Che cosa fanno gli epidemiologi

SPECIALE CORONAVIRUS

L’autrice insegna al Dipartimento di Scienze Biomediche per la Salute dell’Università degli Studi di Milano e ha scritto Igiene e patologia (Zanichelli, seconda edizione 2020).

Cos’è l’epidemiologia

L’epidemiologia è la disciplina che studia la distribuzione delle malattie o di altri eventi sanitari in una popolazione (per esempio le morti, gli infortuni, le risposte ai farmaci o ai vaccini, ecc.) e ne indaga le cause o i fattori che ne modificano la frequenza. In generale, l’epidemiologia è la scienza che ci permette di studiare lo stato di salute delle popolazioni e di indagare cosa lo determini.

Ne può logicamente seguire la domanda su cosa sia la salute. Qui ci riferiamo alle indicazioni dell’Organizzazione Mondiale della Sanità (OMS) che identifica lo stato di salute con quello di “benessere fisico, mentale e sociale”.

Le branche dell’epidemiologia sono tre: descrittiva, analitica e sperimentale. L’epidemiologia descrittiva analizza la salute di una popolazione (gli alunni di una classe, i lavoratori di una fabbrica, gli abitanti di una cittadina o di un’intera nazione) in relazioni a variabili spaziali, temporali e individuali. Risponde alle domande: dove, quando, chi si ammala? Gli studi descrittivi possono portare a formulare ipotesi su eventuali relazioni causa-effetto tra fattori di rischio e malattia. L’epidemiologia analitica si occupa della relazione causa-effetto e verifica un’associazione tra un fattore e una malattia. Risponde alla domanda: perché ci ammaliamo? Gli studi descrittivi e analitici implicano la semplice osservazione di quanto accade nella realtà. Negli studi sperimentali, invece, i ricercatori intervengono attivamente introducendo un elemento nuovo: somministrano un farmaco o un vaccino, forniscono indicazioni per eventuali cambiamenti dello stile di vita, effettuano modifiche nell’ambiente di vita e di lavoro. L’epidemiologia sperimentale si propone di valutare l’efficacia di interventi sanitari e risponde alla domanda: funziona?

 

Rapporto con la sanità pubblica

L’epidemiologia offre alla sanità pubblica gli strumenti per programmare gli interventi più idonei e rappresenta un pilastro fondamentale dell’igiene, la disciplina che ha come obiettivo promuovere e conservare la salute individuale e collettiva attraverso la prevenzione delle malattie. L’igienista o il medico di sanità pubblica non visitano i pazienti, né usano particolari attrezzature diagnostiche, ma usano l’epidemiologia. I dati epidemiologici costantemente aggiornati consentono infatti di eseguire una “fotografia” dello stato di salute della popolazione e di identificare le cause e i principali fattori di rischio delle malattie. Solo in questo modo è possibile progettare e realizzare adeguati interventi di prevenzione e organizzazione le strutture sanitarie.

Facciamo l’esempio di SARS-CoV-2. Il 31 dicembre 2019 le autorità cinesi informano l’OMS che a Wuhan si è verificata una serie di casi di polmonite atipica, la cui causa è sconosciuta. Si comincia immediatamente a cercare di individuarne la causa: il 19 gennaio 2020 viene identificato un virus che la scienza non conosceva, emerso da un serbatoio animale.  Poi si segnalano i prima casi fuori confine, il 30 gennaio l’OMS dichiara l’emergenza globale e l’11 marzo la pandemia.

Per gli epidemiologi è importante ricostruire la catena di contagio per capire dove e come un’epidemia è emersa e si è diffusa. In questo modo si conoscono alcuni aspetti chiave: la modalità di trasmissione dell’infezione (nel caso di SARS-CoV-2, attraverso goccioline respiratorie); il periodo di incubazione, cioè il periodo di tempo che intercorre fra il contagio e lo sviluppo dei sintomi (per SARS-CoV-2 da 2 a11 giorni); la contagiosità, cioè la capacità dell’agente patogeno di trasmettersi da un ospite a un altro. Nel caso dell’infezione da coronavirus, queste conoscenze sono state fondamentali per mettere in atto le strategie preventive utili al contenimento dell’infezione (isolamento, quarantena) e alla mitigazione (distanziamento sociale). Il monitoraggio epidemiologico consente, inoltre, di valutare l’efficacia delle misure.

