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1、溫度、降水變化與傳染病李龍騰2007-3-21傳染病的致病原理 引發傳染病發生的要素有三： A 生物有機體(A) 傳染途徑或媒介(E) 宿主的健康狀態(H) H E 一、生物有機體的特性1. 感染力(infectivity)：agent 引起宿主 產生感染(infection)的能力。2. 致病力 (pathogenicity):agent引起宿 主產生疾病(disease)的能力。3. 毒性或毒力(virulence): 以CFR表示。4. 免疫性(immunogenicity)。 微生物的溫度適應 The minimum temperature (Min T): 最低溫度：微生物持續生長與
2、 代謝所需之最低溫度範圍，低 於此溫度範圍該微生物之活性 就會受到限制。 微生物的溫度適應2. The maximum temperature (Max T): 最高溫度：微生物可以持續生長與 代謝之最高溫度範圍。3. The optimum temperature covers a small range, intermediate between MaxT and Min T, which promotes the fastest rate of growth and metabolism.微生物的溫度適應The typhus rickettsia 只能在32 到38。 C之間進行複製；
3、rhinoviruses 只能在稍低於正常人體溫度的33。C 到 35。C間才能成功地在組織中進行複製。微生物的溫度適應Staphylococcus aureus 可在6。C 到 46。C 的環境下生長，腸球菌(Enterococcusfaecalis) 則可在 0。C 到 44。C 的環境下生長。大多數醫學上很重要的微生物(mesophiles)可在 20。C 到 40。C 環境下生長，但是在人體之內則必須在 30。C 到 40 。C 的環境下才能生長。微生物的溫度適應Thermoduric microbes 可以短時間暴露在極高溫環境但通常是 mesophiles，因此，容易污染加熱過或消
4、毒過 (heated or pasteurized)的食物。 會產生耐熱性包囊(cyst)的梨型蟲 (Giardia) 或會產生孢子 (sporeformers)的桿菌屬與梭菌屬 (Bacillus and Clostridium)就是個例子。微生物的溫度適應Psychrophile 在15。C以下的溫度環境生長最好，即使在0。C環境下也可生長Thermophile 則是在45。C以上的環境下生長最好 (up to 120。C)。二、傳染途徑或傳染媒介n空氣傳染水痘、麻疹、肺結核 新行流行性感冒等 n飛沫傳染流行性感冒等n接觸傳染B型肝炎、C型肝炎 A n土壤、水類鼻疽 H E 三、宿主(Ho
5、st)的健康狀況宿主的健康狀態可影響傳染病的發生：胃酸不足，Salmonella infection risk 糖尿病，Pulmonary tuberculosis risk天氣熱，野外接觸機會多，登革熱傳播容易，暖冬，登革熱不容易控制；天冷，收容所內肺結核傳播容易；暑假少腸病毒，開學了，腸病毒又來了！世界衛生組織(WHO)估計氣候變化造成生態影響進而影響的傳染性疾病有1.瘧疾(Malaria); 2.Dengue and dengue hemorrhagic fever/dengue shock syndrome; 3.腦炎(Arboviral encephalitides); 4.霍亂(C
6、holera)。登革熱在亞太地區，聖嬰與反聖嬰事件 ( El Nino and La Nina events) 似乎皆可影響登革熱的發生或爆發流行(Hales et al. Lancet 1996;348:1664-5; Hales et al. Eviron Health Perspect 1999;107:99-102. Hopp M et al. Clim Resear 2003;25:85-94).登革熱在熱帶地區，登革熱是在北緯30。到 20。之間的熱帶地區流行 (Trent, 1983)，因為冷霜與持續低溫的氣候，會殺死成蚊與過冬的蚊蟲卵與孓孑 (Chandle, 1945)。登革
7、熱天氣暖和也會將 vector 和疾病分佈往海拔較高的地方移，在 Mexico，有人發現，1988年夏天因為氣候變溫熱，導致當地的登革熱流行發生到海拔1700 公尺的山上去 (Herrera-Besto, 1992)。登革熱 (Koopman, 1991) 1986年的Mexico ,當年發生登革熱流行的最大影響因素是雨季中的平均溫度 (median temperature) ，在調整其他因素之影響後，發現溫度從17。C 上升到30。C 時，登革熱的盛行率也上升了四倍之多。Temperature and dengue fever氣溫也可以影響登革熱的傳布動態(transmission dyna
8、mics) 。溫暖的氣候使得埃及斑蚊( A. aegypti) 幼蟲的體型變小，因而導致成蚊的體型也較小；所以吸血的頻率要增加才足以成長與產卵。每一個生活週期吸血的頻率加倍，登革熱盛行率也上升。Temperature and dengue fever以病毒的成長來說，氣溫的上升將使得登革熱病毒的外在潛伏期 (extrinsic incubation)縮短，使得在一定時間內，同一群病媒蚊之中，變成具有傳染力的比率也大大上升 (Pocks, 1995)。Temperature and dengue fever在30。 C 的環境下，第二型登革熱病毒(Dengue type-2 virus)的外在潛
