P. Lopes, J. Alves e P. Lourenço. Faculdade de Ciências e Tecnologias da Universidade Nova de Lisboa

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1 Utilização de Detecção Remota para a Determinação de Zonas de Risco de Contaminação por Malária e a Influência das Alterações Climáticas Globais na sua Expansão Região do Algarve como Caso de Estudo P. Lopes, J. Alves e P. Lourenço Faculdade de Ciências e Tecnologias da Universidade Nova de Lisboa Laboratório de Investigação de Sistemas de Informação Geográfica Resumo A malária é uma doença que afecta um número crescentes de seres humanos, provocando a morte de milhares de pessoas todos os anos em todo mundo. Numa escala global foi identificada como sendo a doença com maior possibilidade de ser afectada pelas alterações climáticas. Desta forma torna-se necessária a previsão dos potenciais impactes das alterações climáticas na saúde, nomeadamente no que diz respeito à malária. Para estimar áreas de potencial risco de transmissão de malária, é fundamental que se verifique se haverá condições ambientais favoráveis ao vector. Para isso, pode-se recorrer a técnicas de geoprocessamento, explorando imagens multiespectrais. As técnicas de geoprocessamento que reuniram a detecção remota e as análises feitas em ambiente de sistemas de informação geográfica, permitiram concluir que as zonas mais densamente povoadas são aquelas que reúnem as condições mais favoráveis para o desenvolvimento do vector malárico. A obtenção de dados de temperatura através do modelo de previsão climática HadRMGGa2 elaborado pelo Climate Impacts LINK Project da universidade de East Anglia no Reino Unido, permitiu verificar que as alterações climáticas poderão ter um papel fundamental no aumento da probabilidade de transmissão de malária. Esse facto deve-se essencialmente ao aumento da temperatura média e ao incremento do número de períodos favoráveis à incubação do parasita P. vivax. A elaboração de cartas de áreas de potencial risco contribuirá para a prevenção de doenças que poderão tornar-se uma realidade a médio e longo prazos em Portugal. 1

2 1. Introdução As alterações climáticas globais têm nas últimas décadas assumido um papel cada vez mais importante na nossa sociedade. Estudos sobre quais as consequências deste efeito são cada vez mais necessários permitindo estabelecer mecanismos de prevenção sobre possíveis consequências que afectem a humanidade. Desta forma pretende-se com este trabalho identificar e mapear zonas de risco de ocorrência de malária na região do Algarve bem como avaliar as condições climáticas futuras, tendo em conta as condições óptimas de transmissão da malária. Na figura 1 encontra-se uma composição de cor real (RGB: TM-1, TM-2 e TM-3) da área em estudo. Figura 1 Composição colorida de cor real da área em estudo (RGB: TM-1, TM -2 e TM -3) Estudos recentes têm vindo demonstrar impactes na saúde humana resultantes das alterações da frequência e intensidade de frio e calor, bem como do regime de precipitação. Outros impactes na saúde podem advir das consequências das alterações climáticas nos sistemas ecológicos e sociais, nas alterações de produção de alimentos e na concentração de poluentes atmosféricos. Doenças transmitidas por mosquitos, como a malária e a febre amarela, têm vindo a ganhar terreno nas últimas décadas onde se tem verificado alterações no seu padrão de distribuição (McMichael A. et al 2000). A malária é uma das mais importantes doenças provocadas por parasitas, afectando mais de 300 milhões de pessoas e causando mais de 1 milhão de mortos todos os anos (OMS, 1999a). Segundo estudos efectuados pela 2

