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Sorveglianza epidemiologica Bluetongue in Campania: uso dei GIS per la creazione di mappe di rischio.

• Il progetto: obiettivi e dati
• Metodologia
• Analisi dei dati
• Uso del suolo
• Individuzione di zone soggette ad impaludamenti
• Altimetrie
• Clima: Temperature, Piovosità, Umidità
• Elaborazione dei dati
• Aree di rischio
• Aree di rischio e focolai di malattia
• Conclusioni

Il progetto: obiettivi e dati

La Bluetongue è una malattia virale che colpisce tutti i ruminanti (domestici e selvatici); in particolare, mentre i bovini risultano essere portatori sani, gli ovini manifestano pienamente la malattia.

Tra i principali sintomi: febbre alta, calo di peso, edema delle labbra, emorragie linguali, arrossamento della mucosa di labbra e lingua fino ad arrivare alla cianosi (da qui il termine lingua blu), zoppia, tendenza a camminare sulle ginocchia, assottigliamento del vello. La malattia può portare alla morte (anche per l’indebolimento dell’animale).
La malattia è causata dal virus trasmesso dalla puntura di insetti del genere Culicoides e, nelle regioni Mediterranee, particolarmente dalla specie C. Imicola.

Il primo focolaio di malattia conosciuto in Italia (agosto 2000) è stato in Sardegna ma nello stesso anno molte altre regioni (Sicilia, Calabria, Basilicata, Lazio, Toscana) sono state colpite dall’epidemia; da allora la malattia si ripresenta ogni anno con andamento stagionale (soprattutto in tarda estate: periodo settembre - ottobre).

La rapida diffusione della malattia sul territorio nazionale ha generato uno stato di emergenza che l’Osservatorio dell’Istituto Zooprofilattico di Napoli ha deciso di affrontare anche uno studio delle possibili aree di diffusione della malattia in Campania utilizzando i GIS. A tal fine al Formez-LabGis sono state richieste la formazione dei funzionari e le competenze sui Sistemi Informativi Geografici, per lo studio condotto seguendo i criteri scientifici da loro definiti.

L’obiettivo del progetto è l’implementazione di un Sistema Informativo Geografico per lo studio delle aree a rischio di Bluetongue nella regione Campania.

I dati necessari sono stati ricavati da:

1. bibliografia scientifica che ha fornito indicazioni sull’Habitat del Culicoides, cioè dove vive l’insetto vettore e soprattutto dove si riproduce con facilità
2. osservazioni dei focolai di malattia
3. analisi sierologiche effettuate sugli animali sentinella in base al piano di sorveglianza sierologica nazionale

Metodologia

I Culicoides vivono e si riproducono vicino a insediamenti animali, anche vicino a stalle o pascoli, preferibilmente in zone paludose e altimetrie da 0 a 700 m (se spinti dal vento possono arrivare molto più in alto).
Si riproducono e sono perfettamente attivi a temperature oltre i 12,5°C ma sono comunque vivi fino a temperature intorno agli 0°.
Preferiscono una piovosità intorno ai 300 mm annui.
Inoltre vivono in ambienti con umidità media annua molto alta.
Per la nostra analisi è stata considerata come zona di maggior rischio il pascolo.

Per l’analisi statistica e la verifica sono stati utilizzati i dati forniti dall’IZS di Napoli riguardanti le sentinelle sieropositive, il numero di culicoides catturati nelle trappole fisse e i focolai già presenti.
Gli animali sentinella sono scelti preferibilmente nell’ambito della specie bovina. Essi (in generale) non sono vaccinati (escluso i territori in cui è prevista la vaccinazione definita area A), periodicamente sono esaminati per rilevare la comparsa di anticorpi nei confronti del virus della Bluetongue. Per ogni cella si devono selezionare 58 animali sentinella, nell’ambito di 5 – 8 allevamenti sparsi sul territorio.
Tutti gli elaborati preparati sono stati riclassificati cioè i valori presenti sono stati aggregati in “classi” e definiti in valori crescenti in base al rischio. Per ogni elaborato quindi il valore più alto corrisponde al maggior rischio.

Per definire le zone dove c’è maggior probabilità di trovare l’insetto vettore erano necessarie le informazioni derivate dall’Uso del suolo. L’uso del suolo è stato ottenuto dalla elaborazione delle immagini da Satellite Landsat relative a tre periodi dell’anno: Marzo, Agosto, Novembre 2000.

Uso del suolo

Le classi di Uso del suolo definite sono: conifere, latifoglie, pascolo, acqua, aree non coltivate, aree coltivate, urbano, aree incendiate, spiaggia, cave. Queste classi sono state riclassificate per pesare quelle in cui c’è maggiore probabilità di trovare il Culicoides.

