Эволюция и паразитизм

Географическая среда оказывает влияние и на распространение болезней, которые не относятся к природно-очаговым. Под географической средой в этом смысле понимают совокупность природных факторов, связанных с деятельностью человека. Это прежде всего хозяйственные пути миграции животных. Например, переброска племенных животных из региона в регион, из страны в страну. Не меньшее значение имеет и размещение животных - плотность создаваемой популяции к многие другие моменты, отражающиеся на передаче инфекционного начала животным и человеку.

Давно было замечено, что эпизоотии и эпидемии случаются в определенные временные периоды, годы, сезоны. Исследователи обнаружили факты периодического появления эпизоотий, эпидемий некоторых болезней.

Оказалось, что случайного в этом ничего нет. В природе, окружающей нас, все явления или, по крайней мере, большинство из них происходят периодически. Смена сезонов года, дня и ночи проходит не бесследно для живых организмов, а вызывает периодические колебания биологических явлений.

В начале века российский исследователь А. В. Чижевский установил периодические закономерности подъемов и спадов заболеваемости человека многими инфекционными болезнями. Сопоставляя периодичность эпидемий и солнечных вспышек, он выявил 33-летнюю и 11-летнюю периодичность подъемов эпидемий некоторых заболеваний человека. По его наблюдениям, спады солнечной активности совпадали со спадами заболеваемости. Он объяснил влияние солнечной активности на биоритмы популяций микроорганизмов влиянием потока ионизирующего излучения. Последние годы исследователи обратили внимание на совпадение подъемов многих инфекций с различного ряда космическими излучениями.

Таким образом, нет ничего удивительного в явлении периодичности, которое, как это теперь очевидно, проявляется в отношении ряда инфекционных болезней животных и человека. Значит, можно рассматривать многолетнюю периодичность и сезонность как явления закономерные. Очевидно также, что периодичность, или цикличность, подъемов и спадов заболеваний во многом объясняется колебаниями численности популяций диких животных, их сезонными миграциями и рядом других причин, опосредованных через хозяйственную деятельность человека.

Можно считать, что сезонность систематически проявляется в случае каждого инфекционного заболевания. Однако здесь не все однозначно. Сезонный рост числа случаев и возникновение очагов болезней наиболее характерны для заболеваний с трансмиссивным механизмом передачи. Это объясняется увеличением числа кровососущих переносчиков в периоды года, благоприятные по температурным условиям для массового размножения членистоногих. Очевидна сезонность для многих природно-очаговых болезней, когда переносчиком или резервуаром возбудителя служат грызуны или дикие плотоядные животные (волки, лисицы, енотовидные собаки, шакалы, барсуки и др.). Таким образом, сезонность природно-очаговых болезней обусловлена экологическими и биологическими причинами.

Сезонные подъемы интенсивности эпизоотического процесса происходят также в связи с изменением температуры и влажности воздуха. Факторы среды, с одной стороны, понижают устойчивость организмов животных и человека к восприятию возбудителей болезней, а с другой - активизируют воздушно-капельный механизм передачи возбудителей. С ростом подъемов заболеваемости к определенному времени года говорят о весенней, летней, осенне-зимней сезонности инфекционных болезней. При некоторых заболеваниях отмечается двукратная сезонность. Так, следует иметь в виду, что при бешенстве среди диких носителей бывает два сезонных подъема - в феврале - апреле (брачный период носителей) и сентябре - октябре (расселение молодняка диких носителей). Аналогичная ситуация характерна и для вирусных энцефалитов (см. Энцефаломиелит западный и др.).

Механизм периодичности в принципе можно представить себе так. Массовые вспышки болезней приводят к переболеванию части популяции животных и коллектива людей. Какая-то часть популяции погибает, а среди оставшихся в живых образуется значительная прослойка особей, имеющих естественный иммунитет. Со временем эта прослойка сокращается, и если в данной местности появляется источник возбудителя инфекции, то при достаточном числе восприимчивых животных или людей вновь начинается эпизоотическая или эпидемическая вспышка. Подобная ситуация характерна для большинства вирусных инфекций. Вместе с тем сама по себе периодичность да и масштабы заболеваемости зависят от целого ряда разнородных причин - это и характер возбудителя, и иммунологическая структура восприимчивых особей, и многие другие факторы.