 

Come si indaga un’epidemia

L’epidemia è la presenza di un numero di casi di malattia superiore all’atteso, o comunque la presenza anche di pochi casi tra loro collegati. L’indagine deve preferibilmente avvenire sul luogo dove si è verificata da un gruppo multidisciplinare: epidemiologi, microbiologici, medici clinici, infettivologi, ecc. Alcuni enti nazionali (in Italia l’Istituto Superiore di Sanità, ISS) e internazionali (come l’OMS o il Centro Europeo il Controllo delle Malattie, ECDC) hanno la capacità di costruire velocemente squadre in grado di intervenire in diversi contesti.

Per esempio, nel 2003 per identificare la causa della SARS, in poche settimane l’OMS ha attivato 11 laboratori di 10 paesi in una ricerca multicentrica. Il network è stato ideato su modello di quello già esistente per la sorveglianza dell’influenza stagionale. Lo stesso gruppo è stato attivato per far fronte all’emergenza SARS-CoV-2.

Nell’indagine di un’epidemia bisogna innanzitutto confermare che si tratti effettivamente di un evento epidemico. Nel caso di una malattia già presente nella popolazione, si devono raccogliere informazioni dettagliate sul numero di casi osservati nel passato. Inoltre, si deve decidere come identificare i casi stessi. Occorre, cioè, stabilire una definizione di caso in base a precisi sintomi (per esempio febbre, difficoltà respiratorie, ecc.), caratteristiche microbiologiche (conferma di laboratorio) o epidemiologiche (contatti con altri casi, storia di viaggi, ecc.).

È quindi fondamentale monitorare l’andamento dell’epidemia con un’analisi temporale (curva epidemica), spaziale (distribuzione geografica) e delle caratteristiche personali dei casi (gruppo di età, sesso, occupazione). Lo studio della distribuzione dei casi nel tempo è una delle fasi che richiedono maggiore attenzione. La forma della curva epidemica, infatti, fornisce già importanti informazioni sulle possibili modalità di trasmissione della malattia.

I tre grafici mostrano l’andamento dell’epidemia nel caso di: sorgente puntiforme, sorgente comune continua e curva epidemica propagata.

Nel caso di una sorgente puntiforme, limitata cioè a un’unica sorgente in un preciso momento, i casi di malattia si distribuiscono intorno a un picco e la curva si presenta con una rapida salita e una discesa più graduale, la cui ampiezza corrisponde approssimativamente al periodo di incubazione. È il caso, per esempio, di un’epidemia di origine alimentare nella quale la sorgente di infezione è rappresentata da un alimento contaminato consumato in un preciso momento.

Nel caso di una sorgente comune continua, i casi di malattia si distribuiscono in un periodo di tempo più lungo, come per esempio per la contaminazione di una sorgente di rifornimento idrico di un gruppo di abitazioni.

Nei focolai a trasmissione interumana la curva epidemica propagata è causata dal passaggio del patogeno da una persona suscettibile a un’altra, attraverso una trasmissione diretta da persona a persona. Questo tipo di curva è caratterizzata da una serie di picchi irregolari che corrispondono ognuno al nuovo gruppo di persone infettate.

L’andamento dei contagi nel mondo fino al 17 marzo (Immagine: Fondazione GIMBE)

Misure preventive

Formulate le ipotesi sulla causa, ancor prima della conclusione dell’indagine, bisogna immediatamente adottare le misure preventive generali e passare alla verifica delle ipotesi con adeguati studi analitici. La conferma della causa di malattia consente di mettere in atto strategie di controllo mirate per interrompere la catena di trasmissione e limitare i contagi.

Per limitare il più possibile la diffusione dell’epidemia, gli interventi adeguati dovrebbero essere messi in atto nei tempi più brevi possibili. Per questo, il lavoro di chi si occupa di epidemia è spesso frenetico.

I tipi di intervento per interrompere l’epidemia possono essere vari: la rimozione dell’alimento infetto nel caso di epidemie alimentari, la vaccinazione o l’isolamento per le malattie che si trasmettono da persona a persona.

