Sobrevivência e dispersão de fêmeas de Aedes aegypti no Rio de

Transcrição

Ministério da Saúde
Fundação Oswaldo Cruz
Instituto Oswaldo Cruz
Curso de Pós-Graduação em Biologia Parasitária
Sobrevivência e dispersão de fêmeas de Aedes aegypti no Rio
de Janeiro
Rafael Maciel de Freitas
Orientadores: Dr. Ricardo Lourenço de Oliveira
Dra. Cláudia Torres Codeço
RIO DE JANEIRO
Fevereiro de 2006
Ministério da Saúde
Fundação Oswaldo Cruz
Instituto Oswaldo Cruz
Curso de Pós-Graduação em Biologia Parasitária
Sobrevivência e dispersão de fêmeas de Aedes aegypti no Rio
de Janeiro
Rafael Maciel de Freitas
Dissertação apresentada com vistas à obtenção do Título de Mestre em Biologia
Parasitária. Área de concentração: Entomologia Médica.
Orientadores: Dr. Ricardo Lourenço de Oliveira
Dra. Cláudia Torres Codeço
Fevereiro de 2006
Sobrevivência e dispersão de fêmeas de Aedes aegypti no Rio de Janeiro
Dissertação submetida à coordenação do
curso de Biologia Parasitária do Instituto
Oswaldo Cruz como parte dos requisitos
para obtenção do Título de Mestre em
Biologia
Parasitária,
área
concentração: Entomologia Médica.
BANCA EXAMINADORA
Dra Denise Valle
Dr. Rui Cerqueira
Dr. Reinaldo Souza dos Santos
Dr. Delsio Natal
Dra Maria Tereza Serrano Barbosa
de
Ficha Catalográfica
Maciel-de-Freitas, Rafael
Sobrevivência e dispersão de fêmeas de Aedes aegypti no Rio de Janeiro
Mestrado em Entomologia Médica
Instituto Oswaldo Cruz – FIOCRUZ
Rio de Janeiro, 2006-02-12
1. Dengue 2. Aedes aegypti 3. sobrevivência 4. dispersão 5. desenvolvimento
ovariano 6. paridade 7. capacidade vetorial
Este trabalho foi realizado no Laboratório de Transmissores de Hematozoários,
Departamento de Entomologia, Instituto Oswaldo Cruz, Fundação Oswaldo Cruz,
com recursos da Fundação Oswaldo Cruz, Conselho Nacional de Desenvolvimento
Científico e Tecnológico (CNPq) e Fundação Carlos Chagas Filho de Amparo à
Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro (FAPERJ).
Ao João Pedro, responsável
pelas maiores alegrias que
um pai poderia ter.
AGRADECIMENTOS
Ao Dr. Ricardo Lourenço de Oliveira pela enorme capacidade, atenção, carinho
e paciência demonstrada ao longo de nosso convívio. Sua orientação, somada ao seu
jeito gentil e cordial de tratar a todos, faz-me tê-lo como o pesquisador em quem me
espelho para o meu futuro. Agradeço por ter sempre acreditado em mim.
À Dra Claudia Torres Codeço, por ter transformado a matemática, uma ciência
até então incompreensível, em algo mais palatável, contribuindo enormemente para o
desenvolvimento deste trabalho e de minha formação como pesquisador.
A todos aqueles que me ajudaram no campo e no laboratório: Glauber Pereira
Rocha, Kleber Soares, Marcelo Celestino dos Santos, Marcelo Quintela Gomes,
Márcio Mocellin, Mauro Menezes Muniz, Reginaldo Rego, Renato Carvalho,
Roberto Costa Peres, Rodrigo Dutra, Roman Brocki e William Marques. Agradeço
pela intensa ajuda e pelos divertidos momentos vividos no laboratório, nos trabalhos
de campo e durante as refeições.
Ao Dr. Sérgio Cunha, pelo apoio logístico e pelo auxílio na escolha das áreas
de estudo.
À Cristiane e ao Ricardinho, por serem ótimos amigos e por terem me ensinado
a linguagem dos sinais.
Aos membros do Laboratório de Transmissores de Hematozoários: Márcia,
Tereza e Monique, pela responsabilidade e presteza, pelos conselhos e incentivos,
pela seriedade e amizade.
À Dinair, pela sinceridade e pela verdadeira amizade cultivada nos momentos
mais difíceis.
Ao presidente da Fundação Oswaldo Cruz, Dr. Paulo Buss, às duas últimas
diretorias do Instituto Oswaldo Cruz, capitaneadas por Dr. Renato Cordeiro e Dra.
Tânia Araújo Jorge, e à chefe do Departamento de Entomologia, Dr. Elizabeth
Rangel, por fazerem com que a Fiocruz seja uma instituição reconhecida
internacionalmente e um ótimo lugar para se trabalhar.
À Comissão da Pós Graduação por acreditar e estimular meu trabalho e aos
amigos Eduardo e Luciane pela ajuda.
Às secretárias do Departamento de Entomologia e da Diretoria, Esther, Ângela
e Simone, Dalila e Luciana, pelo auxílio na solução de diversos problemas
burocráticos.
Ao serviço de transportes pelo prestativo serviço prestado nesses dois anos.
Ao Dr. Álvaro Eiras pela amizade e pelas colaborações realizadas.
À Dra. Mônica Magalhães, Gustavo Gelelete, Tadeu Pinheiro e Mariana
Fonseca pela ajuda no georeferenciamento de diversos pontos no campo.
À Dra. Denise Valle, que me levou para este grupo maravilhoso do qual me
sinto feliz em trabalhar e pelo carinho demonstrado desde sempre.
À minha família, Irany, Regina, Maria Alice, Ana, Jorge Luiz, Denis Anaclara
e Joana, pelos bons momentos vividos ao longo desse um quarto de século. Ao Tio
Mô, que mesmo ausente no momento, indescritivelmente contribuiu para minha
formação como ser humano. Saudades.
À Valéria e Silvio, pelo carinho recebido.
À família que eu escolhi e construí. À Silvia Souza de Oliveira agradeço por
estar ao meu lado nas mais alegres e difíceis horas da minha vida, sendo a parte mais
afortunada o nascimento de nosso filho, João Pedro.
Ao João Pedro, que mesmo sem saber disso, é essencial para a minha
felicidade. Por ti busco sempre o melhor.
Por fim, aos meus amigos Buble, Ozelin, Holanda, Cachaça, Emiliano,
Marquinhos e Butcho. Que eu possa sempre contar com a amizade de vocês.
Um agradecimento especial ao Gabriel, meu irmão, a maior perda que eu já
tive nessa vida. Vida que segue, mesmo com um pedaço a menos. Eternas saudades,
maninho.
ÍNDICE
RESUMO
........................................................................................................................1
ABSTRACT
....................................................................................................................2
1. INTRODUÇÃO
..........................................................................................................3
1.1. Dengue e seu vetor nas Américas
..................................................................3
1.2. Dispersão do vetor do dengue
........................................................................5
1.3. Sobrevivência do vetor do dengue
.................................................................7
1.4. Desenvolvimento ovariano e paridade
........................................................11
2. JUSTIFICATIVA
....................................................................................................13
3. OBJETIVOS
.............................................................................................................15
4. MATERIAIS E MÉTODOS
...................................................................................16
4.1.1. Áreas de estudo
................................................................................16
4.1.2. Características climáticas da área de estudo
................................23
4.2. Vigilância epidemiológica
............................................................................24
4.3. Obtenção dos mosquitos
...............................................................................24
4.4. Marcação e soltura das fêmeas
....................................................................25
4.5. Captura dos indivíduos marcados
..............................................................25
4.6. Análise da sobrevivência
..............................................................................26
4.7. Análise da dispersão
.....................................................................................28
4.8. Análise do desenvolvimento ovariano e paridade
......................................29
4.?. Considerações éticas
5. RESULTADOS
........................................................................................................32
5.1. Artigo 1
..........................................................................................................34
5.2. Artigo 2
..........................................................................................................75
6. CONSIDERAÇÕES FINAIS
..................................................................................99
7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
.................................................................108
RESUMO
Estudos sobre a ecologia de Aedes aegypti são de suma importância para o melhor
conhecimento da capacidade vectorial de suas populações, da dinâmica da transmissão do
dengue e do controle desse vetor. Neste estudo, foram estimadas a taxa de sobrevivência
diária, a longevidade, a dispersão e a paridade de fêmeas de Ae. aegypti em uma área
suburbana (Tubiacanga) e uma favela (Amorim) na cidade do Rio de Janeiro, durante as
estações chuvosa e seca de 2005, através de experimentos de marcação-soltura-recaptura
(MSC). Foi também avaliada a eficiência de uma nova armadilha para coleta de Ae. aegypti
adultos (BGS-Traps) na área suburbana. Em cada MSC, três coortes de mosquitos marcados
com pó fluorescente de cores distintas foram soltas e capturadas com aspiradores mecânicos,
BGS-Traps e ovitrampas colantes. BGS-Traps capturou significativamente mais Ae. aegypti
de ambos os gêneros que o aspirador, o qual coletou muito mais Culex quinquefasciatus.
BGS-Trap coletou mais fêmeas de Ae. aegypti à procura de fontes sanguíneas e mostrou ser
eficiente no monitoramento da densidade desse vetor. A sobrevivência foi estimada pelo
ajuste de dois modelos alternativos: exponencial e não linear com correção para a remoção de
indivíduos. Taxas de captura variaram entre 6,81 e 14,26%. Na área urbana foram observadas
maiores taxas tanto de sobrevivência, variando entre 0,827 e 0,942 de acordo com o modelo
não linear, quanto de paridade (68,5%). Taxas de paridade não variaram significantemente
entre as estações chuvosa e seca em ambas as áreas. As taxas de sobrevivência diária
registradas sugerem adultos longevos e, por conseguinte, mais aptos a transmitir o vírus do
dengue. Fêmeas apresentaram maior deslocamento na área suburbana que na comunidade
carente, com distâncias médias percorridas de, respectivamente, 80-86m e 39-53m, sendo que
10% das fêmeas se deslocou mais de 130m no subúrbio, com distância máxima percorrida de
363m, contra 70-90m na comunidade. Resultados sugerem intenso risco de surgimento de
epidemia do dengue, particularmente na comunidade situada em área urbana.
SUMMARY
Ecological studies with Ae. aegypti are of extreme importance to better understand
the vectorial capacity of natural populations and dengue transmission. In the present
work, daily survival rates, longevity, dispersal and parity of Ae. aegypti females were
estimated at a slum (Amorim) in the urban area and at a suburban district
(Tubiacanga) in Rio de Janeiro, during the 2005 wet (Dec-Mar) and dry (Jun-Jul)
seasons, by the use of mark, release and recapture method (MRR). The efficacy of a
trap to collect Ae. aegypti (BGS-Trap) was also evaluated in the suburban area. In
each MRR experiment, three mosquito cohorts marked with fluorescent dust of
different colors were released and recaptured with backpack aspirators, BGS-Traps
and sticky ovitraps. BGS-Trap captured significantly more Ae. aegypti males and
females than the aspirator, which was more efficient to collect Culex
quinquefasciatus. BGS-Traps captured more host-seeking females in detriment of
females in other behavioral and physiological stages, and proved to be efficient trap
for monitoring adult Ae. aegypti. Survivorship was estimated by fitting two
alternative models: exponential and non-linear with correction for the removal of
individuals. Recapture rates varied between 6.81 and 14.26%. In the urban area,
higher survival, ranging between 0.827 and 0.942, and parity rates (68.5%) were
observed. Parity rates did not differ between the wet and dry seasons in both areas.
However, the parity rate in Amorim was significantly higher than in Tubiacanga.
High daily survival rates reported for females point to higher lifespan and, thus, high
vectorial capacity to transmit dengue virus. Females presented higher displacement in
the suburban area, with a maximum distance traveled of 363m from the release point.
Results suggest intense risk of dengue epidemics, particularly in the urban area.
1. INTRODUÇÃO
1.1. Dengue e seu vetor nas Américas
Arbovírus são vírus cuja transmissão se dá às custas do hábito hematofágico
de alguns artrópodes vetores. Dentre tais vetores, destacam-se os mosquitos,
insetos dípteros cuja hematofagia é restrita às fêmeas adultas, que dependem,
fundamentalmente, da ingestão de sangue, até a repleção, para que se dê o
desenvolvimento de seus ovaríolos e maturação dos ovos. Dentre os arbovírus
transmitidos por mosquitos estão os vírus do dengue e o da febre amarela
(Clements 1999).
O vírus dengue é transmitido por mosquitos do gênero Aedes (Diptera:
Culicidae). O processo de transmissão se inicia quando um mosquito susceptível
ingere sangue de uma pessoa infectada durante o período de viremia e termina
com a inoculação do vírus, através da picada, em um hospedeiro humano
susceptível. É necessário, porém, um período de incubação extrínseco, no qual há
intensa replicação viral em diferentes órgãos e tecidos do inseto, inclusive nos
ovários, o que permite que alguns descendentes já nasçam infectados. Por fim,
quando o vírus alcança a glândula salivar, é injetado juntamente com a saliva do
mosquito em um outro vertebrado (Gubler e Kuno 1997).
O principal mosquito transmissor do dengue nas Américas é o Aedes aegypti
(Linnaeus 1762). Esta espécie tem como distribuição atual regiões tropicais e
subtropicais, compreendidas principalmente entre os paralelos 45° N e 35° S
(Consoli e Lourenço-de-Oliveira 1994; Rigau-Pérez et al. 1998), predominando
em áreas urbanas e periurbanas (Nelson 1986; Braks et al. 2003).
O Ae. aegypti é uma espécie originária da África, que foi introduzida pela
primeira vez no Brasil e em outros países das Américas provavelmente durante o
período colonial, concomitante ao tráfico de escravos (Christophers 1960;
Lounibos 2002). Foi erradicado do Brasil na década de 50, mas houve nova
invasão em território nacional durante os anos 70, quando foi detectado nas
cidades do Rio de Janeiro e Salvador (Consoli e Lourenço-de-Oliveira 1994;
Vasconcelos et al. 1999; Schatzmayr 2000).
Recentemente, Braks et al. (2003) demonstraram que, no Rio de Janeiro, a
distribuição, densidade e freqüência de Ae. aegypti estão associadas à presença
humana, sendo este um mosquito mais abundante no domicílio e peridomicílio,
tratando-se, portanto, de espécie antropofílica e adaptada aos ambientes
modificados. É um mosquito essencialmente diurno, com picos de atividades
hematofágicas ao amanhecer e ao crepúsculo vespertino (Consoli e Lourenço-deOliveira 1994). Suas fêmeas podem exercer múltiplas alimentações sangüíneas
antes de desovar, aumentando, assim, as suas chances de contrair e veicular o
vírus dengue (Trpis e Hausermann 1986; Service 1992; Scott et al. 1993, 1993b,
2000a, 2000b; Chadee e Beier 1997). As fêmeas de Ae. aegypti possuem grande
preferência por ovipor em criadouros artificiais, como pneus, caixas-d’água e
garrafas destampadas (Cunha et al. 2002), depositando seus ovos na parte úmida
da superfície interna de tais recipientes, acima do nível da água. A saída das larvas
do interior dos ovos se dá apenas quando o nível da água aumenta, quando os ovos
são cobertos pela água. Em condições favoráveis de temperatura e umidade, os
ovos podem resistir à dessecação e eclodir até 450 dias após a postura, ao serem
submersos na água. Por isso, Ae. aegypti tem sua densidade populacional
diretamente influenciada pela pluviosidade (Consoli e Lourenço-de-Oliveira
1994).
