Обоснование оптимального времени воздействия для управления инфекционной заболеваемостью

Литература

1. Вавилова В.П., Черных Н.С., Перевощикова Н.К. Профилактика нарушений местных факторов защиты у детей в экологически неблагоприятных условиях // Экологические и гигиенические проблемы педиатрии. Материалы III конгресса педиатров России. - М., 1998. - С.65.

2. Городиский Б.В. Референтные величины показателей имунного статуса у детей Иркутской области. Метод, рекомендации. - Иркутск, 1996. - 13с.

3. Лебедев К.А., Понякина И.Д. Иммунограмма в клинической практике. - М.: Медицина, 1990. -223с.

4. Таточенко В.К., Рачинский С.В., Споров О.А. Острые заболевания органов дыхания у детей. - М.: Медицина, 1981. - 207с.

5. Albright J.F., Goldstein R.A. Airborne pollutants and the immune system // Otolaryngol Head Neck Surg. -

1996. - Vol.114, №2. - P.232-38.

6. Becker S., Soukup J.M. Effect of nitrogen dioxide on respiratory viral infection in airway epithelial cells // Environ Res. - 1999. - Vol.81, №2. - P. 59-166.

7. Selgrade M.K., Lawrence D.A., Ullrich S.E. et al. Modulation of T-helper cell populations: potential mechanisms of respiratory hypersensitivity and immune suppression // Toxicol Appl Pharmacol. -

1997.-Vol.145.-P. 28-229.

© САВИЛОВ Е.Д. -УДК 616.9

ОБОСНОВАНИЕ ОПТИМАЛЬНОГО ВРЕМЕНИ ВОЗДЕЙСТВИЯ ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ИНФЕКЦИОННОЙ ЗАБОЛЕВАЕМОСТЬЮ

Е.Д. Савилов.

Резюме. Обосновывается положение о наибольшей уязвимости эпидемического процесса в период минимального проявления внутригодовой и (или) многолетней инфекционной заболеваемости. Эта гипотеза подтверждена в эпидемиологическом эксперименте на примере эпидемического процесса дизентерии. Следовательно, стратегические профилактические мероприятия должны приходиться на период с минимальными показателями инфекционной заболеваемости.

Регулирование инфекционной заболеваемости определяется временем активного воздействия профилактических мероприятий на динамику эпидемического процесса. Ранее эти мероприятия проводились преимущественно в период повышенных показателей заболеваемости (в сезонный период). В дальнейшем, вначале на интуитивном уровне, а затем на основе теории саморегуляции паразитарных систем [4] сроки проведения профилактических мероприятий сдвинулись на предсезонный период. В настоящем сообщении обосновывается положение, что оптимальным временем воздействия на эпидемический процесс является период минимальной инфекционной заболеваемости (межэпидемический период в многолетней динамике и месяцы наименьших уровней заболеваемости в годовой динамике).

В основу выдвинутого тезиса положены принципы саморегуляции биологической системы, связанные с внутрипопуляционным разнообразием. Впервые под этим углом зрения мы рассмотрели эпидемический процесс лишь в последние годы [15,16,18].

Исходя из вышеизложенного, считаю целесообразным привести теоретическое обоснование выдвинутому положению в данной работе.

Напомним, что биологическими системами называются биологические объекты различной сложности, от клеток и тканей до биоценозов и экосистем и даже биосферы в целом, имеющие, как правило, несколько уровней структурнофункциональной организации. В наиболее общем виде она может быть определена как система, содержащая живые компоненты.

Типичный пример биологической системы -одна из разновидностей биоценоза, а именно паразитарная система, которую можно определить как популяцию паразита во взаимодействии с популяцией специфического хозяина и той частью среды, которая представляет собой необходимое условие их существования [6]. Эпидемический процесс является динамическим проявлением паразитарной системы и развивается на ее основе в комплексе с социальными и природными условиями.

