Spatial and temporal analysis of malaria incidence in three

análiSe eSpaCial e tempoRal da inCidênCia da maláRia em tRêS ComunidadeS no p aRá , no peRíodo de 2001 a 2006
Spatial and temporal analysis of malaria incidence in three communities in Pará,
Brazil, between 2001 and 2006
Nelson Veiga1, Douglas Gasparetto2, Moacir Alves Barreiros3
rESUmo
Considerando a necessidade de gerar análises da relação entre os dados ambientais
e epidemiológicos que caracterizaram a incidência da malária nos municípios de
Bragança, nas comunidades do Acarajó e Fazendinha e Augusto Corrêa, na comunidade do Treme, todas no estado do Pará, no período de 2001 a 2006, foi desenvolvido um modelo que integrou diversas geotecnologias emergentes. Para tal, foi
utilizada a geoindexação de informações temáticas geradas em trabalhos de campo e
laboratoriais, além de tecnologias de geoprocessamento, estatística e banco de dados
epidemiológicos. Os resultados das análises foram expressos em bases cartográficas
digitais. Para a realização da predição de risco de transmissão foi desenvolvido um
módulo Fuzzy, com as características ambientais e socioeconômicas das áreas de estudo, em função das quais foi identificado um alto risco de transmissão pela doença,
devido a práticas de desflorestamento e ocupação humana, nestes locais. Levando
em consideração os resultados obtidos com a implementação do modelo, o mesmo
foi considerado de grande potencial para análises ecoepidemiológicas de malária, em
face dos objetivos preconizados.
palavraS-ChavE
Epidemiologia, geoprocessamento, banco de dados, computação gráfica, modelos
fuzzy, malária
abStraCt
Considering the need to analyze the relation between environmental and
epidemiological data to characterize malaria incidence in Acarajó and Fazendinha
communities, located in Bragança district, and also in Treme community, in Augusto
Correa district, in the state of Pará, Brazil, between 2001 and 2006, an analysis
model that integrated several emerging geotechnologies was developed. The proposed
analysis used thematic information generated on laboratory and field works, and also
geoprocessing, epidemiological databases and statistical technologies. The results of
the analysis were expressed on digital maps. In order to predict the transmissionrisk it
was developed a fuzzy model with social, economic and environmental characteristics
o f the study areas, that enabled the identification of high risk of disease transmission,
Doutor em Ciência da Computação. Pesquisador do LabGeo/IEC/SVS/MS. End: Rodovia BR-316 km 7 s/n - Levilândia – Ananindeua / Pará. CEP: 67030-000 E-mail: [email protected]
1
2
Bacharel em Ciência da Computação. Assistente de Pesquisa do LabGeo/IEC/SVS/MS
3
Bacharel em Ciência da Computação. Assisntente de Pesquisa do LabGeo/IEC/SVS/MS
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nelSon veiga, douglaS gaSpaRetto, moaCiR alveS BaRReiRoS
due to deforestation and human occupation, in those areas. Considering the results
obtained, the model was considered with great potential for eco-epidemiological
analysis of malaria.
KEy wordS
Epidemiology, geoprocessing, data base, computer graphics, fuzzy model,
malaria
1. introdUção
As últimas décadas testemunharam a evolução de diversas áreas do
conhecimento, dentre estas as ciências da saúde, devido à incorporação, em
seus procedimentos, de recursos tecnológicos automatizados. Neste contexto, a
dimensão interdisciplinar que a informação em saúde passou a ter contribuiu
de forma significativa para o aumento da produção do conhecimento nesta área.
Como exemplo deste processo interdisciplinar de produção de conhecimento,
temos as análises ecoepidemiológicas, que consideram a dimensão espaço-temporal
que a informação em saúde intrinsecamente possui como elemento importante de
análise.
