Оценка и контроль популяций переносчиков инфекций методами ГИС и экологической инженерии

Введение в пространственный анализ и контроль ареалов переносчиков. Для точной оценки ключевых параметров популяций переносчиков опасных трансмиссивных инфекций, таких как их пространственная численность, плотность и потенциальный ареал распространения, в современной эпидемиологии активно применяются методы экологического описания и компьютерного моделирования среды обитания.

Комбинация дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) со спутниковых платформ и геоинформационных систем (ГИС) позволяет выявлять микроклиматические и гидрологические условия, благоприятные для размножения членов семейств Culicidae (комары), Psychodidae (москиты) и моллюсков-промежуточных хозяев гепатогельминтов.

Применение ДЗЗ и ГИС в картографировании мест размножения. Использование высокоразрешающих спутниковых снимков обеспечивает быструю идентификацию естественных и антропогенных биотопов. В классическом исследовании Рейманковой и соавторов (1998) на территории Белиза были подробно изучены места обитания личинок малярийных комаров Anopheles vestitipennis и Anopheles punctimacula.

Авторы классифицировали восемь ключевых типов биотопов, базируясь на их гидрологическом режиме и преобладающих растительных формах. Разработанная исследователями дискриминантная функция статистического анализа показала высокую точность пространственного прогнозирования:

- Для вида Anopheles vestitipennis корректность идентификации наличия личинок составила 65% при точности определения их отсутствия в 88% контрольных точек.
- Для вида Anopheles punctimacula правильная идентифицируемость присутствия личинок достигла 81%, а отсутствия — 45% исследованных участков.

Огромную роль мультиспектрального зондирования в снижении эпидемиологических рисков подчеркивают Дейл и соавторы (1998). На примере субтропической зоны штата Квинсленд (Австралия) показано, как картографирование солончаковых болот и пресноводных водоемов помогает контролировать переносчиков опасных арбовирусов — комаров Aedes vigilax и Culex annulirostris.

С помощью пространственной обработки данных ДЗЗ исследователи создают динамические карты временных мест скопления воды, формирующихся после сильных летних муссонных дождей. Применение цветной инфракрасной аэрофотосъемки позволяет визуализировать структуру водного слоя под густым пологом мангровых лесов, что обеспечивает точную локализацию кладок яиц Aedes vigilax и дает возможность проводить точечные противоэпидемические обработки до начала массового вылета имаго.

Антропогенная трансформация гидросистем и риски эндемий. Модификация естественных ландшафтов и ликвидация временных водоемов представляют собой первую линию экологической защиты от трансмиссивных заболеваний. Однако неконтролируемая гидротехническая деятельность человека зачастую приводит к обратному эффекту — формированию искусственных биотопов, провоцирующих взрывной рост популяций переносчиков.

Влияние крупных гидротехнических сооружений и плотин. Строительство дамб и плотин кардинально меняет гидрологию речных систем. В тропических регионах ослабление скорости течения в нижних бьефах плотин приводит к образованию изолированных русловых луж и застойных заводей. Такие участки становятся идеальными очагами передачи малярии (Anopheles spp.) и кишечно-полостного шистосомоза, переносимого пресноводными моллюсками родов Biomphalaria и Bulinus.

По данным ФАО (2004), снизившийся речной сток в прибрежных зонах способствует вторжению морской воды в устья рек. Повышение солености провоцирует массовое размножение солоноводных видов комаров, таких как:
- Anopheles sundaicus
- Anopheles melas
- Anopheles merus
- Anopheles albimanus

Кроме того, быстрины и водосбросные сооружения плотин насыщают воду кислородом, создавая оптимальные условия для мошек семейства Simuliidae — переносчиков филяриатоза (онхоцеркоза). Образующиеся застойные зоны водохранилищ одновременно зарастают высшими водными макрофитами, стимулирующими размножение брюхоногих моллюсков.

Коррекция инженерно-технических решений. Многие проблемы векторного контроля могут быть эффективно решены путем модернизации конструкции гидроузлов и изменения правил их эксплуатации (Pike, 1987):

1. Альтернативный водосброс: Поочередное использование двух параллельных водосбросных каналов гидроэлектростанций позволяет периодически осушать их стенки. Это прерывает личиночное развитие мошек Simuliidae и предотвращает выплод взрослых особей.

2. Механический контроль макрофитов: Систематическая очистка водоемов от высшей водной растительности лишает пресноводных улиток кормовой базы и субстрата для откладки икринок.

3. Периодическое осушение: Замена традиционного непрерывного затопления рисовых чеков на систему чередования влажных и сухих фаз в сочетании с синхронным сбором урожая нарушает жизненные циклы малярийных комаров.

4. Автоматический дренаж: Внедрение самоотводящихся стоячих водоемов в Зимбабве позволило снизить заболеваемость шистосомозом в несколько раз (Chimbale et al., 1993).

5. Оптимизация ирригации: Изменение сроков посевных работ и управления режимами воды в Японии существенно сократило численность комаров Culex tritaeniorhynchus — главного переносчика вируса японского энцефалита (Такаги и др., 1995).

6. Переход на закрытый полив: Отказ от открытых оросительных каналов в пользу подземного, капельного или дождевального орошения полностью устраняет открытые зеркала воды (USAID, 1975; Worthington, 1983).

