Plasmodium vivax Thematic Review EPIDEMIOLOGY - Oxford

35 downloads 67 Views 6MB Size Report
We also thank Nick Anstey and Kevin Baird for comments on an early ...... IR, Brooker S et al: A world malaria map: Plasmodium falciparum endemicity in 2007. ... Ménard D, Barnadas C, Bouchier C, Henry-Halldin C, Gray LR, Ratsimbasoa A, ...
      Plasmodium vivax Thematic Review  EPIDEMIOLOGY      Thematic evidence review submitted to the  Writing Committee for the development of the   Global Strategic Plan on Plasmodium vivax Control and Elimination 

    Rosalind E. Howes  Katherine E. Battle  Nick Golding  Simon I. Hay    Malaria Atlas Project  Spatial Ecology and Epidemiology Group  Department of Zoology  University of Oxford     

   

 

       

 

P. vivax thematic review – Epidemiology 

Acknowledgments    The  authors  would  like  to  thank  Richard  Cibulskis  and  Erin  Shutes  for  guidance  on  the  structure  and  contents  of  the  report,  and  sharing  WHO  case  data  for  the  ratio  trend  analysis. We also thank Nick Anstey and Kevin Baird for comments on an early version of the  section: “Severe and lethal P. vivax”. We acknowledge Dave Smith for sharing unpublished  results  on  the  age  distribution  of  P.  vivax  infection  and  Ivo  Mueller  for  unpublished  data  which fuelled this analysis. We also acknowledge Andy Tatem for unpublished data on the  proportions  of  Plasmodium  species  among  returning  travellers  and  Kamini  Mendis  for  unpublished data regarding temporal trends in P. falciparum to P. vivax case ratios. Finally  we thank Antoinette Wiebe, Kirsten Duda and Maria Devine for proof‐reading.   

 



P. vivax thematic review – Epidemiology 

Contents   

Section 1: The distribution of P. vivax infection   

Part 1. Geography………………………………………………………………………………………………..…..4 

 

Part 2. Relapse………………………………………………………………………………………………………..28  Part 3. Temporal trends P. falciparum / P. vivax ratios…………………………………….………39 

 

Section 2: Cases  Part 1. Primary risk groups……………………………………………………………………..………..…….49  Part 2. Asymptomatic infections……………………………………………………………………………..60  Part 3. Estimates of P. vivax cases in 2010……………………………………………………………...66   

Section 3: Severe and lethal P. vivax ……………………………………….………………….…74   

Section 4: Chloroquine resistant P. vivax…………………..…………………………………82   

Annex:   Maps of uncertainty associated with predictions of P. vivax endemicity……….………...92   

 



P. vivax thematic review – Epidemiology 

Section 1: The distribution of P. vivax infection    Part 1. Geography  I.

Introduction to the geography of P. vivax 

Plasmodium  vivax  is  epidemiologically  and  biologically  different  to  P.  falciparum,  and  it  is  not,  therefore,  advisable  to  assume  that  control  methods  developed  for  falciparum  malaria  will  prove  transferable to vivax malaria with satisfactory results [1‐4].  Assessment of geographic variations in  the level of endemicity of each parasite species is essential to estimate the burden of the disease,  measure the impact of control and assess the feasibility and strategy of elimination [5, 6]. Biological  features of P. vivax that distinguish it from P. falciparum present unique challenges to the control of  the parasite [7‐9]; in elimination settings, P. vivax is often the ‘last parasite standing’ [5, 6, 10‐12].  Plasmodium vivax gametocytes are present earlier in the progression of a primary or recrudescent  infection  than  P.  falciparum  [7,  13],  such  that  the  majority  of  patients  have  sufficient  gametocytaemia to allow onward transmission even before the host becomes ill and seeks diagnosis  and  treatment  [14‐16].  Plasmodium  vivax  gametocytes  are  transmitted  more  efficiently  to  Anopheles  mosquito  vectors  [17,  18]  than  those  of  P.  falciparum  and  are  transmissible  at  lower  parasite densities [8]. Within the mosquito, vivax sporozoites develop faster than P. falciparum and  with slightly wider temperature range tolerances. Finally, P. vivax places dormant stage parasites in  the  liver  of  the  human  host,  and  these  forms  offer  a  safe  haven  during  long,  mosquito‐free  cold  seasons  in  frigid  temperate  climes.  All  of  these  factors  conspire  in  creating  a  much  wider  geographical distribution [19], as shown in Figure 1.1.   To accurately illustrate P. vivax endemicity, it is necessary to consider the distribution of the Duffy‐ negative phenotype. The varying prevalence of Duffy negativity in populations throughout the world  is  a  significant  determinant  of  the  distribution  of  P.  vivax  [20].  Duffy‐negative  individuals  have  historically  been  considered  wholly  refractory  to  P.  vivax  infection.  The  phenotype  is  found  at  highest  frequencies  in  Africa,  whereas  it  is  relatively  rare  elsewhere  [21].  The  influence  of  Duffy  negativity  on  P.  vivax  transmission  reinforces  the  need  to  differentiate  strategies  employed  to  generate  and  interpret  maps  of  P.  vivax  endemicity  from  those  used  for  P.  falciparum  [22,  23].  Recent studies demonstrating P. vivax in Duffy negative patients raise concerns regarding a potential  Duffy‐independent  invasion  mechanism,  but  this  remains  poorly  understood,  requiring  further  investigation[24]; nevertheless, this emphasizes the importance of mapping the parasite and Duffy  phenotype/genotype. Global estimates of the frequencies of Duffy negativity [21] are incorporated  into the figures in this chapter.  Modelled spatial data on P. vivax transmission and prevalence [25, 26] are presented here as maps  and  estimates  of  geographic  limits  of  transmission,  endemicity,  and  populations  at  risk  for  each  WHO region.        4 

