Domov
Novinky
Projekt
Archív ?lánkov
Optimalizácia
Návody
Galéria
Stiahnite si
Odkazy
Diskusné fórum
Fórum - archív
Vyh?adávanie
TO-DO
Kontakt

BOINC.SK


Od 1.1.2002


Astronomický
snímok
dňa

APOD






Page Rank
 
 
Ako fungujú modely a ?o je malária ?

Malariacontrol.net


Simula?né modely dynamiky prenosu malárie a jej vplyvu na zdravie sú dôležitým nástrojom
na reguláciu jej šírenia. Sú využívané na ur?enie optimálnych stratégií pre dodávku sietí na komáre,
chemoterapie alebo nových vakcín, ktoré sa v sú?asnosti vyvíjajú a testujú. Takéto modely sú však
extrémne náro?né na výpo?tový výkon, vyžadujú simuláciu obrovskej populácie s rôznymi parametrami
a sociálnymi faktormi, ktoré ovplyv?ujú šírenie ochorenia.
Švaj?iarsky tropický inštitút ( The Swiss Tropical Institute - STI ), vyvinul po?ita?ový model
pre epidemiológiu malárie a zapojil do? asi 40 PC, ktoré vykonávali predbežné výpo?ty. Na potvrdenie
týchto modelov je však potrebný podstatne vä?ší výkon, aby dostato?ne simuloval celý rozsah zásahov
a spôsobov prenosu ochorenia, ktoré sú podstatné pre reguláciu malárie v Afrike.
To je dôvod, pre?o bol projekt http://www.malariacontrol.net/ vytvorený, t.j. aby spojil dostupnú
vo?nú kapacitu po?íta?ov tisícov dobrovo?níkov z celého sveta, ktorá by pomohla vedcom predpoveda?
a teda aj kontrolova? šírenie malárie. Predpokladá sa, že aplikácia v priebehu rádovo mesiacov,
použijúc tisíce PC, prinesie výsledky, ktoré by využitím len po?íta?ov vedcov, boli k dispozícii
v horizonte desiatok rokov.
Množstvo týchto PC bude hlavne z rozvinutého sveta. Ale napr. cie?om projektu AFRICA@home,
je zapoji? do vývoja aplikácií aj africké inštitúcie.

Ako MalariaControl.net funguje ?

Matematické modely sú dôležitým rozhodovacím nástrojom pre reguláciu infek?ných chorôb
a malária bola prvou chorobou, na ktorú boli aplikované. V devätnástom storo?í, 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?ko porovnávacích analýz potenciálneho vplyvu rôznych stratégií na reguláciu
malárie viedlo k nevyhnutným dlhodobým ú?inkom.
Sprievodné neur?itosti s?ažili optimalizáciu stratégií na reguláciu malárie alebo na vytý?enie
priorít výskumu.

Podmienky pre ú?inok zásahov prediktívneho modelu.

Popis jednotlivých infekcií spôsobených Plasmodium falciparum.

Použitie modelu na predikciu interven?ných stratégií musí zah??a? patri?nú charakteristiku
priebehu jednotlivých infekcií.

Krátkodobý vplyv na jednotlivcov.

Medikácia a vakcinácia majú dôsledky, ktoré sú ove?a komplexnejšie, ako ú?inok na primárne
infekcie v neimúnnom hostite?ovi. Ak je cie?om vakcíny redukova? silu infekcie, krátkodobé dôsledky
na riziko morbidity a mortality nie sú úmerné redukcii infek?ného tlaku.

Dlhodobé individuálne vplyvy.

Zavedenie sie?ok na hmyz bolo sprevádzané po?etnými debatami oh?adom ich ú?inku
z dlhodobého h?adiska. Súvisiace závery vznikli s oh?adom na použitie vakcín. Dlhodobé výsledky
vakcina?ných programov sú ?ažko predikovate?né, pretože terénne testy vakcín vykonané dávnejšie,
berú do úvahy iba výsledky, ktoré sú merate?né po?as 6 až 18 mesa?ných periód, ktoré nasledujú
po sebe. Bohužial, dlhodobé dôsledky vakcina?ného programu, nemôžu by? jednoducho získané
z výsledkov týchto testov. Napr., niektoré benefity vakcinácie vyžadujú dlhší ?as, aby ich bolo možné
validova?. Je to hlavne v prípade, ke? ide o prirodzený vzostup alebo ke? je to dôsledkom javu
prenosovej dynamiky. Teda vakcinácia može vies? iba k oddialeniu morbidity a mortality u niektorých
jedincov, a práve v tomto prípade terénne testy môžu predznamena? vä?ší benefit, ako bude neskôr
pozorovaný po?as implementácie a rozvoja vakcina?ných programov.

