Византийский придворный историк Прокопий Кесарийский в своей работе «История войн» описал людей с лихорадкой, бредом и бубонами. Он писал, что эпидемия была той, «из-за которой весь человеческий род был близок к уничтожению».Прокопий писал о симптомах болезни:

«… в большинстве случаев это происходило так, что они были охвачены болезнью, не осознавая того, что происходило либо в видении наяву, либо во сне. … У них внезапно поднялась температура: одни только что проснулись, другие во время прогулки, а третьи были заняты другими делами, не обращая внимания на то, что они делали. И тело не изменилось по сравнению с прежним цветом, и оно не было горячим, как можно было бы ожидать при приступе лихорадки, и даже не началось воспаление, но лихорадка была такой вялой с самого начала и до вечера, что ни самим больным, ни прикоснувшемуся к ним врачу это не внушало бы никаких подозрений об опасности.Поэтому было естественно, что ни один из заболевших не ожидал, что умрет от нее. Но в одних случаях в тот же день, в других — на следующий день, а в остальных — несколько дней спустя, образовалась бубонная опухоль; и это происходило не только в той части тела, которая называется бубон, то есть «ниже живота», но также внутри подмышки, а в некоторых случаях также возле ушей и в различных точках на бедрах. ”14

В центре пандемии Юстиниана был Константинополь, пик которого пришелся на весну 542 года, когда в городе погибало 5000 человек в день, хотя по некоторым оценкам, до 10 000 человек в день, а затем погибло более трети населения города.Жертв было слишком много, чтобы их можно было похоронить, и они были сложены высоко в городских церквях и башнях городских стен, а их христианская доктрина препятствовала их уничтожению путем кремации. В течение следующих трех лет чума охватила Италию, юг Франции, долину Рейна и Иберию. Заболевание распространилось на север в Данию и на запад в Ирландию, затем в Африку, Ближний Восток и Малую Азию. Между 542 и 546 годами эпидемии в Азии, Африке и Европе унесли жизни почти 100 миллионов человек15, 16

Пандемия оказала серьезное воздействие и навсегда изменила социальную ткань западного мира.Это способствовало падению правления Юстиниана. Производство продуктов питания было серьезно нарушено, и последовал восьмилетний голод. Аграрная система империи была реструктурирована и в конечном итоге стала трехполевой феодальной системой. Социальные и экономические потрясения, вызванные пандемией, ознаменовали конец римского правления и привели к рождению самобытных в культурном отношении социальных групп, которые позже сформировали нации средневековой Европы12.

Дальнейшие крупные вспышки произошли по всей Европе и на Ближнем Востоке в течение следующих 200 лет — в Константинополе в 573, 600, 698 и 747 годах, в Ираке, Египте и Сирии в 669, 683, 698, 713, 732 и 750 годах. и Месопотамия в 686 и 704 годах.В 664 году чума опустошила Ирландию, а в Англии она стала известна как чума времен Кадваладыра в честь валлийского короля, который заразился чумой, но пережил ее в 682 году. и не возникла повторно как крупная эпидемия до 14 века.

«Черная смерть» Европы в 1347–1352 годах

Черная смерть 1347 года была первой крупной вспышкой в ​​Европе второй пандемии чумы, которая произошла в XIV-XVIII веках.В 1346 году в европейских портах стало известно, что на Востоке эпидемия чумы. В 1347 году чума была занесена в Крым из Малой Азии татарскими войсками хана Джанибега, осадившего город Каффа (ныне Феодосия на Украине), генуэзский торговый город на берегу Черного моря. Осада татар не увенчалась успехом, и перед их отъездом, судя по описанию Габриэля де Муссиса из Пьяченцы, они в отместку катапультировались через стены Каффских трупов людей, погибших от Черной смерти.В панике генуэзские торговцы бежали на галерах с «болезнью, цепляющейся за их кости» в Константинополь и через Средиземное море в Мессину, Сицилию, где началась великая европейская пандемия. К 1348 году она достигла Марселя, Парижа и Германии, затем Испании, Англии и Норвегии в 1349 году и Восточной Европы в 1350 году. Татары покинули Каффу и унесли чуму с собой, распространив ее дальше в Россию и Индию.17

Описание симптомов чумы было дано Джованни Боккаччо в 1348 году в его книге «Декамерон», своде рассказов о группе флорентийцев, которые уединились в деревне, чтобы избежать чумы:

“.. как у мужчин, так и у женщин он сначала проявляется в появлении определенных опухолей в паху или подмышечных впадинах. Некоторые из них вырастали до размеров обычного яблока, другие — как яйцо, некоторые — больше, некоторые — меньше, что в народе называлось гавоччоло. Этот смертоносный гавоччиоло вскоре начал распространяться из этих двух частей тела и безразлично распространяться во всех направлениях; после чего форма болезни начала меняться, во многих случаях на руке, бедре или где-либо еще появлялись черные или багровые пятна.. «17

Термин «Черная смерть» использовался намного позже в истории и в 1347 году был просто известен как « pestilence » или « pestilentia », и существуют различные объяснения происхождения этого термина. Батлер [11] утверждает, что этот термин относится к геморрагической пурпуре и ишемической гангрене конечностей, которые иногда возникают в результате сепсиса. Зиглер17 утверждает, что это происходит от перевода латинского pestis atra или atra mors , «atra» означает «ужасный» или «ужасный», значение которого было «черный», а «mors» — «смерть». и поэтому «атра морс» было переведено как «черная смерть».