Системная организация, присущая биологическим системам, обусловливает относительную са-

мостоятельность разных уровней организации живого с присущими для каждого из них специфическими особенностями. Однако для всех уровней биологических систем характерны и некоторые общие свойства, важнейшими из которых являются наличие биологических ритмов и биологического разнообразия.

Биологические ритмы и функционирование биосистем

Функционирование биологических систем разных уровней интеграции возможно лишь при условии их нахождения в колебательном режиме, а сами биоритмы представляют собой универсальное и важнейшее свойство жизни.

Ярким примером рассматриваемого явления служат сезонность и цикличность инфекционной заболеваемости. Природа этих ритмов объясняется наличием разнообразных процессов, включающих гено- и фенотипическую изменчивость популяции паразита и хозяина под действием природных и социальных условий [4]. Сезонность и цикличность - взаимосвязанные процессы, что находит отражение в особенностях сезонности в зависимости от уровня многолетней заболеваемости и наоборот.

Наиболее убедительным обобщенным доказательством динамической изменчивости популяции паразита является наличие четырех фазовых преобразований в процессе его саморегуляции [4]. Наличие же четырех фаз (4 точки, не лежащие на одной прямой) позволяет не только однозначно определить синусоидальный ритм, но и судить о его параметрах [10].

Итак, биологические ритмы, являются основой для поддержания устойчивости биологических систем и управляются защитными саморегулирующими механизмами. При отсутствии биологических ритмов эндогенные и (или) экзогенные воздействия привели бы в конечном итоге биологическую систему к разрушению.

Разнообразие и устойчивость биосистем

Из присущих всем уровням любой биосистемы некоторых общих свойств помимо биологических ритмов важнейшим является биологическое разнообразие, которое, в наиболее общем виде, можно определить как число и соотношение элементов на надорганизменных уровнях организации.

Формы биологического разнообразия выделяются на всех уровнях организации жизни. Можно говорить о разнообразии генотипическом, разнообразии жизненных форм, видов, популяций, сообществ и экосистем.

Биоразнообразие неразрывно связано с таким понятием, как сложность - чем сложнее структура, тем больше разнообразие [3]. Из многочисленной литературы известно, что устойчивость биосистем повышается с увеличением их сложности и разнообразия [8,9,13,20 и др.]. Об этом же сви-

детельствуют основные положения, полученные при оценке устойчивости паразитарных систем в зависимости от их сложности [11,19]. Одним из основных факторов, определяющих устойчивость паразитарных систем, является их иерархическая организация, т.е. устойчивость этих систем возрастает с уровнем их организации. Важнейшим элементом сложности паразитарной системы считается также гетерогенность популяций паразита и хозяина [4,6].

Экологи разных направлений уже давно связывают устойчивость биосистемы с разнообразием. Многочисленные исследования свидетельствуют о прямой зависимости между развитием и разнообразием биотических сообществ. Иными словами, на популяционном уровне имеет место повышение или снижение биоразнообразия на разных фазах популяционного цикла (в течение цикла динамики численности). При этом пик разнообразия приходится, как правило, на время максимального развития сообщества [3,8,13,14,20 и др.]

Вышеизложенное хорошо иллюстрируют работы Г.М. Алещенко, Е.Н. Букваревой [1,2,], в которых рассматриваются общие подходы к моделированию разнообразия в случайной среде на разных уровнях биологической иерархии. Авторы [1] выделяют два крайних типа систем, которые они условно называют статистическими и структурными. Статистические системы состоят из функционально однотипных элементов (например, неподразделенная элементарная популяция), а структурные объединяют функционально различные элементы (например, биоценоз).

Основной вывод анализа модели двух крайних типов биологических систем, существующих в среде со случайными колебаниями, свидетельствует о наличии для обоих видов систем области оптимального разнообразия. При выходе из этой области, как в сторону уменьшения, так и в сторону увеличения, популяция становится неустойчивой, снижается ее эффективность и другие жизненно важные характеристики биосистемы [1,2,7].