Vzájomná prepojenos? hostite?ov.

Každý epidemiologický model musí vzia? pri vyhodnocovaní jeho ú?innosti v úvahu aj vzájomnú
prepojenos? skúmaných javov u každého z jedincov. Zásahy v terénnych testoch sú všeobecne navrhnuté
tak, aby priamo chránili každého pred infekciou alebo pred konzekventnou morbiditou a mortalitou,
ale nezvažujú širší vplyv na prenos choroby. Vzájomná závislos? sa stala jadrom pre najbližšie 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?ad z hostite?ských modelov, ale je implementovaná nezávisle od nich. Tento epidemiologický
model bol použitý na simuláciu výsledkov z nedávno ukon?ených testov vakcíny RTS, S/AS02, ktorá
bola podaná dospelým mužom v Gambii a de?om vo veku 1 až 5 rokov v Mozambiku.
Model bol tiež použitý na predikciu potenciálneho epidemiologického dopadu tejto vakcíny,
ako aj na analýzu efektivity nákladov. Aby bolo možné spo?íta? tieto predpovede, za?lenili sme
do modelu výdavky a tiež model zdravotníckeho systému, ktorý je uplat?ovený v kontexte nízko-
príjmových rozpo?tov, najmä na základe dát z Tanzánie.
STI tiež dosiahol pokrok v hostite?skej dynamike malárie. Táto práca dop??a skoršie hostite?ské
modely, aby poskytla poh?ad na modelovanie vakcinácie, ktorá bude ?alej nutná pre epidemiologické
modely. Hostite?ské modely boli prispôsobené na dáta z terapie pacientov a viedli k záverom, že sú
?iasto?ne relevantné pre modelovanie pri použití vakcín, ktoré ú?inkujú na asexuálne štádiá v krvi.
Dôležité je najmä to, že epidemiologický model zväzuje dokopy súbor prepojených submodelov,
ktoré sú validované na základe aktuálnych terénnych dát po celej Afrike. Berúc do úvahy komplexný
životný cyklus parazita a medzery v našich vedomostiach, existujú ur?ité limitácie, ktoré ovplyv?ujú
celkový výsledok modelov.
V histórii tímu STI, je táto simulácia, založená na popula?ných dátach, komplexnejšia.
Predstavuje nový nástroj racionálneho plánovania regulácie malárie a vývoja vakcíny, a može by?
?ahko prispôsobená na zistenie ú?innosti a efektivity iných zásahov na reguláciu malárie, ktoré
možu by? uplatnené bu? samostatne alebo v kombinácii. Takto je možné integrova? epidemiologické
a ekonomické h?adiská, na dosiahnutie racionálnej stratégie redukcie malárie.
Sú?asná zá?až morbiditou a mortalitou na maláriu, najmä v subsaharskej Afrike je taká ve?ká,
že aj zásah, ktorý mení postup infekcie iba u ?asti príjemcov, bez nejakého efektu na prenos, je ve?mi
cenný. Javy týkajúce sa prenosu by nemali by? ignorované, ale sú len jednou ?as?ou modelu, ktorý
zah??a tiež autonómne javy.

Stratégia epidemiologických modelov.