Si è proceduto a riclassificare l’Uso del suolo in 5 classi, in ordine crescente, pesate sulla probabilità che in esse ha l’insetto di vivere e riprodursi.
Nelle classi più alte, con i valori 3 e 4, sono state inserite le aree dove si trovano animali da pascolo e quindi con maggiore probabilità anche il Culicoides. Si tratta di terreni con relativamente bassa pendenza e con molto verde.
La classe 4 rappresenta quella col maggior rischio, dato che essa comprende il pascolo.

Individuazione di Zone soggette ad impaludamento

Il culicoides vive preferibilmente in zone con acque stagnanti o paludose e i terreni soggetti a questa condizione sono quelli aventi le seguenti caratteristiche:

presenza di fitto reticolo del drenaggio superficiale

lieve pendenza (da 0° a 1°) quasi pianeggiante

Il drenaggio superficiale è stato ottenuto utilizzando il modulo Hydrology di ArcGis 8.3 Spatial Analyst. Poiché lo scorrimento dell’acqua è influenzato dalla morfologia della terra. Il calcolo, si basa sul Modello digitale del terreno che definisce, a partire dalle altimetrie, la forma del territorio. Data una goccia d’acqua (o pioggia), quindi, è possibile stimare come questa fluisce sul terreno, ossia quale direzione seguirà e in quale bacino confluirà, creando in tal modo un reticolo più o meno fitto di minuscoli rivoli (stream network).

Sono state considerate zone di probabile ristagno quelle che presentavano un reticolo di rivoli piuttosto fitto. Si è proceduto quindi a elaborazioni intermedie per definire vaste aree di ristagno. Si è definito che le aree dovessero essere maggiore di 50000 m2.

Dal Modello digitale del Terreno sono state ricavate le pendenze. Poiché le pendenze interessate dal Culicoides sono quelle da 0° a 1° solo a queste è stato dato valore 1 mentre al resto è stato assegnato il NoData.
Dalla sovrapposizione del drenaggio superficie e delle pendenze da 0 a 1°, utilizzando un operatore Booleano AND (moltiplicando le due carte) si è visto dove entrambe le caratteristiche sono presenti. Se i valori dei pixels nelle due carte sono binari (ossia 1 o 0) facendo una moltiplicazione, i valori si annulleranno sia se nella prima carta si moltiplica 1 x 0, sia se moltiplica 0 x 1, solo se in entrambe le carte il valore è 1 (ossia se è presente la condizione richiesta) il risultato sarà il valore cercato = 1. Le aree che soddisfano questa condizione sono state considerate zone di possibile impaludamento.

Altimetrie

Il Culicoides vive preferibilmente entro i 700 metri di altezza. I valori dell’altimetria (Modello digitale del Terreno), sono stati riclassificati in 3 classi in base alla probabilità crescente di vita del Culicoides, attribuendo il valore più alto (3) alla classe 0-700 m.

Temperature

Il Culicoides Imicola vive e si riproduce a temperature > di 12,5°C ma continua a sopravvivere fino a zero gradi.
Dato che in gran parte della regione Campania le temperature medie annue non si discostano molto da questi valori, e per poter utilizzare adeguatamente questo dato, si è scelto di calcolare le medie delle temperature minime nel periodo tardo autunno - inverno (novembre – marzo 1999-2002); in tal modo si è definito in quali zone è più probabile la sopravvivenza del vettore nel periodo invernale.
Per l’analisi climatica sono stati utilizzati i dati in formato tabellare provenienti da 30 stazioni meteorologiche presenti in Campania (dal sito: www.regione.campania.it/agricoltura/meteo/rete.htm).
I valori delle temperature misurati nelle stazioni, attraverso procedure di interpolazione, hanno consentito di ricavare i valori della temperatura in ogni punto del territorio.

Analisi dei dati

Si è tenuto conto della correlazione tra altimetria e temperatura secondo il metodo della regressione lineare. La temperatura (variabile dipendente = X) è messa in relazione alla quota altimetrica (variabile indipendente = Y) attraverso un coefficiente di relazione che nel nostro caso è stato 0.0034. La retta di regressione ottenuta è stata quindi la seguente: Y = 5.7482 + 0.0034X. Si è quindi proceduto a moltiplicare il modello digitale, che rappresenta l’altimetria dell’intera regione, per il coefficiente ottenuto e ad aggiungere a questo il valore 5.7482.
I dati ottenuti sono stati riclassificati definendo 4 classi che stabiliscono la sopravvivenza del vettore nella stagione invernale, cioè la possibilità che l’insetto rimanga sul territorio sebbene in uno stato di quiescenza; la classe più alta è quella con maggiore probabilità di sopravvivenza. In tal modo, all’aumento delle temperature il Culicoides è già presente sul territorio e questo comporta un maggior rischio di epidemie.

Analisi climatica - Piovosità

Il Culicoides vive bene in zone dove vi è una piovosità tra 300 e 1000 mm annui. I dati puntuali delle trenta stazioni meteorologiche sono stati elaborati con un’interpolazione IDW da cui si è ottenuta la piovosità media annua relativa all’intero territorio regionale.
Questi ultimi dati sono riclassificati in tre classi in modo crescente, così che la classe 3 rappresenta le zone con piovosità media annua tra i 300 e i 1000 mm e nelle quali è più probabile la riproduzione dei Culicoides.