Социальные последствия Черной смерти в Европе в XIV веке

Общий уровень смертности варьировался от города к городу, но в таких местах, как Флоренция, по наблюдениям Боккаччо, погибло до половины населения, итальянцы называют эпидемию mortalega grande, а — «величайшей смертностью». [18] Люди умирали с такой скоростью, что надлежащее захоронение или кремация не могли произойти, трупы бросали в большие ямы, а разлагающиеся тела лежали в их домах и на улицах.Люди боялись не только физической смерти, но и духовной смерти, поскольку не было духовенства для совершения погребальных обрядов:

«Расправы не было; церкви и часовни были открыты, но ни священники, ни кающиеся не входили — все шли в склеп. Пономарь и врач были брошены в одну и ту же глубокую и широкую могилу; завещателя, его наследников и исполнителей вместе бросили из одной телеги в одну яму »18

Считалось, что болезнь передается через миазмы, болезни, переносящие пары, исходящие от трупов и гнилостного вещества или от дыхания инфицированного или больного человека.Другие думали, что Черная смерть была наказанием от Бога за их грехи и аморальное поведение или была вызвана астрологическими и природными явлениями, такими как землетрясения, кометы и соединения планет. Люди обращались к святым-покровителям, таким как святой Рох и святой Себастьян или к Деве Марии, или присоединялись к процессиям флагеллянтов, которые хлестали себя бичами с гвоздями и произносили гимны и молитвы, переходя из города в город.17, 19, 20

«Когда флагелланты — их также называли крестоносцами и крестоносцами — входили в город, местечко или деревню в процессии, их вход сопровождался звоном колоколов, пением и огромной толпой людей.Поскольку они всегда шли по двое в ряд, процессия многочисленных кающихся достигала большего, чем мог видеть глаз ». [20]

Единственными лекарствами были вдыхание ароматических паров цветов и трав, таких как роза, териака, алоэ, тимьян и камфора. Вскоре возникла нехватка врачей, что привело к увеличению числа шарлатанов, продающих бесполезные лекарства, амулеты и другие украшения, которые утверждали, что предлагают магическую защиту.

Во время этой второй пандемии чума снова вызвала серьезные социальные и экономические потрясения.Часто были уничтожены целые семьи и брошены деревни. Невозможно было собирать урожай, поездки и торговля сократились, а еды и промышленных товаров стало не хватать. Из-за нехватки рабочей силы уцелевшие сельские рабочие, «виллэны», вымогали непомерную заработную плату у оставшихся аристократических землевладельцев. Деревни процветали и приобретали землю и собственность. Чума разрушила нормальное разделение между высшими и низшими классами и привела к появлению нового среднего класса.17, 9 Чума привела к озабоченности смертью, о чем свидетельствуют жуткие произведения искусства, такие как «Триумф смерти » Питера Брейгеля Старшего в 1562 году, на котором на панорамном пейзаже изображены армии скелетов, убивающих людей всех социальных слоев. крестьяне королям и кардиналам самыми жуткими и жестокими способами.

В период с 1347 по 1350 год Черная смерть убила четверть населения Европы, более 25 миллионов человек и еще 25 миллионов в Азии и Африке.[15] Смертность была еще выше в таких городах, как Флоренция, Венеция и Париж, где более половины умерли от чумы. Вторая крупная эпидемия произошла в 1361 году, pestis secunda , от которой умерло от 10 до 20% населения Европы.13 В это время произошли другие эпидемии вирулентных инфекционных заболеваний с высокой смертностью, такие как оспа, детская диарея и дизентерия. К 1430 году численность населения Европы была ниже, чем в 1290 году, и она не восстановится до уровня, предшествующего пандемии, до 16 века.13, 21

Карантин

В 1374 году, когда в Европе вновь возникла новая эпидемия Черной смерти, Венеция ввела различные меры общественного здравоохранения, такие как изоляция жертв от здоровых людей и предотвращение посадки в порту судов с заболеваниями. В 1377 году республика Рагуза на Адриатическом море (ныне Дубровник в Югославии) создала причал для кораблей вдали от города и гавани, в которой путешественники, подозреваемые в чуме, должны были провести тридцать дней, trentena , чтобы проверить, не они заболели и умерли или остались здоровыми и могли уехать. trentena оказался слишком коротким, и в 1403 году в Венеции путешественники из Леванта в восточном Средиземноморье были изолированы в больнице на сорок дней, quarantena или quaranta giorni , из которых мы получили термин карантин. .8,18 Это изменение на сорок дней могло быть также связано с другими библейскими и историческими ссылками, такими как соблюдение христианами Великого поста, период, в течение которого Христос постился в пустыне, или древнегреческое учение о «критических днях», которое соблюдалось. это заразное заболевание разовьется в течение 40 дней после заражения.22 В последующем 14-15 веках в большинстве стран Европы был введен карантин, а в 18 веке Габсбург установил санитарный кордон , линию между зараженными и чистыми частями континента, которая пролегала от Дуная до Балкан. Он был укомплектован местными крестьянами с контрольно-пропускными пунктами и карантинными станциями для предотвращения перехода инфицированных людей из восточной в западную Европу8

Кожаный костюм чумных врачей в Неймегене

В 15 и 16 веках врачи носили особый костюм, чтобы защитить себя от чумы, когда они посещали инфицированных пациентов, впервые проиллюстрированный на рисунке Паулюса Фёрста в 1656 году, а позже Жан-Жак описал похожий костюм, который носили чумные врачи в Неймегене. , старый голландский город в Гелдерланде, в его труде 1721 года «Трактат о чуме».Они носили защитную одежду с головы до ног с кожаными или клеенчатыми халатами, леггинсы, перчатки и капюшон, шляпу с широкими полями, обозначающую их медицинскую профессию, и маску, похожую на клюв, со стеклянными глазами и двумя дыхательными ноздрями, наполненными ароматическими травами и цветы, чтобы отогнать миазмы. Они избегали контакта с пациентами, измеряя их пульс палкой, или выписывали рецепты на ингаляции ароматических трав, пропуская их через дверь, а бубоны протыкали ножами длиной в несколько футов.19

Великая лондонская чума 1665–1666 гг.

Чума продолжала возникать небольшими эпидемиями по всему миру, но крупная вспышка легочной чумы произошла в Европе и Англии в 1665–1666 годах. Эпидемия была описана Сэмюэлем Пеписом в своих дневниках в 1665 году и Даниэлем Дефо в 1722 году в его книге «А». Журнал года чумы. Людей запирали в своих домах, двери расписывались крестом. Эпидемия достигла пика в сентябре 1665 года, когда только в Лондоне умирали 7000 человек в неделю.Между 1665 и 1666 годами умерла пятая часть населения Лондона, около 100 000 человек [17]. Великий лондонский пожар в 1666 году и последующее восстановление деревянных и соломенных домов из кирпича и плитки нарушили нормальную среду обитания крыс и привели к сокращению их численности и, возможно, стали одним из факторов, способствовавших прекращению эпидемии.

