Invito alla biologia.azzurro - H. Curtis, N.S. Barnes, A. Schnek, A. Massarini - Scuola.zanichelli.it

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H. Curtis, N.S. Barnes,
                                        A. Schnek, A. Massarini

              Invito alla
              biologia.azzurro

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Capitolo 20
        Virus e pandemia
  Lezione 1. La pandemia di COVID-19
  Lezione 2. Come si arresta il contagio
  Lezione 3. Il rapporto tra pandemia, ambiente e società
  Lezione 4. Dall’animale all’uomo: i virus dell’influenza
  Lezione 5. La pandemia di AIDS dura da quarant’anni
  Lezione 6. Il papillomavirus è molto diffuso e sottovalutato
  Lezione 7. Come si studiano le epidemie

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I coronavirus
      I coronavirus (CoV) sono una famiglia di
      virus a RNA in cui le proteine poste fuori dal
      capside formano punte che ricordano una
      corona.

      Il coronavirus SARS-CoV è responsabile
      della sindrome respiratoria acuta grave
      (SARS); il virus MERS-CoV provoca la
      sindrome      respiratoria  mediorientale
      (MERS).

      Alla fine del 2019 si è aggiunto il nuovo virus SARS-CoV-2,
      responsabile della pandemia di COVID-19, una malattia che può
      causare polmoniti anche gravi e letali.

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COVID-19
          A fine dicembre 2019, nella città cinese di Wuhan, sono stati registrati i
          primi casi di contagio da SARS-CoV-2.

          Nelle zoonosi (malattie infettive provenienti da animali) si distinguono:
          • trasmissione primaria: dall’animale all’uomo
          • trasmissione secondaria: da uomo a uomo

          Il primo caso ufficiale di trasmissione secondaria In Italia risale al 18
          febbraio a Codogno («paziente 1»).

          L’11 marzo il governo italiano ha indetto un lockdown e l’OMS ha
          dichiarato ufficialmente l’infezione da SARS-CoV-2 una pandemia.

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Diffusione SARS-CoV-2
          I coronavirus sono naturalmente presenti nei pipistrelli, ma possono
          infettare gli esseri umani attraverso il salto di specie (spillover) in
          seguito ad una o più mutazioni del patrimonio genetico del virus.

          La capacità di adattamento del virus a specie diverse dipende da:
          • capacità di mutare velocemente durante duplicazione del materiale
          genetico;
          • tempo a disposizione per incontrare nuove specie in una
          determinata area (zone endemiche).

          Il focolaio di infezione di SARS-CoV-2 sembra essere stato il mercato
          alimentare di Wuhan che prevede un alto numero di persone a
          contatto con animali selvatici vivi e morti.

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Il genoma di SARS-CoV-2
        Ricombinazione naturale tra due coronavirus diversi nello stesso
        ospite:

        1. SARS-CoV-2 condivide il 96% del genoma del coronavirus che infetta
        i pipistrelli

        2. Il gene che codifica per spike assomiglia alla sequenza di un altro
        coronavirus trovato nei pangolini

           SARS-CoV-2 si lega alle cellule delle vie
           respiratorie e le infette grazie alla proteina
           virale spike in grado di riconoscere il
           recettore umano ACE2, lo stesso usato dal
           virus della SARS.

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La trasmissione e le conseguenze
               Il virus SARS-CoV-2 si trasmette attraverso la saliva, i colpi di
               tosse e gli starnuti che spargono nell’ambiente goccioline (droplet)
               che lo trasportano:
               • trasmissione per contatti diretti e ravvicinati
               • trasmissione per contatti indiretti

               Periodo di incubazione: da 2 a 14 giorni

               Oltre all’età, anche la genetica potrebbe giocare un ruolo
               importante nel rendere alcune persone più vulnerabili di altre. I
               maschi hanno un tasso di letalità leggermente più alto (pari al
               54,8%) a causa dei polimorfismi del recettore ACE2.

