Epidemiologie a prevence virových infekcí „špína“ Stručná historie epidemiologie Edwin Chadwick (1800-1890) Florence Nightingale (1820-1910) Infekční agens Stručná historie epidemiologie Jacob Henle (1809-1885) Joseph Lister (1827-1912) Ignaz Semmelweis (1818-1865) Louis Pasteur (1822-1895) Robert Koch (1843-1910) „Epidemiologie“ je odvozen z řečtiny a znamená něco na způsob „studium toho, co je mezi lidmi“. „Epizootologie“ je odpovídající termín týkající se infekcí postihujících zvířata. John Snow (1813-1858) Obecné body • Aby viry mohly vyvolat infekci je nutné: – Najít způsob průniku do hostitele – Najít způsob, jakým zdolají obranné mechanismy hostitele – Najít cesty šíření v organismu – Najít správné buňky, které mohou infikovat • Aby se mohly viry dále šířit, je nutné: – Najít způsoby, jakými se virové potomstvo dostane z hostitelské buňky a organismu – Najít způsoby, jak přežít vnější podmínky Reservoir Místo a způsob uvolňování Agens Způsob vstupu K nákaze citlivý hostitel Přenos z jedince na jedince Chain of Transmission Rezervoár a zdroj infekce • Rezervoár infekce – „Ekologická nika“, kde je virus přežívá a množí se – Člověk, zvíře, členovec... • Zdroj – Člověk – Zvíře, členovec – Prostředí Rezervoárem je hostitel, který přenáší patogena, aniž by jím byl poškozován, sloužící jako zdroj infekce pro další organismy. (asymptomatický infekční přenašeč) Epidemiologie • Definice: Studium výskytu nemoci/infekce v populaci. • Zahrnuje: 1. Mechanismy přenosu nákazy 2. Rizikové faktory, které přispívají k výskytu infekce, 3. Velikost populace nutná pro přenos nákazy 4. Geografii 5. Období 6. Způsoby kontroly a eliminace Mechanismy přenosu virů • Aerosol • Potrava a voda • „Špína“ • Tělesné sekrety • Pohlavní aktivita • Porod • Transfuze/transplantace • Zoonózy(zvíře, členovec) Mechanismy přenosu Přímé ❖ pokožka-pokožna ❖ Herpes simplex 1 ❖ sliznice-sliznice ❖ HIV ❖ Přes placentu ❖ CMV ❖ Mateřským mlékem ❖ HIV ❖ Kýchnutí-vdechnutní ❖ chřipka Nepřímé ❖ Potravou nebo vodou ❖Hepatitis A ❖ Vektorem ❖ klíšťová encefalitida ❖ Vzduchem/aerosolem ❖ plané neštovice, chčipka Kontakt ❖ záleží na konkrétním agens ❖pokožka, pohlavní styk, voda... Faktory, které zvyšují účinnost přenosu • Stabilita viru • Virus v aerosolech a sekretech • Asymptomatické vylučování viru • Neúčinná imunitní odezva Geografie a období • Ekologie vektora, školní rok, venkovní aktivity... Příklady nových nákaz TSS EHEC H5N1 HIV HEV Lyme BSE HCV Hanta West Nile nvCJD SARS Chikungunya H1N1 Definice Prevalence – počet případů dané infekce (klinických nebo subklinických) zaznamenaný v daném čase; vyjádřený jako část sledované populace. Incidence je obvykle vyjadřována jako počet případů na tisíc nebo sto tisíc jedinců v dané populaci za daný časový úsek. Termín „endemický“ označuje onemocnění, které se konstantně vyskytuje na určité hladině v dané populaci. Míra endemnicity/endemičnosti může být vysoká nebo nízká. Odpovídající termín v případě infekčních onemocnění zvířat je „enzootický“. Epidemie – označuje stav, kdy dojde k neobvyklému nárůstu počtu případů dané infekce v dané populaci. Označení „neobvyklý“ závisí na dané infekci – 100 nových případů spalniček v Londýně nelze pokládat za epidemii, zatímco 100 nových případů dětské obrny na témže místě by jistě za epidemii považováno bylo. Ve veterinární medicíně používáme termín „epizoonóza“. Pandemie je epidemie, která zasáhne více kontinentů v současném čase. Ve veterinární medicíně se používá korespondující termín „panzoonóza“. Virové infekce živočichů přenosné na člověka ať již prostřednictvím přenašečů (vektorů) nebo jiným způsobem (poranění, vdechnutí, potrava) patří mezi tzv. antropozoonózy. Endemic Epidemic NumberofCasesofaDisease Time Endemic vs Epidemic žádná infekce příznaková bezpříznaková smrt přenašeč imunita bez imunitní odezvy výsledek Expozice infekčnímu agens Citlivý jedinec Citlivý jedinec Dynamika infekčnosti Dynamika nemoci Inkubační doba Symptomatické období Konec nemoci Latentní perioda Infekční perioda Neinfekční perioda čas čas Časová osa rozvoje infekce Případy ❖ indexový – první identifikovaný případ ❖ primární – případ, který infekci přináší do populace ❖ sekundární – infikovaný primárním případem ❖ terciární – infikovaný sekundárním případem P S S T citlivý jedinec imunní bezpříznakový průběh klinické onemocnění S T Šíření infekce „onemocnění“ je dáno jako výsledek faktorů, které tvoří: infekční agens hostitel prostředí Epidemiologický trojúhelník Agens Hostitel Prostředí • věk • pohlaví • genotyp • chování • nutriční status • zdravotní status • infektivita (schopnost infikovat) • patogenicita (shopnost vyvolat onemocnění) • virulence (schopnost poškozovat buňky/orgány/organismus, případně způsobit smrt) • imunogenita • antigenní a genetická stabilita • odolnost • počasí • úroveň hygieny • geografie • zaměstnání • potrava Faktory ovlivňující přenos nákazy Agent Animals Environment Vectors Změny klimatu Obří města Znečištění Produkce potravin Intenzivní zemědělství Antibiotika Populační růst Migrace Chování přemnožení vektora rezistence vektora Fakory ovlivňující přenos infekcí Komunita hostitelů • hostitelé a patogeny se společně vyvíjejí v čase a dostávají se do stavu, který je výhodný pro přežití obou Vznik hromadné nákazy umožňují: -Moderní velkoměsta, sídliště, závody, rekreační a kulturní zařízení (na jednotku plochy velký počet osob) -Masová doprava (zejména letecká) -Velkochovy hospodářských zvířat -Nízká úroveň zdravotnické a hygienické služby v rozvojových zemích -Vstup člověka do přírodního ohniska nákazy -A jiné Způsoby kontroly • karanténa – SARS • eliminace vektora • imunizace • antivirová terapie Princip „vrcholu ledovce“ Serologická epidemiologie Epidemie v uzavřené komunitě Spalničky na Faerských ostrovech, inkubační doba asi 2 dny, některé případy dead-end 0 100 200 300 400 500 600 700 800 1 2 3 4 5 6 7numberofcases generation 0 100 200 300 400 500 600 700 800 1 2 3 4 5 6 7 numberofcases generation 1999199920002001200220032004 200520062007 2008 West Nile virus infections in the USA 0 200 400 600 800 1000 1200 0 0,05 0,1 0,15 0,2 time number Susceptible Incident cases Immune Nosokomiální nákazy Nosokomiální nákazy vychází z toho paradoxu, že mnozí lidé přicházející do nemocnice za účelem svého vyléčení se tam nakazí jinou, leckdy vážnější infekcí. Riziko nosokomiální nákazy může být sníženo důsledným dodržováním hygienických pravidel pacienty a nemocničním personálem, úzkostlivým dodržováním čistoty ve všech nemocničních prostorách, udržování čistých klimatizačních šachet, izolací infekčních pacientů či naopak pacientů s imunodefektem, omezením doby hospitalizace na nezbytné minimum atd. Jak na viry? (prevence a terapie virových nákaz) Imunizace proti virovým nákazám -Z hlediska prevence virových nákaz je imunizace nejvíce používaným způsobem -Existuje několik přístupů přípravy vakcín – použití živé očkovací látky, chemicky inaktivovaný virus, DNA vakcíny Preventivní vakcinace – vakcinace za účelem nastolení imunity před expozicí Terapeutická vakcinace – vakcinace např. persistentně infikovaných subjektů Již před 2500 lety lidé věděli, že imunita a imunizace funguje • Řečtí lékaři si povšimli, že osoby infikované pravými neštovicemi jimi už