1.2. Dispersão do vetor do dengue
De acordo com Trpis e Hausermann (1986), os fatores a serem considerados
na determinação da capacidade vetorial de um artrópode são os seguintes: a sua
susceptibilidade ao patógeno, o seu grau de antropofilia ou zoofilia, a sua
capacidade de dispersão, o tamanho da sua população, a sua longevidade, a
freqüência de alimentações sangüíneas em um único ciclo gonotrófico, a
fecundidade, o período de incubação extrínseco do patógeno no inseto vetor e a
quantidade do patógeno inoculado por ele. Daí o estudo da dispersão e
sobrevivência de populações de espécies vetoras ser de elevado interesse sanitário,
pois variações nesses dois parâmetros podem estar diretamente relacionadas à
eficácia na propagação de doenças por elas veiculadas.
Dispersão é definida, por Begon et al. (1990), como “o processo no qual
indivíduos escapam do ambiente em que seus ancestrais estão inseridos, tornandose menos agregados, em busca de condições ambientais melhores, tentando, desta
forma, aumentar seu sucesso reprodutivo”. A dispersão por parte das fêmeas de
mosquitos pode ser justificada por dois propósitos principais: busca de fonte
sanguínea para a alimentação e procura de local para oviposição (Forattini 1962;
Reiter 1996; Edman et al. 1998).
Para se estudar a dispersão de indivíduos, é necessária a utilização de
alguma metodologia para marcá-los. Na literatura, uma série de técnicas de
marcação pode ser encontrada, sendo muitas delas descritas minuciosamente em
Hagler e Jackson (2001). De acordo com Service (1993), uma marcação é
considerada ideal quando: (1) não afeta a sobrevivência (2) nem causa
comportamento anormal no indivíduo marcado, (3) apresenta durabilidade, (4)
permite que os indivíduos marcados se tornem homogeneizados na população
antes do período de recapturas e (5) dá chances iguais de recapturas entre
indivíduos marcados e não marcados. Dois dos métodos mais utilizados para
marcação de artrópodes são a impregnação com pós-fluorescentes ou a adição
prévia de RbCl ao sangue ofertado para as fêmeas hematófagas (Hagler e Jackson
2001; Maciel-de-Freitas et al. 2004). A marcação com pó fluorescente permite a
captura do indivíduo adulto, ao passo que, com a marcação com RbCl, os ovos
devem ser capturados, uma vez que o RbCl é transferido para os ovos e pode estar
presente em subseqüentes desovas. Nesta dissertação, será utilizada apenas a
metodologia de marcação de fêmeas com pó fluorescente.
Estudos de dispersão de Ae. aegypti marcados mostraram que a espécie
realiza, em geral, deslocamentos de 100 a 500m. Havendo aglomerações humanas
e muitos criadouros disponíveis, as fêmeas dessa espécie não parecem necessitar
realizar grandes deslocamentos. Por outro lado, em ambientes com escassez de
hospedeiros e sítios de oviposição, fêmeas tenderiam a apresentar deslocamento
maior (Maciel-de-Freitas et al. 2006). Assim, acredita-se que geralmente Ae.
aegypti apresente curto raio de vôo, com cerca de aproximadamente 100m a partir
dos locais de oviposição (Morlan e Hayes 1958; Reuben et al. 1975; Trpis e
Hauserman 1975; Trpis et al. 1995; Service 1997; Muir e Kay 1998 OrdoñezGonzalez et al. 2001; Tsuda et al. 2001, Harrington et al. 2005; Russel et al.
2005). No entanto, em estudos onde não havia limitações à dispersão, compostas
basicamente por barreiras geográficas como montanhas e grandes coleções de
água, como rios e lagos, fêmeas foram capazes de se deslocar por distâncias
superiores a 500m (Tessdale 1958; Hausermann et al. 1971; McDonald 1977a;
Honório et al. 2003).
A dispersão das fêmeas de Ae. aegypti pode ser avaliada utilizando-se de
medidas que auxiliam na quantificação do deslocamento de indivíduos marcados,
a partir de um determinado ponto de soltura (Morris et al. 1991). As principais
delas são Distância Média Percorrida (Mean Distance Traveled, MDT), Raio de
Vôo (Flight Range, FR) e Distância Máxima Percorrida (Maximum Distance
Traveled, MAX). Esses parâmetros possuem maior aplicabilidade quando a soltura
dos indivíduos marcados é realizada num ponto central, havendo capturas em
torno deste ponto. A explicação de cada um destes parâmetros encontra-se abaixo:
MDT: Índice baseado na distância do ponto de soltura em que cada
indivíduo marcado foi capturado. Fornece a distância média percorrida pelos
indivíduos marcados e é baseado em resultados de trabalhos anteriores (Lillie et
al. 1981, 1985, White e Morris 1985).
FR: Através do local exato da captura dos indivíduos marcados com pó
fluorescente, pode-se estimar FR50 e FR90, ou seja, a distância em que se
dispersaram 50 e 90% da população, respectivamente.
MAX: Esse parâmetro mostra a distância máxima de dispersão observada,
para um único indivíduo.
1.3. Sobrevivência do vetor do dengue
A sobrevivência de fêmeas de Ae. aegypti tem sido exaustivamente estudada
em condições de laboratório (Day et al. 1994; Naksathit e Scott 1998; Costero et
al. 1998; Canyon et al. 1999; Costero et al. 1999; Briegel et al. 2001). No campo,
em estudos de MSC, que indiretamente determinaram a longevidade desta espécie,
indivíduos marcados puderam ser coletados até 43 dias após a data de soltura
(Trpis e Hausermann 1975; 1986; Trpis et al. 1995).
Tradicionalmente, a probabilidade de sobrevivência diária tem sido vista
como constante e independente da idade. Esse conceito foi primeiramente
proposto para anofelinos por McDonald (1952), que sugeriu que mosquitos
morrem principalmente por predação ou fatores ambientais e não pelo aumento da
idade. Clements e Patterson (1981) fizeram uso de dois modelos já descritos, o
exponencial e o de Gompertz (Gompertz 1825) para observar em quais espécies de
dípteros de importância médica a sobrevivência variava em função da idade. No
primeiro, o modelo exponencial, a taxa de mortalidade não varia com a idade e
pode ser estimada pelo uso de um modelo exponencial. Desta forma, taxas de
sobrevivência diária podem ser estimadas em experimentos de marcação-solturarecaptura pelo antilog da curva de uma simples regressão linear do log10 (número
de mosquitos capturados) pelo tempo. No segundo modelo, o de Gompertz, a
mortalidade seria dependente da idade. Esse modelo pode ser descrito pela relação
positiva linear entre o log10 (datas de coleta) e a idade do mosquito, havendo
crescimento da taxa de mortalidade concomitante com o aumento da idade.
Utilizando-se de dados provenientes de um experimento de marcação-solturarecaptura com Ae. aegypti na África (McDonald 1977), Clements e Patterson
(1981) observaram que a taxa de mortalidade desta espécie era constante, ou seja,
poderia ser estimada através de um modelo exponencial.
Em um trabalho de marcação-soltura-recaptura de Anopheles gambiae na
África, Gillies (1961) introduziu o modelo exponencial para estimar a
probabilidade de sobrevivência diária (PDS) de mosquitos em condições naturais.
Desde então, este modelo tem sido amplamente utilizado em estudos de marcação-
soltura-recaptura (Gillies e Wilkes 1965; Wada et al. 1969; Sheppard et al. 1969;
Dow 1971; McDonald 1977a; Seawright et al. 1977; Reisen et al. 1978, 1980;
Nayar 1981, 1982; Haramis e Foster 1983; Linthichum et al. 1985; Walker et al.
1987; Rodriguez et al. 1992; Constantini et al. 1996; Morrison et al. 1999). De
acordo com Harrington et al. (2001), o modelo exponencial de Gillies é um dos
poucos métodos aplicáveis para espécies de mosquitos que não possuam
concordância gonotrófica. Isso porque outros métodos, como os que levam em
consideração os ciclos de alimentação ou oviposição, são inapropriados para
mosquitos que fazem múltiplas alimentações sanguíneas em um único ciclo
gonotrófico, como Ae. aegypti.
Entretanto, o modelo exponencial apresenta
alguns inconvenientes, sendo que o principal deles reside em uma de suas
suposições fundamentais: a taxa de sobrevivência de fêmeas não se altera com o
aumentar da idade (Harrington et al. 2001).
Harrington et al. (2001), através da soltura e captura de duas coortes com
diferentes idades, dispõem de evidências preliminares de que a sobrevivência de
Ae. aegypti possa ser dependente da idade. Além disso, os autores afirmam que a
abordagem usual da sobrevivência de mosquitos – regressão linear do log de
capturas em função do tempo – não é válida quando indivíduos capturados são
removidos da população, como será o caso em nossos estudos. A remoção levaria
à violação da suposição de que o log do número de capturados é linear no tempo,
com a curva sendo o antilog da taxa de sobrevivência diária. Desta forma,
Harrington et al. (2001) demonstraram que todos os trabalhos que utilizaram o
modelo exponencial para se calcular a probabilidade de sobrevivência diária até
então não possuíam embasamento estatístico.
Recentemente, Buonaccorsi et al. (2003) formularam, através de simulações
e modelos matemáticos a partir dos dados de campo coletados por Harrington et
al. (2001), uma nova forma de utilizar os dados obtidos em um experimento de
marcação-soltura-recaptura. Até então, a abordagem mais utilizada para trabalhar
este tipo de dados era fazer uma regressão do log de indivíduos capturados como
uma função do tempo em dias após a data de soltura, onde a taxa de sobrevivência
seria estimada pela exponencialização da curva. De acordo com Buonaccorsi et al.
(2003), esta técnica não é apropriada porque indivíduos recapturados são
removidos da população. Desta forma, os autores recomendam o uso de um
modelo de regressão não-linear. De acordo com este modelo, N indivíduos
marcados são soltos no tempo t = 0. No dia seguinte, t = 1, uma fração S destes
indivíduos terá sobrevivido e destes SN sobreviventes, uma fração c será
capturada, sobrando (1 – c)SN indivíduos na população. No dia t = 2, apenas uma
fração S da população anterior terá sobrevivido: (1 – c)S2N. Destes, uma fração c
será capturada. Logo, o número esperado de indivíduos capturados em t =2 será
(1 – c)S2Nc. E assim por diante.
A fórmula geral do modelo teórico é:
t
t-1
C t = NS c(1 – c)
Onde Ct é o número de capturas no dia t; c é a taxa de captura e S é a taxa de
sobrevivência diária.
O modelo não-linear proposto recentemente é mais indicado do que o
exponencial para se obter a taxa de sobrevivência diária de populações naturais de
mosquitos, uma vez que apresenta um melhor ajuste aos pontos da curva Número
de indivíduos capturados X Tempo. Apesar de fazer correções estatísticas devido
aos indivíduos marcados capturados que são retirados do ambiente, o modelo nãolinear proposto por Buonaccorsi et al. (2003) ainda considera a taxa de
mortalidade independente da idade, ou seja, constante.
Outro fator interessante na abordagem da sobrevivência diária de mosquitos
seria sua longevidade. Esse parâmetro é expresso em dias e possui profunda
relação com a taxa de sobrevivência (Niebylski e Craig 1994). A expectativa média
de vida seria o número de dias em que os indivíduos, tendo a probabilidade de
sobrevivência diária previamente calculada, sobreviveriam. Após chegarmos a
taxa de sobrevivência de mosquitos em um único dia, podemos elevar este valor à
potência de 10 (período extrínseco de incubação) para descobrir o número de
fêmeas que estariam vivas após 10 dias no campo, ou seja, quantas delas poderiam
transmitir o dengue.
1.4. Desenvolvimento ovariano e paridade
O ciclo gonotrófico de um mosquito, originalmente descrito por Detinova
(1962), inclui a busca por um hospedeiro com posterior ingestão e digestão de
uma alimentação sangüínea, com maturação dos ovários e postura de ovos
maduros após a procura de sítios de oviposição (Klowden e Briegel 1994). Com a
duração do ciclo gonotrófico estimada, muito se discute quantas alimentações são
realizadas por ciclo (Edman e Downe 1964; Boreham et al. 1979; Roitberg e
Friend 1992). Fêmeas de Ae. aegypti geralmente realizam mais de uma
alimentação sangüínea por ciclo gonotrófico (Scott et al. 1993a, b; De Benedicties
et al. 2003). Aliás, estudos de campo têm sugerido que fêmeas de Ae. aegypti
raramente se alimentam de açúcar em comparação com outras espécies (Edman et
al. 1992; Van Hendel et al. 1994; Martinez-Ibarra et al. 1997). Quando
intimamente associada a humanos, fato natural nesta espécie, fêmeas se alimentam
quase exclusivamente de sangue humano (Christophers 1960; Scott et al. 1993b),
usando-o como única fonte de nutrientes para reprodução e síntese de energia de
reserva (Van Handel et al. 1994; Naksathit et al. 1998b, 1998c).
Após a emergência dos adultos pode ocorrer a cópula, quando o macho
fecunda a fêmea. Após a cópula, os espermatozóides são armazenados nas
espermatecas da fêmea e podem ser utilizados pouco a pouco para fecundar os
ovos durante o processo de postura (Consoli e Lourenço-de-Oliveira 1994).
Fêmeas nulíparas, porém fecundadas, podem atingir o estágio II de acordo com a
classificação de Christophers. O desenvolvimento do ovário se dá a partir da
primeira alimentação sanguínea, quando o ovário amadurece para os estágios
subseqüentes, culminando com a realização da postura de ovos. Após a
oviposição, inicia-se um novo ciclo gonotrófico.
Outro parâmetro importante na determinação da capacidade vetorial de Ae.
aegypti é a taxa de paridade em populações naturais. A proporção de fêmeas
paridas, ou seja, aquelas que já tenham passado por pelo menos um ciclo
gonotrófico, pode sinalizar maior transmissão de dengue. Se fêmeas vivem por
longos períodos em condições naturais, estas seriam capazes de realizar diversas
alimentações sangüíneas, levando em última instância a um maior risco de
transmissão de patógenos (Davidson 1954).
2. JUSTIFICATIVA
O estudo da dispersão e da sobrevivência de espécies vetoras tem elevada
importância, uma vez que seu conhecimento pode auxiliar no combate às
endemias veiculadas por elas. A dispersão de fêmeas de Ae. aegypti já foi
estudada no Rio de Janeiro, embora sob condições particulares (Honório et al.
2003; Maciel-de-Freitas et al. 2006). Honório et al. (2003) verificaram que, em
um ambiente urbano onde duas semanas antes da soltura haviam sido suprimidos
todos os eventuais sítios de oviposição, fêmeas de Ae. aegypti se deslocaram por
uma distância máxima de 800m. De acordo com Reiter et al. (1995), a dispersão
de Ae. aegypti é inversamente proporcional à disponibilidade de sítios de
oviposição. Desta forma, em um ambiente com baixa oferta de locais para
oviposição, uma fêmea teria de se deslocar por uma distância maior, em busca de
um local para por seus ovos. Com isso, acredita-se que o deslocamento encontrado
por Honório et al. (2003) possa ter sido superestimado. Por sua vez, Maciel-deFreitas et al. (2006) observaram a dispersão de fêmeas de Ae. aegypti somente em
direção ao interior de matas urbanas. Como, sabidamente, trata-se de uma espécie
notadamente sinantrópica, o valor máximo de dispersão rumo ao interior da mata
encontrado por estes autores – 100m – pode ter sido subestimado. Assim, ao
estimar a dispersão em ambientes urbano e suburbano sem provocar alterações
prévias em sua constituição, teremos um deslocamento de Ae. aegypti mais
condizente com o seu valor real.