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FISSA I CONCETTI
         •Che differenza c’è fra trasmissione primaria e secondaria?

         •Cosa si intende per spillover? Quali sono i fattori che lo
         rendono possibile?

         •Che funzione ha la proteina spike virale? Quale altro
         coronavirus utilizza il recettore ACE2?

         •Spiega in che modo viene trasmesso il virus SARS-CoV-2
         e chi sono i soggetti più colpiti.

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Arrestare il contagio
            SARS-CoV-2 sopravvive fino a 24 ore sulle superfici di carta e
            fino a 2-3 giorni sulla plastica e sull’acciaio inossidabile, ma i
            coronavirus sono sensibili all’azione del sapone e dei disinfettanti
            a base di etanolo (al 60-70%) o di ipoclorito di sodio (0,1%).

            Raccomandazioni per prevenire la diffusione:
            • sanificazione
            • distanziamento fisico

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Identificare gli infetti
         Il tampone faringeo consiste nel prelevare, con l’aiuto di un tampone di
         cotone attaccato a un bastoncino, un campione di muco dalla gola.

         In laboratorio, dopo aver inattivato il virus, si procede all’estrazione
         dell’RNA virale e alla sua amplificazione mediante Real Time PCR;

         • SE POSITIVO: ulteriori indagini molecolari analizzano il genoma virale
         per monitorare l’evoluzione di nuovi ceppi. A seconda della gravità dei
         sintomi è prevista quarantena a casa o in specifiche strutture
         ospedaliere.

         • SE NEGATIVO: l’analisi viene ripetuta su un secondo prelievo di muco,
         per ridurre il rischio di falsi negativi.

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I test sierologici rilevano la presenza nel sangue di anticorpi
                specifici contro il SARS-CoV-2 ricercando due tipi di
                immunoglobuline le IgM e le IgG;

                • IgM: si formano nelle fasi precoci della malattia e scompaiono
                qualche settimana dopo la guarigione.

                • IgG: emergono solo in un secondo tempo ma rimangono in
                circolo molto più a lungo. Servono al nostro organismo per
                garantire la memoria immunitaria, la cui durata può variare.

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I 4 possibili risultati per una persona asintomatica:

          • Presenza delle sole IgM: la fase della malattia è precoce e, anche
          se non ci sono sintomi, possono emergere a breve; bisogna
          confermare la positività con un tampone.

          • Presenza di IgM e IgG: la fase è intermedia e la persona può essere
          ancora infettiva; il risultato va abbinato a un test con il tampone.

          • Presenza delle sole IgG: la fase è molto avanzata; è necessario
          confermare la negatività dell’infettività con un tampone.

          • Assenza di IgM e IgG: la persona non ha contratto l’infezione; per
          confermare la positività è necessario un tampone.

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Strategie terapeutiche
               • Drug repositioning: sperimentazione di farmaci approvati per il
                 trattamento di altre malattie.

               • Tocilizumab: immunosoppressore che contrasta la «tempesta di
                 citochine» di alcuni pazienti.

               • Clorochina e idrossiclorochina: mimano la funzione del chinino
                 per inibire la replicazione dei coronavirus.

               • Sieroterapia: un’immunizzazione passiva che prevede di isolare
                 dal siero di persone convalescenti gli anticorpi anti-SARS-CoV-2 e
                 di iniettarli in altre persone. Ha scopo profilattico e scopo
                 terapeutico.

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Vaccino

        Lo sviluppo e l’immissione in commercio di un vaccino richiede circa
        dieci anni: tutte le fasi di sperimentazione preclinica (in laboratorio e
        in modelli animali) e di sperimentazione clinica (nell’uomo).

        La diffusione del COVID-19 ha rivalutato questo ambito della ricerca e
        a inizio aprile 2020 erano già più di 70 i vaccini in via di sviluppo in tutto
        il mondo.

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FISSA I CONCETTI
         • Come si interrompe la catena del contagio?

