Exploring spatial patterns and hotspots of hepatitis A and amoebic dysentery using GIS and geostatistical analysis in Turkey

Abstract

Bulaşıcı hastalıklardan kaynaklanan salgınlar tarih boyunca belgelenmiştir ve güncel global sağlık raporları insanların çevresel etkileşimden kaynaklı Hepatit A ve Amipli Dizanteri (A Dizanteri) gibi bulaşıcı hastalıklardan etkilenmeye devam ettiğini göstermektedir. Bulaşıcı hastalıkların izlenmesi ve gerekli önlemlerin alınması hem tarihsel verilerin etkin bir şekilde değerlendirilmesi hem de söz konusu hastalıkların mekansal yayılımlarının detaylı olarak incelenmesi ile mümkün olmaktadır. 1854 yılında Londra'da ortaya çıkan kolera salgınından günümüze bu tür çalışmalarda haritalar etkin olarak kullanılmaktadır. Londra'da yaşanan salgında, salgının kaynağı, Dr. John Snow tarafından, haritalar aracılığı ile yapılan mekansal analizler kullanılarak belirlenmiş ve hastalığın daha fazla yayılması bu şekilde önlenmiştir. G ünümüzde benzer analizler bilgisayar ve bilişim teknolojilerinin de gelişimin ve konum verisinin daha hızlı ve etkin üretilmesinin sağladığı imkanlar ile çok daha etkin olarak gerçekleştirilebilmektedir. Bu kapsamda Coğrafi Bilgi Sistemleri (CBS) teknolojilerinin sağladığı olanaklar göz ardı edilemeyecek derecede önemlidir. Bu çalışmanın konusu Hepatit A ve A Dizanteri hastalıklarının insidanslarının mekansal dağılımlarına bağlı coğrafi dokularını incelemektir. Hepatit A ve A Dizateri gibi hastalıkların farklı endemik ya da epidemik süreçlerine ilişkin coğrafi dağılımlarına dair doğru ve yeterli istatistiklerin olması bu hastalıkların bulaşıcılık, ölüm, olgu ya da yayılım hızlarına bağlı olarak etkin bir şekilde izlenmesi ve kontrol edilmesine olanak sağlamaktadır. Bu tür değerlendirmeler günümüzde Coğrafi Bilgi Sistemleri (CBS) ve geoistatistik/mekansal istatistik yöntemlerinin etkin kullanımları ile gerçekleştirilebilmektedir. Söz konusu yöntemler kullanılarak hastalıkların zaman ve mekandaki yayılımları ve bu yayılımların oluşturdukları mekansal dokular incelenebilmekte, hastalıkların sebepleri, etkenleri ve farklı sosyal çevrelerdeki hastalık davranışları ortaya konulabilmektedir. Bu bağlamda, halk sağlığının geliştirilmesi için bir araç olan mekansal epidemioloji, çevresel etkilere bağlı sağlık risklerinin değerlendirilmesinde artarak kullanılmaktadır. Çoğunlukla epidemiyolojik analizler risk altındaki nüfusta görülen olguların gözlemlenmesine dayanmaktadır. Tipik olarak olguların dokuları farklı seviyelerede hastalığa maruz kalan hastalar ile kişilerin hastalanmasına etkisi olduğu varsyaılan faktörler ile ilişkilendirilmeye çalışılır. Son yıllarda bu tür çalışmalar gelişen bilgi ve mekansal bilişim teknolojilerinin kullanımı ile çok daha verimli ve güvenilir sonuçlar vermektedir. Bu kapsamda CBS ve geoistatistik yöntemlerin hastalıkların mekansal dokularının belirlenmesi, ölçümü ile bu hastalıkların doğalarının anlaşılmasına önemli katkılar koydukları şüphesizdir. Bu tezde Türkiye'deki il bazlı Hepatit A ve A Dizanteri olgularının zaman ve mekandaki değişimleri; mekansal dağılım, mekansal doku, sıcak noktalar ve kümelenmeler bağlamlarında incelenerek, hastalıkların karakterlerinin anlaşılması amaçlanmıştır. Bu hastalıklar, bir çok ülkede olduğu gibi, ölüm riski az olmasına rağmen görülme sıkılıkları ile Türkiye için de bir halk sağlığı problemidir. Hastalıkların endemisitesi temizlik ve hijyen koşullarındaki olumsuzluklardan bölgeler arası sosyo-ekonomik farklılıkların neden olduğu değişimlere kadar bir çok duruma bağlı olmakla birlikte Türkiye Hepatit A Virüsü (HAV) ve A Dizanteri enfeksiyonları bakımından orta endemik bir bölge olarak tanımlanabilmektedir. İl bazlı coğrafi, ekonomik, çevresel ve kültürel farklılıklar nedeniyle, bu hastalıkların görülme sıklıkları da ülke çapında