3 Organização Mundial de Saúde (OMS) prevê-se que a malária seja a doença com maior probabilidade de ser afectada pelas alterações climáticas globais. Existem quatro espécies de parasitas da malária: P. falciparum, P. vivax, P. ovale e P. malariae. Segundo dados da OMS o parasita P. vivax é a espécie mais comum na Europa (OMS, 1999a). Estes são transmitidos por mosquitos que, quando se alimentam de sangue quente transmitem o parasita através da saliva até à corrente sanguínea. A partir daí o parasita dirige-se directamente para o fígado, multiplicando-se, e posteriormente desloca-se para a corrente sanguínea alimentando-se dos glóbulos vermelhos. Os primeiros sintomas aparecem cerca de 10 a 14 dias após a mordedura do mosquito, provocando dores de cabeça, dores nos braços e pernas, insónias, náuseas e vómitos. Das cerca de 40 espécies de mosquitos presentes em Portugal apenas seis funcionam como vectores de transmissão da malária. Destas destaca-se o Anopheles atroparvus como sendo a espécie de mosquito que traz maiores preocupações, pois encontra-se distribuída por todo o país, é o mosquito mais abundante e é capaz de transmitir as estirpes tropicais e temperadas da espécie P. vivax. Segundo Ribeiro et al. (1988), verificou-se que esta espécie de mosquito foi responsável pela proliferação da malária em Portugal na década de 60, antes de ser erradicada. Estudos recentes têm indicado que um aumento em apenas alguns graus da temperatura média global pode resultar na reintrodução de malária em diferentes regiões, como Portugal (Martens WJM et al., 1995). O parâmetro físico mais importante para a transmissão da malária é a temperatura. Esta pode afectar o ciclo de propagação da malária de várias formas. As mais importantes, são a sua influência na duração da fase esporogénica do ciclo de vida do parasita e na sobrevivência do vector de transmissão. Segundo Martens (1998), o parasita P. vivax não se desenvolve a temperaturas inferiores a 14,5ºC e superiores a 35ºC. No entanto para temperaturas inferiores a 18ºC o tempo de incubação do parasita é cerca de 56 dias existindo poucos mosquitos que sobrevivem esse tempo. À temperatura de 22ºC o período de incubação é inferior a três semanas onde a sobrevivência do mosquito é superior a 15%. O limite superior de temperatura é determinado pela sobrevivência do vector, pois verifica-se que, para temperaturas superiores a 32ºC existe um aumento significativo da taxa de mortalidade 3

4 bem como o enfraquecimento da população, ocorrendo mortalidade térmica à temperatura de 40ºC (MARA, 1998). Actualmente estas condições de temperatura são comuns de encontrar em Portugal. O facto de não ter sido identificada malária em Portugal significa que a população endémica de mosquitos não se encontra contaminada com o parasita. Além disso as fêmeas que se alimentam de sangue quente preferem outros animais que não o Homem. Sendo assim só se não ouver alternativa de alimento é que somos mordidos por esta espécie de mosquito. No entanto, se uma pequena população de mosquitos contaminados com o parasita P. vivax fosse introduzida em Portugal, enfrentávamos um potencial risco de contrair malária. Para analisar o potencial risco de contrair malária tivemos em conta o que se designa por eficácia vectorial. A eficácia vectorial será função das características de interação entre diferentes populações, como predadação e competição, e das características do meio ambiente como é o caso do meio físico e dos factores climáticos. Foi sobre este último aspecto em que focámos o nosso interesse identificando quais os locais de procriação do vector de transmissão nas diferentes etapas do ciclo de vida (fase larvar e adulta). Segundo estudos efectuados por Rejmankova et al., (1998), verificou-se que as áreas mais favoráveis à procriação e desenvolvimento do mosquito (Anopheles atroparvus) são constituídas por água, principalmente durante a fase larvar, vegetação arbustiva, que fornece protecção dos predadores e sombra para se protegerem de temperaturas elevadas e alimento que se baseia na ingestão de sangue proveniente de animais de sangue quente. Para estimar áreas de potencial risco de transmissão de malária, é fundamental que se verifique se haverá condições ambientais favoráveis ao vector. Para isso iremos recorrer neste trabalho a técnicas de geoprocessamento explorando imagens multiespectrais. As imagens utilizadas provêm do satélite Landsat 5 TM que tem uma frequência de varrimento da mesma área de 16 dias. Este satélite é sensível a diferentes comprimentos de onda de radiação, que varia entre o visível e o infra vermelho, que são reflectidos e emitidos da terra. Desta forma é possível identificar as assinaturas espectrais dos diferentes corpos, construindo a partir de uma imagem o habitat mais favorável ao crescimento e desenvolvimento do vector de transmissão da malária. 4