znovu neonemocní. • Poznatek: infekce určitou nákazou poskytuje „imunitu“ Za dalších 2300 let „Mám skvělý nápad“ V roce 1796 Edward Jenner provedl vakcinaci u Jamese Phillipse skarifikací kůže a aplikací exsudátu puchýřků kravských neštovic. •Snížení mortality z 25% na 1% • Žádný živočišný rezervoár • Celoživotní imunita • Subklinické případy vzácné • Infekčnost nepředchází symptomům • Pouze jeden serotyp varioly Řada výhod, které tento historický úspěch umožnily: Výsledek: v roce 1978 byly pravé neštovice prohlášeny jako onemocnění celosvětově eradikované • Živá nebo inaktivovaná substance (např. protein, polysacharid), odvozená od patogena (např. baterie nebo viru) schopná vyvolání imunitní odpovědi Pacient je vystaven antigenu V okamžiku, kdy je pacient pak znovu vystaven antigenu, je vyvolána silná imunitní odezva Jak vakcinace funguje? Funguje to asi takto: Vakcíny dělíme na dva základní typy • Živé atenuované • Inaktivované Živé vakcíny -Nejúspěšnější typ antivirových vakcín -Oslabený virus se omezeně množí v hostitelském organismu, což vyvolá silnou a dlouhodobou imunitní odpověď -Atenuované vakcíny – užívá se oslabený virus -Obykle připravené pasážováním v buněčné kultuře, kdy virus postupně ztrácí svou virulenci -ts mutanty – ovšem tendece k reverzi fenotypu -Cold adapted mutants – adaptace viru k replikaci při suboptimální teplotě (př. vakcíny pro intranazální podání – dobrá replikace v nosu při nižší teplotě, ale virus nepostupuje dále do oblastí těla o vyšší teplotě) -deleční mutanty, bodové mutace -živé rekombinantní vakcíny Výběr vakcinačních kmenů – imunogenicita – vysoká patogenicita - nízká Joseph Meister Jean-Baptiste Jupille Max Theiler kmen Asibi (Ghana) – pasáž v opicích a poté i.c. v myších – atenuace - 18 pasáží v tkáních myších embryí, 58 pasáží v tkáních embryí kuřat, 100 pasáží v tkáních embryí kuřat zbavených CNS – 17D 17DD (195), 17D-204 Vakcíny • Salkova inaktivovaná Poliovakcína (IPV) –1954 – formalinem inaktivovaný virus – nutno zachovat antigenicitu – problematická produkce v masovém měřítku – nefunguje například v tropech vlivem interference s jinými enteroviry • Sabinova orální poliovakcína (OPV) – 1960 – narušená funkce IRES – snížená virulence a neuroinvazita – ale riziko reverze na virulentní fenotyp 1 in 1.2 million vaccinations produces neuronal effects Konstrukce rekombinantního atenuovaného viru Výhody modifikovaných živých vakcín -Hostitel amplifikuje imunogen -Vyvolána humorální i buněčná imunitní odpověď -Rychlý nárůst imunity -Imunita přetrvává dlouhodobě -Často stačí jen jedna dávka Nevýhody modifikovaných živých vakcín -Riziko indukce onemocnění u vakcinovaného jedince -Mohou mutovat a revertovat ve virulentní typ -Zachovávají si genetickou plasticitu -Možná latence ne genetické úrovni -Obtížné rozlišení od divokého typu -Riziko kontaminace jinými viry Výhody rekombinantních virových vakcín -Hostitel amplifikuje imunogen -Významné faktory virulence jsou odstraněny -Vyvolává humorální a buněčnou imunitu -Rychlý nástup imunity -Imunita přetrvává dlouho -Nižší náklady na produkci a užívání -Reverze na virulentní typ málo pravděpodobná -Genetické markery mohou být vloženy do genomu za účelem rozlišení od divokého typu Nevýhody rekombinantních virových vakcín -Mutace a rekombinace -Genetická plasticita -Možná latence na genetické úrovni Inaktivované viry -tvořeny z virulentního viru pomocí chemické inaktivace -imunogenita zachována -obvykle pro inaktivaci užíván formaldehyd; dnes se užívá spíše betapropionlakton, který je během několika hodin kompletně hydrolyzován na netoxický produkt -vakcína je bezpečná, ale