В соответствии с выделением двух типов биосистем авторы предлагают разнообразием внутри структурной системы считать число функционально различных элементов, а показателем разнообразия статистических систем - распределение частот типов их элементов.

В последнем положении несомненный практический и теоретический интерес представляет предложение по оценке разнообразия в статистических системах в связи с тем, что такая система по своей сути наиболее близка к понятию популяции паразита в паразитарной системе.

Общие положения о биологическом разнообразии наиболее ярко проявляются на высокой степени интеграции живого - от структурированной популяции и биоценоза до биома. Относительно паразитарной системы (паразит - хозяин),

да еще в ее простейшем выражении (простая двучленная замкнутая система), не приходится говорить о высоком уровне биоразнообразия. Однако при этом на ведущее место выступает такой механизм, как супердоминантность, т.е. захват отдельным видом широкого спектра экологических ниш при обеднении видового богатства в случае снижения разнообразия. Видовое разнообразие, по существу, заменяется внутривидовым, т.е. в конечном счете, устойчивость базируется все же на разнообразии [20]. При этом для внутривидового разнообразия необходимы, в частности, высокая пластичность и изменчивость. Следует отметить, что среди биологических систем разных уровней организации мир микроорганизмов стоит вне конкуренции именно по своим высоким адаптационным способностям.

Развитие эпидемического процесса и общие подходы к управлению инфекционной заболеваемостью

Важнейшим вопросом для решения общих подходов к устойчивости любой биологической системы является выяснение ее наиболее уязвимого звена. С этих позиций весьма интересные данные получены в работе по исследованию динамики разнообразия надвидовых таксонов методом математического моделирования [12]. В предлагаемой модели экзогенные кризисы (вмешательства) имитировались путем временного увеличения вероятности вымирания. Показано, что влияние экзогенных кризисов на эволюцию модельного семейства сильно зависит от того, в какой фазе филогенетического развития находится семейство в момент вмешательств. В фазе расцвета или упадка экзогенный кризис приводит к вымиранию большей части модельных родов. Экзогенный кризис как бы накладывается на приближающийся или уже наступивший эндогенный кризис и значительно усиливает его эффект. Часто после этого наступает длительная реликтовая фаза, во время которой судьба модельного семейства во многом зависит от фактора случайности, поскольку число родов мало. Начало регенерационных процессов может задерживаться на длительный срок.

В случае, если воздействие экзогенного кризиса приходится на фазу роста, его влияние менее заметно. Благодаря активно идущему процессу экстенсивной дивергенции, который в результате частичного вымирания только ускоряется, происходит быстрая компенсация последствий кризиса [12].

В рассмотренной работе, к сожалению, ситуация по оценке влияния экзогенного кризиса отработана не на минимальной фазе развития модельного семейства, а лишь в условиях, приближающихся к ней. Однако устойчивость биологических систем напрямую связана с разнообразием, которое, в свою очередь, уменьшается или увеличива-

ется с фазой популяционного цикла. Следовательно, можно полагать, что минимальное разнообразие будет соответствовать наименьшей устойчивости.

Это положение обосновал И.Г. Емельянов [8] при анализе как сезонной, так и годичной динамики плотности населения общественной полевки и возрастного разнообразия. Автор выдвинул принцип минимального разнообразия, основное положение которого заключается в том, что любая биологическая система разного уровня интеграции может существовать при условии определенного (минимального) разнообразия своих компонентов. Ниже минимального уровня находится критический, достижение которого ведет к разрушению биосистемы. Поскольку достижение критического уровня приводит к необратимым изменениям в биосистеме, то при воздействиях экзогенных факторов, направленных на уменьшение разнообразия, в действие вступают препятствующие достижению критического уровня защитные механизмы биосистемы, называемые обычно саморегуляцией.

