15.2: Epidemiología

El campo de la epidemiología se refiere a la distribución geográfica y el momento en que ocurren las enfermedades infecciosas y cómo se transmiten y mantienen en la naturaleza, con el objetivo de reconocer y controlar los brotes. La ciencia de la epidemiología incluye la etiología (el estudio de las causas de la enfermedad) y la investigación de la transmisión de la enfermedad (mecanismos por los cuales se propaga una enfermedad). Los epidemiólogos son así científicos que estudian las causas y patrones de las enfermedades humanas, lo que implica examinar estadísticas para identificar amenazas a la salud y recomendar estrategias para reducir estas amenazas.

El trabajo de la epidemióloga Alice Wang se destaca en el siguiente video. Si bien muchos de los ejemplos de esta página se centran en enfermedades infecciosas (que resultan de peligros biológicos), los epidemiólogos también pueden estudiar enfermedades no transmisibles (como envenenamiento u obesidad). El texto al final del video dice: “¿Eres CDC? Para obtener más información sobre oportunidades de empleo con CDC, por favor visite: jobs.cdc.gov”.

Historia de la Epidemiología

Los estudios de médicos e investigadores del siglo XIX como John Snow, Florence Nightingale, Ignaz Semmelweis, Joseph Lister, Robert Koch, Louis Pasteur y otros sembraron las semillas de la epidemiología moderna.

John Snow (figura\(\PageIndex{a}\)) fue un médico británico conocido como el padre de la epidemiología por determinar el origen de la epidemia de cólera de Broad Street de 1854 en Londres. Con base en las observaciones que había hecho durante un brote de cólera anterior (1848—1849), Snow propuso que el cólera se propagara a través de una vía fecal-oral de transmisión y que un microbio era el agente infeccioso. Investigó la epidemia de cólera de 1854 de dos maneras. Primero, sospechando que el agua contaminada era la fuente de la epidemia, Snow identificó la fuente de agua para los infectados. Encontró una alta frecuencia de casos de cólera entre individuos que obtuvieron su agua del río Támesis aguas abajo de Londres. Esta agua contenía los desechos y aguas residuales de Londres y asentamientos río arriba. También señaló que los trabajadores de la cervecería no contrajeron cólera y en la investigación encontraron que los dueños proporcionaron a los trabajadores cerveza para beber y declararon que probablemente no bebieron agua. En segundo lugar, también mapeó minuciosamente la incidencia del cólera y encontró una alta frecuencia entre aquellos individuos que utilizaban una bomba de agua particular ubicada en la calle Broad. En respuesta al consejo de Snow, funcionarios locales retiraron el mango de la bomba, lo que resultó en la contención de la epidemia de cólera de Broad Street. La propia cuenta de John Snow de su obra tiene enlaces e información adicionales.

Figura\(\PageIndex{a}\): a) John Snow (1813—1858), médico británico y padre de epidemiología. b) El mapeo detallado de la incidencia del cólera de Snow condujo al descubrimiento de la bomba de agua contaminada en la calle Broad (plaza roja) responsable de la epidemia de cólera de 1854. (crédito a: modificación de obra por “Rsabbatini” /Wikimedia Commons)

El trabajo de Snow representa un estudio epidemiológico temprano y resultó en la primera respuesta de salud pública conocida a una epidemia. Los meticulosos métodos de seguimiento de casos de Snow son ahora una práctica común en el estudio de brotes de enfermedades y en la asociación de nuevas enfermedades con sus causas. Su trabajo arrojó más luz sobre las prácticas insalubres de aguas residuales y los efectos del vertido de desechos en el Támesis. Adicionalmente, su trabajo apoyó la teoría germinal de la enfermedad, la cual argumentó que la enfermedad podría transmitirse a través de artículos contaminados, entre ellos el agua contaminada con materia fecal.

