15.2: Epidemiologia

O campo da epidemiologia diz respeito à distribuição geográfica e ao momento das ocorrências de doenças infecciosas e como elas são transmitidas e mantidas na natureza, com o objetivo de reconhecer e controlar surtos. A ciência da epidemiologia inclui a etiologia (o estudo das causas da doença) e a investigação da transmissão da doença (mecanismos pelos quais uma doença se espalha). Os epidemiologistas são, portanto, cientistas que estudam as causas e padrões das doenças humanas, o que envolve examinar estatísticas para identificar ameaças à saúde e recomendar estratégias para reduzir essas ameaças.

O trabalho da epidemiologista Alice Wang é destacado no vídeo abaixo. Embora muitos dos exemplos desta página se concentrem em doenças infecciosas (que resultam de riscos biológicos), epidemiologistas também podem estudar doenças não transmissíveis (como envenenamento ou obesidade). O texto no final do vídeo diz: “Você é CDC? Para obter mais informações sobre oportunidades de emprego no CDC, visite: jobs.cdc.gov”.

História da Epidemiologia

Os estudos de médicos e pesquisadores do século XIX, como John Snow, Florence Nightingale, Ignaz Semmelweis, Joseph Lister, Robert Koch, Louis Pasteur e outros, semearam as sementes da epidemiologia moderna.

John Snow (figura\(\PageIndex{a}\)) foi um médico britânico conhecido como o pai da epidemiologia por determinar a origem da epidemia de cólera da Broad Street de 1854 em Londres. Com base nas observações que ele fez durante um surto anterior de cólera (1848—1849), Snow propôs que a cólera era transmitida por uma via fecal-oral de transmissão e que um micróbio era o agente infeccioso. Ele investigou a epidemia de cólera de 1854 de duas maneiras. Primeiro, suspeitando que a água contaminada era a fonte da epidemia, Snow identificou a fonte de água para os infectados. Ele encontrou uma alta frequência de casos de cólera entre indivíduos que obtinham água do rio Tâmisa, a jusante de Londres. Essa água continha o lixo e o esgoto de Londres e dos assentamentos a montante. Ele também observou que os trabalhadores da cervejaria não contraíram cólera e, na investigação, descobriu que os proprietários forneciam cerveja aos trabalhadores para beber e afirmaram que provavelmente não bebiam água. Em segundo lugar, ele também mapeou meticulosamente a incidência da cólera e encontrou uma alta frequência entre os indivíduos que usavam uma bomba de água específica localizada na Broad Street. Em resposta ao conselho de Snow, as autoridades locais removeram a alça da bomba, resultando na contenção da epidemia de cólera em Broad Street. O próprio relato de John Snow sobre seu trabalho tem links e informações adicionais.

Figura\(\PageIndex{a}\): (a) John Snow (1813—1858), médico britânico e pai da epidemiologia. (b) O mapeamento detalhado de Snow da incidência de cólera levou à descoberta da bomba de água contaminada na Broad Street (praça vermelha) responsável pela epidemia de cólera de 1854. (crédito a: modificação do trabalho de “Rsabbatini” /Wikimedia Commons)

O trabalho de Snow representa um estudo epidemiológico inicial e resultou na primeira resposta conhecida da saúde pública a uma epidemia. Os métodos meticulosos de rastreamento de casos de Snow agora são uma prática comum no estudo de surtos de doenças e na associação de novas doenças às suas causas. Seu trabalho ainda esclarece as práticas insalubres de esgoto e os efeitos do despejo de lixo no Tamisa. Além disso, seu trabalho apoiou a teoria da doença germinativa, que argumentava que a doença poderia ser transmitida por meio de itens contaminados, incluindo água contaminada com matéria fecal.

