Domov
Novinky
Projekt
Arch├şv ?l├ínkov
Optimalizácia
Návody
Gal├ęria
Stiahnite si
Odkazy
Diskusn├ę f├│rum
F├│rum - arch├şv
Vyh┬żad├ívanie
TO-DO
Kontakt

BOINC.SK


Od 1.1.2002


Astronomickř
snÝmok
d˛a

APOD






Page Rank
 
 
Ako funguj├║ modely a ├Ęo je mal├íria ?

Malariacontrol.net


Simula├Ęné modely dynamiky prenosu malárie a jej vplyvu na zdravie sú dôle┼żitým nástrojom
na reguláciu jej šírenia. Sú vyu┼żívané na ur├Ęenie optimálnych stratégií pre dodávku sietí na komáre,
chemoterapie alebo nových vakcín, ktoré sa v sú├Ęasnosti vyvíjajú a testujú. Takéto modely sú však
extrémne náro├Ęné na výpo├Ętový výkon, vy┼żadujú simuláciu obrovskej populácie s rôznymi parametrami
a sociálnymi faktormi, ktoré ovplyv├▓ujú šírenie ochorenia.
Švaj├Ęiarsky tropický inštitút ( The Swiss Tropical Institute - STI ), vyvinul po├Ęita├Ęový model
pre epidemiológiu malárie a zapojil do├▓ asi 40 PC, ktoré vykonávali predbe┼żné výpo├Ęty. Na potvrdenie
týchto modelov je však potrebný podstatne vä├Ęší výkon, aby dostato├Ęne simuloval celý rozsah zásahov
a spôsobov prenosu ochorenia, ktoré sú podstatné pre reguláciu malárie v Afrike.
To je dôvod, pre├Ęo bol projekt http://www.malariacontrol.net/ vytvorený, t.j. aby spojil dostupnú
vo┬żnú kapacitu po├Ęíta├Ęov tisícov dobrovo┬żníkov z celého sveta, ktorá by pomohla vedcom predpoveda┬Ł
a teda aj kontrolova┬Ł šírenie malárie. Predpokladá sa, ┼że aplikácia v priebehu rádovo mesiacov,
pou┼żijúc tisíce PC, prinesie výsledky, ktoré by vyu┼żitím len po├Ęíta├Ęov vedcov, boli k dispozícii
v horizonte desiatok rokov.
Mno┼żstvo týchto PC bude hlavne z rozvinutého sveta. Ale napr. cie┬żom projektu AFRICA@home,
je zapoji┬Ł do vývoja aplikácií aj africké inštitúcie.

Ako MalariaControl.net funguje ?

Matematické modely sú dôle┼żitým rozhodovacím nástrojom pre reguláciu infek├Ęných chorôb
a malária bola prvou chorobou, na ktorú boli aplikované. V devätnástom storo├Ęí, bol priekopníkom
v modeloch týkajúcich sa malárie Ronald Ross, ktorý videl význam matematickej analýzy v plánovaní
regulácie malárie a vyvinul prvý matematický model pre maláriu. Pravdepodobný dopad intervencií
na reguláciu malárie bol odvodený z výsledkov klinických testov, hoci sa jednalo len o krátkodobé
experimenty. Nieko┬żko porovnávacích analýz potenciálneho vplyvu rôznych stratégií na reguláciu
malárie viedlo k nevyhnutným dlhodobým ú├Ęinkom.
Sprievodné neur├Ęitosti s┬Ła┼żili optimalizáciu stratégií na reguláciu malárie alebo na vytý├Ęenie
priorít výskumu.

Podmienky pre ú├Ęinok zásahov prediktívneho modelu.

Popis jednotlivých infekcií spôsobených Plasmodium falciparum.

Pou┼żitie modelu na predikciu interven├Ęných stratégií musí zah├á├▓a┬Ł patri├Ęnú charakteristiku
priebehu jednotlivých infekcií.

Krátkodobý vplyv na jednotlivcov.

Medikácia a vakcinácia majú dôsledky, ktoré sú ove┬ża komplexnejšie, ako ú├Ęinok na primárne
infekcie v neimúnnom hostite┬żovi. Ak je cie┬żom vakcíny redukova┬Ł silu infekcie, krátkodobé dôsledky
na riziko morbidity a mortality nie sú úmerné redukcii infek├Ęného tlaku.