5 2. Metodologia Para a realização deste trabalho foi utilizada uma imagem de LandSat 5 TM, de Agosto de 1997, que engloba a região do Algarve. 2.1.Georeferenciação A georeferenciação refere-se à localização de uma imagem num espaço definido por um sistema de coordenadas conhecido. Para georeferenciar a imagem que serviu de base para o estudo foram utilizadas cartas militares 1:25000, com o sistema de coordenadas UTM 29 S, onde se seleccionaram 14 pontos facilmente identificáveis na imagem de satélite. A estes foram atribuídas as coordenadas correspondentes às das cartas militares, aplicando-se o algoritmo do vizinho mais próximo, de forma a atribuir as coordenadas a todos os pontos da imagem. O erro associado à georeferenciação foi de 0.97 pixels (cerca de 29 metros), tendo sido excluídos 3 dos 14 pontos originais. O erro foi considerado satisfatório, tendo em conta os objectivos pretendidos. Classificação da imagem de satélite Para a realização da classificação da imagem foram criadas várias zonas de treino, que abrangeram um número total de seis classes de terreno diferentes: água, aglomerados urbanos, areia, zonas húmidas, zonas de abrigo (vegetação) e outros. Na figura 2 estão representadas as assinaturas espectrais para as seis classes consideradas, em relação a diversos compósitos e ratios das várias bandas do LandSat 5 TM. 5

6 Figura 2 Assinaturas espectrais para as diferentes classes consideradas b5 - banda 5; b3 - banda 3; b5b2 - ratio banda 5 banda 2; b4b3 - ratio banda 4 banda 3; b7b6 - ratio banda 7 banda 6 Para se obter as classes zonas húmidas e água utilizou-se o ratio entre as bandas TM-5 (infravermelho médio) e TM-2 (verde). Para a classe areia calculou-se utilizando um ratio entre as bandas TM-7 (faixas infravermelho longo) e TM-6 (infravermelho térmico). A classe zonas de abrigo (vegetação) foi determinada a partir do ratio entre o infravermelho curto (TM-4) e o vermelho (TM-3). Para a classificação dos aglomerados urbanos utilizou-se a banda do vermelho (TM-3). Com estes compósitos e ratios classificou-se toda a imagem de trinta em trinta metros com o recurso ao algoritmo do maxlike com a classificação de todos os pixels da imagem. 2.2.Criação da carta de áreas de potencial risco de transmissão de malária Após se obter a carta classificada determinaram-se, com o auxílio de um SIG, os locais com condições ambientais favoráveis para o aparecimento do vector da malária. Desta forma criaram -se zonas de procriação (água e zonas húmidas) e zonas de abrigo (zonas com vegetação com NDVI entre 0.37 e 0.72) (Bitencourt M.D et al; 1999), bem como fontes hematofágicas onde o vector poderá ter alimento (aglomerados populacionais). 6

7 Criaram-se buffers de 7 km em relação às zonas de procriação (Bitencourt M.D et al; 1999) e de 3.5 Km em relação às zonas de abrigo, que representam as distâncias máximas consideradas que o vector consegue percorrer em busca de abrigo e de alimento, respectivamente. A obtenção da carta de áreas de potencial risco de transmissão de malária resultou do cruzamento destas duas últimas cartas com a de aglomerados populacionais. 2.3.Criação da carta de sobrevivência do vector da malária e verificação das condições favoráveis do P. vivax A partir das condições de temperatura da zona em estudo é possível determinar as taxas de sobrevivência do vector da malária nesta área. Na figura 3encontram-se a percentagens de indivíduos que sobrevivem em função da temperatura ambiente em que se encontram. Figura 3 - Percentagem de indivíduos que sobrevivem em função da temperatura (MARA, 1998) Calculou-se a temperatura média mensal do mês de Agosto para oito estações meteorológicas (Tabela1) existentes na zona de estudo, tendo-se construído uma carta vectorial com estes pontos. Tabela 1 Estações meteorológicas (WGS84 UTM 29 N) Estação Dt. Inic. Dt. Final Coordenadas (x / y) 30E/03 - B. BRAVURA 1/1/69 1/9/ / F/05 VIDIGAL 1/1/69 1/9/ / K/02 PICOTA 1/1/69 1/9/ / E/03 VALVERDE 1/2/80 1/8/ / H/02 ALGOZ 1/9/80 1/9/ / J/01 - S. BRÁS DE ALPORTEL 1/1/69 1/9/ / K/01 - STA CATARINA (TAVIRA) 1/1/65 31/12/ / SAGRES 1/1/65 31/12/ /