El trabajo de Florence Nightingale es otro ejemplo de un estudio epidemiológico temprano. En 1854, Nightingale formaba parte de un contingente de enfermeras despachadas por los militares británicos para atender a los soldados heridos durante la Guerra de Crimea. Nightingale mantuvo registros meticulosos sobre las causas de la enfermedad y muerte durante la guerra. Su registro fue una tarea fundamental de lo que luego se convertiría en la ciencia de la epidemiología. Su análisis de los datos que recabó fue publicado en 1858. En este libro, presentó datos mensuales de frecuencia sobre las causas de muerte en un histograma de gráfico de cuña (figura\(\PageIndex{b}\)). Esta presentación gráfica de datos, inusual en su momento, ilustró poderosamente que la gran mayoría de las bajas durante la guerra se produjeron no por heridas sostenidas en acción sino por lo que Nightingale consideró enfermedades infecciosas prevenibles. A menudo estas enfermedades se presentaron por falta de saneamiento y falta de acceso a las instalaciones hospitalarias. Los hallazgos de Nightingale llevaron a muchas reformas en el sistema de atención médica del ejército británico. Conoce más sobre el gráfico de cuña de Nightingale aquí.

Figura\(\PageIndex{b}\): a) Florence Nightingale informó sobre los datos que recabó como enfermera en la Guerra de Crimea. b) El diagrama de Nightingale muestra el número de muertes en soldados por mes del conflicto por diversas causas. El número total de muertos en un mes en particular es igual al área de la cuña para ese mes. Las secciones coloreadas de la cuña representan diferentes causas de muerte: heridas (rosa), enfermedades infecciosas prevenibles (gris) y todas las demás causas (marrones).

Joseph Lister proporcionó evidencia epidemiológica temprana que condujo a buenas prácticas de salud pública en clínicas y hospitales. La mayoría de los médicos no se lavaban las manos entre las visitas de los pacientes ni limpiaban y esterilizaban sus herramientas quirúrgicas. Lister, sin embargo, descubrió las propiedades desinfectantes del ácido carbólico, también conocido como fenol. Introdujo varios protocolos de desinfección que redujeron drásticamente las tasas de infección posquirúrgica. Exigió que los cirujanos que trabajaban para él usaran una solución de ácido carbolico al 5% para limpiar sus herramientas quirúrgicas entre pacientes, e incluso llegaron a rociar la solución sobre vendas y sobre el sitio quirúrgico durante las operaciones (figura\(\PageIndex{c}\)). También tomó precauciones para no introducir fuentes de infección de su piel o ropa quitándose el abrigo, enrollándose las mangas y lavándose las manos en una solución diluida de ácido carbolico antes y durante la cirugía.

Figura\(\PageIndex{c}\): Joseph Lister inició el uso de un ácido carbólico (fenol) durante las cirugías. Esta ilustración de una cirugía muestra un bote presurizado de ácido carbólico que se pulveriza sobre el sitio quirúrgico.

Análisis de la enfermedad en una población

Los análisis epidemiológicos siempre se llevan a cabo con referencia a una población, que es el grupo de individuos que están en riesgo de padecer la enfermedad o afección. La población puede definirse geográficamente, pero si sólo una parte de los individuos de esa zona son susceptibles, se pueden requerir criterios adicionales. Los individuos susceptibles pueden definirse por comportamientos particulares, como el consumo de drogas intravenosas, poseer mascotas particulares o ser miembros de una institución, como una universidad. Poder definir la población es importante porque la mayoría de las medidas de interés en epidemiología se hacen con referencia al tamaño de la población.

El estado de estar enfermo se llama morbilidad. La morbilidad en una población se puede expresar de varias maneras diferentes. La morbilidad, o morbilidad total, se expresa en números de individuos sin referencia al tamaño de la población. La tasa de morbilidad se puede expresar como el número de individuos enfermos fuera de un número estándar de individuos en la población, como 100,000, o como un porcentaje de la población.