O trabalho de Florence Nightingale é outro exemplo de um estudo epidemiológico precoce. Em 1854, Nightingale fazia parte de um contingente de enfermeiras enviadas pelos militares britânicos para cuidar de soldados feridos durante a Guerra da Crimeia. Nightingale manteve registros meticulosos sobre as causas de doenças e mortes durante a guerra. Sua manutenção de registros foi uma tarefa fundamental do que mais tarde se tornaria a ciência da epidemiologia. Sua análise dos dados que ela coletou foi publicada em 1858. Neste livro, ela apresentou dados mensais de frequência sobre causas de morte em um histograma gráfico em cunha (figura\(\PageIndex{b}\)). Essa apresentação gráfica de dados, incomum na época, ilustrou poderosamente que a grande maioria das vítimas durante a guerra ocorreu não devido a ferimentos sofridos em ação, mas ao que Nightingale considerava doenças infecciosas evitáveis. Muitas vezes, essas doenças ocorreram devido à falta de saneamento e à falta de acesso às instalações hospitalares. As descobertas de Nightingale levaram a muitas reformas no sistema militar britânico de assistência médica. Saiba mais sobre o gráfico de cunhas de Nightingale aqui.

Figura\(\PageIndex{b}\): (a) Florence Nightingale relatou os dados que ela coletou como enfermeira na Guerra da Crimeia. (b) O diagrama de Nightingale mostra o número de mortes de soldados por mês do conflito por várias causas. O número total de mortos em um determinado mês é igual à área da cunha desse mês. As seções coloridas da cunha representam diferentes causas de morte: feridas (rosa), doenças infecciosas evitáveis (cinza) e todas as outras causas (marrons).

Joseph Lister forneceu evidências epidemiológicas precoces que levaram a boas práticas de saúde pública em clínicas e hospitais. A maioria dos médicos não lavava as mãos entre as consultas dos pacientes nem limpava e esterilizava suas ferramentas cirúrgicas. Lister, no entanto, descobriu as propriedades desinfetantes do ácido carbólico, também conhecido como fenol. Ele introduziu vários protocolos de desinfecção que reduziram drasticamente as taxas de infecção pós-cirúrgica. Ele exigiu que os cirurgiões que trabalhavam para ele usassem uma solução de 5% de ácido carbólico para limpar suas ferramentas cirúrgicas entre os pacientes e chegou a pulverizar a solução nas bandagens e no local da cirurgia durante as operações (figura\(\PageIndex{c}\)). Ele também tomou precauções para não introduzir fontes de infecção na pele ou nas roupas, removendo o casaco, arregaçando as mangas e lavando as mãos em uma solução diluída de ácido carbólico antes e durante a cirurgia.

Figura\(\PageIndex{c}\): Joseph Lister iniciou o uso de um ácido carbólico (fenol) durante as cirurgias. Esta ilustração de uma cirurgia mostra um recipiente pressurizado de ácido carbólico sendo pulverizado sobre o local da cirurgia.

Analisando doenças em uma população

As análises epidemiológicas são sempre realizadas com referência a uma população, que é o grupo de indivíduos que correm risco de contrair a doença ou condição. A população pode ser definida geograficamente, mas se apenas uma parte dos indivíduos nessa área for suscetível, critérios adicionais podem ser necessários. Indivíduos suscetíveis podem ser definidos por comportamentos específicos, como uso de drogas intravenosas, possuir animais de estimação específicos ou ser membro de uma instituição, como uma faculdade. Ser capaz de definir a população é importante porque a maioria das medidas de interesse em epidemiologia são feitas com referência ao tamanho da população.

O estado de estar doente é chamado de morbidade. A morbidade em uma população pode ser expressa de algumas maneiras diferentes. A morbidade, ou morbidade total, é expressa em números de indivíduos sem referência ao tamanho da população. A taxa de morbidade pode ser expressa como o número de indivíduos doentes de um número padrão de indivíduos na população, como 100.000, ou como uma porcentagem da população.