8 A esta foi aplicado o algoritmo do mínimo dos quadrados tendo-se obtido uma carta de temperatura média diária para o mês de Agosto. É de referir que os dados existentes de temperatura não se mostraram regionalizáveis, não tendo sido possível aplicar um algoritmo de geoestatística (kriging) para a determinação da carta de temperaturas. A mesma metodologia foi utilizada para os dados fornecidos pelo modelo HadRMGGa2, obtendo-se uma carta de temperaturas médias do mês de Agosto num ano médio, entre os anos de 2080 e Neste caso foram utilizadas cinco estações representadas na tabela 2. Tabela 2 - Estações meteorológicas (WGS84 UTM 29 N) Coordenada x Coordenada y Estação Estação Estação Estação Estação Para ambas as situações averiguou-se a existência de períodos de pelo menos 21 dias seguidos, com temperaturas médias diárias entre 22 e 32ºC, necessários para o vector sobreviver ao período de incubação do protozoário (P. vivax). Em ambas as cartas substituíram-se os valores de temperatura por um indicador, que traduz a possibilidade de transmissão de malária. Este foi construído tendo por base a figura 3, e encontra-se descrito na tabela 3. Tabela 3 Construção do indicador da influência da temperatura na transmissão da malária Indicador Temperatura (ºC) % de sobrevivência do vector Não propício à transmissão da malária 20 a 21 <15 Condições fracas para a transmissão da malária 22 a 23 Entre 15 e 24 Condições médias para a transmissão da malária 24 a 25 Entre 24 e 31 Condições óptimas para a transmissão da malária 26 a 32 Entre 31 e 35 8

9 2.4.Criação da carta de áreas de risco de transmissão de malária A obtenção de uma carta com os locais que apresentam condições ambientais e climáticas favoráveis à sobrevivência do vector malárico, e consequentemente ao desenvolvimento do protozoário responsável pela transmissão da malária, resultou do cruzamento da carta de áreas de potencial risco de transmissão de malária e a carta de sobrevivência do vector. 2.5.Cálculo da população de risco Para o cálculo da população de risco utilizaram-se dados de densidade populacional por concelho contidos no site Através de um SIG calculou-se a área total com potencial de risco de transmissão de malária, multiplicado-se o resultado pela densidade populacional média dos concelhos afectados. 2.6.Determinação do tempo de incubação do parasita Para ter uma noção de como pode evoluir o tempo de incubação do plasmodium ao longo de um ano médio recorreu-se à seguinte fórmula: n DD T? T min? Equação 1 Tempo de incubação do parasita. Onde DD expressasse em graus dia (105 ºC para o plasmodium P.vivax), representando a acumulação de temperatura ao longo do tempo e T min a temperatura mínima para que o processo de incubação possa ocorrer. Os resultados foram obtidos através da análise dos dados de temperatura entre os períodos de 1964 a 1994, e os dados do modelo de 2081 a