Старый английский детский стишок, опубликованный в книге Кейт Гринуэй «Мать гусь 1881», напоминает нам о симптомах чумы:

‘Ring, a-ring, o’rosies, (красная пузырчатая сыпь)

Карман, полный букетов (ароматные травы и цветы для защиты от «миазмов»)

Atishoo, atishoo (чихание и кашель, предвещающие пневмонию)

Мы все падаем.'(Все мертвы)

Чума усиливалась и утихала в Европе до конца 18 века, но не с такой опасностью и смертностью, как европейская Черная смерть 14 века.

Третья пандемия 1894 года

Чума вновь вышла из резервуара диких грызунов в отдаленной китайской провинции Юньнань в 1855 году. Оттуда болезнь распространилась по оловянным и опиумным путям и достигла столицы провинции Куньмин в 1866 году, Тонкинского залива в 1867 году. , и порт провинции Гуандун Пахой (ныне Пей-Хай) в 1882 году.В 1894 году он достиг Кантона, а затем распространился на Гонконг. К 1896 году он распространился на Бомбей, а к 1900 году достиг портов на всех континентах, переносимый инфицированными крысами, путешествующими по международным торговым маршрутам на новых пароходах.3,23 Именно в Гонконге в 1894 году Александр Йерсен обнаружил бациллу, теперь известную как Yersinia pestis , а в Карачи в 1898 году Пол-Луи Симонд обнаружил, что коричневая крыса была основным хозяином, а крысиная блоха — переносчиком болезни 3, 4, 24, 25

В 1900 году чума пришла в Австралию, где первая крупная вспышка болезни произошла в Сиднее, ее эпицентр был у пристаней Дарлинг-Харбор, распространившись на город, Серри-Хиллз, Глеб, Лейххардт, Редферн и Скалы, и унесло жизни 100 человек.Джон Эшбертон-Томпсон, главный врач, зарегистрировал эпидемию и подтвердил, что крысы были источником, а их блохи — переносчиками эпидемии. С 1900 по 1925 год в Австралии произошло 12 крупных вспышек чумы, в результате которых был зарегистрирован 1371 случай и 535 летальных исходов, большинство из которых произошло в Сиднее26.

Третья пандемия увеличивалась и уменьшалась во всем мире в течение следующих пяти десятилетий и не прекратилась до 1959 года, когда чума унесла жизни более 15 миллионов человек, большинство из которых пришлись на Индию.С тех пор были вспышки чумы, например, в Китае и Танзании в 1983 году, в Заире в 1992 году и в Индии, Мозамбике и Зимбабве в 1994 году15, 27. На Мадагаскаре в середине 1990-х годов был отмечен штамм бациллы с множественной лекарственной устойчивостью. выявлено15, 28. В настоящее время ежегодно происходит около 2000 случаев заболевания, в основном в Африке, Азии и Южной Америке, а уровень летальности во всем мире составляет от 5% до 15% 28.

Бубонная чума — это опасное заболевание со значительным уровнем смертности, которое передается в основном через укус крысиной блохи или от человека к человеку в легочной форме.На протяжении всей истории было бесчисленное количество эпидемий чумы, но именно пандемии 6, 14 и 20 веков оказали наибольшее влияние на человеческое общество не только с точки зрения огромной смертности, но и с точки зрения социальной, экономической и культурной жизни. последствия, которые возникли. Курс развития сообществ и народов менялся несколько раз. Многое изменилось, чтобы предотвратить повторение пандемической чумы, например, развитие теории микробов и науки о бактериологии, меры общественного здравоохранения, такие как карантин, и антибиотики, такие как стрептомицин, но сегодня чума по-прежнему является важной и потенциально серьезной угрозой для здоровье людей и животных.

Бубонная чума в Галвестоне отозвалась в свой столетний

Летом 1920 года на остров Галвестон пришла бубонная чума.

Инфекционное заболевание, унесшее жизни значительной части европейского населения, вызвало страх у жителей и бросило вызов ученым в портовом городе Техас 100 лет назад.

В этом столетнем году вспоминаются усилия профессионалов Медицинского отделения Техасского университета в Галвестоне (UTMB), которые занимались эпидемиологией заболеваний, по спасению жизней.

«Это не было большим сюрпризом, что чума в Галвестоне», — сказал Владимир Л. Мотин, доктор философии, профессор патологии кафедры микробиологии и иммунологии UTMB. «В 1920 году была пандемия, и многие портовые города заразились чумой от зараженных крыс на пароходах.”

Сан-Франциско, Сиэтл и другие портовые города также имели дело со случаями чумы, вызванной крысами, которые путешествовали автостопом на кораблях и быстро распространяли болезнь, заражая блох, прикрепленных к домашнему скоту на борту.

Случаи чумы невероятно редки, а симптомы поначалу часто напоминают грипп. По данным Центров по контролю и профилактике заболеваний, бактерии, вызывающие чуму — Yersinia pestis — поддерживают свое существование в круговороте с участием грызунов и блох.Чума может передаваться одним из трех путей: укусы блох, контакт с зараженной жидкостью или тканями и капельки от кашля, извергающиеся в воздух.

За два года 18 галвестонцев были заражены чумой. Из них 12 умерли и было идентифицировано 67 крыс, зараженных чумой.

«Когда умер первый человек, они открыли лабораторию по борьбе с чумой в центре города и призывали людей ловить крыс, маркировать их и приносить в лабораторию», — сказала Паула Саммерли, доктор философии.D., руководитель исследовательского проекта Академии Ослерианской медицины Джона П. Макговерна в Старом Красном Медицинском музее в UTMB.

Город Галвестон объявлен «Отравить крысу!» Кампания по эффективному прекращению распространения чумы, сказал Мотин.

«Защита от крыс была введена после вспышки чумы», — сказал Саммерли. «В городе нанимали крысоловов и окуривали здания».

Убив крыс, городские власти и органы здравоохранения знали, что они смогут разорвать эпидемиологическую цепь вспышки.С июня по ноябрь 1920 года было установлено более 6000 крысоловов и нанято 40 крысоловов.

Звероловы прочесали город — сносили полуразрушенные сараи, вырывали крысиные укрытия и окуривали строения, а также защищали от крыс здания и корабли. Ежедневно отлавливались сотни крыс, за шесть месяцев их количество составило 46 623.

«Они вычистили весь город», — сказал Мотин. «Это, очевидно, помогло, но они также посмотрели, как распространяется вспышка, что было очень важно».