Há dois aspectos da morbidade que são relevantes para um epidemiologista: a prevalência de uma doença e sua incidência. A prevalência é o número, ou proporção, de indivíduos com uma doença específica em uma determinada população em um determinado momento. Por exemplo, os Centros de Controle e Prevenção de Doenças (CDC) estimaram que cerca de 1,2 milhão de pessoas nos Estados Unidos viviam com uma infecção ativa pelo vírus da imunodeficiência humana (HIV) em 2018. Expressa como proporção, ou taxa, essa é uma prevalência de 367 pessoas infectadas por 100.000 na população. Por outro lado, incidência é o número ou a proporção de casos novos em um período de tempo. Para o mesmo ano, o CDC estima que houve 36.400 casos recém-diagnosticados de infecção pelo HIV, o que representa uma incidência de 11,1 novos casos por 100.000 na população. A relação entre incidência e prevalência pode ser vista na figura\(\PageIndex{d}\). Para uma doença crônica como a infecção pelo HIV, a prevalência geralmente será maior do que a incidência, pois representa o número cumulativo de novos casos ao longo de muitos anos menos o número de casos que não estão mais ativos (porque o paciente morreu ou foi curado).

Figura\(\PageIndex{d}\): O número de pessoas vivendo com HIV (prevalência), novas infecções por HIV/AIDS (incidência) e mortes por HIV/AIDS nos Estados Unidos de 1990 a 2017. A prevalência e a incidência também podem ser expressas como uma taxa ou proporção para uma determinada população. O número de pessoas vivendo com HIV aumentou com o tempo, mas o número de novas infecções flutuou. As mortes atingiram um máximo por volta de 1995 e, desde então, diminuíram. Imagem de Max Roser e Hannah Ritchie (2018) - "HIV/AIDS”. Publicado on-line em OurWorldInData.org. (CC-BY).

Além das taxas de morbidade, a incidência e a prevalência de mortalidade (morte) também podem ser relatadas. Uma taxa de mortalidade pode ser expressa como a porcentagem da população que morreu de uma doença ou como o número de mortes por 100.000 pessoas (ou outro número padrão adequado).

Padrões de incidência

Doenças que são vistas apenas ocasionalmente, e geralmente sem concentração geográfica, são chamadas de doenças esporádicas. Exemplos de doenças esporádicas incluem tétano, raiva e peste. Nos Estados Unidos, a Clostridium tetani, a bactéria que causa o tétano, é onipresente no ambiente do solo, mas as incidências de infecção ocorrem apenas raramente e em locais dispersos porque a maioria dos indivíduos é vacinada, limpa as feridas adequadamente ou raramente está em uma situação que causaria infecção. Da mesma forma, nos Estados Unidos, há alguns casos dispersos de peste a cada ano, geralmente contraídos de roedores em áreas rurais nos estados ocidentais.

As doenças que estão constantemente presentes (geralmente em um nível baixo) em uma população dentro de uma determinada região geográfica são chamadas de doenças endêmicas. Por exemplo, a malária é endêmica em algumas regiões do Brasil, mas não é endêmica nos Estados Unidos.

Doenças para as quais ocorre um número de casos maior do que o esperado em pouco tempo dentro de uma região geográfica são chamadas de doenças epidêmicas. A gripe é um bom exemplo de uma doença comumente epidêmica. Os padrões de incidência da gripe tendem a aumentar a cada inverno no hemisfério norte. Esses aumentos sazonais são esperados, portanto, não seria correto dizer que a gripe é epidêmica a cada inverno; no entanto, alguns invernos geralmente têm um grande número de casos de gripe sazonal em regiões específicas, e tais situações seriam qualificadas como epidemias (números\(\PageIndex{e-f}\)).

Figura\(\PageIndex{e}\): A temporada de influenza 2007-2008 nos Estados Unidos teve um número muito maior do que o normal de visitas aos departamentos de emergência por sintomas semelhantes aos da gripe em comparação com os anos anteriores e seguintes. A linha de base nacional está perto de 2,5%. Todos os anos têm um pico pequeno em janeiro e um pico maior de fevereiro a abril. 2007-2008 teve o maior pico em fevereiro a abril. 2008 - 2009 teve um pico adicional de maio a setembro. (crédito: modificação do trabalho dos Centros de Controle e Prevenção de Doenças)