Analisi climatica - Umidità

L’insetto vive bene anche in zone con umidità annua molto alta. È stata considerata alta quella oltre il 70%.
I dati puntuali delle trenta stazioni meteorologiche, sono stati elaborati con un’interpolazione IDW per ottenere valori dell’umidità relativi all’intero territorio regionale.
Questi valori sono stati poi riclassificati in tre classi di umidità, in cui la classe 3 rappresenta quei territori dove il Culicoides ha maggior probabilità di vita.

Elaborazione dei dati

I dati elaborati finora rappresentano gli elementi fondamentali, "i Criteri" che definiscono l’habitat ideale del Culicoides.
Il passo successivo è stato attribuire un peso a ogni criterio e procedere a un’elaborazione per giungere a un primo risultato.
Gli elaborati ottenuti sono stati riclassificati, ossia i molteplici valori delle celle che li compongono sono stati semplificati in tre o quattro. A questo punto i database geografici sono state sovrapposti, similmente a quando empiricamente si sovrappongono più lucidi per evidenziare le aree interessate da più fattori; quindi sono stati sommati.
Il risultato dell’elaborazione è stato un nuovo set di dati derivato dalla somma delle celle riclassificate in cui alla presenza di più criteri corrispondono valori alti (infatti ogni elaborazione parziale è stata riclassificata dando alla maggior probabilità di trovare il Culicoides il valore più alto). Il risultato ottenuto è stato classificato in 5 classi per poter essere più facilmente leggibile.

Elaborazione dei dati: aree di rischio e focolai di malattie

Verifica

Una verifica del risultato ottenuto è stata fatta sovrapponendo alle aree del rischio i dati relativi ai focolai di malattia esistenti e alle catture di insetti eseguite attraverso le trappole fisse georiferite. I focolai sono stati georiferiti e quindi rappresentati puntualmente. Mostrano una distribuzione maggiore verso Sud Est. Le trappole fisse (Si tratta di trappole luminose, messe a punto dagli esperti del Ondersteeport Veterinary Institute - Sud Africa) sono state posizionate 1 ogni 1600 Km2, cioè ogni 4 celle del reticolo in cui è stata suddivisa la Regione Campania in base al Piano di Sorveglianza per la Bluetongue (1 cella ha il lato di 20 Km), sono state localizzate su fattorie scelte dai servizi veterinari in base alla presenza di bovini e all’assenso del proprietario. La cattura degli insetti è stata effettuata una volta alla settimana dal tramonto all’alba e gli insetti intrappolati sono stati mandati al centro di Teramo per essere contati e identificati.

Tutte le trappole fisse (georiferite) risultano in aree di medio o alto rischio. I Culicoides sono stati catturati in tutte le trappole, mentre il Culicoides Imicola è stato trovato solo in tre trappole. I focolai (allevamenti dove la malattia è conclamata) e le sentinelle positive sono stati trovati principalmente nelle zone di medio - alto e alto rischio, solo il 10% circa dei focolai e il 12% delle sentinelle positive si sono localizzate in aree con un livello di rischio medio – basso. Le catture risultano distribuite su tutta la regione ma particolarmente nella zona meridionale. Purtroppo non tutti i focolai avevano il georiferimento (solo 139 su 251) per cui si sono potuti usare solo i dati relativi a quelle georiferite, tutte localizzate nella parte sud est della Campania.

Conclusioni

La mappa del rischio ha identificato il 90% del territorio regionale a rischio medio o alto di presenza del Culicoides Imicola e le trappole fisse sono risultate localizzate in aree a medio o alto rischio. I dati delle trappole non hanno confermato l’affidabilità nel predire la presenza di Culicoides Imicola, tuttavia in altri modelli la presenza di Culicoides Imicola non è stata confermata dalla cattura ma è stata ugualmente osservata l’infezione di Bluetongue dei ruminanti.

Il modello elaborato risulta nel complesso affidabile perché:

• Molti animali sentinella positivi al virus della Bluetongue sono stati trovati in aree di medio o alto rischio;
• I focolai si trovano per la maggior parte in luoghi di medio e alto rischio;
• Le trappole fisse sono risultate per il 90% in luoghi di medio e alto rischio; tuttavia dalle catture non sempre è stata verificata la presenza del Culicoides Imicola ma anche in questi casi è stata riscontrata l’infezione di Bluetongue dei ruminanti.

Secondo altri studi sarebbero coinvolte altre specie di Culicoides nella trasmissione della malattia.

Sviluppi futuri

Si sta procedendo al georiferimento degli allevamenti della regione. Questo permetterà di affinare i criteri di studio, con l'esclusione dal rischio delle aree dove non sono presenti gli allevamenti ovini o bovini.