Человеческие эктопаразиты и распространение чумы в Европе во время Второй пандемии

Значимость

Чума печально известна как причина Черной смерти (1347–1353), а затем и Второй пандемии (14-19 века н.э.), когда произошли разрушительные эпидемии по всей Европе, на Ближнем Востоке и в Северной Африке.Несмотря на историческое значение болезни, механизмы, лежащие в основе распространения чумы в Европе, изучены недостаточно. Хотя обычно считается, что крысы и их блохи распространяли чуму во время Второй пандемии, исторические и археологические подтверждения этого утверждения мало. Здесь мы показываем, что человеческие эктопаразиты, такие как вши и человеческие блохи, могут с большей вероятностью, чем крысы, стать причиной быстро развивающихся эпидемий в доиндустриальной Европе. Такой альтернативный путь передачи объясняет многие заметные эпидемиологические различия между историческими и современными эпидемиями чумы.

Abstract

Чума, вызываемая бактерией Yersinia pestis , может распространяться среди людей множеством путей передачи. Сегодня большинство случаев чумы у людей — это бубонная болезнь, вызванная распространением инфицированных блох в результате эпизоотии грызунов, или легочная чума, вызванная вдыханием инфекционных капель. Однако мало что известно об историческом распространении чумы в Европе во время Второй пандемии (14–19 века), включая «Черную смерть», которая привела к высокой смертности и повторяющимся эпидемиям на протяжении сотен лет.Несколько исследований показали, что человеческие эктопаразитарные переносчики, такие как человеческие блохи ( Pulex Irans ) или вши ( Pediculus humanus humanus ), вызывали быстро распространяющиеся эпидемии. Здесь мы описываем компартментальную модель передачи чумы переносчиком эктопаразита человека. Используя байесовский вывод, мы обнаружили, что эта модель лучше соответствует кривым смертности от девяти вспышек в Европе, чем модели для передачи инфекции легочной артерии или грызунов. Наши результаты подтверждают, что человеческие эктопаразиты были основными переносчиками чумы во время Второй пандемии, включая Черную смерть (1346–1353), что в конечном итоге опровергает предположение о том, что чума в Европе распространялась преимущественно крысами.

Чума, вызываемая бактерией Yersinia pestis , широко изучена в связи с ее современным и историческим значением. В прошлом чума вызвала по крайней мере три пандемии в истории человечества: первую пандемию, начавшуюся с юстинианской чумы (6-8 века), вторую пандемию, начавшуюся с «черной смерти» (14-19 века), и Третья пандемия (начало XIX века) (1). Сегодня чума сохраняется в основном в резервуарах грызунов в Азии, Африке и Америке, где она периодически представляет угрозу для близлежащих населенных пунктов (2).

Наиболее частыми формами чумной инфекции являются бубонная и легочная (2). Бубонная чума возникает при попадании бактерий на кожу, обычно в результате укуса инфицированного переносчика блох. Затем бактерии переносятся в лимфатические узлы, вызывая характерный отек или «бубоны». Бубонная чума обычно передается человеку от диких или комменсальных грызунов (3), но также считается, что передача от человека к человеку происходит от человеческих эктопаразитов, таких как человеческие блохи ( Pulex Irans ) или вши ( Pediculus humanus humanus ) ( 4).Первичная легочная чума возникает, когда бактерии в аэрозольной форме проникают в легкие и заражают их. Легочная чума также может возникать как осложнение бубонной или сепсисной инфекции (2), известной как вторичная легочная чума. Люди с легочной чумой могут передавать болезнь респираторным путем, хотя вспышки легочной чумы обычно невелики, поскольку инфицированные люди быстро умирают без лечения (5). Септическая чума возникает, когда бактерии заражают кровоток, обычно в результате первичной легочной или бубонной инфекции (2).

В центре внимания исторических исследований чумы было понимание распространения и сохранения чумы в Европе. Мало что известно о передаче чумы в Европе, на Ближнем Востоке и в Северной Африке во время Второй пандемии, включая Черную смерть, когда болезнь убила примерно одну треть населения. Многие исследования (4, 6, 7) предполагают, что человеческие эктопаразиты, такие как человеческие блохи и вши, с большей вероятностью, чем крысы-комменсалы, были причиной быстро распространяющихся эпидемий.Сторонники «гипотезы эктопаразитов человека» утверждают, что эпидемии чумы во время Второй пандемии отличаются от эпидемий, связанных с крысами, которые произошли позже, во время Третьей пандемии. В частности, по географическому распространению и общей смертности Черная смерть намного превосходит современные эпидемии чумы (8). Хотя современные описания симптомов во время Второй пандемии согласуются с описаниями симптомов чумы (7), нет никаких описаний эпизоотий у крыс или «крысиных падений», которые часто предшествуют эпидемиям Третьей пандемии (7–9).Некоторые отмечают, что климат северной Европы не мог способствовать широкому распространению Rattus rattus (10), утверждение, которое подтверждается нехваткой крыс в археологических данных (6). Наконец, эпидемиологические характеристики чумы в Европе, такие как высокий уровень передачи инфекции в домашних условиях (11), наводят на мысль о более прямом пути передачи (12).

Несмотря на поддержку передачи эктопаразитов от человека, было трудно оценить их исторический вклад, поскольку их роль в современных эпидемиях чумы, по-видимому, относительно невелика.Сегодня заболеваемость эктопаразитами человека снизилась в большинстве развитых стран, но они по-прежнему связаны с бедностью и антисанитарными условиями (13). В прошлом эктопаразиты человека были эффективными переносчиками таких заболеваний, как эпидемический сыпной тиф (14) и возвратный тиф (15). В 1941 году во время вспышки болезни в Марокко у пациентов с сепсисом были обнаружены телесные вши и человеческие блохи, инфицированные чумой (16), что указывает на то, что люди могут передавать болезнь вшам и человеческим блохам. Кроме того, недавние экспериментальные исследования показали, что вши могут передавать бактерии наивным кроликам (4, 17⇓ – 19).Однако передача от вшей и человеческих блох человеку еще не задокументирована, и, таким образом, важность передачи эктопаразитов от человека в нынешних и исторических условиях остается открытым вопросом. Наш теоретический анализ показывает, что человеческие эктопаразиты действительно могут играть такую ​​роль.

