Mediterranean spotted fever and identification of new agents of rickettsioses in Portugal : epidemiological determinants, host and microbial features in portuguese patients

Resumo: a febre botonosa, também conhecida por febre escaro-nodular (FEN) é uma doença endémica nos Países da bacia do Mediterrâneo, África, Médio Oriente, Índia e Paquistão. O agente etiológico responsável por esta patologia é a bactéria Rickettsia conorii. Contudo, em alguns países, como Portugal e Itália, esta patologia é causada por duas estirpes diferentes: R conorii Malish e R conorii Israeli spotted fever strain. O principal vector e reservatório é o ixodídeo Rhipicephalus sanguineus. Mesmo com uma elevada taxa de subnotificação detectada no nosso País, a taxa incidência da FEN é de 8.4/105 habitantes (1989-2005), uma das mais altas quando comparada coom a de outros países da bacia do Mediterrâneo. De todos os distritos portugueses, Bragança e Beja são aqueles que apresentam as taxas de incidência mais elevadas, 56,8/105 habitantes e 47,4 / 105 habitantes respectivamente. Em Portugal, as alterações climáticas verificadas na última década, nomeadamente a subida das temperaturas médias anuais, parecem ter influenciado o ciclo de vida do vector e a sua dinâmica sazonal, permitindo ao R. sanguineus completar mais de um ciclo de vida por ano. Este facto, e a possibilidade deste vector se manter activo noutros meses do ano, nomeadamente nos meses de inverno, tem influenciado consequentemente o padrão de distribuição anual dos casos de FEN. A febre escaro-nodular caracteriza-se clinicamente como uma doença exantemática, com um processo de vasculite generalizado. Apesar de na generalidade ser considerada uma doença benigna (quando tratada atempadamente e com terapêutica adequada e específica)e de estarem descritos casos graves em cerca de 5-6% dos doentes, em Portugal essa percentagem aumentou e consequentemente levou a um aumento de casos fatais. Este facto tornou-se mais evidente em 1997, no Hospital Distrital de Beja e no Hospital Garcia de Orta, onde a taxa de letalidade atingiu os 32% e 18% respectivamente.Para além dos factores de co-morbilidade encontrados nos doentes mais graves, como diabetes mellitus, ou o atraso na instituição da terapêutica específica, foi colocada de que a estirpe R. conorii Israel spotted fever strain pudesse ser mais virulenta ou então estivesse associada a diferentes manifestações clínicas que dificultassem o diagnóstico clínico e a instituição atempada da terapêutica. Houve ainda a necessidade de avaliar alguns parâmetros imunológicos dos doentes e tentar identificar que factores, nomeadamente que citoquinas, poderiam estar envolvidos na resposta a uma infecção por R.conorii.Face a estas questões foi avaliada e comparada a epidemiologia, manifestações clínicas e laboratoriais de 140 doentes (71 infectados com R. conorii Malish e 69 infectados com R. conorii Israel spotted fever strain). Concluiu-se que existe uma sobreposição de manifestações clinicas entre os dois grupos de doentes, mas que a percentagem da escara de inoculação é significativamente inferior em doentes infectados com R. conorii Israel spotted fever strain. Dos resultados mais importantes encontrados neste estudo concluiu-se que a estirpe R. conorii Malish e é demonstrado, pela primeira vez, estatisticamente que o alcoolismo é um factor de risco para a morte de doentes com FEN. Associadas a factores de um mau prognósitco da doença, estão as manifestações gastrointestinais, que poderão ser ou não reflexo de alterações do sistema nervoso central, e ainda a alteração de parâmetros laboratoriais como a presença de hiperbilirubinemia e aumento dos valores da ureia.A maior parte dos estudos realizados sobre os mecanismos da resposta imunitária à infecção por R. conorii e as