GIS and Epidemiology

Ernesto Burgio Comitato ScientificoISDE Italia

exposure to electromagnetic fields

vector-borne diseases surveillance and monitoring of

water borne diseases

A map of cholera deaths in London, 1840s

A contaminated water pump in Broad Street proved to be the source for the spread of cholera (Drawn by Dr John Snow about 1854; shown in Stamp, L. D. 1964, A Geography of Life and Death.). This redrafting leaves out some interesting bits of evidence that appeared on the original map, and in Tufte's version. For instance, there was a building across the street from the pump that had no deaths at all.

In 1854, John Snow depicted a cholera outbreak in London using points to represent the locations of some individual cases, possibly the earliest use of the geographic method

High-risk areas can be identified using GIS and remote sensing technologies that would otherwise be difficult to detect using traditional methods.

GIS serves as a common platform for convergence of multi-disease surveillance activities. Public health resources, specific diseases and other health events can be mapped in relation to their surrounding environment and existing health and social infrastructures. Such information when mapped together creates a powerful tool for monitoring and management of epidemics

.. the diseases are classified as water borne, vector borne, air borne, food borne ..the vulnerable regions prone to these diseases are identified… by identifying the vector breeding sites, flow direction of the air, locating the places of stagnant water. By tracking the sources of diseases and the movement of contagions, the populations at risk were identified…

1).. the map of BITS campus. It also shows the different hostels, staff quarters, institute, wells, stagnant water bodies, shopping centre…

2)… 2d view of the flow pattern of water depending on the elevation of ground at different sites

3).. flow direction of air taken into consideration… point vectors and the vulnerable areas to that particular flow direction are identified

4.. buffers created for the hostels, staff quarters, institute, market place and the vector breeding sites (the flight range of vectors are generally within 1km radius from different vector sites..) environmental and seasonal changes prevent the survival of many vectors.

The ranges of several key diseases or their vectors are already changing

West Nile• The four species

represented in the next four slides have tested positive for West Nile Virus in each of the past four years

• They are: Culex salinarius, Culex pipiens, Culex restuans, and

Aedes vexans.

College of African Wildlife Management

Center for Food Security and Public Health Iowa State University 2004

Culex pipiens

Source: NASA at http://www.gsfc.nasa.gov/topstory/20020828phap.html

Center for Food Security and Public Health Iowa State University 2004

Culex restuans

Source: NASA at http://www.gsfc.nasa.gov/topstory/20020828phap.html

Center for Food Security and Public Health Iowa State University 2004

Culex salinarius

Source: NASA at http://www.gsfc.nasa.gov/topstory/20020828phap.html

Center for Food Security and Public Health Iowa State University 2004

Aedes vexans

Source: NASA at http://www.gsfc.nasa.gov/topstory/20020828phap.html

West Nile

• National Cumulative 2007 Human Disease Cases: 3623

College of African Wildlife Management

Datasets used to model the temporal patterns of cholera OUTBREAKS

chlorophyll concentration

In 1998, the National Aeronautics and Space Administration's (NASA) Center for Health Applications of Aerospace Related Technologies (CHAART) evaluated current and planned satellite sensor systems as a first step in enabling human health scientists to determine data relevant for the epidemiologic, entomologic, and ecologic aspects of their research, as well as developing remote sensing-based models of transmission risk.

.. how remote sensing data from different satellite systems can be combined to characterize and map environmental variables in the Bay of Bengal that are associated with the temporal patterns of cholera outbreaks in Bangladesh

Lobitz B, et al. Climate and infectious disease: Use of remote sensing for detection of Vibrio cholerae by indirect measurement.PNAS 2000;97:1438-43.

Sea surface temperature data

Vibrio cholerae associated with inland water

Plankton blooms (cold water upwellingin marine environment)

H5N1 Wild Bird Flu OutbreaksFebruary 2006

The maximum clade credibility (MCC) tree of H1N1pdm with CTMC spatial reconstruction. Lineages are coloured according to the highest posterior probability for location (these probabilities are shown when > 0.5).