Segundo Veiga (2005), a ecoepidemiologia tem, ao longo das três últimas
décadas, avançado significativamente no sentido de incorporar mecanismos capazes
de favorecer a compreensão dos fenômenos relacionados aos agravos e às condições
de saúde das populações humanas. Esse avanço da ecoepidemiologia foi possível a
partir do momento em que dados sobre questões ambientais como desmatamento
e expansão desordenada da malha urbana, em áreas ambientalmente frágeis,
puderam ser incorporados às análises dos fenômenos ecoepidemiológicos, tais
como os estudos da incidência da malária, que é diretamente influenciada por
estas questões. Outro fator importante para o avanço deste tipo de análise foi a
incorporação dos recursos de tecnologias de informação, dentre as quais podemos
considerar a utilização de Geoprocessamento, Estatística, Computação Gráfica e
Inteligência Artificial como sendo os mais expressivos.
Conforme foi preconizado por Câmara (2001) e Dias et al. (2004), o
geoprocessamento, por manipular conteúdos informacionais relacionados á
dimensão espaço-temporal que a informação em saúde possui, tem sido cada vez
mais utilizado em estudos de análise ambiental, permitindo detectar alterações
decorrentes da intervenção humana em ecossistemas naturais ou previamente
modificados, ou realizar o diagnóstico das condições ambientais de um local em
prol da saúde humana, através do Sistema de Informação Geográfica (SIG).
Segundo Landim (1998), a estatística tem sido incorporada na ecoepidemiologia
e nos SIGs por permitir a manipulação de dados discretos e contínuos, que
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análiSe
eSpaCial e tempoRal da inCidênCia da maláRia
em tRêS ComunidadeS no
paRá,
no peRíodo de
2001
a
2006
guardam entre si uma relação de dependência espacial. Couclelis (1992) e Druck
et al. (2004) consideram que compreender a relação entre dados espaciais e
históricos, oriundos de fenômenos ocorridos no espaço geográfico, é um grande
desafio da estatística, no sentido de equacionar e solucionar problemas comuns
às diversas áreas do conhecimento, seja no âmbito da saúde, meio ambiente ou
entre outras. Esta afirmação foi reforçada por Ortiz (2003), ao considerar que as
técnicas de estatística, associadas ao geoprocessamento, possibilitam o tratamento,
cruzamento, sobreposição, análise e visualização das informações espaciais, sob
a forma de mapas digitais. Isto permite a viabilização de processos de tomada
de decisão de forma rápida e ágil, minimizando custos e otimizando recursos e
atividades, acarretando ganhos de produtividade.
Outra forma, que tem sido utilizada, nos últimos anos, para realizar análises
em ecoepidemiologia, esta baseada em técnicas de Inteligência Artificial (IA), que,
conforme Arariboia (1988), Rich e Knight (1994), Gomes et al. (2000) e Russel e
Norvig (2004) é a área da Ciência da Computação (CC), que procura desenvolver
modelos formais capazes de simular o processo cognitivo, utilizando técnicas de
representação do conhecimento. A IA tem sido utilizada para resolver problemas
lógicos, dentre os quais o reconhecimento e classificação de padrões informacionais,
contidos em imagens digitais de satélite, do mesmo modo que um ser humano
o resolveria, sendo que, conforme observado por Veiga (2001), o processo de
classificação das imagens digitais é influenciado diretamente pela execução prévia de
técnicas de Computação Gráfica (CG), dentre as quais o processamento de imagens
digitais, com o objetivo de aumentar as diferenças espectrais das classes de informação
temáticas nelas contidas. Neste contexto, a informação temática é definida como
sendo um conjunto de dados que estão relacionados a um domínio específico de
informação, dentre os quais os tipos de vegetação, solos, drenagem, povoamento e
outros, que ao ocorrerem em determinado local do espaço geográfico podem ser
interrelacionados.
Para a realização deste trabalho, foram desenvolvidas análises baseadas em
Lógica Fuzzy ou lógica nebulosa, que é definida como uma técnica de IA, capaz de
representar valores quantitativos aproximados, com graus de pertinência (também
chamada de verdade ou crença) intermediários entre valores binários, como por
exemplo, verdadeiro ou falso, da lógica clássica, bivalente e booleana, preconizada por
Aristóteles, na antiguidade.
