Spatial epidemiology of bovine tuberculosis in domestic animals and evaluation of surveillance

Abstract

El objetivo de la presente tesis ha sido obtener información sobre la epidemiología de la Tuberculosis Bovina (TBb) en rebaños vacunos así como la obtención de datos para la implementación de un posible sistema de vigilancia basado en riesgo. En el primer estudio se analizó la variación espacio-temporal del riesgo de TBb en rebaños vacunos desde el año 2006 hasta el 2011. Los resultados indicaron que la prevalencia y la incidencia fueron más elevadas en algunas comarcas y en algunos años, comparando con la evolución global a nivel de país. El análisis de potenciales factores de riesgo indicaron que tanto los movimientos entre granjas provenientes de zonas de elevada incidencia (>1%) como la presencia de ganado de lidia, incrementaban el riesgo de infección. En el segundo estudio se describió una aproximación a un sistema de vigilancia basado en riesgo que se está evaluando actualmente en Nueva Zelanda. Dado que la presencia de TBb en granjas está conducida por un número de factores que incluyen: historial de infección previo en la explotación, frecuencia de test diagnósticos llevados a cabo en la explotación, localización geográfica y los movimientos de animales; el objetivo del estudio fue calcular una puntuación de riesgo de infección para cada granja utilizando datos recogidos durante la campaña de erradicación de forma rutinaria. De esta forma, los rebaños podrían ser clasificados en función de su riesgo de infección y así la vigilancia se podría focalizar en intentar detectar, de una forma más eficiente y economizando los costes, aquellas granjas con la puntuación de riesgo más elevada. En el tercer estudio, la sensibilidad individual de la vigilancia de TBb en mataderos de Cataluña fue evaluada. La probabilidad de detectar un bovino infectado fue estimada mediante el producto de las siguientes probabilidades: 1) probabilidad de que un bovino infectado llegue a matadero presentando lesiones compatibles y detectables macroscópicamente (LDM), 2) probabilidad de que LDM sean detectadas durante la inspección en matadero, 3) probabilidad de que el veterinario oficial de matadero sospeche de TBb y envíe las muestras al laboratorio para su confirmación. La sensibilidad individual de la vigilancia de TBb en los mataderos de bovino de Cataluña, resultó ser de un 31.4% (CI 95%: 28.6-36.2). En el cuarto estudio, la dinámica de transmisión de TBb dentro de un rebaño fue analizada. Para ello se desarrolló un modelo compartimental estocástico SEI (Susceptibles, Expuestos e Infecciosos). Con este modelo se infirieron los parámetros relacionados con la transmisión, en particular el ratio de transmisión (β) y el ratio en el que los animales infectados pasan a ser infecciosos (α). También, debido a la controversia sobre las sensibilidades reportadas de la prueba de la intradermo-tuberculinización simple (IDTs) en condiciones de campo, la probabilidad de detectar tanto los animales infectados como los infecciosos (ϕ y ρ, respectivamente) fue también evaluada. Las distribuciones posteriores de los parámetros modelizados fueron obtenidas mediante el método de las cadenas de Markov Chain Monte Carlo y por métodos de aproximación por computación bayesiana (MCMC-ABC). El promedio obtenido, de 33 rebaños de diferentes áreas de España, para el ratio de transmisión varió entre 0.0001 y 0.0002 por día, y el promedio del ratio de transición de bovinos infectados a infecciosos varió entre 0.011 y 0.0001.

The present PhD Thesis aimed to provide information about the epidemiology of bovine tuberculosis (bTB) in cattle and relevant data for the implementation of a risk based surveillance system. In the first study the space-time variation of the risk of bTB in cattle between 2006 and 2011 was analyzed. The results indicated that in some counties, between some years, the prevalence and the incidence of the disease was higher as compared to the global rate in the rest of the counties of Spain. The analysis of potential risk factors indicated that both, a large number of movements from counties with high incidence (>1%), and presence of bullfighting cattle herds increased the bTB risk. In the second study it was described a risk-based approach for bTB surveillance that is under development in New Zealand. Given that the presence of bTB in a herd is driven by a number of factors including previous infection history, the amount of testing carried out on individual herds, geographic location or herd movement behavior, the objective was to use routinely recorded data to derive a ‘risk score’ for each of these factors and then to combine them to return a composite bTB risk score for each herd. By this way, herds could be ranked and this would enable to focus surveillance in those herds with the highest risk score, providing effective surveillance coverage at a reasonable overall cost. In the third study the individual sensitivity of bovine tuberculosis surveillance in Catalonian slaughterhouses of cattle was assessed. The probability of detection of a bTB-infected cattle by the slaughterhouses in Catalonia was estimated as the product of three consecutive probabilities: P1) the probability that a bTB-infected animal arrived at the slaughterhouse presenting Macroscopically Detectable Lesions (MDL); P2) the probability that MDL were detected by the routine meat inspection procedure, and P3) the probability that the veterinary officer suspected of bTB and sent the sample for laboratory confirmation. The mean individual bTB surveillance sensitivity of the different cattle slaughterhouses in Catalonia obtained in this study was 31.4% (CI 95%: 28.6-36.2). In the fourth study a stochastic compartmental SEI (Susceptible, Exposed (latent), and Infectious) model was developed to mimic Bovine tuberculosis (bTB) within-herd transmission dynamics. This model was used to infer several parameters related to bTB spread within Spanish cattle farms, in particular the cattle-to-cattle transmission rate (β) and the rate at which infected cattle become infectious (α). Also, given the controversy over the sensitivities of the single intradermal tuberculin test (SIT) application in field conditions, the probability of detection of both infected and infectious cattle (ϕ and ρ, respectively), were also evaluated. A Markov Chain Monte Carlo-Approximate Bayesian Computation (MCMC-ABC) method was used to generate posterior distributions and the mean within herd transmission rate (β) estimated in 33 Spanish herds varied between 0.0001 and 0.0002 per day, and the mean rate at which infected cattle become infectious (α) varied between 0.011 and 0.0001.