         • In cosa consiste il tampone faringeo?

         • Elenca i possibili risultati di un test sierologico.

         • Quali sono i principali farmaci utilizzati per curare i
                 pazienti infettati dal virus SARS-CoV-2?

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Relazione tra diffusione dei virus
       e ambiente
             Le zoonosi conosciute sono molto numerose (oltre 200 secondo
             l’OMS), tra queste: la rabbia, la leptospirosi, l’antrace, la SARS, la
             MERS, la febbre gialla, la dengue, Ebola, HIV e chikungunya ma
             anche la più diffusa influenza.

             Gli animali selvatici sono spesso serbatoi di virus e batteri e il
             loro contatto con le persone aumenta come conseguenza:
             • della deforestazione delle aree tropicali (come virus Ebola)
             • della rapida diffusione delle attività umane
             • del cambiamento climatico (per esempio, virus Zika)

                                                                             biopsia

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Relazione tra diffusione dei virus e
       ambiente
                   PRO DELLA QUARANTENA:
                   La riduzione del traffico pubblico e privato e la chiusura di molte
                   attività industriali durante la quarantena hanno ridotto la
                   concentrazione di ossidi di azoto, uno degli inquinanti più
                   pericolosi.

                   CONTRO DELLA PANDEMIA COVID-19:
                   I decessi indiretti del coronavirus sulle fasce sociali svantaggiate
                   portano a un bilancio molto più grave rispetto alle sole morti da
                   inquinamento.

                                                                               biopsia

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biopsia

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Bloccare la mobilità e le attività produttive è una soluzione al problema
       dell’inquinamento che non sarebbe accettata da buona parte della
       società.

       L’elevata concentrazione di inquinanti atmosferici (es. PM2,5 e PM10)
       provoca un aumento nei tassi di ricoveri per patologie respiratorie.

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Pandemia COVID-19 ed emergenza
      climatica
             Analogie tra emergenza sanitaria e climatica:
             • è necessario unire comportamenti individuali e politiche statali
             • la minaccia non fa distinzione tra i diversi strati della società
             • la riduzione dei trasporti e delle attività produttive è una soluzione

             MA le somiglianze sembrano terminare qui:
             • il cambiamento climatico è difficile da risolvere perché le sue
             conseguenze non sono percepite come immediate minacce alla
             salute
             • le misure adottate in quarantena non sono realmente efficaci sul
             piano ambientale (come in Cina)
             • l’effetto rimbalzo post pandemia, ovvero la ripresa dell’economia,
             può tradursi in un allentamento delle norme a tutela dell’ambiente e
             del clima stesso

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FISSA I CONCETTI
         • Quali sono le principali cause dell’aumento delle zoonosi?

         • Che effetti ha avuto la quarantena?

         • Specifica alcuni inquinanti atmosferici e i loro effetti sulla
         salute umana.

         • Le misure di contenimento adottate durante la pandemia
         COVID-19 sono sufficienti a risolvere il problema del
         cambiamento climatico? Motiva la tua risposta.

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L’influenza
         L’influenza è un’infezione virale che colpisce soprattutto naso, gola e
         bronchi, e meno spesso i polmoni;

         •dura circa una settimana
         •sintomi: improvvisi picchi di febbre alta, dolori muscolari, mal di
         testa, tosse, mal di gola e naso che cola
         •non è necessario l’intervento del medico o l’assunzione di farmaci
         specifici
         •può avere conseguenze gravi nelle «categorie a rischio»
         •capacità di diffondersi rapidamente

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Il patogeno dell’influenza è un virus a RNA della famiglia
              Orthomyxoviridae.

              Tre tipi di influenza: A, B e C.
              I virus A, più comuni e diffusi, sono suddivisi in sottotipi a seconda
              delle differenti glicoproteine che si trovano sul loro capside; esistono
              vari tipi di glicoproteine N e H che si possono combinare in forma
              assortita.