Recentemente, Luz et al. (2003) mostraram, através de modelos matemáticos
da dinâmica do dengue, que o parâmetro entomológico mais importante a ser
estimado para a elaboração de um modelo fidedigno seria a taxa de mortalidade. A
falta desta informação compromete o modelo proposto, uma vez que ela participa
exponencialmente do modelo.
A probabilidade de sobrevivência diária (PDS) de fêmeas de Ae. aegypti
jamais foi estudada nas condições ambientais encontradas no Estado do Rio de
Janeiro. Uma vez que o modelo exponencial proposto por Gillies (1961) foi
corrigido por Buonaccorsi et al. (2003), utilizaremos de um experimento de
marcação-soltura-captura para estimar a probabilidade de sobrevivência diária
(PDS) de indivíduos marcados. A partir deste ponto, com os valores de dispersão e
sobrevivência em mãos, serão feitas inferências da biologia de Ae. aegypti nas
condições climatológicas observadas durante os períodos de capturas.
3. OBJETIVOS
- Objetivo geral
- Quantificar a dispersão e obter a probabilidade de sobrevivência diária
(PDS) de fêmeas de Ae. aegypti nas condições observadas na cidade do Rio
de Janeiro.
- Objetivos específicos
- Estimar a influência de distintas estações do ano, seca e chuvosa, na
dispersão e na probabilidade de sobrevivência diária (PDS) de fêmeas de Ae.
aegypti.
- Estimar a influência do macrohábitat, mais precisamente da densidade
humana no local da soltura, na dispersão e na probabilidade de
sobrevivência diária (PDS) de fêmeas de Ae. aegypti.
4. MATERIAIS E MÉTODOS
4.1.1. Área de Estudo
Para se estudar o efeito do macrohábitat na dispersão e na PDS de fêmeas de
Ae. aegypti, foram escolhidas duas localidades com distinto grau de urbanização
no município do Rio de Janeiro. A escolha destas duas áreas foi baseada,
principalmente, no fato de ambas poderem ser consideradas “ilhas geográficas”, se
comparadas às condições encontradas ao seu redor. Trabalhar com localidades
deste tipo significa supor que o número de imigração e emigração de indivíduos
neste local será baixo, diminuindo a heterogeneidade da espécie estudada.
O primeiro local escolhido foi Tubiacanga (22º47’08’’S 43º13’36’’W),
localizada na Ilha do Governador, no município do Rio de Janeiro. Esta área foi
escolhida devido ao seu isolamento geográfico em relação aos demais bairros da
Ilha do Governador. A chegada em Tubiacanga é feita por uma estrada asfaltada
que tem início no bairro da Portuguesa e possui pouco mais de 2 Km de extensão.
Ao redor desta estrada não se encontram habitações humanas, havendo apenas
vegetação em elevado grau de degradação, com predominância de gramíneas e
capim. Além de ser afastada do bairro mais próximo, Tubiacanga é cercada pelas
águas da Baía de Guanabara em grande parte de sua extensão. Portanto, espera-se
que fêmeas soltas nesta localidade não emigrem para áreas adjacentes. A
vigilância epidemiológica realizada anteriormente à soltura dos mosquitos
mostrou que aproximadamente 2915 pessoas vivem em 867 casas, distribuídas em
14 quarteirões, sendo dois deles de forma irregular, em uma área estimada de 8,6
hectares. Sendo assim, estima-se uma densidade humana em torno de 338,9
hab/Km2. A maioria das casas de Tubiacanga possui um pequeno quintal, tendo de
frente para a rua aproximadamente 5m. Tanto as ruas internas quanto becos não
possuem pavimentação. Devido às suas próprias características previamente
mencionadas, Tubiacanga foi escolhida como representativa de uma área
suburbana. Para maiores detalhes observar as Figuras 1 e 2. Em junho de 2004,
Tubiacanga apresentava elevada taxa de infestação, com 5,97% das residências
contendo ao menos um criadouro positivo para Ae. aegypti. Essa taxa de
infestação é muito maior que o limite recomendado pela Organização Mundial de
Saúde, que seria um índice de infestação predial de 1% (PAHO 1994; WHO
1999).
Como representativo de um macrohábitat urbano, com uma maior densidade
humana se comparada a um ambiente suburbano, foi escolhida a localidade Parque
Oswaldo Cruz (22º52’30’’S 43º14’53’’W), conhecida também como Favela do
Amorim. Assim como Tubiacanga, trata-se de uma espécie de ilha geográfica em
pleno município do Rio de Janeiro. Por um lado, encontra-se a Fundação Oswaldo
Cruz, local com destacada cobertura vegetal e praticamente sem residentes. Pelos
seus lados restantes, o Parque apresenta-se cercado por largas malhas rodoviárias
(Av. Brasil, Linha Amarela e Rua Leopoldo Bulhões), com pelo menos seis pistas,
resultando em um intenso tráfego automotivo. A intensa presença de pistas,
associada principalmente à elevada temperatura, torna pouco estimulante para uma
fêmea de mosquito a saída do Amorim para outra localidade. O Parque Oswaldo
Cruz apresenta elevada heterogeneidade em relação à qualidade das moradias.
Sendo assim, apenas uma área do local foi utilizada nos experimentos.
Escolhemos uma sub-localidade do Parque que melhor atendia às nossas
necessidades (principalmente, maior densidade humana). Esta área menor
apresenta constituição semelhante à de uma favela, com casas extremamente
pequenas, sem peridomicílio e geralmente dividindo paredes com casas vizinhas,
ocupadas por famílias numerosas e sem ruas pavimentadas. Na área do Parque
Oswaldo Cruz que foi selecionada, vivem cerca de 3000 pessoas em 897 casas,
distribuídas em 10 quarteirões de variáveis tamanhos e formas irregulares,
ocupando uma área de 2,32 hectares. Sendo assim, estima-se uma densidade
humana em torno de 903,6 hab/Km2, ou seja, a Favela do Amorim é
aproximadamente 2,6 vezes mais densa do que Tubiacanga. Nessa comunidade, o
deslocamento humano entre casas é feito exclusivamente via becos e outras
passagens marcadamente estreitas. Há distribuição irregular de água, o que
favorece o hábito dos moradores locais de estocar água em grandes depósitos,
como tonéis e caixas d’água, para uso privado. Estes depósitos se tornam grandes
criadouros de formas imaturas de Ae. aegypti, dificultando assim a diminuição do
nível de infestação em uma área (Barrera et al. 1993). Com isso, em junho de
2004, o Parque Oswaldo Cruz apresentava um índice de infestação predial de
3,82%. Para maiores detalhes sobre a localidade Parque Oswaldo Cruz, consultar
as Figuras 3 e 4.
Figura 1: Imagem de satélite de Tubiacanga, Ilha do Governador, Rio de Janeiro.
Observar o caráter de isolamento geográfico da localidade, cercada em partes pela
Baía de Guanabara, além der ser uma área de acesso restrito.
Figura 2: Imagem de satélite de Tubiacanga, Ilha do Governador, Rio de Janeiro.
Observar que os quarteirões são regulares, com ruas largas e bem definidas.
Figura 3: Imagem de satélite do Parque Oswaldo Cruz, Manguinhos, Rio de
Janeiro. Observar como se trata de um local cercado por extensas e largas malhas
rodoviárias, como Avenida Brasil, Linha Amarela e Avenida Leopoldo Bulhões.
Figura 4: Imagem de satélite do Parque Oswaldo Cruz, Manguinhos, Rio de
Janeiro. Observar como se trata de um local de ocupação desordenada, com becos
sinuosos.
4.1.2. Vigilância epidemiológica
Antes de realizarmos a soltura dos indivíduos adultos marcados, um censo
epidemiológico foi empreendido em Tubiacanga e Parque Oswaldo Cruz. Todas as
casas de cada localidade foram visitadas e inspecionadas em busca de criadouros
de formas imaturas de Ae. aegypti. Nesta etapa, foram identificados os números de
pessoas, criadouros com água acumulada e criadouros com formas imaturas de Ae.
aegypti por casa. Além disso, foram conhecidos os tipos de criadouros mais
produtivos e as casas que albergavam grande número destes criadouros positivos,
as chamadas casas-chave, para cada localidade. Porém, dados referentes à
produtividade dos diversos tipos de criadouros e sua abundância e freqüência nas
casas não serão apresentados nessa dissertação.
4.1.3. Características abióticas das áreas de estudo.
Com o principal objetivo de tentar estabelecer correlações entre o índice de
captura, dispersão ou PDS dos indivíduos marcados, foi feita durante o período de
coleta, medição de variáveis climatológicas, como temperatura média e
precipitação mensal. Dados climáticos foram registrados para cada experimento de
MSC na estação meteorológica localizada na Universidade Federal do Rio de
Janeiro. Essa estação pertence ao Instituto de Meteorologia (INMET) e está
eqüidistante em 5Km das duas áreas de estudo.
Três coortes foram soltas durante três dias consecutivos em cada
experimento de MSC realizado na Favela do Amorim e em Tubiacanga, nas
estações seca e chuvosa, resultando em 12 experimentos de campo.
Na área suburbana (Tubiacanga), experimentos de campo foram conduzidos
em fevereiro de 2005 (estação chuvosa), quando uma temperatura média de 26,6º
C e uma precipitação mensal de 112,8mm foram observadas, e em julho de 2005
(estação seca), quando a temperatura média foi de 21,6ºC e precipitação mensal de
87,6mm.
Na área urbana (Favela do Amorim), experimentos de MSC foram
conduzidos em junho de 2005 (estação seca), quando a temperatura média foi de
22,7ºC e precipitação mensal de 29,8mm foram registradas, e em dezembro de
2005 (estação chuvosa), quando uma temperatura média de 27,3ºC e uma
precipitação mensal de 132,2mm foram observadas.
4.2. Obtenção dos mosquitos
As fêmeas utilizadas nos experimentos foram produto de uma colônia de
laboratório constantemente renovada com a adição de novos indivíduos coletados
no campo. Para estimular a oviposição das fêmeas matrizes, alimentações
sanguíneas eram oferecidas três vezes por semana. Diariamente era oferecida uma
solução de sacarose a 10%. As fêmeas eram mantidas em gaiolas teladas cúbicas
(com aproximadamente 43 cm de lado), em um insetário, com temperatura a 24 ±
3°C e 65 ± 5 % de umidade relativa do ar. Dentro dessas gaiolas, pequenos copos
plásticos parcialmente preenchidos com água destilada, cujas paredes internas
foram cobertas por papel filtro, serviram de substrato para oviposição das fêmeas.
Os ovos destas fêmeas foram postos para eclodir através de sua imersão em água
desclorada. As larvas foram criadas em cubas plásticas, contendo água desclorada
e foram alimentadas, a cada dois dias, com ração comercial para peixes. As pupas
foram recolhidas e transferidas para a gaiola telada, onde se estabeleceu a colônia.
A metodologia de criação utilizada obedece ao padrão estipulado por Consoli e
Lourenço-de-Oliveira (1994).
4.3. Marcação e soltura das fêmeas
Antes de se iniciar um novo experimento de MSC, os ovos das fêmeas de
laboratório eram divididos em três grupos e adicionados à água durante três dias
consecutivos. Tal metodologia produziu três grupos de adultos, com picos de
emergência que diferiam de um dia. Finalmente, as fêmeas de cada um desses
grupos foi marcado com uma cor de pó fluorescente distinta e solto em diferentes
locais de cada área de estudo. Tal abordagem nos permitiu tratar cada um desses
grupos como sendo uma coorte. Em uma última análise, cada experimento de
marcação, soltura e recaptura tinha uma coorte, cada uma com duas réplicas.
Tivemos um total de quatro experimentos de MSC, um para cada área em cada
estação. Sendo assim, tivemos um total de 12 coortes soltas durante o projeto.
Após serem separadas dos machos, fêmeas com idade entre 4-5 dias eram
transferidas para recipientes plásticos, onde ocorria a marcação com a cor de pó
fluorescente escolhida. No processo de marcação, o pó fluorescente é borrifado
sobre as fêmeas com o auxílio de uma pequena bomba manual. As fêmeas eram
marcadas cerca de uma hora antes do momento da soltura, que ocorreu entre 08:00
e 09:00 AM.
4.4. Captura dos indivíduos marcados
A captura de fêmeas marcadas foi realizada com o uso de aspiradores
movidos a bateria, BGS-Traps e ovitrampas colantes (Clark et al. 1994). As
capturas se iniciaram um dia após a soltura dos indivíduos marcados da primeira
coorte. Quinze casas foram aleatoriamente selecionadas por dia para aspiração,
realizada durante 15-20 minutos em cada casa. Toda a extensão da casa era
vistoriada, incluindo o espaço peridomiciliar. As BGS-Traps são armadilhas novas e
eficientes desenhadas para capturar adultos de Ae. aegypti. A armadilha consiste de
um recipiente cilíndrico branco dobrável com uma tela de mosquitos cobrindo sua
abertura, exceto por um tubo negro pelo qual uma corrente de ar criada por um
abateria 12V suga os mosquitos que estejam ao redor para um saco coletor (Para
maiores esclarecimentos consultar a Figura 1 do segundo artigo). No interior da
armadilha, uma isca solta uma combinação composta por ácido lático, amônia e ácido
capróico, substâncias encontradas na pele humana. BGS-Traps foram instaladas em
quinze casas e permaneceram na mesma residência durante toda a duração do
experimento. Todas as armadilhas eram inspecionadas diariamente para verificar a
presença de indivíduos marcados em seu saco coletor. Ocasionalmente, aspiração era
feita na mesma casa onde havia uma BGS-Trap instalada. Por fim, 20 ovitrampas
colantes foram instaladas no perímetro das áreas de estudo, como uma tentativa de
capturar indivíduos marcados que pudessem estar emigrando da área de estudo.
Ovitrampas colantes foram inspecionadas uma única vez, ao término do período de
estudo. Capturas diárias foram interrompidas sempre que nenhuma fêmea marcada
eora capturada por nenhum dos três métodos durante três dias consecutivos. Todos os
indivíduos capturados eram examinados com o auxílio de luz UV para detecção de
eventual marcação com pó fluorescente.
4.5. Análise da sobrevivência
A taxa de sobrevivência diária foi estimada pelo ajuste de dois modelos: o
modelo exponencial proposto por Gillies (1961) e o modelo de regressão nãolinear proposto por Buonaccorsi et al. (2003), para cada coorte, em cada área e em
cada estação. No modelo exponencial, a taxa de sobrevivência diária é estimada
através do antilog da inclinação da curva de uma regressão linear simples. Esta
regressão relaciona o número de mosquitos recapturados transformado para a
escala log10 (após adicionar-se +1 para eliminar problemas relacionados a dias
onde nenhum mosquito marcado tenha sido capturado) sobre o tempo. Para o
modelo não linear, sobrevivência diária e taxas de recaptura são estimadas usando
ajuste de curvas pelo método dos quadrados mínimos. Para cada experimento de
soltura, marcação e recaptura, uma quarta coorte foi elaborada através da média
dos dados de captura diária das três coortes. Os modelos exponencial e não-linear
foram ajustados novamente para estes dados, fornecendo um valor médio para a
sobrevivência em cada localidade em cada estação.