interacções hospedeiro - agente etiológico têm sido elucidados com base em modelos animais. Poucos estudos têm sido efectuados em doentes e nenhum estudo prévio tinha sido realizado no sentido de avaliar localmente (escara/pele) quais os mediadores ou outras moléculas envolvidas na resposta imunitária às rickettsioses. Foi avaliado o nível de expressão génica de RNA mensageiro (RNAm)de diferentes citoquinas em amostras de pele de doentes com FEN pela técnica de PCR em tempo real.Os resultados deste estudo mostraram que, quando comparado com o grupo controlo, os 23 doentes analisados apresentavam níveis estatisticamente significativos, mais elevados de expressão génica de interferão (IFN-γ, Tumor necrosis factor (TFN-α, interleucina 10 (IL-10, RANTES (regulated by activation, normal T-cell-expressed and secreted chemokine)e indolamina 2-3 desoxigenase (IDO),uma enzima envolvida no controlo e limitação do crescimento intracelular das rickettsias, através da degradação do triptofano. Seis dos 23 doentes apresentaram ainda niveis de expressão elevados de óxido nítrico indutível (iNOS)que actua como microbicida. Encontrou-se uma correlação positiva entre a expressão de RNAm de TNF-α, γ, iNOS e IDO e os casos menos graves de FEN sugerindo um tipo de resposta imunitária tipo Th1, i.e. com papel protector na resposta à infecção.Verificou-se também que os valores de expressão genética do RNAm de IL-10, estavam inversamente correlacionados com a expressão do RNAm de TNF-α e IFN-γ. Os casos menos graves de FEN parecem assim envolver um balanço entre a resposta pró-inflamatória e anti-inflamatória. Já os níveis de expressão génica do RNAm de IL-10 estavam inversamente correlacionados com a expressão RNAm de TNF-α e IFN-γ. Os casos menos graves de FEN parecem assim envolver um balanço entre uma resposta pró-inflamatória e anti-inflamatória. Já os níveis de expressão RNAm da quimoquina RANTES foram estatisticamente mais elevados em doentes graves.Nesta dissertação é ainda descrita uma nova rickettsiose presente em Portugal, causada pela bactéria R. sibirica mongolitimonae, que foi identificada laboratorialmente por isolamento do agente, e por detecção do DNA em biopsia de pele. A presença deste agente foi ainda corroborada pela detecção em paralelo do mesmo agente no ixodídeos como R. africae like e em pulgas como R. felis e R.typhi alertam para a possibilidade de existência de outras rickettsioses que possam estar diagnosticadas em Portugal. Abstract: Mediterranean spotted fever (MSF), a tick-borne disease caused by Rickettsia conorii, is widley distributed in the Old World, being endemic in the southern Europe, Africa, Middle East, India and Pakistan. In Portugal two strains cause disease: R.conorii Malish and R.conorii Israeli spotted fever.Rhipicephalus sanguineus, the brown dog tick, is considered the main vector and reservoir. MSF is characterized by seasonality, and most of cases are encountered in late spring and summer, peaking in July and August. However, CEVDI/INSA laboratory has observed that the incidence of MSF cases has changed during winter season.The increasing annual averages of air temperatures and warmer and drier winters might have influenced the dynamics of the life cycle and activity of R. sanguineus, and indirectley the number MSF cases during the so called MSF off-season.In the period of 1989-2005, the incidence rate of MSF was 8.4/105 inhabitants, one of the highest rates compared with other endemic countries. In the Portugal during the same period, the highest incidence rates were reported in the districts of Bragança, with 56.8/105 inhabitants, and Beja, with 47.4/105 inhabitants. Severe cases of MSF are reported in 6% of the patients, but it seems that this pattern of disease in Portugal has been changing.This factor became