Cutaneous Leishmaniasis and sand fly fluctuations are associated with El Niño in Panamá

Abstract

Cutaneous Leishmaniasis (CL) is a neglected tropical vector-borne disease. Sand fly vectors (SF) and Leishmania spp parasites are sensitive to changes in weather conditions, rendering disease transmission susceptible to changes in local and global scale climatic patterns. Nevertheless, it is unclear how SF abundance is impacted by El Niño Southern Oscillation (ENSO) and how these changes might relate to changes in CL transmission.

We studied association patterns between monthly time series, from January 2000 to December 2010, of: CL cases, rainfall and temperature from Panamá, and an ENSO index. We employed autoregressive models and cross wavelet coherence, to quantify the seasonal and interannual impact of local climate and ENSO on CL dynamics. We employed Poisson Rate Generalized Linear Mixed Models to study SF abundance patterns across ENSO phases, seasons and eco-epidemiological settings, employing records from 640 night-trap sampling collections spanning 2000–2011. We found that ENSO, rainfall and temperature were associated with CL cycles at interannual scales, while seasonal patterns were mainly associated with rainfall and temperature. Sand fly (SF) vector abundance, on average, decreased during the hot and cold ENSO phases, when compared with the normal ENSO phase, yet variability in vector abundance was largest during the cold ENSO phase. Our results showed a three month lagged association between SF vector abundance and CL cases.

Association patterns of CL with ENSO and local climatic factors in Panamá indicate that interannual CL cycles might be driven by ENSO, while the CL seasonality was mainly associated with temperature and rainfall variability. CL cases and SF abundance were associated in a fashion suggesting that sudden extraordinary changes in vector abundance might increase the potential for CL epidemic outbreaks, given that CL epidemics occur during the cold ENSO phase, a time when SF abundance shows its highest fluctuations. © 2014 Chaves et al.

La leishmaniasis cutánea (LC) es una enfermedad tropical transmitida por vectores que está desatendida. Los vectores de la mosca de la arena (SF) y los parásitos de Leishmania spp son sensibles a los cambios en las condiciones climáticas, lo que hace que la transmisión de la enfermedad sea susceptible a los cambios en los patrones climáticos a escala local y global. Sin embargo, no está claro cómo la abundancia de los SF se ve afectada por El Niño/Oscilación del Sur (ENSO) y cómo estos cambios podrían relacionarse con los cambios en la transmisión de CL. Estudiamos los patrones de asociación entre las series temporales mensuales, desde enero de 2000 hasta diciembre de 2010, de: Casos de CL, precipitaciones y temperaturas de Panamá, y un índice de ENSO. Empleamos modelos autorregresivos y coherencia de ondas cruzadas, para cuantificar el impacto estacional e interanual del clima local y del ENSO en la dinámica de la CL. Empleamos modelos lineales mixtos generalizados con tasa de Poisson para estudiar los patrones de abundancia de SF a través de las fases del ENSO, las estaciones y los entornos eco-epidemiológicos, empleando registros de 640 colecciones de muestreo con trampas nocturnas que abarcan el período 2000-2011. Encontramos que el ENSO, las precipitaciones y la temperatura se asociaron con los ciclos de CL a escala interanual, mientras que los patrones estacionales se asociaron principalmente con las precipitaciones y la temperatura. La abundancia de vectores de la mosca de la arena (SF), en promedio, disminuyó durante las fases cálidas y frías del ENSO, en comparación con la fase normal del ENSO, aunque la variabilidad en la abundancia de vectores fue mayor durante la fase fría del ENSO. Nuestros resultados mostraron una asociación con tres meses de retraso entre la abundancia de vectores de SF y los casos de CL. Los patrones de asociación de la CL con el ENSO y los factores climáticos locales en Panamá indican que los ciclos interanuales de la CL podrían estar impulsados por el ENSO, mientras que la estacionalidad de la CL se asoció principalmente con la variabilidad de la temperatura y las precipitaciones. Los casos de CL y la abundancia de SF se asociaron de una manera que sugiere que los cambios extraordinarios y repentinos en la abundancia del vector podrían aumentar el potencial de brotes epidémicos de CL, dado que las epidemias de CL ocurren durante la fase fría del ENSO, un momento en que la abundancia de SF muestra sus mayores fluctuaciones.