Expectativa média de vida foi calculada a partir dos valores de sobrevivência
diária esperado, inferior e superior de um intervalo de confiança 95% como sendo
1/-logePDS. A freqüência de fêmeas vivas 10 dias após a soltura foi calculada
elevando a décima potência ao valor de PDS encontrado para coorte, sendo que 10
representa o número de dias do período extrínseco de incubação. Essa abordagem
permite conhecer a freqüência de mosquitos capazes de sobreviver tempo
suficiente para transmitir o vírus do dengue. Expectativa média de vida e
longevidade foram estimadas com intervalos de confiança 95% derivados dos
valores inferior e superior do próprio intervalo, fornecido pelo método não-linear.
Diferenças entre as taxas de sobrevivência entre áreas de estudo com
diferentes graus de urbanização e densidade humana e entre estações foram
observadas pela comparação das inclinações das curvas de sobrevivência da coorte
média de cada experimento de MSC, usando um teste t pareado, conforme
recomendado por Zar (1999).
4.6. Análise da dispersão
As localizações de todos os pontos de soltura e recaptura de mosquitos
marcados foram georeferenciadas com o uso do sistema de posicionamento global
(GPS), com o aparelho Garmin eTrex personal navigator. Todas essas
coordenadas foram lidas em um sistema de informação geográfica (GIS), onde as
distâncias entre os pontos de soltura e recaptura de cada individuo foram
calculadas.
A capacidade de dispersão de fêmeas de Ae. aegypti nas duas áreas de estudo
foi observada através de uma série de medidas de dispersão: MDT, FR e MAX.
Essas medidas foram descritas em trabalhos anteriores e desde então têm sido
amplamente utilizada (Lillie et al. 1981; Lillie et al. 1985; White e Morris 1985;
Morris et al. 1991). A freqüência de fêmeas que voaram distâncias até 100m e além
de 200m do ponto de soltura também foi observada.
Para se observar os efeitos da área de estudo, estação e tempo decorrido após
a soltura na dispersão do mosquito, foi testada uma série de modelos
multivariados, com e sem interação entre variáveis. Porém, modelos com
interações não aumentaram o ajuste (medido por R2) e apenas os resultados de
modelos sem interações são apresentados aqui. A variável coorte foi adicionada
posteriormente ao modelo para controlar possíveis efeitos do dia da soltura no
deslocamento de mosquitos. Finalmente, uma tabela de análise de variância
(ANOVA) foi analisada para observar a contribuição de cada variável na variância
(Zar 1999). Para todas as análises, as distâncias deslocadas foram transformadas
em log10, uma vez que essa variável apresentou variação não normal. Regressões
múltiplas e ANOVA foram realizadas no programa R.
4.7. Análise do desenvolvimento ovariano e paridade
Para observar os estágios de desenvolvimento do ovário, todas as fêmeas
marcadas com pó fluorescente capturadas com aspiradores a bateria tiveram seus
ovários dissecados em solução salina, onde o enovelamento do sistema traqueolar
ovariano foi avaliado em um microscópio. Ovários de fêmeas dissecadas foram
classificados de acordo com Christophers (1911), com os estágios I, I-II e II sendo
agrupados como estágios iniciais de desenvolvimento; estágios III e IV como de
desenvolvimento intermediário e fêmeas com ovários no estágio V foram
classificadas como em fase final de desenvolvimento, uma vez que fêmeas já
estariam grávidas. Imediatamente após a emergência da fêmea, dá-se início o
desenvolvimento ovariano. Fêmeas nascem com o ovário no estágio N de acordo
com a classificação de Christophers. Porém, estes se desenvolvem até atingir o
estágio II, se a fêmea tiver reservas energéticas acumuladas durante o período
larval. Em caso de ausência de reservas, o desenvolvimento ovariano é lento,
podendo até estagnar em estágios anteriores ao II. Após a alimentação sangüínea,
o desenvolvimento ovariano prossegue, até atingir o estágio V, quando o ovo está
pronto para ser depositado na parece interna de algum criadouro (Figura 5). Em
caso de erros ou dúvidas relacionados ao processo de dissecação e/ou estágio de
desenvolvimento ovariano, o indivíduo era descartado da análise.
Para se observar a taxa de paridade em populações naturais, todas as fêmeas
não marcadas capturadas foram dissecadas e tiveram paridade diagnosticada
baseada na condição do sistema traqueolar. Em fêmeas que jamais realizaram
postura de ovos, ou seja, as que ainda estão em seu primeiro ciclo gonotrófico, as
traqueíolas apresentam caráter enovelado. Após a realização da primeira postura,
as traqueíolas sofrem um alongamento irreversível em função da passagem dos
ovos (Consoli e Lourenço-de-Oliveira 1994). A paridade de populações naturais
de Ae. aegypti para cada estação em cada localidade foi calculada como o número
de fêmeas paridas dividido pelo total de fêmeas.
Taxas de paridade em populações naturais foram comparadas com o teste do
qui-quadrado (Sokal e Rohlf 1969). O objetivo foi observar se taxas de paridade
observadas durante experimentos de MSC foram diferentes entre áreas de estudo e as
estações climáticas avaliadas, ou seja, se a densidade humana e fatores climáticos
influenciam a taxa de paridade de populações naturais.
4.8. Considerações éticas
Todos os experimentos conduzidos e retratados nesta dissertação tiveram
aprovação prévia pelo Comitê de Ética em Pesquisa da Fiocruz, número de
protocolo P0079-99.
Figura 5: Estágios de maturação dos ovários segundo Christopher (1911) apud
Forattini (2002).
5. RESULTADOS
5.1. Artigo 1
Field Evaluation of Effectiveness of the BGS-Trap, a
New Trap for Capturing Adult Aedes aegypti
(Diptera: Culicidae).
Submetido às Memórias do Instituto Oswaldo Cruz.
Rafael Maciel-de-Freitas et al.: Evaluation of a mosquito trap.
Research Article
Field Evaluation of Effectiveness of the BGS-Trap, a New Trap for Capturing
Adult Aedes aegypti (Diptera: Culicidae)
Rafael Maciel-de-Freitas, Álvaro Eduardo Eiras*, Ricardo Lourenço-de-Oliveira/+
Laboratório de Transmissores de Hematozoários, Instituto Oswaldo Cruz - Fiocruz,
Av. Brasil 4365, 21045-900 Rio de Janeiro, RJ, Brasil * Laboratório de Culicídeos,
Departamento de Parasitologia, Instituto de Ciências Biológicas, Universidade
Federal de Minas Gerais, Belo Horizonte, MG, Brazil.
Key words: Stegomyia, Culex quinquefasciatus, trap, gonotrophic cycle, dengue,
yellow fever
Financial support: CNPq, FAPERJ
+ Corresponding author. Fax. +55-21-2573.4468. E-mail: [email protected]
ABSTRACT
In recent years, the development of new tools to gather field information about vector
ecological parameters has increased. This report evaluated the BGS-Trap, a promising
new attempt of improving collection of the dengue vector, Aedes aegypti. The
efficacy of the BGS-Trap was compared with the CDC backpack aspirator, one of the
commonest used methods for capturing adult mosquitoes. BGS-Trap captured
significantly more Aedes aegypti males (χ2 = 21.774, df = 1, P < 0.05) and females (χ2
= 56.007, df = 1, P < 0.05) than CDC aspirator during all days of field collection.
However, CDC aspirator was significantly more efficient to capture Culex
quinquefasciatus males (χ2 = 5.681, df = 1, P < 0.05) and females (χ2 = 6.553, df = 1,
P < 0.05). BGS-Traps captured host-seeking females (varying between 68.75 to
89.8%) in detriment of females in other behavioral and physiological stages. BGSTraps proved to be an efficient trap and can be used for monitoring adult mosquito
populations.
INTRODUCTION
Sampling the adult mosquito population can provide important information on
vector ecology and behavior (Kröchel et al. 2006). Field collected data can increase
the efficiency of vector control and consequently decrease dengue transmission
(Focks et al. 2003). Several methods and traps have been developed to maximize the
number of adults captured (for an extensive list of examples see Service 1993).
However, the most used are sticky ovitraps, visual traps and backpack aspirators
(Clark et al. 1994; Jensen et al. 1994; Ordonez-Gonzalez et al. 2001). Obviously, each
trap methodology has it own disadvantages (Service 1993). For instance, sticky
ovitraps can damage sampled mosquitoes, backpack aspirator results may vary with
skills and motivation of inspectors and visual traps can be of lower efficiency in
comparison with other collection methods (Service 1993).
The development of an efficient trapping method for collecting the dengue and
yellow fever mosquito Aedes aegypti that can give a quick, realistic and standardized
estimation of mosquitoes biological parameters, such as adult population density,
survival and virus circulation is a key for dengue control campaigns. Recently, a new
mosquito trap has been used to collect field data from Ae. aegypti, the BGS-Trap
Trap™ . The BGS-Trap uses a blend of mosquito attractants consisting of lactic acid,
ammonia, and caproic acid, substances which are also found on human skin. The
blend is constantly emitted in a fixed ratio from a long lasting multi-component
dispenser, the BG-Lure (Kröchel et al. 2006).
The aims of this report were (1) to evaluate the efficiency of the BGS-Trap by
comparison with the most used method for alive adult mosquito sampling, the CDC
backpack aspirator (John W. Hock Company), which has been frequently used for
collecting mosquitoes in a neighborhood in Rio de Janeiro (Maciel-de-Freitas et al.
2006; Lima-Camara et al. 2006); (2) evaluate the preferential location (inside houses
or in the peridomestic area) where BGS-Traps should be installed and (3) evaluate the
ovarian physiological stage of Ae. aegypti females captured with the BGS-Trap
MATERIALS AND METHODS
Study area: The study was conducted in an essentially remote district of Rio de
Janeiro city, named Tubiacanga (22º47’08’’S 43º13’36’’W). Tubiacanga is located in
Governador’s Island, a lowland coastal area, partially surrounded by the Guanabara
Bay shores and a three-meter wall of the Tom Jobim International Airport of Rio de
Janeiro and its numerous landing stripes. Thus, mosquito emigration is not expected
to happen in large scale. Tubiacanga has approximately 2,900 inhabitants living in
around 870 houses arranged in 14 blocks distributed through 8.6 hectare, and its
nearest neighborhood is Parque Royal, located 2.1 Km apart. Houses usually have
two bedrooms, with large and shaded peridomestic areas.
BGS-Trap: The BGS-Trap has been recently developed by BioGents GmbH
(Regensburg, Germany) and utilizes patent pending technology from the University
of Regensburg. The trap consists of an easy to transport, collapsible white bucket
with white gauze covering its opening. In the middle of the gauze cover, there is a
black tube through which a down flow is created by 12V DC fan that causes any
mosquito in the vicinity of the opening to be sucked into a catch bag. The catch bag is
located before the suction fan, therefore avoiding damage to specimens passing
through the fan. The air then exits the trap through the large surface of white gauze
(987 cm2): the design therefore generates ascending currents (Figure 1). These are
similar to convection currents produced by a human host, both in its direction, its
geometrical structure, and, due to the addition of attractants, also in its composition.
The attractants are given off by the BG-Lure (BioGents GmbH, Germany), a
dispenser which releases a defined combination of lactic acid, ammonia, and caproic
acid, substances that are found on human skin. The dispenser emits the attractants for
up to five months. During the tests, the BGS-Trap traps were simply placed on the
ground.
Comparison between BGS-Trap and backpack aspiration: Thirty houses of
Tubiacanga were daily randomly selected: fifteen houses for BGS-Trap installation
and fifteen houses for backpack aspiration. BGS-Traps were installed indoors (inside
house) and outdoors (in the peridomestic area), for posterior comparisons regarding
the place where it is more efficient. BGS-Traps operated for 24h a day. Aspirations
were carried out for about 20 minutes indoors and outdoors. Captures were carried
out daily for a period of ten days, and captured mosquitoes were taken to laboratory,
where species identification was performed.
Mosquitoes: Aedes aegypti used in the mark-release-recapture experiments
were derived from a laboratory colony that is constantly renewed with eggs collected
in Rio de Janeiro city with oviposition traps. Larvae were fed with fish food
(Tetramin®) and reared according to Consoli and Lourenço-de-Oliveira (1994). After
emergence, females and males were kept together at 25 ± 3º C and 65 ± 5% RH and
provided with sucrose solution. A meal with human blood was offered around eight
hours before releasing for two groups of females (cohorts 1 and 2), as explained
below. Blood meals were offered in an apparatus previously described by Rutledge
(1964).
Mosquito cohorts: Mosquito rearing was planned to obtain three ages and/or
physiological cohorts to simultaneous releasing: (1) old-aged parous females
(released after 11-12 days after emergence) and blood-engorged, (2) new-aged
nulliparous females (released with 5-6 days after emergence) and blood-engorged and
(3) new-aged non blood-fed nulliparous females. Females belonging to Cohort 1 have
also taken a previous blood-meal on day 5 days after emergence and fully engorged
females were kept for the following 6 days in a cage provided with cups with water
for oviposition. A second blood meal was offered to these females around 8 hour
before releasing and only those fully engorged were dust marked and released.
By releasing females in three distinct physiological stages, females with
different host-seeking behaviors were expected to be produced, and the number of
females captured by the BGS-Trap would vary as a consequence of these differences.
For example, females from Cohort 3, the unique without a blood meal, should seek
for a host immediately after release, while blood-fed females from Cohorts 1 and 2
would be host-seeking after blood digestion. Consequently, a high number of
captured females from Cohort 3 immediately after release was expected. We also
expected to capture high numbers of females from Cohorts 1 and 2 on days two or
three after release.
Marking, releasing and capturing (MRC): Released mosquitoes were marked
with different colors of fluorescent dust (Day-Glo Color Corp., Cleveland, Ohio) in
small cylindrical cages (12 x 10 cm) and released in approximately one hour after
dust marking. The 458, 412 and 319 females belonging to Cohorts 1, 2 and 3 were
marked with pink, yellow and orange dust, respectively. Marked mosquitoes were
released in the afternoon (at 5-6pm). Thirty females belonging to Cohort 1 were
randomly selected before releasing and immediately dissected for determination of
parity rate according to Detinova (1945, 1949). Essentially all (97%) of dissected
females belonging to Cohort 1 have already passed a gonotrophic cycle before
releasing, thus considered parous.
In the MRC experiments, dust marked females were daily collected only with
BGS-Traps. Collection period lasted only for four days, once the physiological stage
of different cohorts would start to overlap from this day on. Captured mosquitoes
were carried to laboratory, were examined under UV light, separated according to
dust color, counted and identified according to species. All collected Ae. aegypti were
dissected for the determination of ovarian development stage according to
Christophers (1911). For classification purposes, ovarian developmental stages I, I-II
and II were grouped together as initial stages of development. Stages III and IV were
grouped as intermediary stages and ovarian in stage V was classified as final stages,
once females would be gravid (Tsuda et al. 2001).
Data analysis: Comparisons between the total numbers of mosquitoes caught in
the BGS-Trap and backpack aspirators were carried out by a chi-square test. The
efficiency of the BGS-Trap was observed not only to the total number of mosquitoes
collected, but also for each day of collection. For that, the number of mosquitoes of a
single gender and specie captured in BGS-Traps was subtracted by the number of
mosquitoes of a single gender and specie captured in the backpack aspirator. When a
positive result was obtained, BGS-Trap was considered to be more efficient.
Meanwhile, when a negative result was achieved, backpack aspirator was considered
to be more efficient. This approach leads us to discriminate if one collecting method
was more efficient only in the total numbers gathered or in various days of field work.