Hay dos aspectos de morbilidad que son relevantes para un epidemiólogo: la prevalencia de una enfermedad y su incidencia. La prevalencia es el número, o proporción, de individuos con una enfermedad particular en una población determinada en un momento determinado. Por ejemplo, los Centros para el Control y la Prevención de Enfermedades (CDC) estimaron que alrededor de 1.2 millones de personas en Estados Unidos vivían con una infección activa por el virus de la inmunodeficiencia humana (VIH) en 2018. Expresado como proporción, o tasa, esta es una prevalencia de 367 personas infectadas por cada 100 mil en la población. Por otro lado, la incidencia es el número o proporción de nuevos casos en un periodo de tiempo. Para el mismo año, los CDC estiman que hubo 36.400 casos recién diagnosticados de infección por VIH, lo que es una incidencia de 11.1 nuevos casos por cada 100 mil en la población. La relación entre incidencia y prevalencia se puede observar en la figura\(\PageIndex{d}\). Para una enfermedad crónica como la infección por VIH, la prevalencia generalmente será mayor que la incidencia porque representa el número acumulado de nuevos casos a lo largo de muchos años menos el número de casos que ya no están activos (porque el paciente murió o se curó).

Figura\(\PageIndex{d}\): El número de personas que viven con VIH (prevalencia), nuevas infecciones por VIH/SIDA (incidencia) y muertes por VIH/SIDA en Estados Unidos de 1990 a 2017. La prevalencia e incidencia también se puede expresar como una tasa o proporción para una población determinada. El número de personas que viven con el VIH ha aumentado con el tiempo, pero el número de nuevas infecciones ha fluctuado. Las muertes alcanzaron un máximo alrededor de 1995 y desde entonces han disminuido. Imagen de Max Roser y Hannah Ritchie (2018) - "VIH/SIDA”. Publicado en línea en OurWorldinData.org. (CC-BY).

Además de las tasas de morbilidad, también se puede reportar la incidencia y prevalencia de mortalidad (muerte). Una tasa de mortalidad se puede expresar como el porcentaje de la población que ha fallecido por una enfermedad o como el número de muertes por cada 100 mil personas (u otro número estándar adecuado).

Patrones de Incidencia

Las enfermedades que solo se ven ocasionalmente, y generalmente sin concentración geográfica, se denominan enfermedades esporádicas. Ejemplos de enfermedades esporádicas incluyen tétanos, rabia y peste. En Estados Unidos, Clostridium tetani, la bacteria que causa el tétanos, es ubicua en el ambiente del suelo, pero las incidencias de infección ocurren solo raramente y en lugares dispersos porque la mayoría de los individuos están vacunados, limpian las heridas adecuadamente, o solo rara vez se encuentran en una situación que causaría infección. De igual manera en Estados Unidos hay algunos casos dispersos de peste cada año, generalmente contraídos por roedores en zonas rurales de los estados occidentales.

Las enfermedades que están constantemente presentes (a menudo en un nivel bajo) en una población dentro de una región geográfica particular se denominan enfermedades endémicas. Por ejemplo, la malaria es endémica de algunas regiones de Brasil, pero no es endémica de Estados Unidos.

Las enfermedades para las que se presenta un número de casos mayor de lo esperado en poco tiempo dentro de una región geográfica se denominan enfermedades epidémicas. La influenza es un buen ejemplo de una enfermedad comúnmente epidémica. Los patrones de incidencia de influenza tienden a aumentar cada invierno en el hemisferio norte. Se esperan estos incrementos estacionales, por lo que no sería exacto decir que la influenza es epidémica cada invierno; sin embargo, algunos inviernos suelen tener un gran número de casos de influenza estacional en regiones particulares, y este tipo de situaciones calificarían como epidemias (cifras\(\PageIndex{e-f}\)).

Figura\(\PageIndex{e}\): La temporada de influenza 2007—2008 en Estados Unidos registró un número mucho mayor de lo normal de visitas a los servicios de emergencia por síntomas similares a la influenza en comparación con los años anteriores y siguientes. La línea de base nacional está cerca de 2.5%. Todos los años tienen un pico pequeño en enero y un pico más grande de febrero a abril. 2007-2008 tuvo el pico más grande en febrero a abril. 2008 — 2009 tuvo un pico adicional de mayo a septiembre. (crédito: modificación del trabajo por parte de los Centros para el Control y la Prevención de Enfermedades)