imunogenita nebývá vysoká – nutnost podání vysoké dávky a opakování -někdy se podání velké dávky inakt. viru setká s horečnatou reakcí, či lokální zánětlivou reakcí, z toho důvodu se odnímají neesenciální složky tím, že jsou imunogení proteiny částice purifikovány (subjednotkové vakcíny) Přehled chřipkových vakcín • Inaktivovaná • • Příprava na KE, vývoj směrem k TK (např. MDCK, VERO) • Parenterální aplikace • Živá atenuovaná vakcína celovirionová štěpená subjednotková subjednotková adjuvantní intranasální aplikace virosomální licence v EU NU: Syndrom Guillian-Barre (akutní zánětlivé postižení nervů →ochrnutí končetin a poruch smyslů, např. Fort Dix prasečí chřipka) Anafylaxe – vaječný albumin Vakcinace proti chřipce Pro zvýšení imunogenity se k vakcíně přidávají různá adjuvans -adjuvans mají účinek buď prolongace uvolňováni antigenu, aktivace makrofágů nebo mitogenita lymfocytů - pro použití v humánní medicíně schváleny soli hliníku Výhody inaktivovaných vakcín -Virus z vakcíny se nemnoží (musí být inktivován důkladně) -Není zde riziko vzniku onemocnění Nevýhody inaktivovaných vakcín -Slabá stimulace imunitní odpovědi -Nutnost podání dvou a více dávek a přeočkování -Krátké trvání imunity -Celý imunogen musí být přítomen ve vakcíně – nákladné -Při opakované vakcinaci mohou kontaminující antigeny vést k alergii Příprava subjednotkových vakcín -Purifikace viru ve velkých objemech -Rozrušení virových částic a purifikace imunogenu (HA pro chřipku apod.) Výhody subjednotkových vakcín -Nezpůsobují onemocnění -Slabé alergické reakce po podání -Možnost vakcinace i těhotných a starých jedinců Nevýhody subjednotkových vakcín -Kromě většiny nevýhod pro inaktivované vakcíny se přidává ještě vysoká nákladnost produkce. Rekombinantní subjednotkové vakcíny Výhody rekombinantních subjednotkových vakcín -Nezpůsobují onemocnění -Koncentrovaný imunogen -Možnost produkce metodou bakteriální fermentace Nevýhody rekombinantních subjednotkových vakcín -Ne vždy produkovaný protein vhodně imunogenní -Nutnost vhodného expresního systému -Náklady sice nižší, ale stále vysoké v porovnání s živými vakcínami DNA vakcíny -Vpravení dsDNA z DNA virů nebo ds cDNA z RNA virů -Geny imunizačního antigenu ve vektoru -Experimentální vakcíny: chřipka, herpesviry, hepatitida B, vzteklina, onkogenní viry Vlastnosti ideální vakcíny -Vysoká účinnost – indukuje protektivní buněčnou a humorální imunitu -Vysoká bezpečnost – minimální vedlejší účinky -Snadná aplikace – snadné podání v minimálním počtu dávek -Nízké náklady -Vysoká stabilita – během transportu i aplikace Vakcína Zdroj viru Forma Podání Poznámky Vakcínie Lymfa ze skarifikované zvířecí kůže Atenuovaná Skarifikací Dnes již jen ve zvláštních případech Imunizováni příslušníci armády Žlutá zimnice Kuřecí embrya Atenuovaná i.m. Dlouhodobá imunita Chřipka Kuřecí embrya Inaktivovaná, podjednotková i.m. Vzhledem k antigenní variabilitě každoročně nové typy; 70% ochrana Polio Buňky opičí ledviny nebo lidské diploidní buňky Inaktivovaná i.m. Atenuovaná p.o. Vysoce účinná Spalničky Buňky kuřecího embrya Atenuovaná i.m. TrojvakcínaZarděnky Lidské diploidní buňky Atenuovaná Příušnice Buňky kuřecího embrya Atenuovaná Vzteklina Zvířecí mozek Inaktivovaná i.m. Postexpoziční profylaxe Lidské diploidní buňky Inaktivovaná i.m. Pre- a postexpoziční profylaxe Hepatitida A Lidské diploidní buňky Inaktivovaná i.m. Hepatitida B Lidské sérum Inaktivovaná, podjednotková i.m. Kvasinky, rekombinant Podjednotková i.m. Rekombinantní vakcína Passive immunotherapy Injection Boosters Active immunization Time Initial inoculation Antibody(IgG,IgM)concentration(titer)