The number of mosquitoes collected indoors and outdoors areas by BGS-Traps
was non-normal for all species or gender tested, according to the KolmogorovSmirnov normality test. Thus, comparisons concerning the best location for installing
the BGS-Trap were performed using the Mann-Whitney test (Sokal and Rohlf 2001).
RESULTS
BGS-Trap efficiency: Only two mosquito species were captured by both BGSTrap and backpack aspirators: Ae. aegypti and Culex quinquefasciatus (Table 1). By
comparing the total number of mosquitoes captured, by species and gender, the
backpack aspirator was statistically more efficient to capture Cx. quinquefasciatus
males (χ2 = 5.681, df = 1, P < 0.05) and females (χ2 = 6.553, df = 1, P < 0.05).
However, the BGS-Trap was extremely more efficient to capture Ae. aegypti males
(χ2 = 21.774, df = 1, P < 0.05) and females (χ2 = 56.007, df = 1, P < 0.05).
BGS-Trap was more efficient than backpack aspirator to collect Ae. aegypti
females also during all days of field experiments (Figure 2). Similar results were
obtained for Ae. aegypti males, when BGS-Trap was less efficient than backpack
aspirator in a unique day. However, different collection patterns were observed for
Cx. quinquefasciatus. The BGS-Trap was less effective than the backpack aspirator in
four and five days for Cx. quinquefasciatus male and female, respectively. These
results suggest higher efficiency and specificity of BGS-Trap to capture both genders
of adult Ae. aegypti than Cx. quinquefasciatus.
BGS-Traps installed in the outdoor area captured significantly more Cx.
quinquefasciatus males (U = 499.0, P = 0.0093). However, similar numbers of
captured Cx. quinquefasciatus females (U = 683.0, P = 0.3524), Ae. aegypti males (U
= 157.5, P = 0.7587) and Ae. aegypti females (U = 229.0, P = 0.2925) were observed
regardless whether the BGS-Trap was installed inside houses or in the peridomestic
area.
In the MRC experiments, the number of recovered dust marked females was
similar with the expected pattern. Therefore, high numbers of females from Cohort 1
and 2 were captured after two days post-release and females from Cohort 3 were
captured in high numbers immediately after release. Cohorts with parous and
nulliparous females had higher recapture rates, varying from 6.98% to 15.36% for
Cohorts 1 and 3, respectively.
Results from each cohort are presented in Figure 3. Notably, females with
ovarian development in stages I, I-II and II, i.e. host-seeking females, were captured
in higher frequency in all cohorts. In Cohort 1, 22 (68.7%) females had ovarioles in
initial stages, 8 (25.0%) had intermediary stages and just 2 (6.25%) were gravid. In
Cohort 2, 25 (75.7%) females had initial ovarian developmental stages, 6 (18.2%) in
intermediary stages and 2 (6.0%) gravid. Remarkably, during the first two days of
capture only host-seeking females were captured. Finally, in Cohort 3, 44 (89.8%)
host-seeking females were captured, 4 (8.2%) females had ovarian in intermediary
stages and just one (2.0%) had ovarian in stage V. These results strongly suggest that
BGS-Traps capture more host-seeking females in detriment of females in other
physiological and behavioral stage.
DISCUSSION
This report evaluated the efficiency of a new mosquito trap, the BGS-Trap. This
trap was originally developed to capture adult Ae. aegypti as a monitoring tool and as
an attempt to reduce adult mosquito density, what would finally decrease dengue
transmission.
In the present study, BGS-Trap captured more Ae. aegypti in comparison with
the backpack aspirator, a widely used method for field collection. Besides, the
majority of females captured by BGS-Trap were Ae. aegypti in the initial stage of
ovarian development, i.e. host-seeking for blood-feeding. It also captured high
numbers of males, even with a dispenser which releases a defined combination of
substances that are found on human skin, stimulating host-seek female behavior.
Collecting male mosquitoes by the backpack aspirator is common because they
are likely to be resting or active indoors. However, the male mosquitoes being caught
by BGS-Trap which uses host odours as attractants is surprisingly. It is well known
that males occur around human hosts where they can intercept and mate with females
seeking blood meals (Hartberg 1971). It is likely that the trap devices used in this
study have visual and olfactory stimuli that attract males towards humans. In spite of
being designed and developed to capture Ae. aegypti mosquitoes, Cx.
quinquefasciatus males and females were collected in high numbers, particularly
when compared with the former species. However, it is not clear yet if one of these
two caught species is more attracted to the BGS-Trap than the other. We observed
also that the backpack aspirators also captured more Cx. quinquefasciatus than Ae.
aegypti. Second, the former species seems to be naturally more abundant in the area
than the latter (RMF, unpublished data). Possibly, BGS-Traps can also be used to
monitor Cx. quinquefasciatus, a know vector of human filariasis in Brazil (Brito et al
1997).
Even capturing higher numbers of Cx. quinquefasciatus mosquitoes, the BGSTrap proved to be a reliable and more specific method for collecting Ae. aegypti.
First, because the BGS-Trap caught almost five times more Ae. aegypti females and
almost three times more Ae. aegypti males than backpack aspirator than Cx.
quinquefasciatus mosquitoes. Moreover, BGS-Traps caught more Ae. aegypti females
in daily catching than Cx. quinquefasciatus mosquitoes. These results show a
constant, standardized and reliable tool as potential for detecting and monitoring Ae.
aegypti populations in urban areas. Unfortunately, the number of mosquitoes
collected by a backpack aspirator is extremely dependent of operator’s motivation
and skill. The number of Ae. aegypti mosquitoes caught in BGS-Traps was not
significantly different regarding the place where the trap was installed. However,
better results can possibly be achieved if BGS-Traps are installed in the peridomestic
area, once Ae. aegypti prefer to rest outdoor (Christophers 1960). This information is
very important for operational routine of using BGS-Sentinel trap, avoiding the
nuisance of professional mosquito control person entering houses daily to install and
operate.
BGS-Traps captured extremely more Ae. aegypti females in the initial stages of
ovarian development, i.e. host-seeking females. Probably, females captured in the
intermediary stages of ovarian development (Stages III-IV) were seeking for a second
blood meal before completing the gonotrophic cycle. About 45% of Ae. aegypti
females took multiple blood meals during a single gonotrophic cycle in field
experiments conducted in Thailand (Scott et al. 1993).
The results presented in this report reinforce the possibility of using BGS-Traps
to help on understanding dengue transmission in an area. Briefly, BGS-Traps can be
used to monitor virus circulation since captured females are alive and virus may be
isolated from them, as well as to estimate dispersal, survival and parity rate of
mosquito populations.
ACKNOWLEDGMENTS
We would like to thank Kléber Soares, Renato Carvalho, Gláuber Rocha,
Marcelo Celestino dos Santos, Mauro Menezes Muniz and Reginaldo Rego for field
assistance. This report was partially supported by UNESCO, CNPq (Grant #
501742/2003-4) and FAPERJ.
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Figure 1: The BGS-Trap. Mosquitoes flying in trap vicinity are attracted by a
dispenser which releases a combination of components found in human skin and are
captured in the black centered catch bag (yellow arrows). The air exits the trap
through the large surface of white gauze (red arrows), generating ascending currents
Figure 2: Comparison between the BGS-Trap and the CDC-aspirator to capture adult
mosquitoes. Points above the “x” axis means higher efficiency of the BGS-Trap.
A) Male Aedes aegypti
15
10
5
0
0
2
4
6
8
10
8
10
8
10
-5
D ays af t er r el ease
B) Female Aedes aegypti
25
20
15
10
5
0
0
2
4
6
C) Male Culex quinquefasciatus
150
100
50
0
-50
0
2
4
6
-100
-150
D) Female Culex quinquefasciatus
200
150
100
50
0
-50 0
2
4
6
-100
-150
-200
D i as ap ó s so l t ur a
8
10
Figure 3: Frequency of ovarian development stages of Ae. aegypti females captured
in BGS-Traps installed in Tubiacanga district, Rio de Janeiro city, Brazil.
A) Cohort 1 = Old age, parous and blood-fed females
Frequency of ovarian development
stages
100%
80%
Stage V
60%
Stage III and IV
Stages I, I-II and II
40%
20%
0%
1
2
3
4
Days after release
B) Cohort 2 = New age, nulliparous and blood-fed females
stages
100%
80%
Stage V
60%
Stage III and IV
40%
20%
0%
1
2
3
4
Days after release
C) Cohort 3 = New age, nulliparous and starved females
stages
100%
80%
Stage V
60%
Stage III and IV
40%
20%
0%
1
2
3
Days after release
4
Table 1: Number of mosquitoes from two species and its genders captured per day by two distinct methods, the BGS-Trap and the backpack
aspirator in a field test conducted at Tubiacanga, Rio de Janeiro.
Days after release
1
2
3
4
7
8
9
10
Total
♂ Cx. quinquefasciatus ♀ Cx. quinquefasciatus
BGS-Trap Aspiration BGS-Trap Aspiration
87
183
75
236
195
106
183
100
110
223
69
175
20
63
21
62
152
52
208
36
112
93
69
67
26
102
28
67
128
108
60
70
830
930
713
813
♂Ae. aegypti
BGS-Trap Aspiration
15
12
12
1
7
1
4
3
10
0
14
3
0
4
7
0
69
24
♀ Ae. aegypti
BGS-Trap Aspiration
7
6
21
1
4
2
7
2
27
6
23
3
5
2
13
0
107
22
Table 2: Numbers of Aedes aegypti females in different ovarian developmental stages
captured in BGS-Traps during a mark-release-recapture study.
Days after release
Cohort 1
Cohort 2
Cohort 3
1
3
1
14
2
6
5
21
3
14
15
6
4
9
12
8
Total
32
33
49
67
5.2. Artigo 2
Daily survival rates and dispersal of Aedes aegypti
females in Rio de Janeiro, Brazil.
Submetido ao American Journal of Tropical Medicine and Hygiene.
68
LRH: MACIEL-DE-FREITAS R AND OTHERS
RRH: SURVIVAL AND DISPERSAL OF AEDES AEGYPTI
69
DAILY SURVIVAL RATES AND DISPERSAL OF AEDES AEGYPTI FEMALES
IN RIO DE JANEIRO, BRAZIL
RAFAEL MACIEL-DE-FREITAS, CLAUDIA TORRES CODEÇO, RICARDO
LOURENÇO-DE-OLIVEIRA
Laboratório de Transmissores de Hematozoários, Departamento de Entomologia,
Instituto Oswaldo Cruz, Fiocruz, Rio de Janeiro, Brazil; Programa de Computação
Científica, Fiocruz.
Daily survival rates, life expectancy, dispersal and parity are important
components of vectorial capacity of Aedes aegypti. These parameters were estimated for
a slum and an suburban district in Rio de Janeiro, during the wet and dry seasons in
2005. In each mark-release-recapture experiment, three cohorts of dust marked females
were released and recaptures were daily carried out in randomly selected houses, using
backpack aspirators, BGS-Traps adult traps and sticky ovitraps. Recapture rates varied
between 6.81 and 14.26%. Daily survival was estimated by fitting two alternative
models: exponential and nonlinear with correction for the removal of individuals. Slum
area presented higher survival, varying between 0.827 and 0.942 by nonlinear model,
and parity rates (68.5%). Dispersal rates were higher in the suburban area, where a
maximum dispersal of 363m was observed. Results suggest intense risk of dengue
epidemic, particularly in the urban area.
INTRODUCTION
70
Dengue is the most important arbovirus transmitted to humans, being responsible
for an estimated number of 50-100 million cases of dengue fever (DF) per year in the
world, mainly in tropical and subtropical areas.1,2 The main vector of dengue and urban
yellow fever is the mosquito Aedes aegypti, a species that is closely associated with
human habitation.1
A precise estimation of life history parameters of Aedes aegypti is essential for the
development of dengue transmission models.3 Among these parameters, daily survival
probability of adult Ae. aegypti is one of the most important ones, since small increases
in survival may exponentially increase the vectorial capacity of mosquitoes.4 For
instance, a small decrease (from 0.9 to 0.8) in the mosquito daily survival rate would
reduce the mean number of infective bites per mosquito lifespan by about 85%.5 In a
mathematical model of transmission of chikungunya virus, also transmitted by Ae.
aegypti, a slight variation in daily survival rate from 0.89 to 0.94 changed disease
impact, from a relatively brief, self-limiting epidemic to a stable endemic state.6 As a
rule, vectors must survive longer than the sum of the initial nonfeeding period and the
extrinsic incubation period to be able to infect another human. For dengue transmission,
Ae. aegypti female must live at least 12 days (usually a nonfeeding period of around 2
days and the extrinsic incubation period of around 10 days) to be able to transmit the
virus.7,8
Mortality rate of female Aedes aegypti is higher in studies performed under
laboratory conditions.9 However, to evaluate mosquito survival rate in the field is not an
easy task and mark-release-recapture (MRR) have been the most employed method.10
McDonald11 proposed that the probability of daily survival (PDS) in Ae. aegypti is
constant and independent of age, since mosquitoes die mainly from predation or
environmental factors rather from old age. Based on this assumption, Gillies12 proposed
71
an exponential model to estimate the daily survival rate of the malaria vector Anopheles
gambiae from MRR studies:
C(t) = Nebt ,
(1)
where C(t) is the number of captures at day t, N is related to the number of
mosquitoes released, b is the daily mortality rate.
Later, Clements and Paterson13 proposed two different patterns of mosquito
mortality and evaluated which pattern fitted better with existing data from several
vector species. The first pattern assumes that mortality rate does not vary with age, and
can be estimated by the exponential model previously suggested. In the second pattern,
mortality increases with age, and a candidate function was the Gompertz mortality
function.14 By analyzing McDonald’s10 data set, Clements and Paterson13 found that
mortality rate pattern of Ae. aegypti females was consistent with the exponential
method. During around 40 years, numerous MRR studies have been conducted to
estimate Aedes aegypti and other mosquitoes survival rates using the exponential model
as a paradigm.15--28 However, the exponential model has two fundamental drawbacks.
First, it assumes a priori that mosquito mortality does not vary with increasing age.
Second, removal of captured individuals leads to violation of the assumption that the
log of the number of captured mosquitoes is linear in time and the slope of the curve
being the anti-log of the daily survival rate.29
Recently, a non-linear survival model (equation 2) was proposed, which allows for
the correction of estimates due to the removal of individuals.30 The reasoning behind
this model is: N marked individuals are released at time t = 0. At t = 1, a fraction S of
marked individuals survive and of the SN survivors, a fraction c is captured, resting (1 –
72
c)SN individuals in the population. The general formula of the non-linear model for the
number of captures at time t is:
Ct = NStc(1 – c)t – 1 ,
(2)
where Ct in the number of marked individuals captured on day t; c is the capture
rate and S is daily survival rate.
Buonaccorsi30 compared the two models using Aedes aegypti data from MRR
experiments conducted in Thailand29 and found that the new model had a better fit to
data than the exponential one. However, the non-linear model still assumes that
mortality is age-independent, i.e. it does not vary with age.
Another important parameter in determining longevity, and thus vectorial capacity
of Ae. aegypti is the parity rate of natural populations. The proportion of females that
have already passed through at least one gonothrophic cycle influences dengue
transmission, since mosquitoes would be living longer periods and thus, more bloodfeedings should be taken, increasing the risk of disease transmission.31
Besides survival, another important component of vectorial capacity is dispersal.