Levando em consideração que a malária é uma doença infectocontagiosa
de etiologia parasitária, com grande expressividade epidemiológica no mundo e
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nelSon veiga, douglaS gaSpaRetto, moaCiR alveS BaRReiRoS
que a sua incidência está relacionada às características ambientais e as relações
socioeconômicas presentes no espaço geográfico onde ela ocorre, o presente
trabalho teve como objetivo implementar um modelo de análise espacial e
temporal da incidência da malária, nos municípios de Bragança (comunidades
do Acarajó e Fazendinha) e Augusto Corrêa (comunidade do Treme), localizados
na Região Nordeste do estados do Pará, no período de 2001 a 2006, utilizando
geotecnologias emergentes, que segundo Veiga (2001) e Medronho et al. (2002)
são modelos que constituem sistemas de geoinformação automatizados, tendo
como elemento indexador de seus dados, coordenadas geográficas, ou seja,
informações georreferenciadas, gerando desta forma geoinformações, a partir de
análises interdisciplinares expressas através de mapas digitais.
2. mEtodologia
A investigação realizada foi dividida nas seguintes etapas: levantamento do
material bibliográfico, obtenção das bases de dados dos Sistemas de Informação
em Saúde (SIS), como o Sistema de Informação de Localidades (SISLOC),
Sistema de Informação em Malária (SISMAL) e o Sistema de Informação de
Vigilância Epidemiológica da Malária (SIVEP-Malária), todos de domínio
público e disponíveis no sítio eletrônico do Ministério da Saúde - MS.
Através destes sistemas foram obtidos dados referentes aos casos notificados
por local de infecção, no período de 2001 a 2006. Também foram
levantadas informações de bases entomológicas, ambientais, cartográficas
e de imagens de satélites, todas referentes à área de estudo. Foi realizado
georreferenciamento em campo, utilizando o receptor do Sistema de
Posicionamento Global (GPS), dos criadouros naturais e artificiais de formas
imaturas de vetores em toda área investigada, resultados de exames de
pacientes laboratorialmente confirmados pela Secretaria de Saúde Pública
do Estado do Pará – SESPA, nas comunidades e localidades estudadas,
bem como a caracterização ambiental do peridomicílio das residências dos
pacientes. Na sequência, foi realizado o pré-processamento das imagens
de satélite, utilizando o software Spring 4.0, para composição colorida
de bandas espectrais e ampliação linear de contraste; Terra View 3.1,
para desenvolvimento da álgebra de mapas, que se constitui do interrelacionamento das diferentes bases de dados georreferenciadas, dentre
as quais as imagens dos satélites Landsat TM 5 e do sensor R99 SAR,
de dados ambientais, entomológicos, epidemiológicos e cartográficos,
para a construção das expressões visuais das análises ecoepidemiológicas.
Foi realizada também a identificação das áreas de risco de transmissão
pela doença, utilizando um raio de 7,2 Km (em torno dos criadouros),
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análiSe
eSpaCial e tempoRal da inCidênCia da maláRia
em tRêS ComunidadeS no
paRá,
no peRíodo de
2001
a
2006
conforme estudos de Forattini (2002), através da aplicação da técnica de
buffer. Utilizou-se o aplicativo TabWin para depuração das redundâncias,
incompletudes e atributos desnecessários oriundos dos bancos de dados dos
SIS, que incorporado ao Sistema R gerou as análises estatísticas dos dados,
utilizando técnicas de histogramação, boxplot e qq-plot normal (teste de
shapiro) e um módulo do MatLab, que utilizou lógica Fuzzy, que é um
modelo de processamento inferencial de dados imprecisos, utilizado para o
cálculo da predição probabilística dos riscos de transmissão de malária. Foi
modelado a partir dos dados gerados pela análise temática da informação,
cuja utilização é orientada à identificação de variáveis de entrada e
saída, que podem interferir na ocorrência de um determinado fenômeno
epidemiológico. As variáveis de entrada do sistema, com as características
da área de estudo que influenciam na ocorrência da malária, com suas
funções de pertinência e seus respectivos valores para serem inferenciados,
são: Característica da moradia (alvenaria fechada, alvenaria aberta, madeira
fechada, madeira aberta e barro), Relação-Produtiva (trabalhador urbano,
agricultor, extrativista e pescador), Peridomicílio (zona urbana e zona rural),
Prevenção (Repelente, inseticida, mosquiteiro e sem prevenção), DistânciaCriadouro (próximo, médio e longe) e Vegetação (Sem vegetação-área
urbana, floresta, mangue e área antropizada). A variável de saída, que é a
resposta probabilística que o sistema gerou, foi o risco de transmissão de
malária (muito baixo, baixo, médio e alto). Foram construídas também as
regras de inferência, que fazem as ligações entre as variáveis de entrada
com a variável de saída. Posteriormente, o sistema processou as inferências
das regras construídas e retornou o resultado gráfico probabilístico do risco
de transmissão de malária.