Dlhodobé individuálne vplyvy.

Zavedenie sie┬Łok na hmyz bolo sprevádzané po├Ęetnými debatami oh┬żadom ich ú├Ęinku
z dlhodobého h┬żadiska. Súvisiace závery vznikli s oh┬żadom na pou┼żitie vakcín. Dlhodobé výsledky
vakcina├Ęných programov sú ┬Ła┼żko predikovate┬żné, preto┼że terénne testy vakcín vykonané dávnejšie,
berú do úvahy iba výsledky, ktoré sú merate┬żné po├Ęas 6 a┼ż 18 mesa├Ęných periód, ktoré nasledujú
po sebe. Bohu┼żial, dlhodobé dôsledky vakcina├Ęného programu, nemô┼żu by┬Ł jednoducho získané
z výsledkov týchto testov. Napr., niektoré benefity vakcinácie vy┼żadujú dlhší ├Ęas, aby ich bolo mo┼żné
validova┬Ł. Je to hlavne v prípade, ke├» ide o prirodzený vzostup alebo ke├» je to dôsledkom javu
prenosovej dynamiky. Teda vakcinácia mo┼że vies┬Ł iba k oddialeniu morbidity a mortality u niektorých
jedincov, a práve v tomto prípade terénne testy mô┼żu predznamena┬Ł vä├Ęší benefit, ako bude neskôr
pozorovaný po├Ęas implementácie a rozvoja vakcina├Ęných programov.

Vzájomná prepojenos┬Ł hostite┬żov.

Ka┼żdý epidemiologický model musí vzia┬Ł pri vyhodnocovaní jeho ú├Ęinnosti v úvahu aj vzájomnú
prepojenos┬Ł skúmaných javov u ka┼żdého z jedincov. Zásahy v terénnych testoch sú všeobecne navrhnuté
tak, aby priamo chránili ka┼żdého pred infekciou alebo pred konzekventnou morbiditou a mortalitou,
ale nezva┼żujú širší vplyv na prenos choroby. Vzájomná závislos┬Ł sa stala jadrom pre najbli┼żšie modely.

Štruktúra modelov malárie v projekte MalariaControl.net

STI vyvinul nové modely, aby vznikli kvantitatívne predpovede potenciálneho vplyvu vakcinácie
proti Plasmodium falciparum ( P.f.).
Hlavným prvkom týchto modelov je stochastická simulácia epidemiológie P.f., ktorá integruje
poh┬żad z hostite┬żských modelov, ale je implementovaná nezávisle od nich. Tento epidemiologický
model bol pou┼żitý na simuláciu výsledkov z nedávno ukon├Ęených testov vakcíny RTS, S/AS02, ktorá
bola podaná dospelým mu┼żom v Gambii a de┬Łom vo veku 1 a┼ż 5 rokov v Mozambiku.
Model bol tie┼ż pou┼żitý na predikciu potenciálneho epidemiologického dopadu tejto vakcíny,
ako aj na analýzu efektivity nákladov. Aby bolo mo┼żné spo├Ęíta┬Ł tieto predpovede, za├Ęlenili sme
do modelu výdavky a tie┼ż model zdravotníckeho systému, ktorý je uplat├▓ovený v kontexte nízko-
príjmových rozpo├Ętov, najmä na základe dát z Tanzánie.
STI tie┼ż dosiahol pokrok v hostite┬żskej dynamike malárie. Táto práca dop├ą├▓a skoršie hostite┬żské
modely, aby poskytla poh┬żad na modelovanie vakcinácie, ktorá bude ├»alej nutná pre epidemiologické
modely. Hostite┬żské modely boli prispôsobené na dáta z terapie pacientov a viedli k záverom, ┼że sú
├Ęiasto├Ęne relevantné pre modelovanie pri pou┼żití vakcín, ktoré ú├Ęinkujú na asexuálne štádiá v krvi.
Dôle┼żité je najmä to, ┼że epidemiologický model zväzuje dokopy súbor prepojených submodelov,
ktoré sú validované na základe aktuálnych terénnych dát po celej Afrike. Berúc do úvahy komplexný
┼żivotný cyklus parazita a medzery v našich vedomostiach, existujú ur├Ęité limitácie, ktoré ovplyv├▓ujú
celkový výsledok modelov.
V histórii tímu STI, je táto simulácia, zalo┼żená na popula├Ęných dátach, komplexnejšia.
Predstavuje nový nástroj racionálneho plánovania regulácie malárie a vývoja vakcíny, a mo┼że by┬Ł
┬żahko prispôsobená na zistenie ú├Ęinnosti a efektivity iných zásahov na reguláciu malárie, ktoré
mo┼żu by┬Ł uplatnené bu├» samostatne alebo v kombinácii. Takto je mo┼żné integrova┬Ł epidemiologické
a ekonomické h┬żadiská, na dosiahnutie racionálnej stratégie redukcie malárie.
Sú├Ęasná zá┬Ła┼ż morbiditou a mortalitou na maláriu, najmä v subsaharskej Afrike je taká ve┬żká,
┼że aj zásah, ktorý mení postup infekcie iba u ├Ęasti príjemcov, bez nejakého efektu na prenos, je ve┬żmi
cenný. Javy týkajúce sa prenosu by nemali by┬Ł ignorované, ale sú len jednou ├Ęas┬Łou modelu, ktorý
zah├á├▓a tie┼ż autonómne javy.