Figura\(\PageIndex{f}\): El umbral epidémico estacional (curva azul) está establecido por los datos basados en CDC de los cinco años anteriores. La línea base estacional fluctúa a un máximo en invierno. El umbral epidémico es apenas medio por ciento más alto que la línea base. La mortalidad real fluctúa por encima y por debajo de ambas líneas. Cuando las tasas reales de mortalidad superan este umbral, una enfermedad se considera epidémica. Como muestra esta gráfica, la mortalidad relacionada con la neumonía y la influenza vio epidemias pronunciadas durante los inviernos de 2003-2004, 2005 y 2008. (crédito: modificación del trabajo por parte de los Centros para el Control y la Prevención de Enfermedades)

Una epidemia que ocurre a escala mundial se llama enfermedad pandémica. Por ejemplo, el VIH/SIDA (síndrome de inmunodeficiencia adquirida) y la enfermedad por coronavirus 19 (COVID-19) son enfermedades pandémicas, y las nuevas cepas del virus de la influenza a menudo se vuelven

Etiología

Al estudiar una epidemia, la primera tarea de un epidemiólogo es determinar la causa de la enfermedad, llamada agente etiológico o agente causal. Conectar una enfermedad con un patógeno específico puede ser un desafío debido al esfuerzo adicional que normalmente se requiere para demostrar la causalidad directa en lugar de una asociación simple. No es suficiente observar una asociación entre una enfermedad y un presunto patógeno; se necesitan experimentos controlados para eliminar otras posibles causas. Además, los patógenos suelen ser difíciles de detectar cuando no hay una pista inmediata de lo que está causando el brote. Los signos y síntomas de la enfermedad también son comúnmente inespecíficos, lo que significa que muchos agentes diferentes pueden dar lugar al mismo conjunto de signos y síntomas. Esto complica el diagnóstico incluso cuando un agente causal es familiar para los científicos.

Robert Koch fue el primer científico en demostrar específicamente el agente causante de una enfermedad (ántrax) a fines del siglo XIX. Koch desarrolló cuatro criterios, ahora conocidos como postulados de Koch, los cuales tuvieron que cumplirse para vincular positivamente una enfermedad con un microbio patógeno (figura\(\PageIndex{g}\)). Entre 1876 y 1905, muchas enfermedades comunes se vincularon con sus agentes etiológicos, incluyendo cólera, difteria, gonorrea, meningitis, peste, sífilis, tétanos y tuberculosis. Hoy, utilizamos los postulados moleculares de Koch, una variación de los postulados originales de Koch. (Puedes leer más sobre ambos aquí. )

Figura\(\PageIndex{g}\): Los pasos para confirmar que un patógeno es la causa de una enfermedad en particular utilizando los postulados de Koch. (1) Solo los organismos enfermos deben contener el agente causante sospechoso (patógeno potencial). (2) El agente causante de organismos enfermos debe ser cultivado (cultivado en laboratorio). (3) El agente causante de organismos enfermos debe ser cultivado (cultivado en laboratorio). (3) El entonces el agente cultivado debe causar la misma enfermedad cuando un individuo sano y susceptible es infectado con él (inoculado). (4) El mismo agente causal debe aislarse y cultivarse del individuo en el paso anterior. Imagen y subtítulo (modificado) de OpenStax (CC-BY).

Cómo se propagan las enfermedades

Comprender cómo se propagan los patógenos infecciosos es fundamental para prevenir enfermedades infecciosas. Para que los patógenos persistan durante largos periodos de tiempo requieren reservorios donde residen normalmente. Los reservorios pueden ser organismos vivos (ratas, murciélagos, mapaches, ganado, etc.) o sitios no vivos. Los reservorios no vivos pueden incluir suelo y agua en el ambiente. Estos pueden albergar naturalmente al organismo porque puede crecer en ese ambiente. Estos ambientes también pueden contaminarse con patógenos en heces humanas, patógenos desprendidos por hospedadores intermedios o patógenos contenidos en los restos de hospedadores intermedios.

Un individuo capaz de transmitir un patógeno sin presentar síntomas es referido como portador. Un portador pasivo está contaminado con el patógeno y puede transmitirlo mecánicamente a otro huésped; sin embargo, un portador pasivo no está infectado. Por el contrario, un portador activo es un individuo infectado que puede transmitir la enfermedad a otros. Un portador activo puede presentar o no signos o síntomas de infección.