Figura\(\PageIndex{f}\): O limiar epidêmico sazonal (curva azul) é definido pelos dados baseados no CDC dos cinco anos anteriores. A linha de base sazonal flutua para uma alta no inverno. O limiar epidêmico é apenas meio por cento maior do que a linha de base. A mortalidade real flutua acima e abaixo dessas duas linhas. Quando as taxas reais de mortalidade excedem esse limite, uma doença é considerada epidêmica. Como mostra este gráfico, a mortalidade relacionada à pneumonia e à gripe teve epidemias pronunciadas durante os invernos de 2003—2004, 2005 e 2008. (crédito: modificação do trabalho dos Centros de Controle e Prevenção de Doenças)

Uma epidemia que ocorre em escala mundial é chamada de doença pandêmica. Por exemplo, o HIV/AIDS (síndrome da imunodeficiência adquirida) e a doença coronavírus 19 (COVID-19) são doenças pandêmicas, e novas cepas do vírus influenza geralmente se tornam pandêmicas.

Etiologia

Ao estudar uma epidemia, a primeira tarefa do epidemiologista é determinar a causa da doença, chamada de agente etiológico ou agente causador. Conectar uma doença a um patógeno específico pode ser um desafio devido ao esforço extra normalmente necessário para demonstrar a causa direta, em oposição a uma simples associação. Não basta observar uma associação entre uma doença e um patógeno suspeito; experimentos controlados são necessários para eliminar outras possíveis causas. Além disso, os patógenos geralmente são difíceis de detectar quando não há nenhuma pista imediata sobre o que está causando o surto. Os sinais e sintomas da doença também são comumente inespecíficos, o que significa que muitos agentes diferentes podem dar origem ao mesmo conjunto de sinais e sintomas. Isso complica o diagnóstico mesmo quando um agente causador é familiar aos cientistas.

Robert Koch foi o primeiro cientista a demonstrar especificamente o agente causador de uma doença (antraz) no final do século XIX. Koch desenvolveu quatro critérios, agora conhecidos como postulados de Koch, que precisavam ser atendidos para vincular positivamente uma doença a um micróbio patogênico (figura\(\PageIndex{g}\)). Entre 1876 e 1905, muitas doenças comuns foram associadas a seus agentes etiológicos, incluindo cólera, difteria, gonorreia, meningite, peste, sífilis, tétano e tuberculose. Hoje, usamos os postulados moleculares de Koch, uma variação dos postulados originais de Koch. (Você pode ler mais sobre os dois aqui. )

Figura\(\PageIndex{g}\): As etapas para confirmar que um patógeno é a causa de uma doença específica usando os postulados de Koch. (1) Somente organismos doentes devem conter o agente causador suspeito (patógeno potencial). (2) O agente causador dos organismos doentes deve ser cultivado (cultivado em laboratório). (3) O o agente cultivado deve então causar a mesma doença quando um indivíduo saudável e suscetível é infectado com ele (inoculado). (4) O mesmo agente causador deve ser isolado e cultivado do indivíduo na etapa anterior. Imagem e legenda (modificadas) do OpenStax (CC-BY).

Como as doenças se espalham

Entender como os patógenos infecciosos se espalham é fundamental para prevenir doenças infecciosas. Para que os patógenos persistam por longos períodos de tempo, eles precisam de reservatórios onde normalmente residem. Os reservatórios podem ser organismos vivos (ratos, morcegos, guaxinins, gado, etc.) ou locais não vivos. Reservatórios não vivos podem incluir solo e água no meio ambiente. Eles podem abrigar naturalmente o organismo porque ele pode crescer nesse ambiente. Esses ambientes também podem ser contaminados com patógenos nas fezes humanas, patógenos eliminados por hospedeiros intermediários ou patógenos contidos nos restos de hospedeiros intermediários.

Um indivíduo capaz de transmitir um patógeno sem apresentar sintomas é chamado de portador. Um transportador passivo está contaminado com o patógeno e pode transmiti-lo mecanicamente para outro hospedeiro; no entanto, um portador passivo não está infectado. Por outro lado, um portador ativo é um indivíduo infectado que pode transmitir a doença a outras pessoas. Um portador ativo pode ou não apresentar sinais ou sintomas de infecção.