P. vivax thematic review – Epidemiology 





  Figure 1.1. The spatial distribution of Plasmodium falciparum malaria endemicity compared to Plasmodium  vivax.  Panel  A  shows  the  limits  and  endemicity  of  P.  falciparum  and  panel  B,  P.  vivax.    Both  map  the  2010  spatial limits of parasite‐specific malaria risk defined by annual parasite incidence (PvAPI) with further medical  intelligence,  temperature  and  aridity  masks.  Areas  were  defined  as  stable,  unstable  (dark  grey  areas,  where  PvAPI 70%.  Plasmodium vivax (B) estimates of the parasite rate standardized  to 1 to 99 year olds (PvPR1–99) range from 0% to 7% and are also shown as a spectrum of blue to red. Areas in  which Duffy negativity gene frequency  is  predicted  to  exceed 90%  [21]  are  shown  in hatching  for  additional  context in panel B. 

  II.

Distribution of P. vivax infections and limits of transmission 

Table  1.1  shows  our  estimates  of  the  population  at  risk  (PAR)  of  infection  by  WHO  region.  These  values were generated by combining maps of the limits of transmission with 1 km × 1 km resolution  gridded  population  surfaces  for  2010  projected  from  the  Global  Rural‐Urban  Mapping  Project  (GRUMP) year 2000 beta version population counts [27, 28]. Fine‐scale population data were used to  ensure the detailed variations in risk level described in our limits maps are appropriately assigned to  the underlying population.    5 

P. vivax thematic review – Epidemiology  Table 1.1. Areas and populations at risk* of Plasmodium vivax malaria in 2010 by WHO region.     Area (million km2)  Population (million)    Unstable  Stable  Any risk  Unstable  Stable  Any risk  African Region  17.36  1.47  18.83  19.23  36.80  56.02  Region of the Americas  1.38  8.08  9.46  87.66  49.79  137.45  Eastern Mediterranean Region  4.24  0.60  4.84  176.11  47.37  223.48  European Region  0.40  0.02  0.42  15.72  1.40  17.12  South‐East Asia Region  2.11  3.88  5.99  691.71  748.38  1440.09  Western Pacific Region  3.06  1.30  4.36  533.04  81.16  614.20  World  28.55  15.35  43.90  1523.47  964.90  2488.37  *Risk is stratified into unstable risk (PvAPI 7% prevalence). The methods used to generate these figures are described  in detail elsewhere [25, 26, 29]. Throughout the world, endemicity was predicted within a relatively  narrow  range,  with  the  point  estimate  of  the  P.  vivax  PR  age‐standardised  to  the  1–99  year  age  range (PvPR1–99) rarely exceeding 7%. 

  Figure 1.2. Plasmodium vivax endemic countries by WHO region. The WHO regions are shown by colour: the  African  Region  (AFRO)  in  green,  the  Region  of  the  Americas  (AMRO)  in  orange,  the  Eastern  Mediterranean  Region  (EMRO)  in  blue,  the  European  Region  (EURO)  in  burgundy,  the  South‐East  Asian  Region  (SEARO)  in  purple  and  the  Western  Pacific  Region  (WPRO)  in  dark  green.  The  countries  in  each  region  that  are  not  endemic for P. vivax are slightly greyed‐out and shaded a lighter colour. Those countries that are endemic only  with P. vivax malaria are outlined in red. 

 

 



P. vivax thematic review – Epidemiology 





  Figure 1.3. The global spatial distribution of Plasmodium vivax malaria endemicity. Panel A shows the 2010  spatial  limits  of  P.  vivax  malaria  risk  defined  by  Plasmodium  vivax  annual  parasite  incidence  (PvAPI)  with  further  medical  intelligence,  temperature  and  aridity  masks.  Areas  were  defined  as  stable  (dark  grey  areas,  where PvAPI ≥ 0.1 per 1000 per annum), unstable (medium grey areas, where PvAPI