Экологические противоречия искусственных водно-болотных угодий. Сложную эпидемиологическую проблему представляет создание искусственных очистных болот (constructed wetlands), предназначенных для естественной биологической фильтрации городских ливневых и хозяйственно-бытовых стоков. Как отмечает Рассел (1999), подобные мелиоративные объекты в Австралии стали мощнейшими источниками вспышек малярии и арбовирусных инфекций.

Неглубокие водоемы с мелководными краями, высокой температурой воды и обильной растительностью идеальны для размножения комаров. Их прямое примыкание к жилым пригородным зонам резко повышает частоту контактов переносчика с человеком.

Для решения этой проблемы Рассел предлагает комплекс гидроинженерных мер:
- Углубление чаши водоемов с формированием крутых, очищенных от растительности берегов;
- Применение принудительной аэрации и разбрызгивателей для создания волновых колебаний воды;
- Внедрение регламентированных режимов технического затопления и полного осушения.

Хотя указанные меры могут частично снижать производительность очистных болот как биологических фильтров, биоинженерный контроль комаров обязан быть обязательной частью нормативной документации при их проектировании.

Малые гидротехнические объекты и локальные очаги инфекций. Даже малые инженерные формы способны формировать устойчивые micro-habitats для опасных патогенов.

- Шахтные и неглубокие колодцы: В исследовании Chaniotis и Tselentis (1996) в трех регионах Греции 47% обследованных колодцев (37 из 79) оказались заселены москитами Psychodidae. Среди них доминировали виды Phlebotomus tobbi и Phlebotomus neglectus — известные переносчики висцерального лейшманиоза.

- Сельскохозяйственные приямки: В Сенегале (район Дакара) кустарные колодцы для полива огородов поддерживают плотные популяции Anopheles arabiensis (входит в комплекс Anopheles gambiae) (Авоно-Амбене и Роберт, 1999). В Танзании аналогичные водопои вблизи пастбищ также являются ключевыми точками выплода данного вида (Charlwood and Edoh, 1996).

- Древние ирригационные резервуары: На Шри-Ланке при исследовании традиционных деревенских прудов было выявлено 12 видов малярийных комаров (Amerasinghe et al., 1997). Наиболее массовыми видами выступали Anopheles varuna и Anopheles culicifacies. При этом в предмуссонный период Anopheles culicifacies мигрирует из пересыхающих русел рек в искусственные резервуары, поддерживая круглогодичную циркуляцию малярийного плазмодия.

Рисунок — Типичный микробиотоп выплода москитов Phlebotomus и комаров Anopheles в колодцах и мелких резервуарах

Глобализация, шинный транспорт и синантропные переносчики. Международная торговля и логистика б/у автомобильных шин создали глобальный канал переноса яиц и личинок синантропных комаров. Внутренняя полость покрышек идеальна для сохранения влаги и защиты от инсоляции.

В 1979 году в Албании на складе резиновых изделий впервые вне пределов Азии и Австралии был зарегистрирован инвазивный азиатский тигровый комар Aedes albopictus (Adhami and Reiter, 1998). Этот вид является высокоэффективным переносчиком целого ряда вирусных патогенов:

- Вирус восточного энцефаломиелита лошадей (ВЭЭЛ): Выделен из Aedes albopictus во Флориде в 1991 году.
- Вирусы Потоси и Кэш-Вэлли: Систематически изолируются из синантропных комаров в зонах складирования покрышек.
- Вирус Ла-Кросс: Выделен из Aedes triseriatus в штате Иллинойс (1994–1995 гг.) (Mitchell et al., 1998).

Эпидемиологическое исследование арбовирусов во Флориде (1993 г.) показало, что 48,8% (21 из 43) всех изолированных штаммов вирусов были получены из комаров, пойманных непосредственно на территориях свалки и хранения старых автошин (Mitchell et al., 1996).

Физико-химический мониторинг водной среды и превентивные меры. Борьба с синантропными видами комаров в урбанизированной среде требует применения простых, но строго соблюдаемых гигиенических регламентов:

- Герметичное перекрытие резервуаров с питьевой и технической водой;
- Оснащение мелкоячеистыми защитными сетками выгребных ям, септиков и смотровых колодцев;
- Профилирование дренажных канав для предотвращения застоя поверхностных стоков;
- Регулярная утилизация крупногабаритного бытового мусора и банок, способных накапливать дождевую воду.

Для крупных и сложных экосистем необходим глубокий анализ физико-химических гидрологических параметров. Amerasinghe и соавторы (1995) установили четкие экологические корреляции для прогнозирования состава популяций переносчиков:

- Для Anopheles culicifacies выявлена стойкая положительная корреляция между плотностью личинок, концентрацией растворенных фосфатов, уровнем растворенного кислорода (O₂) и температурой воды.
- Для Anopheles nigerrimus, напротив, характерна отрицательная корреляция с температурой и уровнем кислорода.

Подобный гидрохимический профиль позволяет эпидемиологам с высокой точностью прогнозировать вспышки численности конкретных видов переносчиков при масштабной трансформации ландшафтов, например, при расчистке тропических лесов Шри-Ланки под новые рисовые плантации.

Сведения об авторах и источниках:

Авторы: Д. Дадли Уильямс, Блауштейн Л. и С.С. Шварц, Кили Дж.Э. и П.Х. Зедлер, Аматали М.А., Боуэн Р.

Источник: Биология временных водоемов

Данные публикации будут полезны студентам, изучающим биологические и экологические науки, начинающим исследователям в области экологии пресноводных водоемов и зоологии беспозвоночных, а также специалистам по охране природы и всем, кто интересуется глобальной сравнительной экологией сообществ временных водных сред обитания.