Traditionally, Ae. aegypti has been considered to have limited dispersal capacity,
generally flying between 50 – 300 m from the release point during their lifetime.32--34
Some studies, though, showed that Ae. aegypti are able to cover considerable distances
in few days.35--39 Variation in mosquito displacement may be explained by
heterogeneity in the availability of breeding sites and blood opportunities.40--41 Thus,
most mosquitoes probably remain near the emergence or release site, if environmental
conditions are adequate for survival and reproduction, as in areas with abundant hosts
and breeding sites. On the other hand, when hosts and breeding sites are scarce,
73
mosquitoes would be forced to fly long distances, looking for appropriate survival and
reproduction environment, what we have called dispersal to improve fitness.42
In Rio de Janeiro, a dengue endemic city for some 20 years, this mosquito is
generally abundant in highly urbanized and densely districts and lays eggs essentially in
artificial containers.42--45 In order to provide parameters for the development of models
of dengue transmission in Rio de Janeiro, we used a MRR study design to evaluate the
variation in the probability of daily survival, average life expectancy, dispersal, and
parity of Ae. aegypti females in two areas with contrasting urbanization patterns in Rio
de Janeiro, during dry and wet seasons. The ultimate goal of this study is to increase the
understanding on dengue transmission in Rio de Janeiro.
MATERIALS AND METHODS
Study area. MRR studies were conducted in two neighborhoods in Rio de Janeiro
– Favela do Amorim e Tubiacanga-, characterized by contrasting urbanization patterns
and potential segregation from the surroundings. The main reason for choosing isolated
urban areas was to minimize mosquito losses by emigration during experiments.
Favela do Amorim (22º52’30’’S 43º14’53’’W), a slum, was chosen as
representative of a highly populated (901.24 hab/ha) urban poor area, with disordered
human occupation and scarce vegetation coverage (a typical Brazilian slum). In Favela
do Amorim, 2992 people live in 897 substandard houses distributed in 10 blocks of
variable sizes and irregular shapes, occupying an estimated area of 3.32 hectare. Houses
rarely have more than one room, frequently share at least one wall with the neighbor
and do not have yard or any kind of peridomestic area. Some of them hold more than
74
10 people. This study area is located between large highways and the Oswaldo Cruz
Foundation campus, which is a largely vegetated non residential area, what probably do
not encourage Ae. aegypti females to emigrate from the slum.
Tubiacanga (22º47’08’’S 43º13’36’’W) was chosen as representative of a
suburban area, middle class, with a planned human occupation. Tubiacanga has 2902
residents living in 867 houses spreading along 14 essentially regular blocks, distributed
through 8.6 hectare. Human density is 338.67 hab/ha. Tubiacanga is located in a
lowland coastal area, partially surrounded by the Guanabara Bay shores and a threemeters wall of the Tom Jobim International Airport of Rio de Janeiro and its numerous
landing stripes. There is a single way to get into Tubiacanga by car: a 2.1 Km long
paved road, that connects the place to the nearest habited area. Thus, mosquito
emigration is not expected to happen in large scale. The area has extensive unpaved
streets and moderate vegetation coverage. Most houses have a large peridomestic
environment and at least two bedrooms. Some houses in Tubiacanga host as many
people as those in Favela do Amorim, but since houses are larger, there is no such
human agglomeration.
MRR periodicity and climatic measures. The climate in Rio de Janeiro is
characterized by having essentially two seasons: the dry and wet seasons. The dry
season comprises the months of May-August and wet season November-March.46
Climatic data, such as mean temperature and monthly precipitation were recorded for
each study period in the meteorological station around 5Km from the two study areas.
Three mosquito cohorts were released at three consecutive days in each MRR
study, both in dry and in wet seasons, totalizing 12 field experiments. In the suburban
area (Tubiacanga), experiments were conducted in February 2005 (wet season), when
75
the mean temperature was 26.6ºC and the monthly precipitation 112.8mm, and in July
2005 (dry season), when mean temperature was 21.6ºC and monthly precipitation
87.6mm. In the urban area (Favela do Amorim), experiments were conducted in June
2005 (dry season), when the mean temperature was 22.7ºC and the monthly
precipitation 29.8mm, and in December 2005 (wet season), when the mean temperature
was 27.3ºC and the monthly precipitation 132.2mm.
Mosquitoes. Aedes aegypti used in MRR experiments were derived from a
laboratory colony that is constantly renewed with eggs collected from the field with
oviposition traps set in Rio de Janeiro. Larvae were fed with fish food (Tetramin®) and
reared according to Consoli and Lourenço-de-Oliveira.47 After emergence, females were
kept together at 25 ± 3º C and 65 ± 5% rh and provided with sucrose solution up to the
release moment.
Marking and releasing. Eggs were split into three groups and allowed to hatch at
three consecutive days. This methodology produced three female adult cohorts. Each
cohort was marked with a different color of fluorescent dust (Day-Glo Color Corp.,
Cleveland, Ohio) in small cylindrical cups (12 x 10 cm) and released in the morning of
their 4th day of life (between 0800 and 0900 am), approximately one hour after dust
marking. Each cohort was released at different points of the study areas.
Capturing. Dust-marked females were captured with CDC backpack aspirators48,
BGS-Traps adult trap (Maciel-de-Freitas R, unpublished data) and sticky ovitraps.
Captures were started one day after the release of the first cohort. Different fifteen
houses were randomly selected per day for aspiration. Aspiration was done during 1576
20 minutes per house. The whole house was aspirated, including the peridomestic area.
BGS-Traps are new and efficient traps designed for capturing adult Ae. aegypti. The
trap consists of a collapsible white bucket with gauze covering its opening, except for a
black tube through which a down flow created by 12V DC fan suck mosquito in the
vicinity into a catch bag. Inside the trap, a lure releases a defined combination of lactic
acid, ammonia and caproic acid, substances that are found on human skin. BGS-Traps
were installed in fifteen houses, and remained there during the whole extension of the
MRR study, being daily monitored for the presence of dust marked females.
Occasionally, aspiration was done in the same house where a BGS-Trap was installed.
Finally, 20 sticky ovitraps were placed at the perimeter of the study areas, as an attempt
to capture emigrating insects from study areas. Sticky ovitraps were checked only at the
end of each cohort. Daily captures stopped when no dust marked females were collected
by any method for three consecutive days. Captured mosquitoes were examined under
UV light to check for the presence of fluorescent dust.
Survival analysis. Daily mortality rate was estimated by fitting two models: the
exponential model12 and the nonlinear model proposed by Buonaccorsi,30 to each
cohort/area/season capture data (12 datasets). In the exponential model, daily survival
rates are estimated from the antilog of the slope of a simple linear regression of the log10
transformed number of mosquitoes recaptured (after adding one to eliminate issues
concerning no recapture data during a collection day) over time. For the nonlinear
model, daily survival and recapture rates were estimated using nonlinear least squares.
For each MRR experiment, a further fitting exercise was carried out using the daily
averages of the three cohorts.
77
Average life expectancy (ALE) was calculated from the expected, lower and upper
95% confidence interval values as 1/ – loge PDS.49 Longevity of the released mosquitoes
was calculated as PDS^10, where 10 means the extrinsic incubation period. This
approach provided the amount of mosquitoes that would be able to survive enough time
to transmit dengue virus. ALE and longevity were estimated with confident intervals
derived from the lower and upper limits of survival rates provided by the nonlinear
method.
Dispersal analysis. The location of all release and positive capture points were
geo-referenced using a Global Position System (GPS) (Garmin eTrex personal
navigator). All these coordinates were entered in a Geographical Information System
(GIS), where distances between release and capture points were calculated.
The flight behavior of Aedes aegypti females in the two study areas was
summarized by a set of dispersal measures: the mean distance traveled (MDT),
maximum distance traveled (MAX) and flight ranges (FR).50--53 The FR50 and FR90 were
calculated from the equation of the regression line as the value of y at 50% and 90%,
respectively, of the largest value of x. The frequencies of females that flew distances up
to 100m and beyond 200m from the release points were also recorded.
Ovarian development stage and parity rate. To evaluate ovarian developmental
stage, all dust-marked females captured with backpack battery-powered aspirator had
their ovaries removed in saline solution, where skeins of the ovarian tracheal system
were evaluated under a microscope. Ovarian of dissected females were classified
according to Christophers,54 with stages I, I-II and II grouped as initial stages of
development; stages III and IV grouped as intermediary stages, and stage V classified
78
as final stage, once females would be gravid.34 In case of doubt concerning ovarian
developmental stage or parity status, female was discarded from analysis.
All non marked mosquito females captured, i.e. wild individuals, were dissected
for determination of parity based on the condition of the tracheal system, as described
by Detinova.55 Parity of natural population of Ae. aegypti for each season and area was
calculated as the number of parous individuals divided by the number of nulliparous
individuals plus the number of parous individuals.
Data analysis. Differences between survival rates between study areas with
different levels of urbanization and human density, and between seasons were evaluated
by comparing the slopes of the regression lines of the mean cohort of each MRR
experiment, using two-sample t-test.56
To evaluate the effect of characteristics of the study area, season, and time after
release on mosquito dispersal we tested a set of alternative multivariate models, with
and without interactions between variables, but interactions did not improve the
goodness-of-fit (measured by R2) and only the results from models without interactions
are presented here. The variable cohort was later added to the model to control for
possible effects of the day of release in the displacement of mosquitoes. Finally, an
ANOVA table was analyzed to evaluate the importance of each variable in partitioning
variance.56 For all analyses, dispersal distances were log-transformed, since this variable
presented non-normal distribution. Multiple regressions and ANOVA analysis were
performed in the R program.57
Parity rates observed in field populations were compared with chi-square tests.
The aim was to evaluate if parity rates observed during MRR experiments were
different regarding the study areas and seasons, i.e. if human density and climatic
79
factors, such as temperature and precipitation, influence parity levels of natural
populations.
Ethical considerations. Mark-release-experiments experimental protocols were
submitted to and approved by Fiocruz Ethical Committee (CEP/Fiocruz protocol
number P0079-99).
RESULTS
Released mosquitoes and recapture rates. During the whole study, a total of
8,792 Ae. aegypti females were released. Duration of field collections ranged from 8 to
13 days (Table 1) and the frequency of dust marked individuals recaptured varied from
6.81 to 14.26%.
Daily survival rates and longevity. In the suburban area (Tubiacanga) during the
wet season, cohorts presented daily survival rates ranging from 0.710 to 0.726, as
estimated by the exponential model. Using the nonlinear model, estimations varied
between 0.755 and 0.764. Using as a reference the highest survival rate estimated, 0.734
to 0.797 for cohort 1, we found that ALE ranged between 3.23 and 4.41 days. The
frequency of alive females after 10 days, i.e., those potentially able to transmit dengue
virus, was estimated to vary between 4.53 and 10.34% (Table 2). During the dry season
in Tubiacanga, survival rates calculated by the exponential model ranged from 0.720 to
0.749 while non-linear models estimated 0.750 to 0.770. ALE and the frequency of
females alive after 10 days was the same observed during wet season (Table 3).
80
In the urban area (Favela do Amorim) during the dry season, survival rates were
higher when compared to Tubiacanga, when calculated by both the exponential (0.846
to 0.870) and the non-linear models (0.871 to 0.889). The maximum ALE ranged
between 5.81 and 13.98 days (Table 4). The frequency of females alive after 10 days
was estimated to vary between 17.91 and 48.92%. During the wet season, survival rates
calculated by exponential model ranged from 0.834 to 0.855 and by non-linear model
from 0.861 to 0.881. Maximum ALE varied between 5.26 and 16.73 (Table 5) and 12.3
and 33.3% of females would be alive after 10 days. The ALE observed in Favela do
Amorim support at least four gonothrophic cycles and, in case of gonothrophic
concordance, four blood-feedings. This ALE is sufficient for a mosquito bite a viremic
person and become a dengue vector.
During both seasons, higher daily survival rates were observed in the urban area
when compared to the suburban area (dry season: t=17.58; df=20; P<0.001 and wet
season: t=9.52; df=18; P<0.001). Within each area, survival was higher during the dry
season (Tubiacanga: t=2.28; df=17; P<0.05 and Favela do Amorim: t=17.4; df=21;
P<0.001).
Dispersal. In the suburban area of Tubiacanga, during the wet season, marked
females presented an overall MDT of 86.87m, with cohorts 1, 2, and 3, moving 94.09m,
98.55m and 67.97m, respectively. Estimated FR50 and FR90 were 51.13 and 151.09m,
respectively. The maximum distance traveled was observed for four females from
cohort 1, which dispersed 248.28m from the release point. From the 306 dust marked
females captured, only 2.28% (n = 7) displaced distances superior to 200m (Table 7).
Just two females, one from cohort 1 and one from cohort 3 were captured in the sticky
ovitraps, suggesting a very low emigration from Tubiacanga at the wet season. During
81
the dry season, released females tended to present slightly higher displacement than the
wet season, expect for MDT measure, which was 80.94m (Females from cohort 1
moved 139.17m, cohort 2 displaced 60.69m and individuals from cohort 3 dispersed
42.95m). Combined results concerning the low or inexistent emigration observed in wet
and dry season, respectively, confirmed that Tubiacanga is an isolated area, ideal for
MRR studies.
In Favela do Amorim during the dry season, females from cohort 1 displaced
48.56m, cohort 2 moved 48.43m and cohort 3 dispersed 62.45m. The overall MDT
observed in Favela do Amorim during dry season was 53.15m. FR50 and FR90 were 52.8
and 91.44m, respectively. The MAX was 151.92 and was achieved by three females. No
females dispersed distances superior to 200m and only 8 (3.55%) displaced beyond
100m from the release site (Table 7). Five marked females were captured in sticky
ovitraps set around this urban area, all from cohort 1. Results concerning females
dispersal during wet season suggest shorter displacement than that observed during dry
season (Table 7). A total of 12 dust marked females were captured in sticky ovitraps
installed around the study area: 10 belonging to cohort 1 and 2 to cohort 3 during the
wet season. All results concerning emigration from both areas, suggest Tubiacanga can
be considered more isolated than Favela do Amorim, with fewer mosquitoes flying for
outside the experimental areas.
The influence of the characteristics of the area, seasonality, time after release and
cohort in mosquito dispersal was analyzed with multiple linear regressions adjusted for
the above variables and by ANOVA. The addition of cohort as a fourth variable
significantly improved the explanatory capacity (F = 17.34, df = 713, P < 0.001) of the
model. We found that the time after release (F=240.79, df=1, 704, P<0.001),
characteristics of the study area (F=207.49, df=1, 704, P<0.001) and cohort (F=17.33,
82
df=9, 704, P<0.001) had high capacity explaining dispersal variance. On the other hand,
seasons showed low effect (F=0.78, df=1, 704, P=0.3798) (Table 6) on dispersal. Ae.
aegypti females dispersed more in Tubiacanga (t=4.61, df=704, P<0.001), a larger area
with wider streets and more regularly arranged houses than Favela do Amorim. No
significant differences were observed between distances traveled in dry and wet seasons
in both area (t=0.16, df=704, P=0.87).
Ovarian development stages. In Tubiacanga (suburban area) during wet season,
from 211 marked females captured with backpack aspirators, 210 (99.52%) were
dissected. Females at stage N represented almost 60% of recovered mosquitoes in the
first day after release, with a slow decrease in relative frequency in subsequent days.