              Esempi:
              •il virus dell’influenza aviaria del 2005 è un virus H5N1
              •il virus dell’influenza suina (o messicana) del 2009 è un virus H1N1

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Tutti i virus influenzali oggi noti sono di
         derivazione aviaria.
         Con il tempo alcuni di questi virus si sarebbero
         poi evoluti e specializzati, divenendo capaci di
         infettare e in alcuni casi anche di trasmettersi
         nei nuovi ospiti.

         Ogni virus influenzale adattato a una certa specie ha imparato a
         riconoscere uno specifico recettore cellulare.
         Nell’apparato respiratorio del maiale sono presenti cellule che portano
         sulla loro superficie recettori tipici degli uccelli, ma anche recettori
         umani.

         Virus ricombinanti: due virus diversi duplicano il loro materiale
         genetico nella stessa cellula e nello stesso tempo e possono generare
         progenie con materiale genetico «misto».

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Il vaccino anti-influenzale
              I virus influenzali mutano rapidamente e l’immunità acquisita con
              un vaccino o con la malattia naturale non protegge da una nuova
              infezione l’anno successivo.
              È necessario ripetere la vaccinazione a ogni stagione influenzale.

              La composizione vaccinale per la stagione influenzale
              nell’emisfero Nord è stabilita dall’OMS nel mese di febbraio,
              mentre quella per l’emisfero Sud nel mese di settembre.

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FISSA I CONCETTI
         •Quali sono i sintomi dell’influenza e quali le categorie più a
         rischio?

         •Elenca i tipi di influenza e descrivi brevemente la tipologia
         più comune.

         •Qual è l’origine dei virus influenzali? Come hanno fatto ad
         infettare e a trasmettersi nell’uomo?

         •Ogni quanto tempo bisogna ripetere il vaccino? Perché?

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L’AIDS
              La pandemia di AIDS conta oltre 20 milioni di morti soltanto negli
              ultimi dieci anni e 38 milioni di persone infette nel 2018, con un
              tasso di crescita delle nuove infezioni di quasi 2 milioni ogni anno.

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La malattia è caratterizzata da un insieme di sintomi che hanno
              origine nel cedimento delle difese immunitarie per l’azione di un
              agente trasmissibile (HIV).

              La modalità di trasmissione più frequente in Italia e in Europa sono i
              rapporti sessuali (il 41% tra eterosessuali, il 39% tra omosessuali).

              Il problema maggiore che si riscontra nel trattamento di questa
              infezione è l’arrivo del paziente all’attenzione del medico quando la
              malattia è già in stato avanzato, anche diversi anni dopo il momento
              del contagio.

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Effetti di HIV
              L’HIV attacca le cellule del sistema immunitario, in particolare quelle
              che in superficie presentano il recettore CD4.

              La diminuzione di linfociti T helper è la causa dell’immunodeficienza
              che porta alla comparsa dei sintomi dell’AIDS nei pazienti infetti da
              HIV.

              Decorso «subdolo»:
              1. FASE DI LATENZA: l’individuo entra in contatto con il virus, ma
              non sviluppa sintomi evidenti. Il virus continua a duplicarsi. Il
              soggetto è infetto.
              2. MALATTIA CONCLAMATA: la quantità di linfociti attaccati è tale
              da compromettere la capacità dell’organismo di rispondere alle
              infezioni. Il declino del sistema immunitario è irreversibile e il
              paziente muore per effetto delle infezioni opportunistiche.

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Se si pensa di aver corso un rischio con un rapporto non protetto, è
              fondamentale ricorrere al:

              • test sierologico: prelievo di sangue che rileva la presenza di
              anticorpi anti-HIV. Il test va fatto almeno 3 settimane dopo l’evento
              di rischio e va ripetuto dopo sei mesi per confermare il risultato.

              • test rapidi: analisi su una goccia di sangue ottenuta pungendosi
              un polpastrello; acquistabili in farmacia.