more evident in 1997, with a reported case fatality rate of 32% and 18% in patients with MSF admited at Beja and Garcia Orta Hospitals, respectively. Although it was found that diabetes mellitus and delay in therapy have been implicated as a risk factor for death, the hypothesis was considered, that the new ISF strain isolated from Portugueses patients in the same year (1997)causes different or atypical clinical conorii Malish strain. The local (skin biopsies) immune response to R. conorii infection was also evaluated.A prospective study was performed to characterized epidemiological, clinical, laboratory features and determined risk factors for a fatal outcome. One hundred forty patients (51% patients were infected with Rickettsia conorii Malish stain and 49% with Israeli spotted fever strain)with diagnosis documented with identification of the causative rickettsial strain were admitted to 13 Portugueses Hospitals during 1994-2006.Comparison of the clinical manifestations of MSF caused by Malish and ISF strains revealed tremendous overlap that would not permit clinical recognition of the strain envolved, but an eschar was observed in a significantly higher percentage of patients with Malish than ISF strain.A fatal outcome was significantly more likely for patients with ISF strain infection meaning that ISF strain was more virulent than Malish strain, and also alcoholism was a host risk factor for a fatal outcome.The pathophysiology of a fatal outcome involved significantly greater incidence of petechial rash, gastrointestinal symptoms, confusion/obtundation, dehydration, tachypnea, hepatomegaly, leukocytosis, coagulopathy, azotemia, hyperbilirubinemia, and elevated hepatic enzymes and creatine kinase. Multivariate analysis revealed that acute renal failure and hyperbilirubinemia were most strong associated with a fatal oucome of infections with both strains.The immune response to R. conorii infection determined with both strains. The immune response to R. conorii infection determined by the expression levels of inflammatory and immune mediators in skin biopsies collected from untreated patients with Mediterranean spotted fever reveal that intralesional expression of mRNA of TNF-α, IFN-γ, IL-10, RANTES, and indoleamine-2, 3-dioxygenase (IDO)an enzyme involved in limiting rickettsial growth by tryptophan degradation, were elevated in skin of MSF patients compared to controls. Six patients had elevated levels of inducible nitric oxide synthase (NOS2, a source microbicidal nitric oxide.Positive correlations among TNF-α, IFN-γ, NOS2,IDO and mild-to-moderate disease suggested that type 1 polarization plays a protective role. Significantly high levels of intralesional IL-10 were inversely correlated with IFN-γ and TNF-α. The chemokine RANTES was significantly higher in patients with several MSF. It seems that MSF patients with mild-to-moderate disease have a strong and balanced intralesional pro-inflammatory and anti-inflammatory response, while severe disease is associated with higher chemokine expression.Whether these findings are simply a correlate of mild and severe disease or contribute to anti-rickettsial immunity and pathogenesis remains to be determined.In this dissertation is also described a new rickettsiois present in Portugal caused by R.sibirica mongolitimonae strain, identified based on agent isolation and DNA detection by PCR technique in a skin biopsy.The presence of this agent corroborated by its detection also in Rhipicephalus pusillus tick. Also, pathogenic tick and flea-borne rickettsial agents such as R. africae strain detected in Rhipicephalus bursa tick, and R.felis and R.typhi detected in different fleas species raise the alert for the possible existence of other rickettsioses in Portugal that might be underdiagnosed.