Notably, one stage N female was captured eight days after release (Figure 1). Females
in the stages II-IV were first collected three days after releasing. Gravid females were
collected for the first time on the fourth day after release and were sampled everyday
after then. During the dry season, from 121 females captured in backpack aspiratorsin
Tubiacanga, 118 (97.5%) had ovaries dissected. Pattern of ovarian development during
the dry season was similar to that observad during wet season. Stage N females
represented almost 60% of collected individuals at the first days and their frequency
decrease in the subsequent days. One stage N female was captured in days 5 and 6 after
release. Gravid females started to appear among those captured four days after release,
and were daily recovered up to the end of the experiment (Figure 2).
In Favela do Amorim (urban area) during the dry season, 127 females were
captured in backpack aspirator and 107 (84.25%) were dissected. In the first day of
recaptures, females at stage N were around 40% of the total females and had an intense
decrease in frequency in subsequent collections. No females at stage N were collected
83
after day 4. Only three days after release, few females (n = 2) were already gravid, at
stage V of Christophers. Females at stages III-IV first appeared in the second day after
release, while gravid females were firstly collected on day 3 (Figure 3). As during the
dry season gravid females were captured just three days after release in the wet seasons.
During wet season, 213 females were collected in backpack aspirators and 201
(94.36%) were dissected. On the third day, 33 females were captured and 16 (48.5%)
were in advanced stages of ovarian development, i.e. stages III, IV and V. No females
in stage N were collected after the fourth day of collection, just like the pattern observed
during the dry season (Figure 4). Elevated frequencies of females captured in stages IIIV of Christophers after three days after release suggest multiple blood-feeding of Ae.
aegypti in both areas.
Gravid females were firstly collected in Favela do Amorim, in the third day after
release, in both seasons. Meanwhile, females in stage V were first collected in
Tubiacanga just four days after release. These results suggest that the high human
density favor the vector-human contact.
Parity. In the suburban area of Tubiacanga, at the wet season, 428 wild unmarked
Ae. aegypti females were collected and 405 (94.62%) had the ovarian dissected and a
parity rate of 53.8% was observed. During the dry season, 341 unmarked Ae. aegypti
females were collected and 316 (92.66%) had the ovarian dissected and a parity level of
48.7% was observed.
In Favela do Amorim, during dry season, 305 unmarked females were collected
and 297 (97.37%) had ovaries dissected. Parity rate was 62.6%. In wet season
collections, 538 unmarked females were captured and 476 (88.5%) individuals were
dissected and revealed a parity level of 68.5%.
84
Parity rates observed in dry and wet seasons in suburban area were statistically
identical (χ2=2.13, df=1, P>0.05) as well as in urban area (χ2=2.51, df=1, P>0.05).
However, during both wet and dry seasons, the parity rate observed in Favela do
Amorim was significantly higher (wet season: χ2=16.83, df=1, P<0.05; dry season:
χ2=6.02, df=1, P<0.05) than in Tubiacanga. Theses results possibly suggest higher
influence of human density than climatic conditions in parity rates of field populations.
DISCUSSION
This report provides substantial information about Ae. aegypti ecology and
vectorial capacity under natural conditions. It was the first time that survival rate of
dengue vector was evaluated in Rio de Janeiro, a city with intense history of dengue
transmission during the last 20 years. Besides survivorship, longevity, dispersal, ovarian
development and parity of natural population were investigated in two areas in different
seasons. Our findings suggest that both localities have appropriate conditions for
elevated risk of dengue transmission. In Favela do Amorim, a poor community with
extremely high human density and disordered occupation, ecological conditions showed
to be more adequate for mosquito survival, and consequently, dengue transmission.
High daily survival rate increases the chance of a mosquito to blood-feed in a viremic
person, become infective and then transmit the virus. Indeed, almost half of living
females could live for periods longer than the extrinsic incubation period of dengue
virus in the urban area of Favela do Amorim during dry season and 33.3% during wet
season. An ALE as observed in Favela do Amorim can support four or even five
gonotrophic cycles. Since Ae. aegypti females usually takes multiple blood feeding
85
during a single gonotrophic cycle and rarely feed on sugar58,59, mosquito biting human
hosts can be an unpleasant and frequent experience in such areas.
Daily survival rates observed in this report were in accordance with several
previous studies, where Ae. aegypti daily survival probabilities generally ranged
between 0.70 and 0.90.10,29,32,60 According to Luz,3 mortality rates and extrinsic
incubation period are parameters worth pursuing experimentally to refine the accuracy
of dengue transmission models concerning climatic, demographical, epidemiological
and entomological data of Rio de Janeiro.
Mosquito mortality also varied in the same locality within seasons. In both areas,
higher survivorship was observed during the dry season. Possibly, weather conditions
during wet and hot season was less favorable to adult mosquitoes, once mean
temperature during tropical summer can be of around 30ºC and reach a maximum
temperature of more than 40ºC at midday. On the other hand, dry season generally
present more suitable climatic conditions, with mean temperature rarely exceeding 28ºC
in a single day. Therefore, we believe that unfavorable climatic conditions during wet
season possibly constrained Ae. aegypti survival rate. Sheppard61 concluded that
mosquito mortality rate and hence expectation of life, varied widely but without any
seasonal trend. Since only two MRR experiments were conducted in each area along a
year, we do not feel comfortable to infer about seasonality effects on mosquito mortality
rate. The assumption that adult daily survival is constant over the year, despite seasonal
trends in rainfall and temperature was later used in the formulation of simulation models
describing vector population dynamics and the epidemiology of dengue viruses in urban
environments.62--64
Traditionally, mortality and survival rates are considered to be constant and
independent of age. Although this hypothesis is commonly accepted, it is probably an
86
incorrect view.29 Traces of age-dependent mortality were observed in at least two
cohorts of all MRR experiments and will be the subject of future studies.
Recapture rates varied greatly between the MRR experiments. Lower recapture
rates were observed during dry season (means of 7.88 and 11.23% for Tubiacanga and
Favela do Amorim, respectively), when the highest survival rates were observed. Low
rates can lead to a bias in results concerning mortality rate and dispersal, although
observed recapture rates were similar or even higher of several prior.23,27,32,34,41
In this study, we found that mosquito displacement was influenced by the
characteristics of the area but not by seasonality, being then in accordance with prior
studies.33 Females released in Tubiacanga dispersed more than those released in Favela
do Amorim. Human density is almost three times higher in the urban than in the
suburban area, but hold similar numbers of water-holding containers (Marques W and
Peres R, unpublished data). Probably, the diversity of obstacles posed by dense
constructions in Amorim, associated with high human density and thus blood source,
constrained mosquito dispersal in Favela do Amorim, where very few or none mosquito
flew beyond 100m from the release site.
‘Time after’ release played an important role in explaining mosquito dispersal
data. This result was expected, once mosquitoes tend to fly long distances as a function
of time. 'Cohort' variable also showed strength to explain mosquito dispersal pattern, i.e.
intrinsic variables between cohorts resulted in different displacements between cohorts.
Once mosquitoes were released in different places in the study area, differences in block
composition, such as host density and oviposition sites abundances probably resulted in
distinct distances traveled by each cohort.
Dispersal of dust marked mosquitoes observed for the MRR experiments
conducted in Favela do Amorim and Tubiacanga were in accordance with similar
87
studies performed by in other countries.33,65 For instance, Ae. aegypti dispersal was
recently evaluated in Queensland, Australia,66 when dust marked mosquitoes were
captured with sticky ovitraps and a MDT of 77.8m from release point was reported. In
case of dengue notification, an area with a ray starting from the owner premise where
dengue was registered would be treated with source reduction and larvicides and
adulticidal insecticides. Although of great variability between neighbors, in Tubiacanga
and Favela do Amorim, a ray of 200m seems to be a secure limit. Indeed, less control
efforts can be taken in slum areas such as Favela do Amorim, since mosquitoes
presented low displacement from the release point.
Ovarian development of marked females in Tubiacanga and Favela do Amorim
had some major differences. In Favela do Amorim, the frequency of nulliparous females
in the first collection day was around 40%, females in stages III-IV firstly appeared on
the second collection day and gravid females firstly appeared in third collection day.
Meanwhile, in Tubiacanga, around 60% of females collected in the first day were
nulliparous, females in stages III-IV were collected first just on the third collection day
and gravid females were collected by the first time only four days after release. These
results reinforce the idea that ovarian development is ‘faster’ in a more densely humam
populated areas, once the probability of a blood seeking female encounter a host is
higher there. In Tubiacanga, females at stage N were collected after several days from
the releasing day. This result suggests that some Ae. aegypti females lived long periods
in the field without taking a blood meal.
Previous studies concerning parity of natural populations of Ae. aegypti observed
similar rates to those reported in Tubiacanga and Favela do Amorim.67--71 On the Koh
Samui Island in Thailand, monthly collections between August and March showed that
parity rate varied from 26% in November to 53% in August.67 In Southeast region of
88
Brazil, a low parity rate of 10.1% was reported.72 However, comparisons in parity levels
observed in different localities is difficult to access, once sampling methodology vary
considerably.71
Parity rate in Favela do Amorim was higher than in Tubiacanga in both dry and
wet seasons. However, with the study design reported in this paper, the authors are not
confident to state if higher parity was a consequence of higher human density or higher
mosquito survivorship, which was also higher in Favela do Amorim. Indeed, mosquito
survival rates can be estimated after knowing the proportion of parous females in a
population and the duration of gonotrophic cycle.31
Dengue transmission is a serious public health problem in Brazil, particularly in
Rio de Janeiro, a major dengue dissemination point in the county.73 In the present paper
several aspects of mosquito ecology in two distinct neighbors in Rio de Janeiro, a city
where vector density and dengue transmission have shown to be highly heterogeneous3
and mosquito control several drawback to be surpassed, such as insecticide resistance
and reduced effectiveness in mosquito control due to the inaccessibility to some areas
because of criminality.73--75 Other field evaluations concerning daily survival rates,
longevity, dispersal, ovarian development and parity in different areas and seasons
would give more light for the understanding of dengue transmission pattern in Rio de
Janeiro and improve mosquito control.
ACKNOWLEDGEMENTS
We sincerely acknowledge Gláuber Rocha, Kleber Soares, Marcelo Celestino dos
Santos, Marcelo Quintela Gomes, Mauro Menezes Muniz, Reginaldo Rego, Renato
89
Carvalho, Roberto Costa Peres and Sérgio Cunha for field assistance. We also thanks Dr
Álvaro Eiras for allowing the use of BGS-Traps.
Financial support of FAPERJ, CNPq and Fiocruz.
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99
Table 1: Number of dust marked Ae. aegypti females released and captured per day in the two neighbors in Rio de Janeiro, using two capturing
methods: backpack battery-power aspirator and BGS-Traps.
Days after
release
Released
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
Total
Tubiacanga Wet season
Cohort 1 Cohort 2 Cohort 3
821
676
893
28
25
30
19
17
22
14
14
20
12
12
16
9
9
11
7
6
8
3
4
6
4
2
3
2
1
2
98
90
118
Tubiacanga Dry season
851
712
619
19
17
20
8
11
10
11
9
9
8
6
9
4
3
4
3
3
5
3
3
3
1
1
1
0
1
58
53
61
Favela do Amorim Dry Season
731
698
707
15
8
10
10
6
9
13
8
11
12
11
6
8
9
5
11
5
8
6
3
7
6
6
4
2
4
6
3
1
4
5
6
4
5
2
1
97
67
76
Favela do Amorim Wet season
652
703
729
10
13
12
13
10
10
15
8
13
9
14
9
13
12
10
9
10
6
6
8
7
7
9
3
8
7
6
3
5
5
2
93
96
83
100
Table 2: Components of survival analyses of three Aedes aegypti female cohorts
released in Tubiacanga, a suburban area in Rio de Janeiro, during the wet season and
captured with backpack battery-powered aspirators and BGS-Traps.
Cohort 1
Cohort 2
Cohort 3
Number of released females
821
676
893
Number of captured females
98
90
118
Recapture rate (%)
11.93
13.31
13.21
Survival by exponential method
0.726
0.712
0.710
R2
0.927
0.961
0.931
Survival by nonlinear method
0.764
0.758
0.755
0.734 - 0.797 0.733 - 0.784 0.723 - 0.791
Interval of survivorship a
Daily recapture rate (%)
5.03
6.04
5.96
Interval of ALE (days) a
3.23 - 4.41
3.21 - 4.10
3.08 - 4.26
Mean cohort
796
102
12.81
0.717
0.946
0.760
0.732 - 0.789
5.64
3.20 - 4.21
R2 = coefficient of determination; a = calculated with the 95% confident interval
provided by the Buonaccorsi nonlinear method.
101
released in Tubiacanga, a suburban area in Rio de Janeiro, during the dry season and
Cohort 1
Cohort 2
Cohort 3
851
712
619
58
53
61
Recapture rate (%)
6.81
7.44
9.85
0.749
0.724
0.720
2
R
0.916
0.946
0.913
0.77
0.75
0.754
0.734 - 0.797 0.733 - 0.776 0.723 – 0.792
2.66
3.39
4.45
a
3.23 - 4.41
3.21 - 3.94
3.08 – 4.28
Interval of ALE (days)
Mean cohort
727
57.3
7.88
0.738
0.954
0.763
0.732 -0.784
3.29
3.20 - 4.10
102
released in Favela do Amorim, a slum in Rio de Janeiro, during the dry season and
Cohort 1
Cohort 2
Cohort 3
731
698
707
97
67
76
Recapture rate (%)
13.26
9.59
10.74
0.846
0.867
0.870
2
R
0.759
0.506
0.672
0.871
0.885
0.889
0.843 - 0.902 0.842 - 0.931 0.860 - 0.921
2.91
1.94
2.15
a
5.85 - 9.69
5.81 - 13.98 6.63 - 12.15
Interval of ALE (days)
Mean cohort
712
80
11.23
0.868
0.778
0.888
0.865 - 0.912
2.28
6.89 - 10.85
103
released in Favela do Amorim, a slum in Rio de Janeiro, during the wet season and
Recapture rate (%)
R2
Interval of ALE (days) a
Cohort 1
652
93
14.26
0.834
0.584
0.864
0.813 – 0.922
3.43
4.83 – 12.31
Cohort 2
703
96
13.65
0.855
0.476
0.881
0.827 – 0.942
2.92
5.26 – 16.73
Cohort 3
729
83
11.38
0.838
0.719
0.861
0.827 – 0.899
2.75
5.26 – 9.39
Mean cohort
695
91
13.09
0.822
0.703
0.851
0.811 – 0.896
3.39
4.77 – 9.10
104
Table 6: Results of Analysis of variance (ANOVA) of response variables to varying
displacement of Aedes aegypti females released in a suburban neighbor (Tubiacanga)
and a slum in the urban area (Favela do Amorim) in Rio de Janeiro during the wet and
dry seasons.
Variable
Area
Season
Time after release
Cohort
Residuals
df
1
1
1
9
704
Sum square
84.859
0.316
98.477
63.820
287.92
Mean square
84.86
0.316
98.477
7.091
0.409
F value
207.49
0.772
240.78
17.33
-
P
P<0.001
P=0.3798
P<0.001
P<0.001
-
105
Table 7: General and maximum average distance traveled by dust-marked Ae. aegypti
females captured with backpack aspirators and BGS-Traps in a suburban neighbor
(Tubiacanga) and a slum in the urban area (Favela do Amorim) in Rio de Janeiro during
the dry and wet seasons.