              Oggi i farmaci antiretrovirali riescono a garantire a una persona
              infetta di non progredire nella forma conclamata di AIDS.
              L’importante è iniziare la terapia in tempo.

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Ancora nessun vaccino
              Dall’infezione di HIV non si guarisce mai e il virus rimane nel
              nostro organismo per tutta la vita.
              Tuttavia, oggi i trattamenti farmacologici, se assunti in modo
              costante e per tempo, garantiscono un’aspettativa di vita delle
              persone infette pari a quella dei sani.

              Si considera il momento ottimale per l’inizio della terapia contro
              HIV quando i valori di CD4 sono compresi tra 500 e 350 /mm3.
              La grande variabilità di HIV è il principale problema che rallenta lo
              sviluppo di un vaccino.

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Il meccanismo di HIV
           L’HIV appartiene alla famiglia dei retrovirus; si tratta di virus il cui
           genoma a RNA è dapprima convertito in DNA grazie alla trascrittasi
           inversa, quindi è integrato nel DNA della cellula ospite (provirus)
           grazie all’enzima integrasi.

           «Bombe a scoppio ritardato»: le cellule che contengono il provirus
           possono esprimere i geni virali oppure conservare l’informazione
           genetica del virus archiviata anche per decenni.

           I farmaci oggi in uso agiscono interferendo con l’ingresso del virus
           tramite il recettore CD4, con la retrotrascrizione, con l’integrazione
           del provirus e con la produzione di nuove particelle virali.

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La storia evolutiva di HIV
           Due tipi di virus:
           • il tipo 1: più comune. Presenta almeno 11 sottotipi (A-K)
           • il tipo 2: frequente in alcune regioni dell’Africa occidentale.

           L’insieme di questi ceppi è il risultato dell’evoluzione del virus durante i
           suoi spostamenti intorno al mondo, del suo alto tasso di mutazione e
           dell’incontro tra sottotipi diversi nel medesimo ospite (virus ibridi AB, AE,
           BC, AG).

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Il metodo dell’orologio molecolare:
             le mutazioni nei genomi si accumulano nel tempo con una velocità
             nota, diversa per ogni tipo di virus. Contando il numero delle
             differenze fra i genomi dei virus si può ricostruire il loro cammino
             evolutivo.

             L’area geografica più ricca di sottotipi corrisponde all’area di origine
             del virus; la maggior parte dei sottotipi di HIV-1 si concentra in
             Africa e si ipotizza che il virus sia comparso nella specie umana tra
             il 1880 e il 1924.

             È possibile che il virus abbia fatto più di una volta il salto di specie
             dagli scimpanzé alla popolazione umana probabilmente attraverso
             il sangue infetto durante la macellazione o il consumo di carne
             cruda.

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FISSA I CONCETTI
         • Perché la pandemia di AIDS ancora oggi provoca molte
         morti?

         • Cosa distingue la fase di latenza del virus dalla malattia
         conclamata?

         • Descrivi il meccanismo di infezione di HIV.

         • Spiega la storia evolutiva del virus dell’immunodeficienza
         umana e attraverso quale metodo si è ricostruita.

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Il papillomavirus
                   Da qualche anno in Italia esiste un vaccino gratuito, non
                   obbligatorio, da somministrare alle ragazze e ai ragazzi intorno ai
                   dodici anni di età. Si tratta del vaccino contro il papillomavirus,
                   responsabile del tumore al collo dell’utero.

                   HPV è un virus a DNA con una struttura icosaedrica.
                   Esistono più di 120 sottotipi di HPV. La maggior parte causa
                   malattie non gravi sia a livello della pelle sia delle mucose.

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Possibili vie di trasmissione:
                • attraverso rapporti sessuali (MST)
                • in ambito familiare e ospedaliero
                • durante il parto attraverso le secrezioni vaginali infette
                • autoinoculo: trasporto del virus nello stesso soggetto da una parte
                all’altra del corpo

                Il papillomavirus è uno dei più importanti agenti cancerogeni.