9、伏期需要 十二天之久；但在 32。 到 35。 C 的環境下，其外在潛伏期只要七天即可 (Watts, 1987)。縮短外在潛伏期五天就足以使發生登革熱傳播的潛力增加三倍以上。 Infectious Diseases & SOI節肢動物與傳染病疾病的傳播可從每一種病媒傳播特定疾病的潛力來瞭解，這涉及種種複雜的關係，包括：病媒的分布、病媒的豐度（vectorabundance）、病媒的壽命期望值（存活性）、病媒叮咬人類的偏好性（嗜人性，anthropophily)、病媒的攝食率與致病力。病媒的豐度(vector abundance)瘧蚊的發育如埃及斑蚊（Aedes aegypti），與溫度息息相
10、關。在冬季，溫度迫使雌蚊冬眠的地區，每年只有一兩個世代，但在16。C時，一個世代需時約六週，熱帶環境下只要十天；理想時，每兩三天即可產下超過一百粒卵的卵塊，成蟲可在十四天內增達百倍！病媒的豐度(vector abundance)瘧蚊在水中發育，雨水可決定瘧蚊數量的多寡；非洲最重要的瘧疾媒介甘比亞瘧蚊在水的存在時間很短的小池中繁殖，由於這些小池需重新充水才能讓瘧蚊利用，故雨量一增加，就顯著增加瘧蚊的繁殖場所；有的反而被大量雨水沖掉，而減少其繁殖之機會。病媒的存活率受感染的雌瘧蚊壽命長短對其傳染疾病的能力影響很大，如果蚊子取食受感染的血液之後存活不超過八、九天，就不夠長到足以傳染瘧疾給人類。非洲甘
11、比亞瘧蚊要完成三個卵巢週期後才有感染性，最容易傳染給人類是在它完成四至六個卵巢週期之後。媒介的嗜人性作為一個病媒，瘧蚊至少需吸食四次，第一次取得病原之瘧原蟲，第二次則傳播疾病。宿主偏好性（host preference）是用來表示一個病媒蚊嗜好取食某一宿主種類，以瘧疾而言它的宿主偏好是人，稱為嗜人性（anthropophily）。取食間隔（feeding interval）雌瘧蚊病媒的取食頻率對疾病的傳播十分重要。此一頻率可用標識釋放再補（capture-recapture）數據或由在室內休息的蚊子的卵巢年紀群來估算出來。St Louis encephalitis (SLE)人類發生聖路易腦炎
12、(SLE) 與溫度也有相當大的關聯。尤其是在溫度超過30。C 時(Monath et al, 1987) ，在 1984 年的 California 在一次高溫情況下不久便爆發了SLE流行。 St Louis encephalitis (SLE)對於SLE的爆發流行而言，降雨量也很重要 (Monath, 1990)。利用電腦分析當地每一個月的氣候資料之後發現，一到二月的降雨量大量增加，配合著六七月的乾旱，最常引發 SLE的大流行 (Bowen) 。 Temperature and cholera與氣候相關的海平面升高與海平面溫度之上升也會造成水源性感染症與毒素相關的疾病 (water-born
13、e infections and toxin-related illnesses) 的發生率上升, 比如像是霍亂(cholera) 與甲殼類中毒(shellfish poisoning) (Patz et al.,JAMA 1996;275:217-23)Temperature and cholera1991-1992年秘魯因為聖嬰事件發生霍亂流行。其發生率的季節性變化也與Bangladesh 的Bay of Bengal 之海平面溫度的上升有關 (Lobitz, 2000)，A positive effect of ENSO is observed on the 2-month-ahead
14、predictions of cholera incidence in the fall.Temperature and diarrhea在Lima，1997-98 年的El Nino episode, 當地的平均大氣溫度比平常日子上升了5。C ， 每天因為腹瀉而住院治療的病患也比往常多出了200% ，其中有6225 例多出來的個案是因為該次的聖嬰現象所造成的 (Checkley)。Temperature and diarrhea據統計，在 El Nino episode 之前, 大氣溫度每上升1。C ，因腹瀉而住院的病患就增加了8% 之多。Temperature and Malaria在肯亞
15、(Kenya) 也發現，高地的最高溫度與當地的登革熱流行也密切相關。In the highland of Debre Zeit sectorof central Ethiopia an association wasfound between increase of malariaincidence and concomitant warming trends (Tulu AN , 1996).Climate and emerging infection美國西南地區的肺性漢他病毒流行(pulmonary hantavirus epidemic) 被發現是因為當地之氣候與生態的變化導致當地鼠類(
16、rodent populations) 大量增殖所致(Wenzel RP. NEJM 1994)。Climate and hantavirus 在1993年，歷經六年的乾旱之後，來了一次大量的春雨，使得當地deer mice (漢他病毒的貯主) 的數量增加了十倍之多，才造成了當時的肺性漢他病毒流行 (Levin etal. Am Science 1994)。氣候與腦膜腦炎的流行In Sub-Saharan Africa，腦膜腦炎(meningococcal meningitis) 的流行具有 明顯的季節性變化。在溫熱乾燥季節該病會持續流行，但是到了雨季之後，這種流行又會隨即消失 (Moore
17、PS. Clin Infect Dis , 1992)。Food-borne infectious diseases有學者估計， Across much ofcontinental Europe，傷寒( salmonellosis ) 有30%是因為氣候的變化所引起的 (Kovats et al, 2004)。在英國，據估計，每一個月的新發生食物中毒個案數與當地前二至五週的氣溫有極大的關係。 (Bentham et al., Int J Biometeorol 2001;45:22-6.)Food-borne infectious diseaseSchistosomiasis and clim
