Epidemiology and risk factor analysis of avian influenza virus

Abstract

Background: The avian influenza virus may cause severe outbreaks in the poultry population and may occasionally infect humans exposed to infected poultry. The relative occurrence of the disease varies upon the infectious agent and the subtype, the composition of the population exposed and prior exposure or lack of exposure of the population, as well as the temporal and spatial frame. According to the World Health Organization and the World Organization for Animal Health, notifications are required for all highly pathogenic subtypesas well as for H5 and H7 low pathogenic avian influenza subtypes.Aim of the Phd thesis: In the first part of this dissertation, a systematic review was conducted to investigate avian influenza outbreaks and to explore their distribution upon avian influenza subtypes, country, avian species and other relating details, as no comprehensive epidemiological analysis of global avian influenza outbreaks from 2010 to 2016 existed. Another scope of this work was to evaluate and compare the epidemiological data recorded by the surveillance programmes applied in Greece, during the decade 2002-2011, by both medical and veterinary authorities. Finally, this dissertation aimed to quantify the relationship between HPAI occurrences in wild/aquatic birds and poultry species in Greece and the Anseriformespopulation, the Charadriiformes population, precipitation, temperature, poultry population density, human population density, distance to the closest highway and water collection and number of water bird mid-winter census counts, applying both multivariate and uni- and multi-variate models through the logistic regression method and Boruta algorithm method.Results: Based on data collated from four databases (Scopus, Web of Science Core Correlation, PubMed and SpringerLink electronic journal) and a global electronic reporting system (ProMED mail), one hundred and seventy-three avian influenza virus outbreaks were identified and included in this review, alongside 198 ProMED mail reports. The results showed that most of the reported outbreaks occurred in 2016 (22.2%). These outbreaks were in China (13.6%) and referred to commercial poultry farms (56.1%). The most common subtype reported in these outbreaks was H5N1 (38.2%), while almost 82.5% of the subtypes were highly pathogenic avian influenza viruses. There were differences noticed between ProMED mail and the scientific literature screened.The Sentinel surveillance system was used to analyze influenza virus cases in humans, while a passive surveillance system was initiated by proper directive in 2005 onwards.Data retrieved by competent officials showed that most of human cases were both of type A and B, whereas type A samples were identified of subtype H1N1 and H3N2. Among the animal specimens tested for this specific study period, only 35 proved to be positive in 2006. All except for one positive animal case were identified as of subtype Highly Pathogenic Avian Influenza Virus H5N1, except for one, which was of subtype Low Pathogenic Avian Influenza Virus H6N2. Almost 45% of humans were of pediatric population and 100% of animals were wild bird species.The results of the logistic regression model, based on raw risk factors’ data, indicated that the wild/aquatic birds’ possibility of infection is mainly determined by water birds mid-winter census (WMC) counts, as well as it is positively associated with WMC counts and distance to closest transportation route. Concerning poultry outbreaks, human population density, coexistence with mammals and distance to water collection proved to be statistically associated, too. Based on the log transformed risk factors data concerning both aquatic/wild birds and combined (aquatic/wild and poultry species) datasets, WMC, Anseriformes and Charadriiformes had statistically significant correlation with the number of HPAI outbreaks, while i) coexistence with mammals proved to be statistically significantin case of aquatic/wild birds dataset and ii) human population density and temperature seem to play a statistically significant role only in case of combined dataset. The Boruta algorithm method indicated that all ten risk factors were important for both species. The spatial pattern of the outbreaks was investigated and a map indicating the spatial hot-/cold-spots of HPAI occurrences in Greece was generated.Conclusions: Avian influenza virus has been proved to be able to contaminate all types of avian species, including commercial poultry farms, wild birds, backyard domestic animals, live poultry, game birds and mixed poultry. The study focused on wet markets, slaughterhouses, wild habitats, zoos and natural parks, in both developed and developing countries. The impact of avian influenza virus seems disproportionate and could potentially burden the already existing disparities in the public health domain. Therefore, collaboration between all the involved health sectors is more than necessary.No correlation of influenza types between humans and animals was observed, inthe case of Greece.The study demonstrates that environmental, weather and anthropogenic factorsmay contribute to the avian influenza virus disease spread among animals and humans. These findings are considered as highly important for the global surveillance of HPAI occurrences.