Una pandemia rappresenta un evento eccezionale: è caratterizzata dalla diffusione globale di un nuovo agente infettivo nei confronti del quale l’intera popolazione mondiale non ha difese. In queste situazioni le misure sono finalizzate principalmente alla mitigazione. cioè a “spalmare” il numero di casi di malattia in un periodo di tempo sufficientemente lungo da garantire le adeguate cure sanitarie. Bisogna per prima cosa cioè garantire l’integrità del sistema sanitario.

Sulla storia dietro a questo grafico si può leggere il bell’articolo firmato da IlPost.it del 17 marzo.

 

Epidemiologia molecolare delle malattie infettive

Un efficace controllo delle malattie infettive dipende dalla rapidità di individuazione e caratterizzazione degli agenti eziologici, dalla predisposizione di sistemi di sorveglianza epidemiologica per verificare l’andamento delle malattie e l’effetto dei programmi di controllo e prevenzione delle infezioni. Nell’ultimo decennio, in seguito a l’insorgere di fenomeni che favoriscono la rapida diffusione di nuovi agenti patogeni (velocità di trasporto di merci e persone, urbanizzazione, aumento della popolazione, ecc.) “essere preparati” è diventato lo slogan centrale delle strategie di contrasto alle epidemie. Non si può pensare di organizzare una rete di controllo e risposta efficace mentre è in corso un’epidemia: è necessario che strutture ed organizzazione siano in piedi prima che un focolaio epidemico si possa manifestare.

In questo contesto è utile lo sviluppo dell’epidemiologia molecolare e della bioinformatica. Attraverso l’impiego di sofisticati metodi bioinformatici è infatti possibile analizzare un’enorme mole di dati genetici ottenuti dal sequenziamento del genoma dei ceppi patogeni, tracciandone così la storia evolutiva alla luce delle loro relazioni reciproche di discendenza e di affinità.

L’analisi filogenetica è oggi uno strumento fondamentale per la ricostruzione delle catene di contagio e la sorveglianza delle infezioni, in particolare di quelle emergenti. Consente di ottenere informazioni sull’origine e la modalità di espansione delle epidemie (filodinamica) e sul tasso di riproduzione di base R0, ovvero sul numero di casi secondari che possono essere generati da un caso indice. Permettono inoltre di ricostruire gli eventi di trasmissione e riconoscere i movimenti di un microrganismo tra un’area geografica e un’altra (filogeografia).

L’albero filogenetico mette in relazione le distanze genetiche tra ceppi di coronavirus umani isolati da pazienti con COVID19, SARS e MERS e ceppi isolati nel serbatoio animale (pipistrello). Immagine: Journal of Medical Virology, Volume: 92, Issue: 5, Pages: 522-528.

Un gruppo di scienziati dell’Università Statale e dell’Ospedale Sacco di Milano ha identificato molto rapidamente genomi completi del nuovo coronavirus isolandoli dai primi pazienti in Lombardia. Le sequenze genomiche dei questi casi sono state comparate subito con tutte le sequenze provenienti da altri paesi depositate in banche dati pubbliche dedicate. Le analisi hanno confermato la provenienza cinese del virus. I ricercatori hanno inoltre cercato di capire quando il virus fosse entrato nel territorio italiano: la stima preliminare corrisponde a un periodo che precede di diverse settimane il primo caso evidenziato in Italia, il 21 febbraio.

Per concludere, quello dell’epidemiologo o del medico di sanità pubblica è un mestiere importante: il compito è quello di proteggerci dalle minacce alla salute. Si tratta, però, di un compito spesso ingrato. Se non si interviene prontamente, un focolaio limitato di diffusione può innescare un’epidemia. Se si mette in guardia l’opinione pubblica su un rischio infettivo che poi non si concretizza, si viene accusati di allarmismo. E se si interviene in modo così efficace da stroncare un’epidemia sul nascere è difficile dimostrare che sia stato proprio quell’intervento a cambiare il corso degli eventi e non ci si trovi invece di fronte a un naturale esaurimento del fenomeno.

A questo link, a disposizione anche un approfondimento in PDF sulla storia dell’epidemiologia da Ippocrate fino ai giorni nostri.

Sulla figura di John Snow si può consultare anche l’articolo su Aula di Scienze John Snow, il padre dell’epidemiologia di Marco Boscolo.

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