Математическое моделирование может дать четкое представление о механизмах передачи чумы в прошлых эпидемиях. Предыдущие эпидемиологические модели чумы во время Второй пандемии были сосредоточены в основном на моделировании распространения болезни крысами-комменсалами во время одной вспышки (20, 21).В этом исследовании мы разработали модель «восприимчиво-инфекционно-выздоровевший» (SIR) для передачи чумы человеческим эктопаразитным переносчиком и сравнили ее с моделями легочной передачи и передачи от крысы к блохам. Мы применили эти модели к девяти вспышкам во время Второй пандемии, чтобы получить широкое представление о динамике передачи чумы в европейских эпидемиях. Мы определили наиболее подходящую модель для каждой вспышки и оценили базовый репродуктивный номер R ₀ .

Методы

Исторические данные.

Мы использовали данные о ежедневной и еженедельной смертности от болезней для девяти вспышек чумы во время Второй пандемии (таблица 1). Эти данные были общедоступны во вторичных источниках, включая опубликованные статьи, книги и правительственные отчеты. Мы оцифровали эпидемические данные из печатных таблиц и графиков, используя всю продолжительность каждой вспышки, за исключением Эйама, у которого было два пика смертности. Используемые нами детерминированные модели не могут объяснить стохастичность процессов инфекционных заболеваний на ранней стадии эпидемии; таким образом, для вспышки в Эйаме мы удалили первые 279 точек данных и рассмотрели только второй, более крупный пик эпидемии.Для проверки моделей эпидемий легочной и связанной с крысами чумы мы использовали три дополнительные кривые смертности от эпидемий с известными путями передачи во время Третьей пандемии (Таблица S1).

Сводка данных о смертности от второй пандемии

Параметры.

Значения параметров и начальные условия, используемые в моделях, показаны в Таблице 2 и Таблице S2. Фиксированные значения были взяты из полевых, экспериментальных или эпидемиологических исследований, когда они были доступны.Ненаблюдаемые параметры оценивались с использованием байесовского вывода.

Параметры для трех моделей передачи чумы SIR

Модель человек – эктопаразит.

Передача бубонной чумы переносчиками эктопаразитов человека, такими как человеческие блохи или тельца, моделируется семью дифференциальными уравнениями: dShdt = −βlShIlNh, dIlowdt = βlShIlNh − σbIlow, dIhighdt = (1 − gh) σbIlow − γ dRhdt = ghσbIlow, dDhdt = γbIhigh, dSldt = rlSl (1 − NlKl) — [(βlowIlow + βhighIhigh) SlNh], dIldt = [(βlowIlow + βhighIhigh) SlNh] −γlIl.

Пять отсеков для человека, которые являются функциями времени t : восприимчивый (Sh), инфекционный с легкой бактериемией (Ilow), инфекционный с высокой бактериемией (Ihigh), выздоровевший (Rh) и мертвый (Dh). Общая численность живущего населения определяется выражением Nh = Sh + Ilow + Ihigh + Rh. Передача чумы от переносчиков к человеку происходит со скоростью βl. Модель предполагает, что люди умеренно заразны в среднем в течение 8 дней (σb − 1), и передача маловероятна при скорости βlow. Люди с легкой бактериемией могут выздоравливать со скоростью gh, что составляет около 40% для нелеченной бубонной чумы.Экспериментальные исследования показали, что для надежной передачи блохи должны питаться хозяевами с высоким уровнем бактериемии (40). Таким образом, модель предполагает, что умирающие люди передают чуму с высокой скоростью векторам βhigh в среднем в течение 2 дней (γb − 1). Учитывая короткую продолжительность вспышек, мы не моделировали естественные рождения и смерти среди населения.

Векторы эктопаразитов человека моделируются в двух компартментах (Sl, Il). Популяция восприимчивых переносчиков растет с внутренней скоростью rl.Рост популяции переносчиков ограничен пропускной способностью Kl, которая является произведением индекса паразитов и количества человеческих хозяев Nh. Современные исследования показывают, что уровень заражения и численности телесных вшей в пораженных популяциях людей составляет в среднем от 10,5 до 67,7 вшей на человека (33, 41).

Существует ограниченное количество исследований, оценивающих человеческих блох и вшей как переносчиков чумы (17⇓ – 19). Эти исследования показали, что оба вектора имеют одинаковые циклы передачи для Y.pestis , и это затрудняет различение двух видов либо по модельной структуре, либо по значениям параметров (17⇓ – 19). В нашей модели используются параметры, специфичные для вшей; однако диапазоны параметров вшей и блох частично совпадают. Продолжительность заражения γl-1 была экспериментально показана для обоих видов и составляет в среднем 4,5 дня для блох человека и 3 дня для вшей (17⇓ – 19). Модель предполагает, что инфицированные человеческие блохи и вши не выздоравливают. Предполагается, что передача чумы человеческими блохами происходит через раннюю фазу передачи, что является альтернативой блокированной передаче, наблюдаемой у крысиных блох ( Xenopsylla cheopis ), которая не требует длительного внешнего инкубационного периода (42).

Модель легочной чумы.

Прямая передача чумы от человека к человеку моделируется тремя дифференциальными уравнениями: dShdt = −βpShIhNh, dIhdt = βpShIhNh − γpIh, dDhdt = γpIh.

Есть три отсека для людей (Sh, Ih, Dh), а общая человеческая популяция Nh = Sh + Ih. Здесь нет отделения для выздоровевших, поскольку летальность нелеченой легочной чумы близка к 100% (43). Передача легочной чумы от человека к человеку происходит со скоростью βp.Смертность, вызванная заболеванием, составляет γp в день и равна обратной величине инфекционного периода, что составляет в среднем 2,5 дня для легочной чумы (5).

Модель крысы – блохи.

На основе модели метапопуляции бубонной чумы Килинга и Гиллигана (35, 36) передача чумы при эпизоотии грызунов и распространение чумы на людей моделируется 10 дифференциальными уравнениями: dSrdt = −βrSrFNr [1 − e− aNr], dIrdt = βrSrFNr [1 − e − aNr] −γrIr, dRrdt = grγrIr, dDrdt = (1 − gr) γrIr, dHdt = rfH (1 − HKf), dFdt = (1 − gr) γrIrH − dft, dSh = −βhShFNh [e − aNr], dIhdt = βhShFNh [e − aNr] −γhIh, dRhdt = ghγhIh, dDhdt = (1 − gh) γhIh.