Modely musia simulova? procesy, ktoré môžu by? ovplyvnené vakcináciou, tiež musia zachyti?
vz?ah medzi týmito procesmi a dôsledkami verejného zdravotníctva. Pre naše modely používame
ako vstupy celoro?né prenosové vzory a robíme predikciu následnej intenzity infekcie u ?udí. Neskôr
zvažujeme, ako môže by? tento vz?ah zmenený prirodzenou imunitou resp. vakcináciou.
STI vytvorila empirický opis hustôt asexuálnych foriem parazitov pri infek?nom procese hostite?a,
aby bolo možné vloži? stochastickú predikciu hustôt parazitov, ako funkciu ?asu infekcie,
a modelova? dôsledky imunity na asexuálne štádiá parazitov v krvi, zoh?ad?ujúc tiež zmeny distribúcie
hustôt parazitov u ?iasto?ne imúnneho hostite?a. Tento model poskytuje priamy základ pre anylýzu
možných dôsledkov vakcín, na asexuálne štádiá parazitov v krvi, ?o môže by? simulované funkciou,
ktorá mení hustoty parazitov.
STI analyzuje vz?ah medzi hustotami asexuálnych štádií parazitov a infek?nos?ou bacilonosi?a
pri terapii pacientov, aby odvodila model prenosu parazitov do moskytov. Tento vz?ah je využitý
na simuláciu efektu vakcín, ktorý blokuje prenos infekcie. To sa využíva na simuláciu popula?ného
rozdelenia hustôt parazitov, z ?oho sa dá predikova? rozsah lu?ského infek?ného rezervoára P.f.
Dôležitým zjednodušením v stratégii je vyvarova? sa predpovedi pomocných premenných,
ktorým kvantitatívny vz?ah s epidemiologickými závermi je ve?mi nejasný.

Stochastická simulácia.

STI používa samostatné simulácie s 5-d?ovými krokmi, na implementáciu epidemiologických
modelov P.f. Tento prístup umož?uje modelova? populácie hostite?ov a infekcií, z ktorých každá je
charakterizovaná súborom spojitých a statických premenných ( hustoty parazitov, trvanie infekcie,
premenné stavu imunity jednotlivých hostite?ov ). Tento prístup umož?uje realistickejšie po?atie
stochastických interakcií medzi individuálnymi hostite?mi a patogénmi, ako použitie oddelených
modelov. Nevýhodou je však vyššia náro?nos? na po?íta?ový výkon ako u deterministických modelov.
Všetky moduly boli implementované použitím FORTRAN-u.

Naplnenie skuto?nými dátami.

Neur?itos? prízna?ná pre komplexné modely musí by? minimalizovaná tým, že všetky prrvky
modelu musia by? v ?o najvä?šej konformite s realitou. STI naplnila odlišné zložky modelu možstvom
dát z rôznych ekologických a epidemiologických rámcov. Náš prístup vedie k implicitným štatistickým
modelom, ktoré potrebujú množstvo opakovaných simulácií, aby ?o najviac aproximovali odhadnuté
parametre. STI bol schopný naplni? tieto modely dátami použitím simulovaného po?iato?ného
algoritmu, ktorý distribuoval simulácie cez lokálnu sie?.

Modulárna štruktúra.

Požiadavky výpo?tového procesu a komplexnos? plniaceho procesu spôsobili, že nebolo možné
naplni? celý model relevantnými dátami naraz, preto submodely boli naplnené oddelene. Tieto
submodely boli plnené terénnymi dátami, ktoré kvalifikovali vz?ah medzi prenosom malárie
a predbežnými výsledkami. Každý nasledujúci submodel bol naplnený v závislosti na odhade
parametrov v predchádzajúcich štádiách prípravného procesu. To nám umožnilo dynamické efekty
v klinických epizódach, ?o je dôležité ke? sa model používa na predikciu dopadu intervencií.

Rovnice.

V modulárnej štruktúre projektu, sú základné rovnice epidemiologického modelu zoskupené
okolo šiestich hlavných prvkov:
1. infekcia ?udského hostite?a
2. charakteristika simulovanej infekcie
3. infek?nos? moskytov
4. akútna morbidita
5. mortalita
6. anémia


?o je to malária ?