18、ate血吸蟲病 (Schistosomiasis) 的發生在溫熱地區常與廣建灌溉系統有關；築設灌溉系統之後，螺絲大量繁殖，螺絲是血吸蟲病的中間貯主，溫熱的氣候又會影響血吸蟲的傳染力，也使得 血吸蟲更容易在螺絲體內繁殖(Shiff et al, 1975)。Schistosomiasis and climate在冬季，血吸蟲的幼蟲(cercaria) 在螺絲體內會呈冬眠狀態，因而使其傳染力大大降低；當氣溫升高時， 螺絲傳布血吸蟲的期間就會拉長 (WHO, 1990)。Onchocerciasis蟠尾絲蟲病在西非，有一種由 blackfly 所傳布的疾病叫蟠尾絲蟲病。氣候的變化（下雨）使得溪水流急
19、，有利於 blackfly的成功繁殖，加上風吹使得blackfly到處散佈，傳播蟠尾絲蟲病的速率也加速(WHO, 1985)。 Onchocerciasis蟠尾絲蟲病研究顯示，如果橫跨西非的溫度和雨量有變化，blackfly的數量就會比平常時期的數量增加25%之多，當然，蟠尾絲蟲病的數量也大為增加 (Mills DM, 1995)。Tick-borne diseases相反地，在美國南方，由於tick無法忍受高溫與高濕，Rocky Mountain spotted fever的個案數也會大為減少 (Haile DG, EPA,1989)。Cholera and toxic algae這一百年來
20、，地球的海平面溫度平均升高了將近 0.7。C (Houghton et al.,1992)。 在營養充分的海水中，海藻類大為滋長。Cholera and toxic algae溫暖的海水適合腰鞭毛藻(Dinoflagellates)與 藍藻細菌(Cyanobacteria)的生長，此兩種微生物含有很多有毒的微生物 (Vallela I, 1984)，很多賴以維生的海中生物無形中便充當作霍亂弧菌(Vibrio cholerae)與其他腸內菌的貯主。因而引發不少食物中毒事件。El Nino and malaria1. In Venezuela, malaria increased an avera
21、ge 37% in the post-Nino year.2. In Colombia, malaria cases increased by 17.3% during the El Nino and by 35% in the post-Nino year.(Najera JA et al., WHO, 1998) Rift Valley fever and Temperature Outbreak of RVF in humanshave occurred in East Africa following heavy rainfalls. In Kenya, outbreak in the
22、usually dry grasslands are always associate with periods of heavy rain. (Davies FG et al., Bull WHO 1985).Rift Valley fever and climateThe 1997-98 El Nino event has beenlinked to very heavy rainfall inNortheastern Kenya and Southern Somalia, from Oct. 1997 to Jan. 1998.The rain was 60 to 100 folds h
23、eavier thannormal. In Dec. 1997, a large outbreakof RVF was noted in these areas.Rift Valley fever and climateLinthincum et al found an association between RVF activity (1950-98), monthlySOI, and sea surface temperaturesanomalies in the Pacific and IndianOceans (Linthincum KJ, et al., Science1999;28
24、5:397-400.)傳染性疾病對氣候的敏感性In Scotland, campylobacter infections arecharacterized by short peaks in the spring(Colwell RR, Partz JA, 1998). In Bangladesh, cholera outbreaks occur during the monsoon season (Colwell RR.Science 1996;274:2025-31.)Climate sensitivity of infectious diseaseIn Peru, cyclospora
25、infections peak in thesummer and subside in the winter.Epidemics of meningococcal meningitis tend to erupt during hot and dry seasonand subside soon after the beginning of rainy season in Sub-Saharan Africa. (Moore PS. Clin Infect Dis 1992;14:515-25.) 結論The impacts of long-term climate change may interact with the impacts of increased variability and weatherextremes affecting the incidence, prevalence, seasonality and distribution of infectious diseases.