Para a avaliação dos resultados obtidos pelo modelo, foram feitas
sequências de análises probabilísticas de transmissão da doença, nas áreas
de estudo, levando em consideração as relações totais ou parciais, entre as
variáveis envolvidas.
3. rESUltadoS
E diSCUSSão
A partir dos dados do SIVEP-Malária e SISMAL, observou-se que,
dentre as comunidades analisadas, o maior número de casos (623) de malária
confirmados laboratorialmente e notificados ocorreu na comunidade do
Treme, no ano de 2005.
A partir das séries históricas, pode-se observar que no período de 2001
a 2002 o número de casos de malária, nas três comunidades estudadas
pode ser considerado baixo. Este fato pode estar relacionado a possíveis
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nelSon veiga, douglaS gaSpaRetto, moaCiR alveS BaRReiRoS
problemas, na migração do conjunto de dados do SISMAL, que funcionou
de 2001 a 2002, para o SIVEP-Malária. Observou-se também que no
ano de 2005 houve um surto na comunidade do Treme. Nos demais
anos, nesta comunidade, a incidência da doença manteve-se com pouca
variação no número de casos positivos. Com relação à análise feita com
os dados da comunidade do Acarajó, pôde-se observar que a incidência
da doença manteve-se constante, com pouca variação, no período de
2001 a 2002, e aumentou a partir de então até 2004, quando começou a
diminuir até 2006. Com relação à incidência da doença na comunidade
da Fazendinha, observou-se que ocorreu uma pequena variação no
período de 2003 a 2006, não influenciando de forma significativa na
análise histórica (Figura 1).
Nú m e ro d e ca s o s
Definições para tabular o arquivo Geral 2001 a 2006.dbf
1.100
1.050
1.100
950
900
850
800
750
700
650
600
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
Anos 2001
Total
Treme
Acarajó
Fazendinha
2002
2003
2004
2005
2006
Fonte: Laboratório de Geoprocessamento IEC/SVS/MS
Figura 1
Série histórica no período de 2001 a 2006 das comunidades estudadas.
A Figura 2 mostra a identificação das áreas de risco de transmissão
por malária a partir da utilização da técnica de buffer. As comunidades
do Treme, Juvêncio, Caratateua, Bacuriteua, Acarajó e Fazendinha, bem
como as sedes municipais de Bragança e Augusto Corrêa, estavam dentro
da área de risco de transmissão identificada.
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análiSe
eSpaCial e tempoRal da inCidênCia da maláRia
em tRêS ComunidadeS no
paRá,
no peRíodo de
2 00 1
a
2006
4700
-47
4840
4850
4830
0 ’50’ ’
0’ 5 0 ’ ’
1 ’00’ ’
1’ 0 0 ’ ’
1 ’10’ ’
1’ 1 0 ’ ’
4700
4640
4650
4630
-47
Fo nt e : L a bGeo I E C / S V S/ M S
E s c a l a : 1:3 0 00
Figura 2
Identificação de comunidades em área de risco de transmissão por malária.
4700
-47
4 8 40
4 8 50
4830
0 ’50 ’ ’
0 ’ 5 0 ’’
1 ’00 ’ ’
1 ’ 0 0 ’’
1’10’’
1’ 1 0 ’ ’
1’20’’
1’ 2 0 ’ ’
47 0 0
4650
4640
4630
-47
S e d eS M u n i c i pa iS
localidadeS
eStudadaS
criadouroS
diviSão
MunicípioS
de
Malária
doS
rioS
Fon t e : L ab G e o I EC /S VS / M S
Esc a l a : 1 : 30 00
Figura 3
Mapa de vegetação e hidrografia nas comunidades estudadas.