Таким образом, выдвинуто принципиальное положение о том, что биологическая система, находящаяся в колебательном режиме (а как было показано выше, любой биосистеме присуще это свойство), наиболее уязвима в момент максимального спада биологического ритма. С этой точки зрения несомненный теоретический интерес представляет паразитарная система, в связи с тем, что, развивающийся на ее основе эпидемический процесс, обладает наиболее ярко выраженными свойствами ритмических колебаний в виде цикличности и сезонности. При этом необходимо отметить, что стадия резервации патогенных микроорганизмов неблагоприятна для их жизнедеятельности [5] и, следовательно, является наиболее уязвимым местом в популяционных циклах паразитов [11,19]. Классическим примером резервации паразита является его нахождение (сохранение) в межсезонный (внутригодовой) или межэпидеми-ческий периоды проявления эпидемического процесса [4,6].

Оценка внутригодовой минимальной

заболеваемости как наиболее уязвимого периода эпидемического процесса

Представленные выше теоретические положения позволяют заключить, что наиболее уязвимым периодом такого вида биологической системы как эпидемический процесс является его минимальный уровень. Можно полагать, что этот критический период будет иметь место, как во внутригодовой, так и в многолетней динамике.

Наши многолетние исследования по оценке внутригодового периода минимальной инфекционной заболеваемости позволяют обосновать справедливость приведенного тезиса, хотя они оценивались не с позиций биоразнообразия, а с

классических эпидемиологических позиций [17, 18].

В качестве модели для обоснования наиболее уязвимого внутригодового периода эпидемического процесса была выбрана дизентерия - одна из наиболее массовых и хорошо изученных кишечных инфекций. Эпидемиологический анализ проводился с учетом ее основных видов - дизентерии Зонне и дизентерии Флекснера. Сопоставление уровней заболеваемости и оценка биологических свойств шигелл проводились по отдельным эпидемическим периодам года, а именно: в сезонный период (СП), который включал месяцы с последовательным превышением среднемесячного уровня заболеваемости, в предсезонный период (ПСП) - показатели заболеваемости месяцев от минимального уровня до начала сезонного подъема, и межсезонный период (МСП) - остальные месяцы года.

Изучение биологических свойств возбудителей шигеллезов показало, что в СП по сравнению с МСП циркулировали преимущественно штаммы, способные длительное время выживать в водопроводной воде, устойчивые к действию антибиотиков и бактериофага, а также к повышенным температурам. Кроме того, у бактерий выделенных в СП, был более четко выражен фактор адгезии. Таким образом, исследования возбудителей дизентерии показали, что МСП, соответствующий фазе резервации возбудителя, - наименее благоприятен для их жизнедеятельности.

Рассмотрение внутригодовой динамики заболеваемости позволило установить, что при многолетнем ее снижении наиболее интенсивный ее спад отмечается в межсезонные периоды по сравнению с периодами сезонных подъемов и годовыми показателями.

Для оценки роли выделенных эпидемических периодов в формировании годовой заболеваемости проведен автокорреляционный анализ. Показано, что достоверные коэффициенты корреляции получены в основном для СП и МСП. Наличие достоверных коэффициентов, приходящихся на СП, объясняется его влиянием на годовой итог заболеваемости (статистическая закономерность). Значимые связи в МСП позволяют предполагать, что заболеваемость в это время достоверно определяет уровень заболеваемости в другие месяцы.

Таким образом, в МСП происходит формирование предпосылок годовой (сезонной) заболеваемости дизентерией. Можно предположить, что именно этот период является наиболее уязвимой частью эпидемического процесса и, следовательно, может быть использован для эффективного проведения профилактических мероприятий.

