниц и пунктов лечения Эболы.
Чоуэлл отмечает, что создание новых лечебных центров, изоляция новых пациентов и распространение комплектов домашней защиты, вероятно, сыграли роль в ограничении распространения лихорадки Эбола в Либерии по сравнению с соседними государствами Гвинеей и Сьерра-Леоне.
«Тщательно откалиброванные математические модели могут помочь органам общественного здравоохранения эффективно реагировать на эпидемии болезней», – говорит Чоуэлл. "В контексте эпидемии Эболы в Западной Африке несколько ключевых факторов, в том числе задержки с реагированием на эпидемию, изменения в поведении и расширение инфраструктуры общественного здравоохранения в регионе, чтобы отслеживать контакты инфицированных людей и разрывать цепочки передачи путем эффективной изоляции сыграли важную роль в формировании траектории этой эпидемии."
Отчаянная потребность в ранней диагностике Эболы была далее подчеркнута в переписке Чоуэлла, в которой указывается, что большинство пациентов с Эболой из Западной Африки оставались недиагностированными в их общинах, а среднее время от появления симптомов до постановки диагноза составляло около 5 дней – рецепт для быстрой, далекой -легочная передача заболевания.
Подчеркивая диагностическую силу ПЦР, Чоуэлл отмечает, что такие тесты в настоящее время требуют транспортировки в лабораторию или транзитный центр, что вызывает критические задержки в диагностике и лечении и повышает риски передачи инфекции. Он рекомендует дополнить эти усилия распространением экспресс-тестов в пунктах оказания медицинской помощи, которые можно было бы использовать в домашних условиях для ранней защиты.
Човелл и его коллеги провели моделирование, основанное на сокращении времени между появлением симптомов и постановкой диагноза, с помощью экспресс-тестирования. Результаты были впечатляющими. Если 60 процентов пациентов с Эболой могут быть быстро диагностированы и изолированы (в течение 1 дня с момента появления симптомов), доля населения, в конечном итоге инфицированного (известная как частота приступов), снизится с 80 процентов до почти нуля.
Вакцина от лихорадки Эбола?
В то время как авторы текущих статей Lancet моделируют передачу Эболы и предлагают стратегии борьбы с будущими эпидемиями, ASU также находится в авангарде усилий по разработке терапевтических средств против Эболы и возможных вакцин.
Чарльз Арнцен, доктор философии.D., предложили дальновидное предупреждение еще в 2011 году, что следующая вспышка Эболы может быть гораздо более разрушительной, чем в прошлом, если не будут немедленно задействованы достаточные ресурсы.
К сожалению, предсказание Арнтцена стало реальностью с недавней эпидемией, которая намного превзошла по количеству погибших и географическому размеру все предыдущие вспышки Эболы вместе взятые.
Более раннее исследование Арнтцена в Proceedings of the National Academy of Science описало экспериментальный коктейль моноклональных антител, произведенных из растений табака, который показал большие перспективы в исследованиях на животных.
Недавняя эпидемия в Западной Африке предоставила беспрецедентную возможность проверить эффективность лекарственной формулы, разработанной с давними сотрудниками Арнтцена из компании MAPP Pharmaceuticals, расположенной в Сан-Диего. Два медицинских работника возвращаются в U.S. после заражения вирусом Эбола в Африке прошли курс лечения препаратом, известным как ZMapp.
Оба выжили, предлагая дразнящий потенциал для безопасной и высокоэффективной вакцины против болезни.
Усилия Арнтцена также подчеркнули потенциал аналогичных фармацевтических препаратов растительного происхождения. Ряд из них в настоящее время исследуется в Институте биодизайна Цян "Шон" Чен, доктор философии.D., научный сотрудник Центра инфекционных болезней и вакцинологии.
Чен надеется применить аналогичные методы для создания лекарств от других заболеваний, включая лихорадку Западного Нила, которая является предметом текущих исследований.
Согласно последним отчетам Всемирной организации здравоохранения, эпидемия лихорадки Эбола, похоже, ослабляет свою власть в регионе.
Впервые с июня 2014 г. в 3 наиболее пострадавших странах было зарегистрировано менее 100 новых случаев еженедельно, что свидетельствует о том, что, как надеются работники здравоохранения, является заключительной фазой разрушительного господства Эболы.
Повышенная бдительность и новые инструменты как на эпидемиологическом, так и на терапевтическом концах спектра жизненно необходимы, если мы хотим предотвратить еще одну эпидемию – возможно, еще большего масштаба.