MDT (m)
FR50 (m)
FR90 (m)
MAX (m)
Females flying up to 100m (%)
Females flying beyond 200m (%)
Tubiacanga Tubiacanga
wet season dry season
86.87
80.94
51.13
72.33
151.09
137.89
248.28
363.09
60.13
93.38
2.28
8.72
Favela do Amorim
dry season
53.15
52.80
91.44
151.92
96.45
-
Favela do Amorim
wet season
39.49
38.50
71.33
99.53
100.00
-
106
Figure 1: Ovarian development stages of 210 dust marked Ae. aegypti females
recaptured in backpack aspirator released in the suburban area (Tubiacanga) in Rio de
Janeiro during the wet season.
100%
Proportion
80%
V
60%
III & IV
I & II
40%
N
20%
0%
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Days after release
107
recaptured in backpack aspirator released in the suburban area (Tubiacanga) in Rio de
Janeiro during the dry season.
100%
Proportion
80%
V
60%
III & IV
I & II
40%
N
20%
0%
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Days after release
108
recaptured in backpack aspirator released in the urban area (Favela do Amorim) in Rio
de Janeiro during the dry season.
100%
Proportion
80%
V
60%
III & IV
I & II
40%
N
20%
0%
1
2
3
4
5
6
7
8
9 10 11 12 13
Days after release
109
recaptured in backpack aspirator released in the urban area (Favela do Amorim) in Rio
de Janeiro during the wet season.
100%
Proportion
80%
V
60%
III & IV
I & II
40%
N
20%
0%
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
Days after release
110
6. CONSIDERAÇÕES FINAIS
O dengue é a doença viral mais importante transmitida por artrópodes vetores
para o homem, sendo responsável por um número estimado de 50-100 milhões de
casos por ano em todo o mundo, principalmente em áreas tropicais e sub-tropicais
(Rigau-Pérez et al. 1998). Alguns fatores que podem ser apontados como
responsáveis pela larga distribuição do dengue incluem alto crescimento
populacional, urbanização não planejada e sem controle, maior conectividade entre
áreas com incidência de dengue e falta de controle efetivo do vetor (Gubler e Clark
1995; Tauil 2001).
Desde a re-invasão do Aedes aegypti, possivelmente no final da década de
1970, severas epidemias ou surtos de dengue têm ocorrido em grandes cidades
brasileiras. A cidade do Rio de Janeiro é tida como a principal porta de entrada de
novos sorotipos do dengue, com posterior dispersão do vírus para cidades adjacentes
e outros Estados (Silveira 1998; Nogueira et al. 1999, 2001; Lourenço-de-Oliveira et
al. 2004). A cidade passou por cinco epidemias de dengue nos últimos 20 anos. Uma
das razões para este contínuo histórico de transmissão da doença seria a ineficiência
dos métodos clássicos de controle atuais somada à resistência do Ae. aegypti a uma
série de inseticidas disponíveis (Lima et al. 2003).
Apesar da intensa pesquisa nas últimas seis décadas, ainda não há vacina do
dengue disponível. Este trabalho tem sido complexo, uma vez que a vacina deve ser
tetravalente, ou seja, conferir imunidade a seus quatro sorotipos simultaneamente
(Pugachev et al. 2005). Diferentes abordagens no desenvolvimento da uma vacina
para o dengue têm sido utilizadas, incluindo vírus atenuados (Bhamarapravati et al.
111
2000; Durbin et al. 2001; Monath et al. 2002), vírus quiméricos (Pletnev et al. 1992;
Huang et al. 2003), vacinas baseadas na expressão de subunidades de antígenos
recombinantes do vetor (Simmons et al. 1998) e vacinas de DNA (Kochel et al. 1997;
Kochel et al. 2000). Porém, nenhuma vacina ou droga está disponível para uso em seres
humanos no momento (Mota et al. 2005). Sendo assim, atualmente a transmissão do
dengue só pode ser reduzida através do combate ao vetor.
Deste modo, o desenvolvimento de novas metodologias que visem a auxiliar o
combate ao vetor do dengue são de suma importância. Neste quesito, essa
dissertação mostra os resultados de avaliação em campo de uma nova armadilha para
captura de adultos de Ae. aegypti, a BGS-Trap. Vimos que, apesar de também
capturar elevado número de adultos de Culex quinquefasciatus, espécie que foi mais
coletada com a aspiração mecânica dos cômodos das casas, a armadilha BGS-Trap
se mostrou uma eficiente ferramenta para a coleta de Ae. aegypti, visando ao
monitoramento da densidade do adulto em áreas endêmicas, como Tubiacanga.
Apesar de não sabermos qual dessas duas espécies de mosquito é mais atraída para a
BGS-Trap, uma vez que não conhecemos suas densidades naturais em Tubiacanga,
esta armadilha pode ser útil no combate ao dengue e à filariose em áreas endêmicas,
doenças veiculas por fêmeas de Ae. aegypti e Cx. quinquefasciatus, respectivamente,
uma vez que pode dar informações sobre a densidade de adultos no lugar dos índices
larvais em uso atualmente. Com efeito, a maioria das formas imaturas pode perecer
antes de se transformar em adultos, significando que a freqüência do encontro das
formas imaturas nas residências (índice de infestação predial, dado em percentual de
casas onde há pelo menos um foco larval) ou a densidade de larvas num bairro
podem ter baixo significado epidemiológico ou para o monitoramento das áreas
112
infestadas, quando comparadas com avaliações quantitativas de insetos adultos
circulantes. Além do mais, esta armadilha pode ser também utilizada em estudos que
visem monitorar a circulação do vírus dengue, uma vez que os insetos são coletados
vivos e assim permanecem em seu interior, possibilitando posterior isolamento viral.
Essa particularidade favorece a obtenção de maior conhecimento sobre a
epidemiologia do dengue em áreas urbanas.
A BGS-Trap, como qualquer outra armadilha desenvolvida para maximizar o
número de mosquitos capturados, possui vantagens e desvantagens se comparada a
outros métodos de coleta. A principal desvantagem desta armadilha seria seu grande
tamanho, o que dificulta sua instalação em casas pequenas como as visitadas na
Favela do Amorim. Visitas às casas para troca diária de bateria também podem ser
vistas como uma desvantagem, pois além do incômodo ao morador, impedem que
um número muito alto de casas seja vistoriado simultaneamente a cada dia. A troca
diária de baterias, com posterior carregamento destas no laboratório, requer uma
infra-estrutura organizada e de alta qualidade, o que, em última instância, pode
limitar a aplicação desta metodologia em grande escala a grandes centros urbanos.
Por outro lado, as BGS-Traps coletaram maior número de mosquitos marcados
do que o aspirador conectado a uma bateria, apesar de, nos presentes experimentos,
operar numa mesma residência por um período de aproximadamente 24 horas, ao
passo que a aspiração é feita por 15 a 20 minutos por casa. Além do mais, a coleta
de mosquitos com BGS-Traps tem maior padronização e consistência do que a coleta
com aspiradores, uma vez que a eficiência deste é extremamente dependente da
motivação e habilidade do operador do aspirador. Outra considerável vantagem desta
armadilha seria o fato de capturar com maior freqüência fêmeas em um dado estágio
113
fisiológico, neste caso coletando aqueles insetos que procuram por uma fonte de
alimentação, em contraste com a maioria das armadilhas disponíveis que coletam
fêmeas grávidas à procura de locais para a oviposição, as chamadas ovitrampas.
Os resultados descritos nessa dissertação podem auxiliar na compreensão da
transmissão do dengue no Rio de Janeiro, por fornecer novos conhecimentos sobre a
biologia de seu vetor, o mosquito Ae. aegypti. Foi a primeira vez em que a taxa de
sobrevivência diária deste mosquito foi estudada nas condições naturais particulares
do Rio de Janeiro e no país. Também foi a primeira vez em que a dispersão de Ae.
aegypti foi estudada na cidade, sem manipulação da área de estudo nem da fêmea,
como previamente realizado por Honório et al. (2003), que realizaram um tratamento
prévio da área antes da soltura, com redução do número de criadouros, e fizeram
mutilação das peças bucais das fêmeas grávidas soltas, de modo a impedi-las de
picarem os habitantes da áreas depois da desova.
Fêmeas de Ae. aegypti soltas na Favela do Amorim apresentam maiores taxas
de sobrevivência e paridade, além de um desenvolvimento ovariano mais rápido que
em Tubiacanga. Tais resultados poderiam sugerir que fêmeas nascidas no Amorim,
por serem mais longevas, teriam a possibilidade de depositar mais ovos nos
depósitos que aquelas de Tubiacanga. Em decorrência deveria haver maior
densidade de formas imaturas no Amorim que em Tubiacanga, considerando-se que
a fecundidade das fêmeas e a mortalidade de formas imaturas não variariam entre as
áreas. De fato, a hipótese de variabilidade na fecundidade jamais foi levantada por
nenhum artigo. Porém, em um trabalho de campo anterior ao relatado nessa
dissertação, foram investigados e identificados os criadouros mais produtivos para
114
formas imaturas de Ae. aegypti na Favela do Amorim e em Tubiacanga. O principal
objetivo dessa investigação era observar possíveis efeitos do clima e dos diferentes
graus de urbanização na produtividade de criadouros das áreas aqui estudadas. Um
total de 3.938 pupas e 23.313 larvas foi coletado, sendo 1.592 e 2.346 pupas e
10.155 e 13.158 larvas na Favela do Amorim e em Tubiacanga, respectivamente
(Marques et al. 2005; Peres et al. 2005). Notavelmente, um maior número de
imaturos
foi
coletado
em
Tubiacanga.
Observou-se
que
existe
elevada
heterogeneidade quanto ao tipo de criadouro mais produtivo. As caixas d’água foram
o único tipo considerado com um dos três mais produtivos em ambas as localidades
nas estações seca e chuvosa. Em Tubiacanga, tonéis, cascos de barco e baldes,
criadouros grandes ou médios, apresentaram maior produtividade. À exceção de
baldes, os outros poderiam ser classificados como criadouros permanentes. Na
Favela do Amorim, além de caixas d’água, os criadouros mais produtivos foram
vasos de planta, pratos de planta, baldes e lonas, todos criadouros de elevada
instabilidade devido à constante troca de água associada a eles. Além disso, todos
são criadouros pequenos, que comportam não mais do que dois litros de água. Um
criadouro com tamanho reduzido teria maior quantidade relativa de água evaporada
e água acumulada com temperaturas mais elevadas do que criadouros de grande
porte. Esses fatores poderiam levar a uma maior mortalidade larvar na Favela do
Amorim do que em Tubiacanga, resultando no maior número de imaturos coletados
em Tubiacanga, mesmo com fêmeas vivendo mais e se alimentando mais rápido de
sangue na Favela do Amorim. Espera-se que esses resultados, principalmente os
referentes à taxa de sobrevivência diária e à produtividade diferencial de criadouros,
possam fornecer subsídios para a elaboração de modelos de transmissão do dengue
115
mais condizentes com a realidade e com as condições físicas e climáticas observadas
no Rio de Janeiro (Focks et al.1993a, 1993b, 1995, 2000)
Comparando a biologia das fêmeas de Ae. aegypti nas duas áreas de estudo
observou-se que houve maior taxa de sobrevivência na Favela do Amorim, uma área
com elevada densidade humana, com urbanização caótica e desordenada. Uma vez
que fêmeas apresentaram alta longevidade, o risco de transmissão do dengue seria
maior na Favela do Amorim, já que o número de picadas, postura de ovos e ciclos
gonotróficos seriam maiores do que aqueles observados em Tubiacanga. Porém, para
testar a hipótese de que áreas com elevada densidade humana, somada à urbanização
descontrolada, apresentam maior risco de surgimento de epidemias de dengue, mais
trabalhos são necessários. Não podemos extrapolar essa situação pois tanto a Favela
do Amorim quanto Tubiacanga não são os únicos representantes de um ambiente
urbano e suburbano conhecidos, respectivamente.
Provavelmente, por se tratar de uma área com largas ruas, casas amplas e
geralmente de apenas um andar, os mosquitos em Tubiacanga apresentaram maior
deslocamento do que o observado na Favela do Amorim, onde há apenas becos
estreitos e casas apertadas que crescem por cima de lajes de outras preexistentes. O
fato é que a maior densidade humana e a de criadouros potenciais por metro
quadrado não estimulam a dispersão por parte de fêmeas do mosquito Ae. aegypti. A
maior oferta de fontes sanguíneas e de potenciais locais de desova por metro
quadrado, assim como em abrigos no domicílio e em anexos comuns nesse tipo
comunidade no Rio de Janeiro, não estimulariam a dispersão. No verão, devido à
maior precipitação pluviométrica, espera-se haver maior número de depósitos
potenciais para a desova. Contudo, não observamos diferença significativa entre a
116
dispersão média dos mosquitos entre as estações chuvosa e seca, em ambas as áreas.
Contudo, em investigação sobre a estrutura genética de populações realizada no Rio
de Janeiro, observou-se que, de fato, há elevada diferenciação genética nas
populações do Ae. aegypti dos bairros e comunidades pesquisados (Da-costa et al
2006), verificou-se porém que há maior diferenciação nos meses chuvosos. A
hipótese levantada no citado trabalho é que, havendo maior precipitação
pluviométrica e maior disponibilidade de criadouros na época chuvosa, os mosquitos
dispersariam menos, resultando em maior estruturação genética das populações neste
período.
Durante os doze experimentos de MSC conduzidos nas duas áreas em ambas as
estações, observou-se tendência de aumento da mortalidade com a idade em dez
casos (83,3%). Se tratarmos as coortes médias geradas em cada um dos
experimentos, em 87,5% dos casos a mortalidade mostrou-se dependente da idade.
Os dois modelos usados nessa dissertação para se obter a taxa de sobrevivência
diária pressupõem que a mortalidade seja independente da idade. Harrington et al.
(2001) afirmam que a mortalidade de fêmeas de Ae. aegypti possa, eventualmente,
ser dependente da idade e sugerem a utilização do modelo descrito por Gompertz
(Gompertz 1825) quando a mortalidade aumentar em função do tempo. Porém, a
função Gompertz não apresentou um bom ajuste para os nossos dados e outros
modelos de mortalidade foram testados (Carey 2001). De todos os modelos testados,
o que apresentou melhor ajuste à série de dados foi o modelo Weibull (Weibull
1951), que trata a mortalidade dos indivíduos como sendo um evento dependente da
idade. Este modelo foi originalmente descrito para se estudar a confiabilidade de
materiais no campo da engenharia (Pinder et al. 1978) e apresentou um melhor
117
ajuste, medido através da diminuição dos resíduos, que o modelo exponencial em
87,5% dos casos (Como exemplo, observar a Figura 6). A adaptação do modelo
Weibull de sobrevivência para experimentos de MSC, assim como sua comparação
com os métodos exponencial e não linear proposto por Gillies (1961) e Buonaccorsi
et al. (2003), respectivamente, está sendo tema de profundos estudos.
O dengue é um grave problema de saúde pública no Brasil e particularmente no
Rio de Janeiro, cidade que vivenciou severas epidemias nos últimos 20 anos. Esperase que os assuntos abordados nessa dissertação possam aumentar a eficiência do
controle do vetor e, consequentemente, diminuir os níveis de transmissão observados
recentemente no país.
118
Figura 6: Dados provenientes de uma coorte de um experimento de MSC conduzido
em Tubiacanga durante a estação chuvosa relacionando o número de indivíduos
marcados coletados em função do tempo após a soltura. O modelo exponencial,
representado pela linha preta, apresentou um resíduo de 0,218, ao passo que no
modelo Weibull, representado pela linha vermelha, um resíduo de 0,092 foi
observado. Com isso, para essa coorte, o Modelo Weibull teve um ajuste 2,37 vezes
melhor que o modelo exponencial.
119
7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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