Massive shift in the pneumococcal nasopharyngeal flora after the 7-valent conjugate vaccine: epidemiological studies and testing pathogenic potential in animal models

Dissertation presented to obtain the PhD degree in Biology/Molecular Biology by Universidade Nova de Lisboa, Instituto de Tecnologia Química e Biológica

Epidemiological characterization, antimicrobial resistance and virulence mechanisms of human and animal streptococci

Dissertação para obtenção do Grau de Doutor em Biologia

Epidemiological studies of Streptococcus pneumoniae carriage in the post-vaccination era among two risk groups: children and the elderly

Dissertation presented to obtain the Ph.D. degree in Biology/ Molecular Biology

The burden of chronic low back pain in the adult Portuguese population : an epidemiological population-based study under the scope of Epireumapt

RESUMO: Nos países desenvolvidos a lombalgia é a condição músculo-­‐esquelética mais prevalente. Quando evolui para um quadro crónico é responsável por um encargo económico bastante considerável, não só em relação aos indivíduos, mas também para a sociedade. A lombalgia crónica é por isso uma das principais causas de perda de produtividade e de perda de independência económica, nomeadamente através do absenteísmo (ausência do trabalho), do presenteísmo (perda de produtividade no trabalho, devido à capacidade diminuída provocada pela lombalgia) e da incapacidade para trabalhar (invalidez permanente, total ou parcial). Até à data, em Portugal, a prevalência e carga social da lombalgia crónica eram desconhecidas. Até agora não existiam estudos populacionais de grande dimensão sobre este tema. O objetivo principal desta tese foi determinar a prevalência de lombalgia crónica, e também avaliar a carga social que esta tem na população adulta Portuguesa. O trabalho de investigação foi desenvolvido no âmbito do Estudo Epidemiológico de Doenças Reumáticas em Portugal (EpiReumaPt). Este foi o primeiro estudo de larga escala e de base populacional, que determinou a prevalência de doenças reumáticas e músculo-­‐ esqueléticas na população adulta portuguesa. Foi realizado numa amostra aleatória e representativa, de 10.661 indivíduos do Continente, da Região Autónoma dos Açores e da Região Autónoma da Madeira, entre Setembro de 2011 e Dezembro de 2013. Esta tese foi dividida em duas secções. A primeira secção incluiu o detalhe das questões relativas ao desenvolvimento e gestão do EpiReumaPt, constituindo-­‐se como um guia prático sobre como realizar um estudo de base populacional de larga escala, em Portugal. A metodologia detalhada do EpiReumaPt foi também descrita nesta secção e incluiu os objectivos, o desenho do estudo, as características de recrutamento e a preparação de dados para análise. Nesta secção foram ainda descritos os principais resultados do EpiReumaPt. Estes evidenciaram que a lombalgia foi a condição músculo-­‐esquelética com maior prevalência na população adulta portuguesa.A segunda secção desta tese estimou a prevalência da lombalgia crónica ativa na população adulta Portuguesa, e avaliou a carga social esta condição. A lombalgia ativa foi definida com base na dor auto-­‐relatada no dia da entrevista e que persistia há pelo menos 90 dias (independentemente da causa). A lombalgia foi definida como dor na área definida entre a margem inferior das décimas segundas costelas até às pregas glúteas inferiores, com ou sem dor nos membros inferiores. A carga social foi medida tendo em conta os seguintes parâmetros: qualidade de vida, função, consumo de recursos de saúde, consumo de analgésicos e outros fármacos usados no alívio da dor, sintomas de ansiedade e sintomas de depressão. Os resultados mostraram que o consumo de recursos em saúde e a carga social da lombalgia crónica na população adulta Português é significativa. Também a incapacidade causada pela lombalgia crónica,nos indivíduos com idade ativa, é responsável por elevadas taxas de absenteísmo e má qualidade de vida, aos quais acresce o consequente ónus socioeconómico. Esta tese também concluiu que o consumo de analgésicos e outros medicamentos para alívio da dor, na população adulta portuguesa com lombalgia crónica ativa, é relativamente baixa. A maioria destes indivíduos não tomava nenhum medicamento analgésico, independentemente da intensidade da dor. Mesmo os indivíduos que reportaram dor intensa, apenas 4.0% estavam no primeiro degrau da escada analgésica da Organização Mundial de Saúde; 2.3% usavam opióides fracos e 0.03% usavam opióides fortes para controlar a dor (segundo e terceiro degrau da escada analgésica da Organização Mundial da Saúde). O trabalho de investigação também confirmou que a prevalência de sintomas de ansiedade e depressão entre os indivíduos adultos portugueses com lombalgia crónica ativa é elevada. Nestes indivíduos, registou-­‐se um consumo mais elevado de analgésicos e outros medicamentos para alívio da dor, quando comparados com os indivíduos com lombalgia crónica activa sem esses sintomas psicológicos. Os grupos terapêuticos mais utilizados foram os ansiolíticos, sedativos e hipnóticos, os antidepressivos e os anti-­‐inflamatórios não esteróides. A intensidade média da dor reportada foi também maior entre os indivíduos com lombalgia ativa e sintomas de ansiedade e/ou depressão. Também nestes, foi reportada pior função e pior estado de saúde. Em relação ao consumo de recursos de saúde foram encontradas diferenças significativas entre as duas populações: os indivíduos com lombalgia ativa e