Подобно тому, как сезон дождей вызывает новый всплеск случаев холеры на Гаити, новая вычислительная модель может предсказать, где вероятны вспышки.
Исследователи из Университета штата Огайо работают над проектом с Центрами по контролю и профилактике заболеваний (CDC) в надежде направить усилия по борьбе с холерой там, где они больше всего нужны в пострадавшей от землетрясения стране.
Вернувшись из 10-дневной поездки в Артибонитовую долину на Гаити, исследователь из штата Огайо Мариса Айзенберг описала первые результаты модели на ежегодном собрании Экологического общества Америки в Остине.
Один из вопросов заключался в том, распространяется ли смертельное заболевание в первую очередь через зараженную воду из окружающей среды или через контакт с людьми, например, через зараженную пищу. Это знание позволит CDC и агентствам по оказанию помощи сосредоточить ограниченные ресурсы на противодействии тому или иному пути передачи.
«Согласно нашим предварительным выводам, это и то, и другое», - сказал Айзенберг, научный сотрудник Математического института биологических наук в штате Огайо. «Мы не можем игнорировать ни один из источников передачи».
По мере обработки данных исследователи надеются выявить типичные закономерности вспышек холеры и определить «горячие точки» - регионы, которые играют ключевую роль в борьбе с распространением болезни.
CDC обратился к специалистам по компьютерному моделированию по поводу этой проблемы в ноябре 2010 года. Среди них был сотрудник Айзенберга, Джозеф Тьен, профессор математики в штате Огайо, который ранее определил закономерности в данных об эпидемиях холеры 19-го века в Лондоне.
Результативное исследование, которое он и Айзенберг опубликовали с канадскими сотрудниками в Annals of Internal Medicine в мае 2011 года, выявило циклический характер болезни: когда новый штамм холеры вторгается в страну, эпидемия обычно начинается с первоначального волна заболеваемости осенью, а следующим летом разразится гораздо более крупными вспышками.
Этот образец до сих пор оставался верным для Гаити.
«До землетрясения холера не регистрировалась на Гаити в течение десятилетий, поэтому мы находимся на новой территории в отношении того, что болезнь будет делать там в ближайшие месяцы и годы», - сказал Тьен. «Существует множество различных факторов, которые следует учитывать: условия окружающей среды, влияющие на способность бактерий холеры сохраняться в водоемах, различия в качестве воды и санитарии в разных местах, иммунитет, вызванный инфекцией, сезонные факторы, такие как осадки. использовать математику, чтобы собрать головоломку воедино."
Холера - это бактериальная инфекция кишечника, вызывающая рвоту и сильную диарею. Без посторонней помощи жертвы умирают от обезвоживания. По данным Центра по контролю и профилактике заболеваний, ежегодно в мире от холеры регистрируется около 3-5 миллионов случаев заболевания и 100 000 смертей.
Болезнь в основном распространяется через фекальное загрязнение воды и пищи. На большей части Гаити, где значительная часть населения все еще остается без крова после землетрясения 2010 года, санитарии просто не существует.
Тьен, Айзенберг и команда штата Огайо отправились на Гаити, чтобы установить контакты с местными органами здравоохранения и начать сбор данных о холере в больницах, в частности, в больнице Альберта Швейцера, главной больнице для населения почти 350 000 человек в центральной долине острова.
За этим последуют несколько поездок на Гаити, но Айзенберг описывает первую как напряженную и поучительную.
«Часть трудностей с получением точных данных, особенно во время первой волны вспышки, заключается в том, что больницы переполнены, и не все добираются до лечебных центров. Персонал лечебного центра ведет настолько подробные записи, насколько это возможно, хотя разные агентства используют разные методы отчетности. Но в центрах лечения холеры часто не хватает средств и места, и даже в больницах многие люди живут в палатках на улице, потому что места не хватает», - сказала она.
Другие факты затрудняют отслеживание болезни. Одна деревня может получать воду из нескольких источников - ближайшей реки, родника на склоне холма или колодца, вырытого вдоль дороги. Семьи путешествуют много раз в день, чтобы набрать воды в ведрах и отнести домой.
«Два соседа могут заболеть холерой, но не обязательно из одного и того же источника», - объяснил Айзенберг.
Моделирование вспышки на Гаити на компьютере представляет собой уникальную задачу, поскольку больницы, ООН и ЮНИСЕФ предоставляют данные в разных пространственных масштабах. У некоторых есть данные только на уровне деревни, или на уровне департамента (штата), или на уровне страны. Телекоммуникационная компания Digicel предоставляет данные о местоположении клиентов, чтобы исследователи могли отслеживать перемещение населения внутри страны.
Айзенберг занят созданием алгоритмов, чтобы объединить все эти разнообразные данные. Может пройти некоторое время, прежде чем исследователи получат полную модель для CDC и других агентств, но она надеется вскоре получить больше первоначальных результатов.
Неправительственные организации (НПО) оказали помощь Гаити после землетрясения. Они раздают таблетки хлора и обучают людей, как дезинфицировать воду. Они строят уборные, чтобы побудить людей не испражняться в реку или на поле.
Но, как узнали исследователи из штата Огайо во время своей поездки, у тех же НПО заканчиваются деньги, и они готовятся покинуть страну. Тем не менее, нынешний сезон дождей, начавшийся в июне, принес всплеск новых случаев заболевания.
По данным правительства Гаити, в июне ежедневно регистрировалось 1000 новых случаев заболевания холерой.
Чтобы наилучшим образом использовать оставшуюся помощь, исследователи хотели бы знать, где именно на острове произойдут новые вспышки. Они составляют карты передачи холеры и создают программное обеспечение, которое будет прогнозировать вероятность новых случаев на основе многих факторов, таких как численность населения, источники воды, поездки и погода.
Они надеются получить больше результатов осенью. То, что они узнают, может быть полезно не только на Гаити, но и в Юго-Восточной Азии и в Демократической Республике Конго, где болезнь сегодня распространена.
Сотрудниками Тьена по изучению холеры в Лондоне XIX века были Дэвид Эрн и Хендрик Пойнар из Университета МакМастера и Дэвид Фисман из Университета Торонто. Эрн и Фисман также являются соавторами статьи «Анналы внутренней медицины» вместе с Эшли Туит из Университета Торонто и Джунлинг Ма из Университета Виктории.
Это исследование финансируется Национальным научным фондом.