Например, при бешенстве, инфекции смертельной, подъемы эпизоотий следуют один за другим с частотой 3 - 4 года. В свою очередь, периодичность колебаний заболеваемости диких животных объясняется динамикой плотности популяций диких носителей вируса. Однако размеры самой популяции диких носителей, например лисиц, в свою очередь, зависят от размера популяции прокормителей этих животных.

На этом можно было бы закончить разговор о времени и пространстве в системе паразит - хозяин или эволюция и паразитизм. Но есть еще один вопрос, не коснуться которого просто невозможно.

 

ИЗМЕРЕНИЕ ОПАСНОСТИ

На многих примерах мы уже убедились и еще убедимся, что эпизоотический и эпидемический процессы представляют собой очень сложное природное явление, в основе которого лежит феномен биологического паразитизма, тесно связанный с механизмом передачи возбудителя инфекции.

Эпизоотический или эпидемический процесс может развиваться медленно и быстро, в одних случаях эпизоотия или эпидемия развивается на большом числе животных или людей, в других - на значительно меньшем. Значит, возможно иметь количественное представление об этом биологическом явлении и его количественное описание. Оно представляет собой перевод эпизоотологических или эпидемиологических понятий в математические выражения, необходимые для анализа процесса, его прогнозирования и управления мерами противодействия болезни, о чем люди мечтали давно и что частично реализуется в наше время.

Однако задача описания эпизоотического и эпидемического процессов осложняется многофакторностью биологического явления и ограниченными возможностями математики.

Мысль о том, чтобы средствами математики описать процесс передачи возбудителя, пришла в голову голландскому математику Бернулли (выходцу из знаменитой семьи математиков) в 1760 г. Ученый пришел к выводу о возможности создания математической модели эпидемии и предложил модель эффективности прививок против оспы. Затем англичанин Уильям Фарр в 1840 г. исследовал возникновение эпидемий оспы в Англии за период с 1837 по 1839 г. и определил коэффициенты возникновения болезни. В 1866 г. Фарр приступил к разработке математической модели чумы крупного рогатого скота, при помощи которой можно было бы прогнозировать возникновение эпизоотий. Модель Фарра считается первой удачной попыткой математически описать эпизоотический процесс.

Но обратимся к нашему времени. За последние десятилетия предложены сотни моделей эпизоотического и эпидемического процессов. Известный эффект они дают, и с каждым годом их возможности возрастают. Однако в нашу задачу не входят обзор и тем более подробное их описание. Остановимся поэтому на некоторых принципах моделирования этих сложных явлений.

Представим принцип простейшей модели. Рассуждать будем так. В любой момент общая численность особей (не важно, каких) в популяции представляет сумму восприимчивых, больных и невосприимчивых к болезни. Вполне естественно, что наиболее точная модель получится, если учитывать возрастание числа восприимчивых и вероятность потери невосприимчивости определенным числом особей (животных, людей).

Все эти факторы можно количественно оценить и соединить в уравнения. Например, при условии, что в популяции и + 1 особей, Х - число восприимчивых, К - число источников инфекции, в определенный момент сложится ситуация, которая описывается уравнением

 

                        Х + Y = n + 1.                        

Нам известно, что эпизоотия или эпидемия должна развиваться. В результате среднее число новых случаев болезни в течение последующего временного интервала будет возрастать пропорционально как числу источников возбудителя инфекции, так и числу восприимчивых особей. Скорость развития процесса будет зависеть от частоты контактов между восприимчивыми животными и плотностью их размещения на единице площади. Процесс разрастания числа заболевших развивается до тех пор, пока не достигнет максимума. Таким образом, характерное свойство эпидемического или эпизоотического процесса состоит в том, что сначала число новых случаев болезни возрастает, а затем уменьшается до нуля. Графически это можно изобразить в виде симметричной одновершинной кривой (колоколообразной кривой).

Математический анализ показал, что начальная численность восприимчивых особей не должна быть ниже отношения числа случаев удаления особей из стада (или популяции) к частоте контактов между восприимчивыми особями. Необходимый предел этого отношения называется порогом эпизоотии (эпидемии).

Приведенная модель, полученная на основе математических выкладок, соответствует реальному положению, так как риск распространения болезни должен быть выше там, где больше плотность популяции и ниже частота удаления заразившихся особей.

Таким образом, найдена возможность прогноза. Что же касается всего множества моделей, то, хотя многие, как мы уже говорили, позволяют решать необходимые задачи, абсолютный результат измерения опасности и масштабов борьбы с ней еще не получен.