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Meccanismo di infezione
                  •        Il virus penetra nella cute e nelle mucose attraverso piccole
                          lesioni dei tessuti.

                  •         I virioni perdono il loro involucro proteico e il genoma
                          raggiunge il nucleo della cellula dove si stabilisce.

                  •        Se le difese immunitarie non arrestano l’infezione, il virus
                          persiste nella cellula.

                  •        Fase di latenza: il virus rimane nell’epitelio (no sintomi e no
                          anticorpi).

                  •        Fase attiva: il virus si moltiplica durante la differenziazione
                          delle cellule epiteliali, passando dallo strato basale a quello
                          superficiale del tessuto.

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Il papillomavirus umano ad alto rischio è definito «causa
                      necessaria, ma non sufficiente» per lo sviluppo del
                      carcinoma della cervice uterina.

                      Infatti, è importante anche il ruolo di altri cofattori:
                      • la persistenza dello stesso ceppo di virus HPV ad alto
                      rischio per molti anni
                      • la presenza di stati deficitari di immunità cellulo-mediata
                      • l’uso prolungato del contraccettivo orale
                      • il fumo di sigaretta

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Diversi tipi di vaccino
                  Nel nostro Paese esistono tre vaccini:
                  • il vaccino bivalente contro i due principali tipi di HPV 16 e 18
                  responsabili del tumore della cervice uterina;
                  • il vaccino tetravalente che protegge anche contro altri due tipi (6
                  e 11) responsabili dei condilomi genitali;
                  • un vaccino più recente che garantisce la protezione contro nove
                  tipi di HPV.

                  Dal momento che la vaccinazione non protegge da tutti i tipi di
                  virus ad alto rischio oncogeno è importante che, a partire dai 25
                  anni, anche le ragazze vaccinate si sottopongano al regolare test
                  di screening per il tumore della cervice uterina.

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FISSA I CONCETTI
         • Che cos’è il papillomavirus?

         • Quali sono le possibili vie di trasmissione di HPV?

         • Descrivi, per punti, il meccanismo d’infezione di HPV.

         • Quanti vaccini sono disponibili contro l’HPV? In che cosa
         si differenziano?

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L’epidemiologia
                 L’epidemiologia studia la distribuzione delle malattie o di altri
                 eventi sanitari in una popolazione e indaga le cause o i fattori che
                 ne modificano la frequenza.

                 Offre gli strumenti per programmare gli interventi più idonei e
                 rappresenta un pilastro fondamentale dell’igiene.

                 In caso di un’epidemia, come quella di COVID-19, è importante
                 ricostruire la catena di contagio evidenziando:
                 • la modalità di trasmissione dell’infezione;
                 • il periodo di incubazione fra il contagio e lo sviluppo dei sintomi e
                 la contagiosità.

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Le curve epidemiche
   L’indagine di un’epidemia deve essere svolta da un gruppo di lavoro
   multidisciplinare composto da epidemiologi, microbiologi, medici clinici e
   infettivologi.

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Le misure preventive
   Per limitare il più possibile la diffusione dell’epidemia, gli interventi devono
   essere messi in atto tempestivamente.

   In una situazione di pandemia le misure sono finalizzate principalmente
   alla mitigazione, cioè a «spalmare» il numero di casi di malattia in un
   periodo di tempo sufficientemente lungo da garantire le adeguate cure
   sanitarie.

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Limitare i contatti sociali
   A seguito di una limitazione dei contatti tra le persone, la diffusione del
   contagio rallenta e si stabilizza quando è stato infettato circa l’80% della
   popolazione.

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FISSA I CONCETTI
         • Cosa studia l’epidemiologia?

         • Cos’è una curva epidemica? Quali sono i possibili
         andamenti?

         • Definisci il termine «mitigazione». Perché è importante?

         • Cosa si intende per immunità di gregge? Come si
         raggiunge?

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