Malária je naj?astejšie infek?né ochorenie. Je to potenciálne smrte?ná choroba, prenášaná
moskytmi. Je rozšírená najmä v tropických a subtropických regiónoch Ameriky, Ázie a Afriky.
Ro?ne je to asi 500 miliónov chorých, pri?om 1 až 3 milióny z nich zomrie, vä?šinou deti. Výskyt
je všeobecne v chudobných regiónoch, ale práve malária je sú?asne hlavnou prekážkou rozvoja.
Prí?inou choroby sú parazitické prvoky z rodu Plasmodium. Iba 4 typy týchto parazitov môžu
infikova? ?loveka. Najvážnejšiu formu spôsobujú Plasmodium falciparum a Plasmodium vivax.
?loveka však môžu infikova? aj Plasmodium ovale a Plasmodium malariae. Táto skupina parazitov
sa nazýva aj malarické parazity.

Tieto parazity su prenášané sami?kou komára rodu Anopheles maculipennis. Parazity sa množia
v ?ervených krvinkách a spôsobujú symptómy ako anémia, bolesti hlavy, zadúšanie, tachykardia,
ako aj všeobecné symptómy ako horú?ka, triaška, nausea, prejavy podobné chrípke, ?i v naj?ažších
prípadoch kóma a smr?. Prenos malárie môže by? výrazne znížený sie?kami na komáre, repelentmi,
insekticídmi, ?i odvodom stojatých vôd, kde moskyty kladú vají?ka.

Zatia? neexistuje žiadna vakcína, preventívne medikamenty musia by? užívané kontinuálne, aby
redukovali riziko infekcie. Profylaktické lieky sú tiež ve?mi nákladné, najmä pre ?udí, ktorí žijú
v endemických oblastiach. Mnoho dospelých z týchto oblastí má dlhotrvajúcu infekciu, ktorá má
tendenciu sa znova objavi? a majú tiež ?iasto?nú rezistenciu. Rezistencia s ?asom klesá a takýto
?udia sa môžu sta? ve?mi náchylní na ?ažkú formu malárie, ak strávili ve?a ?asu mimo endemických
oblastí. Odporú?a sa im vykona? všetky preventívne opatrenia, ak sa vrátia do endemických oblastí.
Malária sa lie?i antimalarikami, ako deriváty chinínu, hoci rezistencia na lieky je pomerne ?astá.

Malária infikuje ?udí už viac než 50 000 rokov a bola patogénom v celej histórii druhov.
Blízki príbuzní parazitov ?udskej malárie sa vyskytujú u šimpanzov, našich najbližších príbuzných.
Odkazy na opakujúcu sa horú?ku sú známe od roku 2700 pred n. l. v ?íne. Termín malária pochádza
z talian?iny: mala aria - zlý vzduch.

Vedecké štúdie o malárii urobili pokrok v roku 1880, ke? francúzsky vojenský lekár, pracujúci
vo vojenskej nemocnici v Alžírsku, Charles Louis Alphonse Laveran, prvýkrát pozoroval parazity
v ?ervených krvinkách, u ?udí trpiacich na maláriu. V?aka tomuto a ?alším objavom dostal v roku
1907 Nobelovu cenu. O rok neskôr kubánsky lekár Carlos Finlay poskytol dôkaz, že moskyty
prenášajú chorobu z/na ?loveka.

Avšak, až Sir Ronald Ross v Kalkate, v roku 1898 dokázal, že malária je prenášaná moskytmi.
Ukázal, že ur?ité druhy moskytov prenášajú maláriu do vtákov a izoloval parazity malárie zo slinných
žliaz 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?ania
implementované Williamom C. Gorgasom, boli použité pri stavbe Panamského prieplavu.
Táto práca zachránila tisíce robotníkov a pomohla vyvinú? metódy, ktoré boli použité 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 používali tento produkt na lie?bu
malárie, Jezuiti to preniesli do Európy okolo roku 1640, kde sa rýchlo rozšílo jeho používanie.
Aktívna zložka - chinín, bola však z kôry extrahovaná až 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?iatkom 20. storo?ia, až v 80-tych rokoch 20. st. bola spozorovaná latentná forma parazitu v pe?eni.
Až objav tejto latentnej formy objasnil, pre?o ?udia zdanlivo vylie?ení, majú stále relapsy ochorenia,
hoci parazit už nebol v ich krvi.

to be continued ...
Vytvoril: Kiwi [18. september 2008 21:21:51] / Upravené: [18. september 2008 21:32:09] / Počet zobrazení: [11263]