sintomas psicológicos concomitantes registaram maior número de consultas de psiquiatria de outras especialidades médicas, assim como precisaram de mais apoio domiciliário nos 12 meses prévios à entrevista do EpiReumaPt. Foram também identificados os fatores associados a sintomas isolados de ansiedade, a sintomas isolados de depressão e a sintomas de ansiedade e depressão. Resumindo,esta tese permitiu concluir que a lombalgia crónica é um problema de saúde comum na população adulta portuguesa, contribuindo para um elevado grau de incapacidade e que consequentemente afeta o desempenho laboral e o bem-­‐estar dos indivíduos. A lombalgia crónica é também responsável por um consumo considerável de recursos de saúde. Acresce ainda que os sintomas de ansiedade e depressão são comuns, entre os indivíduos com lombalgia crónica, contribuindo com uma carga social adicional.---------------------------------- ABSTRACT:Low Back Pain(LBP) is the most prevalent of musculoskeletal condition in developed countries.When it becomes chronic, LBP causesan enormous economic burden on individuals and society -­‐ it is one of the leading causes of loss of productivity and economic independence through absenteeism (time off work), presenteeism (lost productivity because of diminished capacity while at work) and work disability (permanent, partial or complete disablement for work purposes). In Portugal the prevalence and burden of LBP and chronic LBP (CLBP) were poorly defined. Until now no large population-­‐based studies have focused on this. The main aim of this thesis was to determine the prevalence of LBP and CLBP, and also to assess the burden of CLBP in the adult rtuguese population. The research work was developed under the scope of EpiReumaPt (the Portuguese Epidemiologic Study of Rheumatic Diseases). EpiReumaPt was the first national large population-­‐based and prevalence study of rheumatic and musculoskeletal diseases (RMD). It was performed among a randomized and representative sample of 10,661 adult Portuguese subjects recruited in Mainland, Azores and Madeira Islands, from September 2011 to December 2013. The first section of this thesis included detailed issues regarding the development and management of EpiReumaPt, and provided a practical guide on how to set-­‐up a large population-­‐based study in Portugal. The detailed methodology of EpiReumaPt, including its objectives,study design,recruitment features,and data preparation for analyses were also described. The main results from EpiReumaPt study were provided in this section and showed that LBP was the musculoskeletal condition with highest prevalence among Portuguese population. The second section of this thesis estimated the prevalence of active CLBP among adult Portuguese population, and assessed the social burden of this condition. Active CLBP was defined based on self-­‐reported pain on the day of the interview, and for most of the time for at least 90 days (independently from cause). LBP was defined as pain in the back area from the lower margin of the twelfth ribs to he lower gluteal folds, with or without pain referred to the lower limbs. Social burden was measured taking into account the following outcomes: quality of life, function, healthcare resources consumption, analgesic and other pain relief drugs intake, anxiety and depression symptoms. Results showed that the healthcare consumption and social burden of CLBP among adult Portuguese population were enormous, and the disability caused by CLBP among subjects in a working age provides high rates of absenteeism (work loss) and poor quality of life, with a consequent socioeconomic burden. This thesis also concluded that analgesic and other pain relief drugs untake among adult Portuguese population with active CLBP was very low. Most of the subjects with active CLBP did not take any analgesic drug regardless pain severity. Even when subjects self-­‐reported severe pain, only 24.0% were in the 1st step of the analgesic ladder,2.3% used weak analgesic opioids and 0.03% used strong opioids (2nd and 3rd step of WHO analgesic ladder, respectively) to control pain . The research work also confirmed that the prevalence of anxiety and depression symptoms among adult Portuguese subjects with active CLBP was high. Regarding pharmacological therapy, the intake of analgesic and other pain relief drugs was higher among subjects with anxiety and/or depression symptoms, when compared with subjects without these psychological symptoms. Anxiolytics, sedatives and hypnotics, antidepressants and NSAIDs intake had higher usage rates among these subjects. The pain severity mean was also higher among this subjects and function and health status was worse. Regarding healthcare resources consumption,significant differences between the two populations were found. Subjects with ctive CLBP and concomitant psychological symptoms had a higher number of psychiatrist and other physician visits. They also needed more home care in the previous 12 months. Factors associated with isolated symptoms of anxiety, depression,and concomitant anxiety and depression symptoms were also identified. Summarizing, we concluded that CLBP is a common health problem among adult Portuguese population contributing to disability and affecting labor performance, and the well being of subjects. it is also responsible for considerable healthcare resource consumption. Anxiety and depression symptoms are common among subjects with CLBP and provided an additional burden among them.