10 3.Resultados e Discussão A figura 4 apresenta a classificação obtida para a área em estudo, tendo em conta os diversos parâmetros necessários à procriação do vector de transmissão nas diferentes etapas do ciclo de vida. A verificação da qualidade da classificação teve por base a elaboração de zonas de teste, tendo sido comparadas com as zonas de treino através de uma matriz de confusão, com um overall kappa associado de Figura 4 Carta classificada identificando os diversos parâmetros necessários à procriação do vector de transmissão nas diferentes etapas do ciclo de vida. Isoladas as condições necessárias ao desenvolvimento do vector que transmite a malária (Anopheles atroparvus) é possível determinar os locais que poderão estar sujeitos à sua influência. A figura 5 representa a cor preta as zonas de possível influência do mosquito. Não classificado Água doce Aglomerados urbanos Zonas húmidas Zonas de abrigo Outros Não classificado Água doce Aglomerados urbanos Zonas húmidas Zonas de abrigo Zonas de risco Outros Figura 5 - Carta de áreas de potencial risco de transmissão de malária. 10

11 É de destacar que os concelhos que reúnem condições favoráveis ao desenvolvimento do vector são Albufeira, Faro, Lagoa, Loulé, Portimão e Olhão, coincidindo com os maiores centros populacionais do Algarve. É necessário ter em conta que neste estudo foram apenas considerados como fonte de alimento do mosquito a população humana, sendo necessário uma posterior abordagem que inclua pastagens como indicadores da presença de outras fontes de alimento. Na figura 6 estão representados mais detalhadamente algumas das zonas de influência do mosquito, onde se reúnem as condições de zonas de procriação (água doce e zonas húmidas), zonas de abrigo (vegetação arbustiva) e fontes de alimento (população humana). a b Não classificado Água doce Aglomerados urbanos Zonas húmidas Zonas de abrigo Zonas de risco Outros Figura 6 - Carta de áreas de potencial risco de transmissão de malária (a pormenor da zona de Faro; b pormenor da zona de Portimão) É de salientar que a área total que reúne as condições necessárias ao desenvolvimento do vector malárico é cerca de 106 km 2, correspondente a cerca de 2% da área de estudo, com uma população média de habitantes. Considerando que as condições climáticas, principalmente a temperatura, contribuem decisivamente para a sobrevivência do vector malárico foi âmbito deste trabalho analisar as condições actuais e futuras, tendo em conta o ano horizonte de 2100, tendo por base a percentagem de indivíduos que sobrevivem consoante a temperatura ambiente. Na figura 7 estão representadas as temperaturas médias mensais do mês de Agosto para os períodos compreendidos entre os anos de e

12 a' b' Figura 7 - Carta de temperaturas médias mensais (ºC) para o mês de Agosto (a 1969 a 1998; b 2080 a 2099) Como se pode verificar na figura 7 (a ) as temperaturas para este período encontram-se compreendidas entre os 20ºC e os 25ºC, prevendo-se que para o período de 2080 a 2099 as temperaturas médias mensais para o mês de Agosto variem entre 26ºC e 33ºC. Considerando que este aumento da temperatura média irá favorecer a sobrevivência do vector malárico, é de prever que o risco de contacto entre a população humana e a população de mosquitos aumente. É de salientar que nesta metodologia as condições do meio físico foram consideradas como constantes nos diferentes períodos. A figura 8 (a e b ) tem por base as alterações climáticas globais para representar a influência da temperatura na transmissão da malária. a' b' Não classificado Desfavorável à sobrevivência do vector Não propício para a transmissão da malária Condições fracas para a transmissão da malária Figura 8 - carta de áreas de risco de transmissão de malária (a 1969 a 1998; b 2080 a 2099) Desta forma é possível verificar que no presente não se verificam as condições óptimas para o desenvolvimento do vector malárico devido essencialmente à elevada taxa de mortalidade associada às temperaturas actuais. Condições médias para a transmissão da malária Condições óptimas para a transmissão da malária Esta situação poder-se-á alterar caso as previsões actuais da evolução da temperatura estejam correctas, podendo criar-se condições mais favoráveis ao desenvolvimento e 12