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Fazendinha, por sofrer influências de relações antrópicas com extração de
argila, apresentou criadouros naturais e artificiais. A comunidade do Acarajó
e Treme, por estarem a norte do município, sofrem influência da vegetação
fluviomarinha, apresentando, desta forma, criadouros naturais. Porém, na
comunidade do Treme, por existir extração de areia, são formadas crateras no
solo, que, ao armazenar água da chuva, viabilizam a proliferação de criadouros
artificiais, conforme mostra a Figura 3.
O sistema “Fuzzy” permitiu realizar, a partir das variáveis linguísticas de
entrada (característica da moradia, relação produtiva, peridomicílio, prevenção,
distância do criadouro e vegetação), inferências sobre o risco de malária. Por
exemplo, considerando as características da área investigada, o risco de malária
foi considerado alto se a moradia era de barro, localizada na área rural, sem
prevenção, próxima de criadouros, com vegetação antropizada e a relação
produtiva era de pescador (regra 1).
Esta regra, após processada pelo modulo “Fuzzy”, gerou uma probabilidade
de transmissão de malária de 84% para o indivíduo que tiver as condições
enunciadas na regra 1.
Já se a moradia era fechada e de madeira, localizada na zona rural,
utilizando inseticida como prevenção, a uma distância média dos criadouros,
com vegetação antropizada e a relação produtiva era extrativista, o risco de
malária foi considerado médio (regra 2).
A regra 2 gerou uma probabilidade de 52,3% (por cento) de risco de
transmissão de malária para pessoas que tiverem as características estipuladas
por esta regra.
Após a implementação do sistema, foram feitas sequências de análises
probabilísticas da incidência da doença em todos os trimestres do período, para
cada uma das comunidades estudadas. Levando em consideração os resultados
obtidos, pôde-se observar a correlação expressa na alta probabilidade de
incidência de casos novos produzidos pela lógica Fuzzy com a ocorrência dos
surtos observados nas séries históricas.
4. ConSidEraçõES
finaiS
Levando em consideração os resultados das comparações entre as análises
estatísticas e Fuzzy, pôde-se observar que estes resultados, ao serem inter-relacionados
com o acervo de imagens de satélites e bases cartográficas, mostraram que o número
de casos novos que incidiu nas comunidades estudadas, nos municípios de Bragança
e Augusto Corrêa, estado do Pará, no período 2001 a 2006, não se deu de forma
homogênea, pois com relação à incidência do número de casos confirmados esta
evolução foi mais elevada na comunidade do Treme, com criadouros naturais e
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Cad. Saúde Colet., Rio
de
Barro
Alvenaria Aberta
Madeira Aberta
Alvenaria Fechada
Barro
8
9
10
11
12
Barro
6
Alvenaria Fechada
Madeira Fechada
5
Repelente
Mosquiteiro
Mosquiteiro
Média
Próximo
Média
Próximo
Longe
Longe
Longe
Longe
Próximo
Longe
Média
Próximo
Distância do
Criadouro
Floresta
Mangue
Mangue
Área Antropizada
Sem Vegetação
Sem Vegetação
Sem Vegetação
Sem Vegetação
Mangue
Sem Vegetação
Área Antropizada
Área Antropizada
Vegetação
Baixo
Alto
Médio
Alto
Muito Baixo
Muito Baixo
Baixo
Médio
Alto
Muito Baixo
Médio
Alto
Risco de contaminação
de Malária
2001
Zona Rural
Zona Rural
Zona Rural
Sem Prevenção
Repelente
Repelente
Sem Prevenção
Inseticida
Sem Prevenção
Repelente
Inseticida
Sem Prevenção
Prevenção
no peRíodo de
Agricultor
Agricultor
Agricultor
Zona Rural
Zona Urbana
Zona Urbana
Zona Urbana
Zona Urbana
Zona Rural
Zona Urbana
Zona Rural
Zona Rural
Peridomicílio
paRá,
Pescador
Trabalho Urbano
Trabalho Urbano
Trabalho Urbano
Pescador
Pescador
Trabalho Urbano
Extrativista
Pescador
Relação
Produtiva
análiSe
7
Barro
4
Madeira Fechada
2
Madeira Aberta
Barro
1
3
Característica da
Moradia
Nº Regra
Regras geradas no sistema Fuzzy para análise do risco de transmissão de malária. Tabela 1
em tRêS ComunidadeS no
eSpaCial e tempoRal da inCidênCia da maláRia
a
2006
JaneiRo, 17 (3): 731 - 742, 2009 –
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JaneiRo, 17 (3): 731 - 742, 2009
Alvenaria Fechada
Barro
Alvenaria Fechada
Madeira Aberta
Madeira Fechada
Alvenaria Aberta
19
20
21
22
23
24
Extrativista
Extrativista
Trabalho Urbano
Extrativista
Extrativista
Pescador
Extrativista
Agricultor
Pescador
Trabalho Urbano
Pescador
Pescador
Relação
Produtiva
Fonte: Laboratório de Geoprocessamento/IEC/SVS/MS
Madeira Aberta
18
Alvenaria Aberta
15
Alvenaria Aberta
Alvenaria Aberta
14
de
17
Madeira Aberta
13
– Cad. Saúde Colet., Rio
Madeira Fechada
Característica da
Moradia
Nº Regra
740
16
Tabela 1(Continuação...)