Есть четыре отсека для крыс (Sr, Ir, Rr, Dr), а общая популяция крыс составляет Nr = Sr + Ir + Rr. Поскольку эпидемии в популяции крыс могут возникать только тогда, когда большая часть крыс восприимчива к заболеванию, мы предположили, что исходная популяция черных крыс ( Rattus rattus ) была полностью восприимчивой. Хотя ожидаемое соотношение городских крыс и людей составляет около 1 крысы на каждые 5 человек (44), мы допустили, что в модели было максимальное соотношение крыс к людям 1: 1.Увеличение популяции крыс в средневековых городах позволило смоделированным вспышкам чумы, переносимой крысами, легче достичь уровней смертности, наблюдаемых среди людей во время Второй пандемии.

Крысиные блохи ( X. cheopis ) моделируются как среднее количество блох на крысу, H, и количество свободных инфекционных блох, F. Популяция блох имеет естественную скорость роста, rf, которая ограничивается грузоподъемность Кф. Мы предположили, что популяция блох ограничена количеством крыс-хозяев, поскольку X.cheopis не размножается на людях (45). Чума передается крысам со скоростью βr свободными инфекционными блохами, которые ищут хозяина с эффективностью поиска a. Мы также предположили, что блохи могут передавать чуму на ранней стадии (42). Крысы умирают со скоростью, обратной инфекционному периоду γr − 1, или выздоравливают с вероятностью gr. Когда инфицированная крыса умирает, в окружающую среду выделяется некоторое количество свободных инфекционных блох, в зависимости от среднего количества блох на одну крысу. Свободные инфекционные блохи погибают со скоростью df.Модель предполагает, что чума — это болезнь грызунов, а случаи заболевания людей являются следствием смертности в популяции крыс. Следовательно, восприимчивые люди Sh заражаются свободными инфекционными блохами со скоростью βh. Люди остаются инфицированными в среднем 10 дней (γh − 1), после чего они либо выздоравливают со скоростью gh, либо умирают.

В модели Килинга и Гиллигана (35, 36) предполагается, что сила заражения от свободных инфекционных блох распределяется исключительно между крысами и людьми. Однако авторы отмечают, что истинная сила заражения человека меньше, потому что не каждая блоха найдет и заразит человека (35).Для нашей модели мы стремились установить диапазон для βh, который точно снизил бы силу заражения людей. Чтобы установить этот диапазон, мы приспособили модель к наблюдаемой смертности как крыс, так и людей в Гонконге в 1903 году (рис. S1) и обнаружили, что средняя оценка βh составила 0,1 (таблица S3). Используя моделирование, мы обнаружили, что βh должно быть меньше 0,2, чтобы сохранить характерную задержку и более высокую пиковую смертность эпизоотии крыс по сравнению с эпидемией человека. Основываясь на этих наблюдениях, мы ограничили априорную скорость передачи для человека βh равной 0.0–0,2, что позволило нам использовать эту модель для вспышек, когда была доступна только человеческая смертность.

Байесовский вывод и цепь Маркова Монте-Карло.

Мы подогнали детерминированные модели к наблюдаемым данным, используя байесовский вывод, и оценили ненаблюдаемые параметры, представляющие интерес. Модели имели временной шаг 1 день и были адаптированы к дневной или недельной смертности. Обозначая набор параметров модели как Θ = {S0, β,…}, вероятность p наблюдаемых данных D1… m при заданном Θ рассчитывается как произведение ряда случайных величин Пуассона со средним значением λT, равным человеческой смертности в модель в моменты времени T1… m: p (D | Θ) = ∏T = 1me − λT (λT) DTDT !.

Параметры, которые мы подобрали, включали скорость передачи для каждой модели (βlow, βhigh, βp, βr, βh) и размер исходной первичной популяции хозяев, которая находилась в группе риска [S (0) h, S (0) r ] или заражены [I (0) h, I (0) r]. Мы предположили равномерно распределенные априорные значения и получили апостериорные распределения с использованием моделирования цепи Маркова Монте-Карло (MCMC) с адаптивным алгоритмом Метрополиса – Гастингса, реализованным в PyMC2 (46) (примеры реализации см. На https://zenodo.org/record/1043924 ).Мы выполнили моделирование MCMC для 180 000 итераций с выгоранием 80 000 итераций и разрежением на 10. Мы оценили сходимость для каждой модели, запустив три независимых цепочки MCMC и убедившись, что статистика Гельмана – Рубина (47) была <1,05 для каждой. параметр. Мы провели сравнение моделей с использованием байесовского информационного критерия (BIC) из оценок максимального правдоподобия параметров модели (48). Модель с самым низким значением BIC была уникальной предпочтительной моделью, если вторая лучшая модель имела значение BIC как минимум на 10 больше (49).

Оценка основного репродуктивного числа.

Мы оценили базовое число воспроизведений в каждой модели для первичного хоста с помощью матричного метода следующего поколения (50).

Сообщение об ошибке.

Мы снова провели анализ, учитывая разные уровни занижения данных (10%, 25% и 50%) для каждой вспышки. Для этого мы включили постоянную вероятность сообщения в функцию правдоподобия.

Результаты

Подгонка и выбор модели.

Мы использовали байесовский MCMC и данные о смертности, чтобы соответствовать трем моделям передачи: эктопаразитарная чума человека (EP), легочная чума (PP) и чума, переносимая крысами (RP) (рис. 1). Апостериорные средние и 95% вероятные интервалы для подобранных параметров в каждой модели приведены в таблице S3. На рис. 1 показано соответствие каждой модели наблюдаемой смертности. Для самых маленьких вспышек, Эйама и Живри, трудно визуально различить модели, потому что достоверные интервалы перекрываются.В целом модель эктопаразита человека соответствует структуре данных наблюдений для вспышек Второй пандемии. Однако модель не могла учесть отклонения в наблюдаемой смертности на Мальте и в Москве, которые имеют два пика. Для модели легочной чумы кривая смертности наклонена вправо по сравнению с наблюдаемой смертностью. Смертность в модели на крысах имела тенденцию к медленному росту, пока чума распространялась по популяции крыс, и достигла пика выше, чем наблюдаемая смертность.

Подгонка трех моделей передачи чумы к смертности во время вспышек Второй пандемии. Наблюдаемые данные о смертности людей (черные точки) и соответствие (среднее значение и 95% вероятный интервал) трех моделей передачи чумы [эктопаразит человека (красный), легочный (синий) и крысино-блоховый (зеленый)] для девяти вспышек чумы. : ( A ) Живри, Франция (1348), ( B ) Флоренция, Италия (1400), ( C ) Барселона, Испания (1490), ( D ) Лондон, Англия (1563), ( E ) Эйам, Англия (1665), ( F ) Гданьск, Польша (1709), ( G ) Стокгольм, Швеция (1710), ( H ) Москва, Россия (1772) и () I ) Остров Мальта, Мальта (1813 г.).