Для проверки указанной гипотезы в пяти городах Восточной Сибири осуществлен эпидемиологический эксперимент, в котором специфические профилактические мероприятия были дополнительно проведены в период с минимальной ин-

тенсивностью заболеваемости дизентерией, а не только в СП или ему предшествующий как это принято в настоящее время. Основным средством профилактического воздействия в этот период явилось фагирование поливалентным дизентерийным бактериофагом организованного детского населения (ясли и детские сады) и обслуживающего их персонала.

В результате эксперимента было доказано, что предложенная система мер по предупреждению заболеваемости является эффективной. При циклическом росте заболеваемости происходят благоприятные изменения в группах риска и имеет место ее достоверное снижение по сравнению как со сравниваемыми (контрольными> группами детского населения, так и относигсльно расчетных показателей для совокупного населения. На фазе циклического снижения заболеваемости принятые профилактические меры способствуют ее достоверному снижению в целом для всего населения.

Несмотря на высокую доказательность полученных материалов о роли минимального периода заболеваемости в формировании эпидемического процесса дизентерии, возникает правомерный вопрос - относится ли выявленная закономерность только к шигеллезам или распространяется и на другие виды инфекционной патологии.

Положение о том, что минимальная заболеваемость наиболее чутко реагирует на любые экзогенные воздействия подтверждены нашими приоритетными материалами о влиянии техногенного загрязнения окружающей среды на различные виды инфекционной патологии [18].

В двух районах крупного промышленного города Восточной Сибири, которые отличались друг от друга лишь уровнем техногенного загрязнения атмосферного воздуха, проанализированы многолетние показатели десяти наиболее распространенных нозологических форм или групп инфекционной патологии с различными механизмами передачи. Проведенные исследования выявили прямую зависимость между степенью загрязнения атмосферного воздуха и многолетними уровнями заболеваемости. Наиболее выраженные различия (р<0,01) обнаружены на уровне минимальной интенсивности эпидемического процесса. В этот период в более загрязненном районе отмечался однонаправленный рост инфекционной заболеваемости для всех взятых в разработку нозологических форм.

Опираясь на проведенные эпидемиологические и микробиологические исследования, а также на их экспериментальную проверку, можно заключить, что минимальный период внутригодовой инфекционной заболеваемости - наиболее уязвимая часть эпидемического процесса, на которую и необходимо направлять основной упор противоэпидемических мероприятий.

Заключение

Представленный выше материал свидетельствует, что для активного вмешательства в течение эпидемического процесса с целью значительного снижения уровня инфекционной заболеваемости (в идеале - достижение паразитарной системой критического уровня по показателю биологического разнообразия) необходимо с общебиологических позиций учитывать сложность паразитарной системы и период активного на нее воздействия.

Вполне очевидна связь между устойчивостью паразитарных систем и структурно-функциональной организацией, которая и определяет их сложность и соответственно биоразнообразие. Простые паразитарные системы наиболее типичны для антропонозов, а большинство зоо- и сапроно-зов можно характеризовать как сложные системы. Помимо структурно-функциональной организации паразитарных систем необходимо также учитывать пластичность (адаптационную способность) паразита, что напрямую может быть связано с внутривидовым разнообразием. В качестве примера сопоставим возбудителей брюшного тифа и дизентерии Зонне. Для лечения брюшного тифа в течение многих десятилетий используется левомицетин. Тем не менее возбудитель этого инфекционного заболевания практически во всех случаях чувствителен к нему. Напротив, для ши-гелл Зонне резистентность к указанному антибиотику превышает 90-95%. Подобная высокая адаптационная способность шигелл Зонне (тем более с учетом других антибиотиков) может создавать внутривидовое разнообразие за счет распределения частот различных типов антибиотикорези-

Литература

1. Алещенко Г.М., Букварева Е.Н. // Журн. общей биологии. - 1991. - Т.52, №4. - С.499.

2. Алещенко Г.М., Букварева Е.Н. // Успехи соврем, биологии. - 1991. - Т.111, Вып.5. - С.803.

3. Алимов А.Ф. // Журн. общей биологии. - 1994. -Т.55, №3. - С.285.