Independentemente do reservatório, a transmissão deve ocorrer para que uma infecção se espalhe. A transmissão por contato inclui contato direto ou contato indireto. A transmissão de pessoa para pessoa é uma forma de transmissão direta por contato. Aqui, o agente é transmitido pelo contato físico entre dois indivíduos (figura\(\PageIndex{h}\)) por meio de ações como tocar, beijar, relações sexuais ou sprays de gotículas. A transmissão indireta por contato envolve objetos inanimados chamados fômitos que são contaminados por patógenos de um indivíduo ou reservatório infectado (figura\(\PageIndex{i}\)). Por exemplo, uma pessoa com resfriado comum pode espirrar, fazendo com que gotículas caiam em uma fômite, como uma toalha de mesa ou carpete, ou a pessoa pode limpar o nariz e depois transferir muco para um fômite, como uma maçaneta ou toalha.

Figura\(\PageIndex{h}\): A transmissão por contato direto de patógenos pode ocorrer por contato físico. Muitos patógenos precisam de contato com uma membrana mucosa para entrar no corpo, mas o hospedeiro pode transferir o patógeno de outro ponto de contato (por exemplo, mão) para uma membrana mucosa (por exemplo, boca ou olho). (crédito restante: modificação da obra de Lisa Doehnert)

Figura\(\PageIndex{i}\): Os fômitos são objetos não vivos que facilitam a transmissão indireta de patógenos. Maçanetas, toalhas e seringas contaminadas são exemplos comuns de fômites. (crédito à esquerda: modificação da obra de Kate Ter Haar; crédito médio: modificação da obra de Vernon Swanepoel; crédito à direita: modificação da obra de “Zaldylmg” /Flickr)

A transmissão veicular se refere à transmissão de patógenos por meio de veículos como água, comida e ar. A contaminação da água por meio de métodos inadequados de saneamento leva à transmissão de doenças pela água. As doenças transmitidas pela água continuam sendo um problema sério em muitas regiões do mundo. A Organização Mundial da Saúde (OMS) estima que a água potável contaminada é responsável por mais de 500.000 mortes a cada ano. Da mesma forma, alimentos contaminados por meio de manuseio ou armazenamento inadequados podem levar à transmissão de doenças transmitidas por alimentos. Poeira e partículas finas conhecidas como aerossóis, que podem flutuar no ar, podem transportar patógenos e facilitar a transmissão de doenças pelo ar.

As doenças também podem ser transmitidas por um vetor mecânico ou biológico, um animal (normalmente um artrópode) que transporta a doença de um hospedeiro para outro. Carrapatos, pulgas e mosquitos são exemplos de vetores (figura\(\PageIndex{j}\)). A transmissão mecânica é facilitada por um vetor mecânico, um animal que carrega um patógeno de um hospedeiro para outro sem ser infectado. A transmissão biológica ocorre quando o patógeno se reproduz dentro de um vetor biológico que transmite o patógeno de um hospedeiro para outro (figura\(\PageIndex{k}\)).

Figura\(\PageIndex{j}\): O mosquito Anopheles é o vetor do Plasmodium, que causa a malária. Imagem de Alan R Walker (CC-BY-SA).

Figura\(\PageIndex{k}\): (a) Um vetor mecânico carrega um patógeno em seu corpo de um hospedeiro para outro, não como uma infecção. Etapa 1: a mosca pega o patógeno da matéria fecal e o carrega em seu corpo. 2: A mosca transfere o patógeno para os alimentos. 3: A pessoa come alimentos contaminados e fica doente. (b) Um vetor biológico transporta um patógeno de um hospedeiro para outro após ser infectado. Etapa 1: O mosquito infectado pica a pessoa não infectada. 2: As infecções se espalham pelo corpo e pelos glóbulos vermelhos. 3: O segundo mosquito pica a pessoa infectada. O mosquito agora pode transmitir a infecção para outra pessoa.