The blue band represents the 95% credible interval for the time of the most recent common ancestor.

http://flutracker.rhizalabs.com/

La correlazione tra gli eventi è stata chiarita ?

Counter Bioterrorism

2002 Panico a Palermo

(in genere vengono paragonate due popolazioni)

• l’altra un po’ meno…(id est più distante dall’impianto… ma comunque esposta agli stessi inquinanti (per via diretta o da fonti diffuse, in primis il traffico veicolare… o per via indiretta attraverso la catena alimentare)

• una molto espostauna molto esposta....((id estid est direttamente esposta alle direttamente esposta alle emissioni dell’impianto)emissioni dell’impianto)

Né il discorso cambia di molto se si paragonanol’incidenza locale di una o più patologie (prevalentemente neoplastiche).. e le cosiddette patologie attese, che sono a loro volta il frutto di una esposizione massiccia e progressiva agli stessi inquinanti (e la cui incidenza aumenta nel tempo di pari passo all’inquinamento);

analisi per anelli (Km dalla fonte)invece che per livelli (concentrazioni)

11.. le popolazioni (periodi, aree,...) esposte e non esposte sono mescolate invece che confrontate..

12.. non si analizzano le sottopopolazioni più fragili ed esposte: donne residenti, bambini..

13.. La popolazione di riferimento è troppo diversa da quella studiata..

14.. La popolazione di riferimento è troppo simile a quella studiata..

…a list of 15 points oriented to show the reason why we cannot take for granted that the studied population is in good health even if the scientific documentation has given some indications about it..

15.. si prende in considerazione un singolo inquinante (es. amianto o benzene o diossine o metalli pesanti o NO2) e/o una singola fonte (es. un singolo camino)..

La “relatività” del Rischio Relativo (e SMR) Es: produzione cromati e mortalità per K polmone

(1986 - 1992)

131

307

193

156

198

322

0

50

100

150

200

250

300

350

Tutti (OP + IMP) solo OPERAI Exp 3m Exp 3m + Lat 10 aa Exp 3m CR6 Exp 1a + lat 10a CR6

Il grafico riporta il rischio di morte per tumore polmonare standardizzato per età (SMR) di gruppi di lavoratori di una fabbrica per la produzione di cromati. I gruppi sono differenti per mansione, durata dell’esposizione e latenza. L’SMR passa da 131 a 322, raggiungendo anche la significatività statistica… escludendo quei lavoratori, a partire dagli impiegati, che non erano presumibilmente a contatto con il cromo o lo erano stati per troppo breve tempo. L’errata inclusione nel gruppo esposto di tutti i lavoratori ha prodotto una vistosa sottostima del rischio (diluition effect).

Il Rapporto Standardizzato di Mortalità (SMR) esprime il rapporto tra decessi osservati e decessi attesi, cioè il numero di deceduti (per singola causa o gruppo di cause) che si sarebbero dovuti verificare se la popolazione in studio (quella dei lavoratori esposti) avesse “subìto” la mortalità (per singola causa o gruppo di cause) della popolazione di riferimento. La significatività statistica al 95% (p<0.005) del confronto è data dal valore dei limiti di confidenza (IC) che rappresentano la forbice di oscillazione statistica del risultato. Se il valore del limite inferiore di confidenza è ≥ 1 la differenza è statisticamente significativa in eccesso. Se il valore del limite superiore di confidenza è ≤1 la differenza è statisticamente significativa in difetto.