Zona Rural
Zona Rural
Zona Urbana
Zona Urbana
Zona Urbana
Zona Rural
Zona Urbana
Zona Urbana
Zona Urbana
Zona Urbana
Zona Rural
Zona Rural
Peridomicílio
Mosquiteiro
Inseticida
Repelente
Mosquiteiro
Mosquiteiro
Sem Prevenção
Mosquiteiro
Mosquiteiro
Mosquiteiro
Repelente
Mosquiteiro
Mosquiteiro
Prevenção
Média
Longe
Longe
Longe
Longe
Próximo
Longe
Longe
Longe
Longe
Média
Média
Distância do
Criadouro
Mangue
Mangue
Sem Vegetação
Mangue
Mangue
Mangue
Sem Vegetação
Sem Vegetação
Sem Vegetação
Sem vegetação
Área Antropizada
Área Antropizada
Vegetação
Médio
Médio
Muito Baixo
Médio
Médio
Alto
Médio
Médio
Médio
Muito
Baixo
Alto
Alto
Risco de contaminação
de Malária
nelSon veiga, douglaS gaSpaRetto, moaCiR alveS BaRReiRoS
análiSe
eSpaCial e tempoRal da inCidênCia da maláRia
em tRêS ComunidadeS no
paRá,
no peRíodo de
2001
a
2006
artificiais, comparando-se com as comunidades do Acarajó com criadouros naturais
e a comunidade da Fazendinha com criadouros naturais e artificiais. Foi observado
através das séries históricas e análise espacial que, no período de 2001 a 2006, a
malária naqueles municípios ocorreu de forma focal, nas três comunidades estudadas
até 2002, sendo que a partir de então e até 2005 houve um aumento no número de
casos, no sentido das áreas costeiras para as interiores, com maior número de casos na
comunidade do Treme e menor número na comunidade da Fazendinha. A análise
temporal mostrou que a incidência da malária sofreu influência pluviométrica, onde,
nos meses chuvosos que correspondem ao período de janeiro a março e de outubro
a dezembro, o número de casos maláricos foi baixo, comparando-se com o período
de estiagem que corresponde de março a setembro. Devido à grande quantidade
de informações temáticas que podem ser obtidas com processamento das imagens
de satélites, existe a necessidade de inclusão de novas tecnologias de geoinformação,
como por exemplo sistemas inteligentes baseados em Redes Neurais Artificiais,
para fazer a classificação de informações temáticas expressas em alvos espectrais
contidos em imagens de satélite e Datamining, para processar novos modelos de
análise da malária, baseado no inter-relacionamento de dados produzidos por áreas
diferenciadas do conhecimento.
Em última análise, o presente trabalho se constituiu de uma tentativa de
geração de resultados práticos, mas ainda em fase de desenvolvimento, no âmbito
da Epidemiologia Sistemática. Estes modelos podem vir a ser úteis para a construção
de cenários epidemiológicos de transmissão de diversas doenças na Amazônia, em
particular aquelas transmitidas por vetores.
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Recebido em: 26/03/2009
Aprovado em: 26/08/2009
742
– Cad. Saúde Colet., Rio
de
JaneiRo, 17 (3): 731 - 742, 2009