Stratégia epidemiologických modelov.

Modely musia simulova┬Ł procesy, ktoré mô┼żu by┬Ł ovplyvnené vakcináciou, tie┼ż musia zachyti┬Ł
vz┬Łah medzi týmito procesmi a dôsledkami verejného zdravotníctva. Pre naše modely pou┼żívame
ako vstupy celoro├Ęné prenosové vzory a robíme predikciu následnej intenzity infekcie u ┬żudí. Neskôr
zva┼żujeme, ako mô┼że by┬Ł tento vz┬Łah zmenený prirodzenou imunitou resp. vakcináciou.
STI vytvorila empirický opis hustôt asexuálnych foriem parazitov pri infek├Ęnom procese hostite┬ża,
aby bolo mo┼żné vlo┼żi┬Ł stochastickú predikciu hustôt parazitov, ako funkciu ├Ęasu infekcie,
a modelova┬Ł dôsledky imunity na asexuálne štádiá parazitov v krvi, zoh┬żad├▓ujúc tie┼ż zmeny distribúcie
hustôt parazitov u ├Ęiasto├Ęne imúnneho hostite┬ża. Tento model poskytuje priamy základ pre anylýzu
mo┼żných dôsledkov vakcín, na asexuálne štádiá parazitov v krvi, ├Ęo mô┼że by┬Ł simulované funkciou,
ktorá mení hustoty parazitov.
STI analyzuje vz┬Łah medzi hustotami asexuálnych štádií parazitov a infek├Ęnos┬Łou bacilonosi├Ęa
pri terapii pacientov, aby odvodila model prenosu parazitov do moskytov. Tento vz┬Łah je vyu┼żitý
na simuláciu efektu vakcín, ktorý blokuje prenos infekcie. To sa vyu┼żíva na simuláciu popula├Ęného
rozdelenia hustôt parazitov, z ├Ęoho sa dá predikova┬Ł rozsah lu├»ského infek├Ęného rezervoára P.f.
Dôle┼żitým zjednodušením v stratégii je vyvarova┬Ł sa predpovedi pomocných premenných,
ktorým kvantitatívny vz┬Łah s epidemiologickými závermi je ve┬żmi nejasný.

Stochastická simulácia.

STI pou┼żíva samostatné simulácie s 5-d├▓ovými krokmi, na implementáciu epidemiologických
modelov P.f. Tento prístup umo┼ż├▓uje modelova┬Ł populácie hostite┬żov a infekcií, z ktorých ka┼żdá je
charakterizovaná súborom spojitých a statických premenných ( hustoty parazitov, trvanie infekcie,
premenné stavu imunity jednotlivých hostite┬żov ). Tento prístup umo┼ż├▓uje realistickejšie po├▓atie
stochastických interakcií medzi individuálnymi hostite┬żmi a patogénmi, ako pou┼żitie oddelených
modelov. Nevýhodou je však vyššia náro├Ęnos┬Ł na po├Ęíta├Ęový výkon ako u deterministických modelov.
Všetky moduly boli implementované pou┼żitím FORTRAN-u.