Мы сравнили три конкурирующие модели с помощью BIC. Наши результаты (таблица 3) показывают, что модель эктопаразита человека имела самое низкое значение BIC для всех вспышек, за исключением Eyam и Givry. Для остальных вспышек разница в BIC для модели эктопаразита человека и других моделей-кандидатов была больше 10, что дает убедительные доказательства против моделей легочной артерии и крысино-блошиных моделей (50). Для Эйама и Гиври разница между моделью эктопаразита человека и другой моделью была менее 10; следовательно, нельзя исключить ни одну из моделей.

Сравнение моделей передачи и апостериорных оценок основного числа воспроизводств для различных моделей чумы и вспышек

Чтобы проверить наш метод сравнения моделей, мы приспособили модели к трем дополнительным третьим вспышкам пандемии с известными путями передачи (рис. S2 ). Мы обнаружили, что модель с самым низким BIC соответствует известным способам передачи для вспышек в Гонконге (крысы) и Харбине (пневмония) (Таблица S5). Однако мы не смогли провести различие между двумя моделями небольшой вспышки чумы, связанной с крысами в Сиднее, и вместе с результатами Эйама и Гиври предположили, что наш метод сравнения моделей лучше подходит для достаточно крупных вспышек (> 750 смертей). .

Базовый номер репродукции

По определению, основной репродуктивный номер, R ₀ , представляет собой среднее количество вторичных случаев, вызванных первичным случаем, для полностью восприимчивого населения. На практике R ₀ является важным порогом инвазии болезни. Для каждой из трех моделей мы рассчитали R ₀ из апостериорных оценок подобранных параметров (Таблица 3).Для всех моделей значение R ₀ было больше 1, что превышает пороговое значение для инвазии болезни. Используя модель эктопаразита человека, оценка R ₀ составляла 1,48–1,91 для всех доиндустриальных вспышек.

Сообщение об ошибке.

Мы рассмотрели влияние различных уровней постоянного занижения данных о смертях на протяжении всей эпидемии на выбор модели (таблица S6). Мы обнаружили, что занижение 10% и 25% не повлияло на результаты выбора модели; в этих условиях модель эктопаразита человека лучше всего подходила для всех вспышек в Европе, за исключением Эйама и Гиври.Из-за занижения 50% наиболее подходящие модели Гданьска и Гиври превратились в легочную чуму. Для этих городов 50% занижение данных привело к смерти более 90% населения, отдавая предпочтение модели легочной чумы, в которой все инфицированные люди умирают от чумы.

Обсуждение

Наше исследование подтверждает передачу чумы эктопаразитами человека во время Второй пандемии, включая Черную смерть. Используя недавние экспериментальные данные о человеческих блохах и вшах как переносчиках чумы, мы разработали компартментальную модель, которая отражает динамику передачи эктопаразитов человеком.Мы показали, что в семи из девяти местностей модель эктопаразита человека была предпочтительной моделью для объяснения модели смертности от чумы во время вспышки, а не модели передачи легочной чумы и передачи чумы от крыс к блохам (Таблица 3). Небольшие размеры вспышек чумы в Эйаме и Гиври затрудняли определение путей передачи на основе данных о смертности. Для Эйама и модель эктопаразита человека, и модель легочной артерии дали аналогичное качество, соответствующее наблюдаемой смертности.Это согласуется с предыдущим модельным исследованием Эйама (1665), в котором было обнаружено, что преобладающим способом передачи был неустановленный путь передачи от человека к человеку, а не передача от грызунов (11). В целом, наши результаты показывают, что передача чумы в европейских эпидемиях происходила преимущественно через эктопаразитов человека, а не через комменсальную передачу от крыс или легочную передачу.

Сила нашего исследования заключается в том, что мы сравнили три модели передачи чумы, каждая из которых представляет известный или гипотетический способ передачи чумы, для девяти вспышек чумы в пространственном и временном масштабе Второй пандемии в Европе.Таким образом, наше исследование дает более общее представление об эпидемиях чумы в Европе, чем предыдущие исследования по моделированию, в которых основное внимание уделялось единичным вспышкам или единичным путям передачи (11, 20, 35, 36, 51). Однако, поскольку мы рассмотрели девять вспышек за несколько столетий, мы ограничились использованием простых моделей, которые можно было применять систематически. Следовательно, в этих моделях не учитывались местные условия, которые могут повлиять на передачу болезней, такие как война, голод, иммунитет и меры общественного здравоохранения.Кроме того, мы не моделировали смешанные пути передачи, что затрудняет полную оценку вклада легочной чумы, которая обычно возникает во время бубонных вспышек (52). Вторичная легочная чума развивается примерно в 20% случаев бубонной болезни, и это создает потенциал для первичного легочного распространения, даже если это не основной путь передачи (52). Наконец, мы не рассматриваем события, ведущие к занесению болезни, и наши результаты не могут быть распространены на передачу чумы между местностями, которая могла иметь различные механизмы передачи.

Недавние исследования обнаружили эктопаразитов человека во время вспышек чумы в Демократической Республике Конго (41), Танзании (53) и Мадагаскаре (54), но их роль в этих вспышках не ясна. В отсутствие современных исследований эктопаразитов человека как переносчиков чумы наши результаты позволяют сделать выводы об условиях, необходимых для возникновения вспышек, вызванных передачей эктопаразитов человека. Наши расчетные значения для R ₀ с использованием модели эктопаразита человека находились в пределах 1.5 и 1,9 для всех девяти городов. Основными компонентами R ₀ в модели эктопаразита человека являются индекс эктопаразита и скорости передачи (βl, βlow, βhigh). На основе подобранных моделей мы получили оценки скорости передачи (βнизкий, β высокий) от человека эктопаразитам на ранних и поздних стадиях заражения чумой. Мы обнаружили, что большинство эктопаразитарных инфекций у людей произошло в период высокой заразности, что согласуется с экспериментальными данными (40).Подобные выводы не только улучшают наше понимание эктопаразитов человека как переносчиков чумы в прошлом, но также имеют важное значение для ограничения размеров вспышек чумы сегодня.