13 crescimento das populações de Anopheles atroparvum, através da diminuição da sua taxa de mortalidade. Depois de ter verificado as condições para o crescimento e desenvolvimento do vector malárico é necessário ter em conta o período de incubação do parasita P. vivax. A figura 9 representa a variação anual do período de incubação do parasita num ano médio tendo em conta os cenários actuais e futuros Dias Janeiro Fevereiro Março Abril Maio Junho Julho Meses Agosto Setembro Outubro Novembro Dezembro Figura 9 Variação anual do período de incubação do protozoário P. vivax na actualidade ( ) e tendo em conta os cenários de alterações climáticas ( ) Os resultados evidenciam que actualmente, nos meses de maior calor (entre Julho e Setembro), temos períodos de incubação mínimos de 20 dias. O facto de durante este período a taxa de sobrevivência do vector malárico estar entre os 24 e 31% pode ser determinante para que a ocorrência de malária seja pouco provável. Relativamente ao cenário de previsão de alterações climáticas verifica-se que entre Maio e Novembro temos períodos de incubação do parasita inferior a 10 dias. Assim, baixos períodos de incubação e uma taxa de sobrevivência do mosquito entre os 31 e 35%, são dois factores que combinados aumentam significativamente a probabilidade de ocorrência de malária no futuro em Portugal. 13

14 4.Conclusão A detecção remota é uma ferramenta muito útil para a aquisição de informação ambiental, tendo este estudo demonstrado as suas potencialidades para a determinação das condições existentes num determinado local para o desenvolvimento do vector da malária (Anopheles antroparvus). A metodologia adoptada poderá contribuir para a elaboração de planos de intervenção, com o objectivo de maximizar os meios disponíveis para a erradicação de possíveis surtos de malária. Desta forma é possível focar a acção em zonas estratégicas, onde o risco de contaminação é maior, resultando numa maior eficiência de recursos e custos. Este estudo mostrou que actualmente as zonas com maior risco de transmissão de malária se encontram nos concelhos mais densamente povoadas. Esta situação deverá ser complementada com a incorporação de zonas que indiquem a presença de outros animais de sangue quente, como animais de pastagem, visto serem a fonte de alimento preferida dos mosquitos. A utilização de dados provenientes do modelo HadRMGGa2 permitiu concluir, com este estudo as alterações climáticas globais poderão ter um papel muito importante na proliferação de doenças, nomeadamente a malária. Os resultados demonstraram que a longo prazo uma taxa de sobrevivência do mosquito maior e períodos de incubação do protozoário mais curtos são determinantes para que o risco de contaminação por malária aumente significativamente. A saúde pública aliada às alterações climáticas deverá ter um papel fundamental na actuação governamental de longo prazo, visando a elaboração de políticas preventivas, de modo a assegurar o bem estar da população. 14

15 Bibliografia: McMichael; A. & Githekco; (2000) IPCC WG2 Third Assessment Report; Chapter 9 Human Health WHO (2000) Climate change in human health: Impact and adaptation., prepared by Kovats S., Menne B., McMichael A., Corvalan C., Bertollini R., WHO/SDE/OEH/00.4. MARA/ARMA, Durban (1998) Towards na Atlas of Malaria Risk in Africa; First Technical Report of the MARA/ARMA Collaboration (consultada em 22 de Março 2001) Keith C. Clarke et al; (1999) - Perspectives on Epidemiology and Geographic Information Systems: A Review and Discussion of Future Directions; Hunter College-CUNY, New York, USA (consultada em 27 de Março 2001) Bitencourt, M.D.; Mucci, L.F.; Gomes, A.C.; Natal, D.; Barata, J.M.S.; Paula, M.B. (1999) Imagens de satellite / sig e risco de transmição de malária na U.H.E. de Porto Primavera-SP; Volume 1 - (consultada em 20 de Março 2001) Weier, J.; (2001) Mapping Malaria (consultado 28 de Março de 2001) Martens P., (1998) Health and Climate Change, Earthscan Publications Ltd, UK. Martens WJM, Niessen LW, Rotmans J., Jetten T.H., MacMichael A.J., (1995) Potential Impact of global climate change on malaria risk Environmental Health Perspectives 103: Ribeiro H., Pires C.A. & Capela R.A., (1998) An annotated checklist of the mosquitoes of continental Portugal (Diptera Culicidae) Actas do III congrasso Ibérico de entomologia OMS (1999a) Roll back malaria in the OMS Europian Region - (consultado em 23 de Março de 2001) 15

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