Naplnenie skuto├Ęnými dátami.

Neur├Ęitos┬Ł prízna├Ęná pre komplexné modely musí by┬Ł minimalizovaná tým, ┼że všetky prrvky
modelu musia by┬Ł v ├Ęo najvä├Ęšej konformite s realitou. STI naplnila odlišné zlo┼żky modelu mo┼żstvom
dát z rôznych ekologických a epidemiologických rámcov. Náš prístup vedie k implicitným štatistickým
modelom, ktoré potrebujú mno┼żstvo opakovaných simulácií, aby ├Ęo najviac aproximovali odhadnuté
parametre. STI bol schopný naplni┬Ł tieto modely dátami pou┼żitím simulovaného po├Ęiato├Ęného
algoritmu, ktorý distribuoval simulácie cez lokálnu sie┬Ł.

Modulárna štruktúra.

Po┼żiadavky výpo├Ętového procesu a komplexnos┬Ł plniaceho procesu spôsobili, ┼że nebolo mo┼żné
naplni┬Ł celý model relevantnými dátami naraz, preto submodely boli naplnené oddelene. Tieto
submodely boli plnené terénnymi dátami, ktoré kvalifikovali vz┬Łah medzi prenosom malárie
a predbe┼żnými výsledkami. Ka┼żdý nasledujúci submodel bol naplnený v závislosti na odhade
parametrov v predchádzajúcich štádiách prípravného procesu. To nám umo┼żnilo dynamické efekty
v klinických epizódach, ├Ęo je dôle┼żité ke├» sa model pou┼żíva na predikciu dopadu intervencií.

Rovnice.

V modulárnej štruktúre projektu, sú základné rovnice epidemiologického modelu zoskupené
okolo šiestich hlavných prvkov:
1. infekcia ┬żudského hostite┬ża
2. charakteristika simulovanej infekcie
3. infek├Ęnos┬Ł moskytov
4. akútna morbidita
5. mortalita
6. anémia


├ło je to malária ?

Malária je naj├Ęastejšie infek├Ęné ochorenie. Je to potenciálne smrte┬żná choroba, prenášaná
moskytmi. Je rozšírená najmä v tropických a subtropických regiónoch Ameriky, Ázie a Afriky.
Ro├Ęne je to asi 500 miliónov chorých, pri├Ęom 1 a┼ż 3 milióny z nich zomrie, vä├Ęšinou deti. Výskyt
je všeobecne v chudobných regiónoch, ale práve malária je sú├Ęasne hlavnou preká┼żkou rozvoja.
Prí├Ęinou choroby sú parazitické prvoky z rodu Plasmodium. Iba 4 typy týchto parazitov mô┼żu
infikova┬Ł ├Ęloveka. Najvá┼żnejšiu formu spôsobujú Plasmodium falciparum a Plasmodium vivax.
├łloveka však mô┼żu infikova┬Ł aj Plasmodium ovale a Plasmodium malariae. Táto skupina parazitov
sa nazýva aj malarické parazity.

Tieto parazity su prenášané sami├Ękou komára rodu Anopheles maculipennis. Parazity sa mno┼żia
v ├Ęervených krvinkách a spôsobujú symptómy ako anémia, bolesti hlavy, zadúšanie, tachykardia,
ako aj všeobecné symptómy ako horú├Ęka, triaška, nausea, prejavy podobné chrípke, ├Ęi v naj┬Ła┼żších
prípadoch kóma a smr┬Ł. Prenos malárie mô┼że by┬Ł výrazne zní┼żený sie┬Łkami na komáre, repelentmi,
insekticídmi, ├Ęi odvodom stojatých vôd, kde moskyty kladú vají├Ęka.