Independientemente del reservorio, la transmisión debe ocurrir para que una infección se propague. La transmisión de contacto incluye contacto directo o contacto indirecto. La transmisión de persona a persona es una forma de transmisión de contacto directo. Aquí el agente se transmite por contacto físico entre dos individuos (figura\(\PageIndex{h}\)) a través de acciones como tocar, besar, relaciones sexuales o aerosoles de gotas. La transmisión por contacto indirecto involucra objetos inanimados llamados fomites que se contaminan por patógenos de un individuo o reservorio infectado (figura\(\PageIndex{i}\)). Por ejemplo, un individuo con el resfriado común puede estornudar, haciendo que las gotas caigan sobre un fomite como un mantel o alfombra, o el individuo puede limpiarse la nariz y luego transferir moco a un fomite como un pomo o toalla.

Figura\(\PageIndex{h}\): La transmisión por contacto directo de patógenos puede ocurrir a través del contacto físico. Muchos patógenos requieren el contacto con una membrana mucosa para ingresar al cuerpo, pero el huésped puede transferir el patógeno de otro punto de contacto (por ejemplo, la mano) a una membrana mucosa (por ejemplo, la boca u ojo). (crédito restante: modificación de obra por Lisa Doehnert)

Figura\(\PageIndex{i}\): Los fomites son objetos no vivos que facilitan la transmisión indirecta de patógenos. Los pomos, toallas y jeringas contaminados son ejemplos comunes de fomitas. (crédito restante: modificación de obra de Kate Ter Haar; crédito medio: modificación de obra por Vernon Swanepoel; derecho de crédito: modificación de obra por “Zaldylmg” /Flickr)

La transmisión vehicular se refiere a la transmisión de patógenos a través de vehículos como el agua, los alimentos y el aire. La contaminación del agua por métodos de saneamiento deficientes conduce a la transmisión de enfermedades transmitidas por el agua Las enfermedades transmitidas por el agua siguen siendo un problema grave en muchas regiones del mundo. La Organización Mundial de la Salud (OMS) estima que el agua potable contaminada es responsable de más de 500 mil muertes cada año. Del mismo modo, los alimentos contaminados por un manejo o almacenamiento deficiente pueden conducir a la transmisión de enfermedades transmitidas por los alimentos. El polvo y las partículas finas conocidas como aerosoles, que pueden flotar en el aire, pueden transportar patógenos y facilitar la transmisión de enfermedades en el aire.

Las enfermedades también pueden transmitirse por un vector mecánico o biológico, un animal (típicamente un artrópodo) que transporta la enfermedad de un huésped a otro. Garrapatas, pulgas y mosquitos son ejemplos de vectores (figura\(\PageIndex{j}\)). La transmisión mecánica es facilitada por un vector mecánico, un animal que transporta un patógeno de un huésped a otro sin ser infectado por sí mismo. La transmisión biológica ocurre cuando el patógeno se reproduce dentro de un vector biológico que transmite el patógeno de un huésped a otro (figura\(\PageIndex{k}\)).

Figura\(\PageIndex{j}\): El mosquito Anopheles es el vector de Plasmodium, el cual causa malaria. Imagen de Alan R Walker (CC-BY-SA).

Figura\(\PageIndex{k}\): (a) Un vector mecánico transporta un patógeno en su cuerpo de un hospedador a otro, no como una infección. Paso 1: La mosca recoge el patógeno de la materia fecal y lo lleva sobre su cuerpo. 2: La mosca transfiere el patógeno a los alimentos. 3: La persona come alimentos contaminados y se enferma. b) Un vector biológico transporta un patógeno de un hospedador a otro después de infectarse por sí mismo. Paso 1: Mosquitos infectados picaduras de persona no infectada. 2: Las infecciones se propagan a través del cuerpo y a los glóbulos rojos. 3: Segundo mosquito pica a persona infectada. Ahora es posible que el mosquito transmita la infección a otra persona.