Attribuzione dell’esposizione

Esposti

non-esposti

Établissement public, placé sous la tutelle du ministère chargé de la Santé, l’Institut de veille sanitaire (InVS) réunit les missions de surveillance, de vigilance et d’alerte dans tous les domaines de la santé publique

Ernesto Burgio ISDE Italia

Le specifiche localizzazioni neoplastiche con rischio aumentato sono risultate essere: i sarcomi dei tessuti molli in entrambi i sessi (+ 22%), i linfomi non Hodgkin nelle femmine (+ 18%) e nei maschi (+ 1%), i tumori al fegato negli uomini (+13%) e nelle donne (+18%), il mieloma multiplo nei maschi (+ 23%) e nelle femmine (+5%)

Ernesto Burgio ISDE Italia

HEAVY METALS

PM 10

E’ da irresponsabili affermare che le migliori tecnologie potrebbero ridurre quasi del tutto l’immissione in ambiente degli inquinanti maggiori

Effetti cancerogeni delle sostanze emesse da un inceneritore secondo la IARC (Annali Istituto Superiore Sanità 2004)

Agente Grado di evidenza IARC

Effetto cancerogeno

Arsenico 1 Pelle, polmoni, fegato, vescica, rene, colon

Berillio 1 Polmone

Cadmio 1 Polmone, prostata

Cromo 1 Polmone

Nickel 1 Polmone

Mercurio 2b Polmone, pancreas, colon, prostata, encefalo, rene

Piombo 2a Polmone, vescica, rene, gastroenterica

Benzene 1 Leucemia

Idrocarburi policiclici

2b Fegato, polmone, leucemia

Cloroformio 2b Vescica, rene, encefalo, linfoma

Clorofenoli 2b Sarcomi tessuti molli, linfomi Hodgkin e non Hodgkin

Tricloroetilene 2a Fegato, linfomi non Hodgkin

TCDD 1 Linfomi, sarcomi non Hodgkin

Everyday levels matterEveryday levels matter

At truly low levels At truly low levels ……it interferes with gene it interferes with gene activationactivation

At high levels… arsenic kills people

At moderately low levels… it causes a range of diseases

KaltreiderKaltreider et alet al. 2002. 2002CHEMICAL BURDEN-Carico Chimico Globale CHEMICAL BURDEN-Carico Chimico Globale

The gift our mothers never wanted to give us

http://www.ewg.org/reports/generations/

CHEMICAL FALL OUT

ULTRAFINE PARTICLESHEAVY METALS

ENDOCRINE DISRUPTORSdioxin-like moleculles

12

3

A Silent PandemicIndustrial Chemicals Are Impairing

The Brain Development of Children Worldwide

For immediate release: Tuesday, November 7, 2006

Fetal and early childhood exposures to industrial chemicals in the environment can damage the developing brain and can lead to neurodevelopmental disorders (NDDs)

autism, attention deficit disorder (ADHD), and mental retardation.

CONCLUSIONS: Neurodevelopmental disorders such as autism, attention deficit disorder, mental retardation, and cerebral palsy are common, costly, and can cause lifelong disability. Their causes are mostly unknown. A few industrial chemicals (eg, lead, methylmercury, polychlorinated biphenyls [PCBs], arsenic, and toluene) are recognised causes of neuro-developmental disorders and subclinical brain dysfunction. Developmental neurotoxicity of industrial chemicals. P Grandjean, PJ Landrigan. November 8, 2006 DOI:10.1016/S0140-6736(06)69665-7

G Ghirga ISDE Civitavechia

Limiti tossicologia tradizionale: Dose-risposta Tossicità acuta-diretta

Esposizione collettiva a minime dosi quotidiane – sinergie – bioaccumulo e biomagnificazione * – EDCs e Barker Hypothesis ** – Trasmissione

Transgenerazionale *** …

Limiti epidemiologia tradizionale:Confronto (difficile) tra popolazioni esposte

Esposizione collettiva e ubiquitaria a minime dosi quotidiane bioaccumulo e biomagnificazione * Barker Hypothesis **

Trasmissione Transgenerazionale ***

SOLUZIONE: Calcolo Emissioni e Carico Chimico Globale * ** *** Effetti dilazionati (di decenni) e progressivi

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