Zatia┬ż neexistuje ┼żiadna vakcína, preventívne medikamenty musia by┬Ł u┼żívané kontinuálne, aby
redukovali riziko infekcie. Profylaktické lieky sú tie┼ż ve┬żmi nákladné, najmä pre ┬żudí, ktorí ┼żijú
v endemických oblastiach. Mnoho dospelých z týchto oblastí má dlhotrvajúcu infekciu, ktorá má
tendenciu sa znova objavi┬Ł a majú tie┼ż ├Ęiasto├Ęnú rezistenciu. Rezistencia s ├Ęasom klesá a takýto
┬żudia sa mô┼żu sta┬Ł ve┬żmi náchylní na ┬Ła┼żkú formu malárie, ak strávili ve┬ża ├Ęasu mimo endemických
oblastí. Odporú├Ęa sa im vykona┬Ł všetky preventívne opatrenia, ak sa vrátia do endemických oblastí.
Malária sa lie├Ęi antimalarikami, ako deriváty chinínu, hoci rezistencia na lieky je pomerne ├Ęastá.

Malária infikuje ┬żudí u┼ż viac ne┼ż 50 000 rokov a bola patogénom v celej histórii druhov.
Blízki príbuzní parazitov ┬żudskej malárie sa vyskytujú u šimpanzov, našich najbli┼żších príbuzných.
Odkazy na opakujúcu sa horú├Ęku sú známe od roku 2700 pred n. l. v ├łíne. Termín malária pochádza
z talian├Ęiny: mala aria - zlý vzduch.

Vedecké štúdie o malárii urobili pokrok v roku 1880, ke├» francúzsky vojenský lekár, pracujúci
vo vojenskej nemocnici v Al┼żírsku, Charles Louis Alphonse Laveran, prvýkrát pozoroval parazity
v ├Ęervených krvinkách, u ┬żudí trpiacich na maláriu. V├»aka tomuto a ├»alším objavom dostal v roku
1907 Nobelovu cenu. O rok neskôr kubánsky lekár Carlos Finlay poskytol dôkaz, ┼że moskyty
prenášajú chorobu z/na ├Ęloveka.

Avšak, a┼ż Sir Ronald Ross v Kalkate, v roku 1898 dokázal, ┼że malária je prenášaná moskytmi.
Ukázal, ┼że ur├Ęité druhy moskytov prenášajú maláriu do vtákov a izoloval parazity malárie zo slinných
┼żliaz moskytov, ktoré cicali krv infikovaných vtákov. Za to dostal Nobelovu cenu v roku 1902.
Objavy Finlayho a Rossa boli neskôr potvrdené Walterom Reedom v roku 1900. Jeho odporú├Ęania
implementované Williamom C. Gorgasom, boli pou┼żité pri stavbe Panamského prieplavu.
Táto práca zachránila tisíce robotníkov a pomohla vyvinú┬Ł metódy, ktoré boli pou┼żité neskôr
vo verejných kampaniach proti tejto chorobe.

Prvým efektívnym liekom na túto chorobu bola kôra chininovníka, ktorá obsahuje chinín.
Tento strom rastie na svahoch Ánd v Peru. Obyvatelia Peru pou┼żívali tento produkt na lie├Ębu
malárie, Jezuiti to preniesli do Európy okolo roku 1640, kde sa rýchlo rozšílo jeho pou┼żívanie.
Aktívna zlo┼żka - chinín, bola však z kôry extrahovaná a┼ż chemikmi Pierrom Josephom Pelletierom
a Josephom Bienaimé Caventouom.

Hoci krvné štádiá parazitov a štádiá v moskytoch v malarickom cykle boli identifikované v 19.
a za├Ęiatkom 20. storo├Ęia, a┼ż v 80-tych rokoch 20. st. bola spozorovaná latentná forma parazitu v pe├Ęeni.
A┼ż objav tejto latentnej formy objasnil, pre├Ęo ┬żudia zdanlivo vylie├Ęení, majú stále relapsy ochorenia,
hoci parazit u┼ż nebol v ich krvi.

to be continued ...
Vytvoril: Kiwi [18. september 2008 21:21:51] / UpravenÚ: [18. september 2008 21:32:09] / PoŔet zobrazenÝ: [10162]