A degradação do ecossistema pode aumentar a propagação de doenças por meio de vários mecanismos. Primeiro, ele pode promover populações vetoriais. Por exemplo, o desmatamento, as barragens e a urbanização aumentam a quantidade de água parada, aumentando o habitat de vetores, como mosquitos. Além disso, a mudança climática pode expandir a gama de vetores de doenças limitados às regiões tropicais ou subtropicais. Em segundo lugar, interrupções no ciclo da água podem criar condições que favorecem os patógenos. Por exemplo, o escoamento de fertilizantes da agricultura aumenta os níveis de nutrientes, tornando os corpos d'água mais adequados para a bactéria que causa a cólera. O aumento das inundações como resultado das mudanças no uso da terra e das mudanças climáticas também facilita a propagação de doenças transmitidas pela água.

Uma terceira forma pela qual a degradação do ecossistema pode aumentar a propagação de doenças é por meio da diminuição da biodiversidade. Por exemplo, a doença de Lyme é causada pela bactéria Borrelia e é transmitida aos humanos a partir de pequenos mamíferos (os reservatórios) por carrapatos (figuras\(\PageIndex{l-m}\)). Alguns reservatórios (esquilos e gambás) removem carrapatos, reduzindo a infecção, mas os camundongos do campo não. A fragmentação do habitat aumentou os camundongos do campo em relação aos esquilos e gambás e, assim, aumentou o reservatório para a doença de Lyme.

Figura\(\PageIndex{l}\): Desenho da bactéria Borrelia burgdorferi, causadora da doença de Lyme. Imagem de Lamiot (CC-BY-SA).

Figura\(\PageIndex{m}\): Ciclo de vida da bactéria Borrelia burgdorferi, causadora da doença de Lyme. Os carrapatos podem adquirir essa bactéria quando se alimentam do hospedeiro inicial e depois transmitir a doença aos humanos. Etapa 1: As fêmeas adultas deixam o hospedeiro para botar ovos. 2: Os ovos eclodem em larvas de seis patas. 3: As larvas se fixam e se alimentam do primeiro hospedeiro (vários pequenos mamíferos) e podem adquirir B. burgdorferi. 4: As larvas se transformam em ninfas após deixarem o primeiro hospedeiro. 5: As ninfas se fixam e se alimentam do segundo hospedeiro e podem adquirir B. burgdorferi. 6: As ninfas se transformam em adultas após deixarem o segundo hospedeiro. 7: Os adultos se ligam ao terceiro hospedeiro (como veados) para alimentação e acasalamento. 8: Uma flecha se ramifica a partir da etapa 4 indicando que ninfas infectadas se alimentam de humanos, transmitindo B. burgdorferi. 9: Adultos infectados se alimentam de cães e, às vezes, humanos, transmitindo B. burgdorferi. Imagem do relatório de 2018 do Grupo de Trabalho sobre Doenças Transmitidas por Carrapatos ao Congresso.

Indivíduos suspeitos ou conhecidos de terem sido expostos a certos patógenos contagiosos podem ser colocados em quarentena ou isolados para evitar a transmissão da doença a outras pessoas. Hospitais e outras unidades de saúde geralmente criam enfermarias especiais para isolar pacientes com doenças particularmente perigosas, como tuberculose ou COVID-19 (figura\(\PageIndex{n}\)). Dependendo da configuração, essas enfermarias podem ser equipadas com métodos especiais de tratamento de ar, e o pessoal pode implementar protocolos especiais para limitar o risco de transmissão, como equipamento de proteção individual ou o uso de sprays desinfetantes químicos na entrada e saída da equipe médica.

Figura\(\PageIndex{n}\): (a) O Sistema de Contenção Biológica Aeromédica (ABCS) é um módulo projetado pelo CDC e pelo Departamento de Defesa especificamente para transportar pacientes altamente contagiosos por via aérea. (b) Uma ala de isolamento para pacientes com ebola em Lagos, Nigéria. (crédito a: modificação do trabalho dos Centros de Controle e Prevenção de Doenças; crédito b: modificação do trabalho pelo CDC Global)

Atribuição

Modificado por Melissa Ha de Doenças e Epidemiologia da Microbiologia pela OpenStax (licenciado sob CC-BY). Acesse gratuitamente em openstax.org.