La degradación del ecosistema puede aumentar la propagación de enfermedades a través de varios mecanismos En primer lugar, puede promover poblaciones de vectores. Por ejemplo, la deforestación, las represas y la urbanización incrementan la cantidad de agua estancada, incrementando el hábitat de vectores, como los mosquitos. Adicionalmente, el cambio climático puede ampliar la gama de vectores de enfermedades que se limitan a regiones tropicales o subtropicales. Segundo, las interrupciones en el ciclo del agua pueden crear condiciones que favorecen a los patógenos. Por ejemplo, la escorrentía de fertilizantes de la agricultura aumenta los niveles de nutrientes, haciendo que los cuerpos de agua sean más adecuados para la bacteria que causa el cólera. El aumento de las inundaciones como resultado de los cambios en el uso del suelo y el cambio climático también facilita la propagación de enfermedades transmitidas por el agua.

Una tercera forma en que la degradación de los ecosistemas puede aumentar la propagación de enfermedades es a través de la disminución Por ejemplo, la enfermedad de Lyme es causada por la bacteria Borrelia y se transmite a los humanos desde pequeños mamíferos (los reservorios) por garrapatas (figuras\(\PageIndex{l-m}\)). Algunos reservorios (ardillas y zarigüeyas) eliminan las garrapatas, reduciendo la infección, pero los ratones de campo no. La fragmentación del hábitat ha aumentado los ratones de campo en relación con las ardillas y zarigüeyas y, por lo tanto, aumentó el reservorio para la

Figura\(\PageIndex{l}\): Dibujo de la bacteria Borrelia burgdorferi, que causa la enfermedad de Lyme. Imagen de Lamiot (CC-BY-SA).

Figura\(\PageIndex{m}\): Ciclo de vida de la bacteria Borrelia burgdorferi, que causa la enfermedad de Lyme. Las garrapatas pueden adquirir esta bacteria cuando se alimentan del huésped inicial y luego transmiten la enfermedad a los humanos. Paso 1: Las hembras adultas dejan al huésped para poner huevos. 2: Los huevos eclosionan en larvas de seis patas. 3: Las larvas se adhieren y se alimentan del primer huésped (varios mamíferos pequeños) y pueden adquirir B. burgdorferi. 4: Las larvas mudan a ninfas después de dejar el primer huésped. 5: Las ninfas se adhieren y se alimentan del segundo huésped y pueden adquirir B. burgdorferi. 6: Las ninfas mudan a adultos después de dejar el segundo huésped. 7: Los adultos se adhieren al tercer huésped (como el venado) para alimentarse y aparearse. 8: Una flecha se ramifica desde el paso 4 indicando que las ninfas infectadas se alimentan de humanos, transmitiendo B. burgdorferi. 9: Los adultos infectados se alimentan de perros y en ocasiones de humanos, transmitiendo B. burgdorferi. Imagen del Grupo de Trabajo sobre Enfermedades Transmitidas por garrapatas 2018 Informe al Congreso.

Los individuos sospechosos o que se sabe que han estado expuestos a ciertos patógenos contagiosos pueden ser puestos en cuarentena o aislados para evitar la transmisión de la enfermedad a otros. Los hospitales y otros centros de salud generalmente establecen salas especiales para aislar a pacientes con enfermedades particularmente peligrosas como tuberculosis o COVID-19 (figura\(\PageIndex{n}\)). Dependiendo del entorno, estas salas pueden estar equipadas con métodos especiales de manejo de aire, y el personal puede implementar protocolos especiales para limitar el riesgo de transmisión, como equipo de protección personal o el uso de aerosoles desinfectantes químicos al ingreso y salida del personal médico.

Figura\(\PageIndex{n}\): a) El Sistema Aeromédico de Contención Biológica (ABCS) es un módulo diseñado por los CDC y el Departamento de Defensa específicamente para el transporte aéreo de pacientes altamente contagiosos. b) Una sala de aislamiento para pacientes con ébola en Lagos, Nigeria. (crédito a: modificación del trabajo por parte de los Centros para el Control y la Prevención de Enfermedades; crédito b: modificación del trabajo por CDC Global)

Atribución

Modificado por Melissa Ha de Enfermedades y Epidemiología de Microbiología por OpenStax (licenciado bajo CC-BY). Accede gratis en openstax.org.