Εισαγωγή: O ιός της γρίπης των πτηνών μπορεί να επιφέρει εκτεταμένες επιδημικές εκρήξεις στον πληθυσμό των πτηνών, ενώ περιστασιακά μπορεί να προσβάλει και τον άνθρωπο που εκτίθεται σε προσβεβλημένα πτηνά. Η σχετική επίπτωση του νοσήματος του ιού της γρίπης των πτηνών ποικίλλει ανάλογα με τον υπότυπο του ιού, τη σύσταση του εκτιθέμενου πληθυσμού, τυχόν προηγούμενη ή μη έκθεση του πληθυσμού, καθώς επίσης το χρονικό και χωρικό πλαίσιο. Κατ’ απαίτηση του Παγκόσμιου Oργανισμού Υγείας και του Παγκόσμιου Oργανισμού Υγείας των Ζώων, όλοι οι υψηλής παθογονικότητας υπότυποι καθώς και οι Η5 και Η7 χαμηλής παθογονικότητας υπότυποι απαιτείται να επιτηρούνται.Σκοπός της διδακτορικής διατριβής: Στο πρώτο μέρος αυτής της διατριβής, διεξήχθη μία συστηματική ανασκόπηση προκειμένου να διερευνηθούν οι επιδημικές εκρήξεις του ιού της γρίπης των πτηνών και η κατανομή αυτών, βάσει υποτύπου, χώρας, είδους πτηνών και άλλων συναφών λεπτομερειών, δεδομένου ότι δε διατίθετο στη βιβλιογραφία εκτενής επιδημιολογική ανάλυση των κρουσμάτων για το χρονικό διάστημα 2010-2016. Επιπλέον, αντικείμενο της παρούσας διατριβής ήταν η αξιολόγηση και σύγκριση των επιδημιολογικών δεδομένων ανθρώπων και ζώων, όπως αυτά καταγράφηκαν από συγκεκριμένα προγράμματα επιτήρησης, από τις αρμόδιες ιατρικές και κτηνιατρικές αρχές δημόσιας υγείας, για τη δεκαετία 2002-2011. Στην παρούσα μελέτη, διερευνήθηκε στην Ελλάδα ποσοτικά η σχέση μεταξύ της προσβολής ενός πτηνού (άγριο/ υδρόβιο πτηνό ή εκτρεφόμενο πτηνό) από Ιό της Γρίπης των πτηνών υψηλής παθογονικότητας και παραγόντων κινδύνου, όπως ο πληθυσμός των πτηνών του γένους Charadriiformes και Anseriformes, ο υετός, η θερμοκρασία, η πυκνότητα του πληθυσμού των πτηνών και του ανθρώπινου πληθυσμού, η απόσταση προς τον πλησιέστερο εθνικό δρόμο/δρόμο και συλλογή ύδατος. Η παραπάνω σχέση προσεγγίστηκε μέσω της εφαρμογής πολυπαραγοντικής και μόνο- και (εν συνεχεία) πολυ- παραγοντικής λογιστικής παλινδρόμησης και του αλγόριθμου Boruta.Αποτελέσματα: Μετά από ενδελεχή και συστηματική ανασκόπηση τεσσάρων βάσεων δεδομένων,ήτοι Scopus, Web of Science Core Correlation, PubMed και του ηλεκτρονικού περιοδικού SpringerLink και του παγκόσμιου ηλεκτρονικού συστήματος αναφοράς λοιμωδών νοσημάτων ProMED mail, στη συστηματική αυτή ανασκόπηση συμπεριλήφθηκαν 173 εργασίες και 198 αναφορές, αντίστοιχα. Τα αποτελέσματα κατέδειξαν ότι η πλειοψηφία των επιδημικών εκρήξεων καταγράφηκε το 2016 (22.2%) και εντοπίστηκε στην Κίνα (13.6%), ενώ αφορούσε, κυρίως, εμπορικές εκμεταλλεύσεις πουλερικών (56.1%). O συχνότερα απαντούμενος υπότυπος ήταν ο Η5Ν1 (38.2%), ενώ σχεδόν το 82.5% των υποτύπων που καταγράφηκαν χαρακτηρίστηκαν υψηλής παθογονικότητας. Ωστόσο, διαπιστώθηκαν διαφορές μεταξύ της επιστημονικής βιβλιογραφίας και του παγκόσμιου ηλεκτρονικού συστήματος αναφοράς λοιμωδών νοσημάτων ProMED mail. Για την ανάλυση των επιδημικών εκρήξεων του ιού της γρίπης στον άνθρωπο αντλήθηκαν δεδομένα από το πρόγραμμα επιτήρησης Sentinel, ενώ για την περίπτωση των ζώων χρησιμοποιήθηκαν δεδομένα από το σύστημα εντατικής παθητικής επιτήρησης του ιού της γρίπης των πτηνών για τα ζώα, που τέθηκε σε εφαρμογή με Ευρωπαϊκή Oδηγία το 2005. Μετά από ανάκτηση των δεδομένων από τους αρμόδιους φορείς, καταδείχθηκε ότι η πλειονότητα των περιπτώσεων του ιού της γρίπης στον άνθρωπο ήταν τύπου Α και