4. Беляков В.Д., Голубев Д.Б., Каминский Г.Д., Тец

В.В. Саморегуляция паразитарных систем. - Л.: Медицина, 1987. - 240с.

5. Беляков В.Д., Каминский Г.Д. / Журн. микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии. - 1993. -№1. - С.40.

6. Беляков В.Д., Яфаев Р.Х. Эпидемиология. - М.: Медицина, 1989. - 416с.

7. Букварева Е.Н., Алещенко Г.М. // Успехи соврем, биологии. - 1994. - Т.114, Вып.2. - С. 133.

8. Емельянов И.Г. // Успехи соврем, биологии. -1994.-Т.114, Вып.З. - С.304.

9. Камщилов М.М. // Журн. общей биологии. - 1973.-Т.34, №2. - С. 174.

10. Катинас Г.С., Яковлев В.А. // Хронобиология и хрономедицина: Руководство. - М.: Медицина, 1989. -С.45.

стентности. Можно предположить, что подобная возможность формирования биоразнообразия у шигелл - одна из причин, препятствующая снижению заболеваемости дизентерией по сравнению с брюшным тифом.

Таким образом, исходя из структурно-функциональной организации паразитарной системы и биологических особенностей паразита, можно выделить приоритетные группы инфекционной патологии, которые будут управляться противоэпидемическими мероприятиями. В первую очередь это относится к антропонозным инфекциям с возбудителями, имеющими низкую пластичность.

Активное воздействие на эпидемический процесс должно приходиться на период минимальной интенсивности заболеваемости при многолетнем и (или) внутригодовом ее движении. По-видимому, наиболее слабым звеном этой системы будет кратковременный период эпидемического процесса при совпадении двух минимальных его фаз -как многолетней, так и внутригодовой. В этом случае влияние воздействия будет более выраженным как по интенсивности, так и по продолжительности. Можно полагать, что наиболее эффективное воздействие на инфекционную заболеваемость будет осуществляться при массовых инфекциях с выраженным синусоидальным ритмом.

Заключая представленный материал следует отметить, что обоснованный критический период в развитии эпидемического процесса, во время которого должны осуществляться профилактические мероприятия, не отвергают проведение традиционных мер предупреждения заболеваемости, а дополняет (расширяет) наши представления и возможности в управлении инфекционной заболеваемостью.

11. Литвин В.Ю., Шляхов Э.Н. Руководство по эпидемиологии инфекционных болезней: Вопросы общей эпидемиологии. - М.: Медицина, 1993. - Т.1. -С.37.

12. Марков А.В., Наймарк Е.Б. // Журн. общей биологии. - 1994. - Т.55, №3. - С.303.

13. Одум Ю. Основы экологии. - М.: Мир, 1975. -740с.

14. Одум Ю. Экология: В 2-х т. - М.: Мир., 1986. -Т.2.- 376с.

15. Савилов Е.Д. // Вестник РАМН. - 1997. - №8. -

С.29.

16. Савилов Е.Д. // Доклады академии наук. - 1999. -Т.366. -№4. -С.572.

17. Савилов Е.Д., Астафьев В.А., Мамонтова Л.М., Володин Ю.Ф. Эпидемиологические особенности дизентерии в Восточной Сибири. - Новосибирск: Наука, 1994. - 151с.

18. Савилов Е.Д., Колесников С.И., Красовский Г.Н. Инфекция и техногенное загрязнение: Подходы к управлению эпидемическим процессом. - Новосибирск: Наука, 1996. - 192с.

19. Сомов Г.П., Литвин В.Ю. Сапрофитизм и парази- 20. Чернов Ю.И. // Успехи соврем, биологии. - 1991. -

тизм патогенных бактерий: Экологические аспек- Т. 111, Вып.4. - С.490.

ты. - Новосибирск: Наука Сиб. отд-ние, 1988. -208с.