Многие исследования были направлены на выяснение механизмов, лежащих в основе распространения и сохранения чумы во время Второй пандемии. Математическое моделирование — важный инструмент для изучения роли различных механизмов передачи, особенно при отсутствии окончательной экспериментальной, исторической и археологической информации.Здесь мы демонстрируем, что человеческие эктопаразиты, по-видимому, были основным способом передачи чумы во время Второй пандемии. Этот альтернативный способ передачи может объяснить многие эпидемиологические различия между Второй пандемией и пандемией, вызванной крысами во время Третьей пандемии. Чума, несомненно, является болезнью, представляющей значительный научный, исторический и общественный интерес, и до сих пор присутствует во многих частях мира. Поэтому крайне важно, чтобы мы понимали весь спектр возможностей, которые эта разносторонняя пандемическая болезнь проявляла в прошлом.

Благодарности

Мы благодарим У. Райана Истердея и Юкку Корандера за их ценные комментарии. Мы признательны Европейскому исследовательскому совету за финансирование в рамках программы FP7-IDEAS-ERC (грант 324249). Мы также признательны за финансирование Центром экологического и эволюционного синтеза.

Сноски

• Вклад авторов: K.R.D., N.C.S. и B.V.S. спланированное исследование; K.R.D. проведенное исследование; K.R.D, F.K. и B.V.S. проанализированные данные; и К.R.D., F.K., L.W., O.C.L., B.B., N.C.S. и B.V.S. написал газету.

• Рецензенты: X.D., Имперский колледж Лондона; и К.Л.Г., Центры по контролю и профилактике заболеваний.

• Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

• Эта статья содержит вспомогательную информацию на сайте www.pnas.org/lookup/suppl/doi:10.1073/pnas.1715640115/-/DCSupplemental.

• Copyright © 2018 Автор (ы). Опубликовано PNAS.

Калифорния подтвердила первый случай заболевания человека чумой за 5 лет: что нужно знать

Ранее на этой неделе было подтверждено, что мужчина из Калифорнии заразился чумой, что является пятым случаем печально известной болезни в Соединенных Штатах в этом году.

По данным департамента здравоохранения округа Эльдорадо, этот мужчина, житель Саут-Лейк-Тахо, впервые за пять лет заболел чумой в Калифорнии. По данным Министерства здравоохранения и окружающей среды штата Колорадо, в июле в Колорадо был зарегистрирован первый за пять лет случай инфицирования жителя юго-западного региона, который с тех пор выздоровел.Представители органов здравоохранения округа Навахо задокументировали случай в Аризоне в конце июля. В этом году в Нью-Мексико было зарегистрировано два случая заболевания, в том числе один умерший мужчина.

Сообщения о чуме могут показаться пугающими, но эксперты говорят, что бактериальная инфекция — это не повод для беспокойства.

«Бубонная чума в США — это не тот же сценарий, что и историческая Черная смерть, и нам не нужно бояться ее так же», — сказала Сьюзан Джонс, профессор экологии, эволюции и поведения в Университете Миннесотский колледж биологических наук, сказал.

Хотя это и трагично, в этом году случаи не являются чем-то необычным, сказала она.

По данным Центров по контролю и профилактике заболеваний, в США ежегодно регистрируется в среднем семь случаев чумы среди людей. В 2006 году число случаев заболевания достигло 17-го уровня.

Связанные

Количество случаев, превышающих среднее, может зависеть от того, что происходит с грызунами. Чума вызывается бактериями Yersinia pestis, которые переносятся блохами, живущими на грызунах, включая луговых собачек и белок.По словам Джонс, люди с большей вероятностью заразятся чумой, когда произойдет вспышка бактериальной инфекции в местных популяциях диких грызунов.

«Чума у ​​грызунов усиливается и ослабевает. Когда много грызунов заражено и умирает, чума может легче перекинуться на ближайших людей », — сказала она. Пока в этом году было зарегистрировано всего пять случаев заболевания людей, США по-прежнему находятся в пределах нормы, хотя смертельные случаи редки.

«Необычно иметь более одной смерти, связанной с чумой, в один и тот же год, и несколько случаев заканчиваются смертью», — сказал NBC News Дэйв Морган, пресс-секретарь Министерства здравоохранения Нью-Мексико.При раннем выявлении чумы и лечении антибиотиками вероятность смерти снижается примерно до 10 процентов.

По данным CDC, в США не было смертельных случаев чумы с 2015 года, всего 16 случаев заболевания, четыре из которых закончились смертельным исходом.

Хотя имеется ограниченная информация о смерти человека в округе Рио-Арриба на границе Нью-Мексико-Колорадо, Министерство здравоохранения Нью-Мексико сообщило об этом случае как о септической чуме, а не о гораздо более распространенной бубонной чуме.

И септическая, и бубонная чума вызываются одними и теми же бактериями; название относится к тому, какая часть тела поражена, согласно клинике Майо. Бубонная чума возникает, когда инфекция вызывает увеличение опухших лимфатических узлов, называемых бубонами. Согласно CDC, септическая чума — это инфекция в крови, которая может быть первым признаком инфекции или развиться из-за невылеченной бубонной чумы. Ни то, ни другое не заразны.

Только третья форма чумы — легочная чума — может передаваться от человека к человеку.Легочная чума возникает, когда инфекция попадает в легкие либо в результате невылеченной бубонной или септической чумы, либо в результате вдыхания инфицированных капель от другого человека. По данным CDC, это самая серьезная форма заболевания.

«Ранняя диагностика очень важна», — сказал Джонс, добавив, что в тех частях США, где чума распространена, «врачи и ветеринары бдительны в отношении симптомов чумы».

Она отметила, что многие симптомы чумы, такие как лихорадка, озноб и головная боль, можно спутать с другими заболеваниями.Однако каждый год эпидемиологи создают карты для отслеживания сообщений о чуме у грызунов на западе США. Если человек проводил время на открытом воздухе в этих районах и у него наблюдаются эти симптомы, врачи могут быть более склонны рассматривать чуму.

Большинство случаев заболевания происходит в районе Четырех углов, где встречаются Аризона, Колорадо, Нью-Мексико и Юта, хотя чума обнаруживается у грызунов на Западе. По словам Джонса, это связано с белками и луговыми собачками, которые живут в этих районах и укрывают блох, переносящих чуму.