Β, ενώ στα δείγματα τύπου Α ταυτοποιήθηκαν οι υπότυποι Η1Ν1 και Η3Ν2. Μεταξύ των δειγμάτων ζώων που διερευνήθηκαν, τη συγκεκριμένη περίοδο μελέτης, μόνο 35 αποδείχθηκαν θετικά και αφορούσαν όλα στο έτος 2006. Όλοι οι υπότυποι ήταν υψηλής παθογονικότητας πλην ενός υποτύπου (Η6Ν2) χαμηλής παθογονικότητας. Σχεδόν το 45% των ανθρώπων ήταν παιδιατρικός πληθυσμός, ενώ το 100% των ζώων ήταν άγρια πτηνά. Τα αποτελέσματα της λογιστικής παλινδρόμησης δείχνουν ότι η πιθανότητα προσβολής των άγριων/υδρόβιων πτηνών καθορίζεται κυρίως από τις μεσοχειμωνιάτικες μετρήσεις των υδρόβιων πτηνών, ενώ συσχετίζεται θετικά με τις μεσοχειμωνιάτικες μετρήσεις υδρόβιων πτηνών και τον παράγοντα κινδύνου «απόσταση από τον πλησιέστερο εθνικό δρόμο/μεταφορικό δρόμο». Όσον αφορά στις επιδημικές εκρήξεις των εκτρεφόμενων πτηνών (πτηνών εμπορικών εκμεταλλεύσεων), η πυκνότητα του ανθρώπινου πληθυσμού, η συνύπαρξη με άλλα θηλαστικά και η απόσταση από την πλησιέστερη συλλογή ύδατος αποδείχθηκαν στατιστικά σημαντικοί παράγοντες κινδύνου. Μετά από λογαριθμοποίηση των πρωτογενών δεδομένων προκειμένου να ελεγχθεί η πιθανότητα κανονικής κατανομής των παραγόντων κινδύνου μεταξύ των προσβεβλημένων και μη προσβεβλημένων, η λογιστική παλλινδρόμηση κατέδειξε ότι οι μεσοχειμωνιάτικες μετρήσεις υδρόβιων πτηνών, και τα είδη των τάξεων Anseriformes και Charadriiformes συνδέονται στατιστικά σημαντικά με την πιθανότητα κρουσμάτων ιού της Γρίπης των Πτηνών Υψηλής Παθογονικότητας, τόσο στα άγρια/υδρόβια πτηνά όσο και σε μεικτά είδη (άγρια/υδρόβια και εκτρεφόμενα), ενώ ι) η συμβίωση με άλλα θηλαστικά αποδείχθηκε στατιστικά σημαντική μόνο για την περίπτωση των άγριων/υδρόβιων πτηνών και ιι) η πυκνότητα του ανθρώπινου πληθυσμού αποδεικνύεται ισχυρά σημαντική μόνο στην περίπτωση των μεικτών ειδών. Η εφαρμογή του αλγόριθμού Boruta απέδειξε ότι όλοι οι εξεταζόμενοι παράγοντες κινδύνου ήταν σημαντικοί για όλα τα είδη πτηνών (άγριων/ υδρόβιων και εκτρεφόμενων). Ένας χάρτης “hotspots” έναντι “coldspots” για την περίπτωση της Ελλάδας από τον ιό της γρίπης των πτηνών υψηλής παθογονικότητας δημιουργήθηκε, βάσει του μοντέλου που προέκυψε από τη μεθοδολογία.Συμπεράσματα: O ιός της γρίπης των πτηνών, όπως αποδεικνύεται, δύναται να προσβάλει όλα τα είδη των πτηνών, συμπεριλαμβανομένων αυτών των εμπορικών εκμεταλλεύσεων, των άγριων πτηνών, οικόσιτων και άλλων, όπως και αυτών των υπαίθριων αγορών, σφαγείων, άγριων βιότοπων, ζωολογικών κήπων, φυσικών πάρκων και άλλων, τόσο σε αναπτυσσόμενες όσο και σε αναπτυγμένες χώρες. Oι επιπτώσεις του ιού της γρίπης των πτηνών αποφαίνονται ολέθριες και δύνανται να επιτείνουν τις ήδη υπάρχουσες ανισότητες στον τομέα της δημόσιας υγείας. Ως εκ τούτου, η συνεργασία όλων των εμπλεκόμενων φορέων υγείας θεωρείται περισσότερο αναγκαία από ποτέ.Δεν παρατηρήθηκε συσχέτιση μεταξύ των τύπων και υποτύπων γρίπης μεταξύ ανθρώπων και ζώων, στην περίπτωση της Ελλάδας. Η μελέτη καταδεικνύει ότι παράγοντες κινδύνου που σχετίζονται με το περιβάλλον,τις καιρικές συνθήκες και ανθρωπογενή χαρακτηριστικά μπορούν να επηρεάσουν τη διασπορά του ιού της γρίπης των πτηνών. Το συγκεκριμένο συμπέρασμα θεωρείται ιδιαίτερα σημαντικό καθώς μπορεί να διαδραματίσει πρωτεύοντα ρόλο στη διαμόρφωση προγραμμάτων επιτήρησης του ιού της γρίπης των πτηνών υψηλής παθογονικότητας, βάσει της ανάλυσης παραγόντων κινδύνου.