değişiklikler göstermektedir. Bu tez kapsamında öncelikle mekansal epidemiyoloji konusu tanımlanarak farklı yönlerden incelenmiş ve Türkiye'de Hepatit A ve A Dizanteri bulaşlarının etkileri değerlendirilmiştir. Hastalıkların haritalandırılması, verilerin yumuşatma tekniklerinin faydalarından bahsedilerek, CBS, mekansal istatistik analizler ve geoistatistik konuları hakkında bilgiler verilmiştir. Bu amaçla Avrupa Birliği 7. Çerçeve Programı kapsamında desteklenmiş olan EnviroGRIDS projesi verileri kullanılmıştır. T.C. Sağlık Bakanlığı tarafından resmi olarak sağlanan söz konusu veriler 2000 – 2011 yıllarını kapsayan Hepatit A ve A Dizanteri verilerini içermektedir. Bu verilere ek olarak Türkiye İstatistik Kurumu'ndan elde edilen il bazlı nüfus bilgileri proje kapsamında hastalık insidanslarının hesaplarında kullanılmıştır. Veri düzenlemesi sürecinde ilk aşamada A Dizanteri ve Hepatit A hastalıklarına ilişkin vaka sayı verileri nüfus verileri ile oranlanarak hastalıkların görülme hızları hesaplanmıştır. Veri düzensizliklerinden kaynaklı istatistik çalışmalarada çıkabilecek olası sorunları ortadan kaldırmak için hesaplanan görülme hızı verileri Empric Bayes Yumuşatması (Emprical Bayesian Smoothing – EBS) yöntemi kullanılarak yumuşatılmıştır. Daha sonra elde edilen yumuşatılmış insidans verileri belirli bir nüfus bazında ifade edilerek morbiditeler belirlenmiştir. Bu aşamadan sonra düzenlenmiş veriler görsel ve istatistik analizlerden geçirilerek değerlendirmeler yapılmıştır. Bu kapsamda kutu diyagramları kullanılarak hastalıkların görülme hızları zamansal olarak incelenmiş, zaman serileri haritaları ile zaman mekansal değerlendirmeleri yapılmıştır Kutu diyagramı analizleri sonucunda Hepatit A ve A Dizanteri bulaşlarında 2009 – 2011 yılları arasında kayda değer bir düşüş görüldüğü net bir şekilde anlaşılmaktadır. Hastalıkların yayılımlarının mekansal olarak izlenmesi için ise zaman serileri haritaları yöntemi oluşturulmuştur. Zaman serileri hartiaları; aynı konunun aynı mekanda farklı zaman birimlerindeki (günlük, aylık, yıllık, mevsimlik, dönemlik, ve benzeri) değerleri dikkate alınarak tasarlanan tematik haritalardır. İşaretleştirme ve görselleştirme aşamasında etkin olarak kullanılan sınıflandırma teknikleri ile olayların ve olguların zamansal ve mekansal dağılımlarının statik haritalar ile analizinde etkin olarak kullanılmaktadırlar. Çalışma kapsamında üretilen A Dizanteri ve Hepatit A zaman serileri haritalarında morbidite değerleri endemik, hiperendemik ve epidemik olamk üzere üç temel grupta sınıflandırılmıştır. Gerçekleştirilen analizler çalışma bölgesindeki konu eidlen hastalıklar bakımında yüksek ve düşük riskli illerin belirlenmesinde kullanılmıştır. Zaman serileri haritalarında çalışma süresince her iki hastalığında görülmesinde azalan bir trend olduğu anlaşımıştır. Çalışma kapsamında ayrıca lokal Moran I (LISA) ve local G i *(d) istatistik yöntemleri ile hastalıkların istatistik ve mekansal kümelenmeleri farklı yaş grupları da dikkate alınarak lokal olarak araştırılmıştır. Moran I yöntemi ile veri grubundaki esas kümlenmeler ve ekstrem değerlere sahip uç değerli iller berlilenerek sıcak ve soğuk noktaların tayinleri yapılmıştır. Moran I yöntemine ek olarak lokal G i *(d) yönteminde ise çalışmaya konu hastalıklar bakımından yüksek ve düşük riskli illerin belirlenmesi yapılmıştır. Her iki istatistik yönteminde de ilk adım olarak mekansal ağırlık matrisleri çalışmaya konu illerin konumları dikkate alınarak emprik olarak belirlenen sınır değerler kullanılarak üretilmiştir. Söz konusu ağırlık matrsileri tüm analiz sonuçlarını etkileyen girdi parametrelerinden biridir. Çalışma kapsamında LISA için anlamlılık düzeyi 0.05 olarak kabul edilirken algoritme 999 permütasyon ile mekansal kümelenmelerin belirlenmesini yapmıştır. Birbirine yakın objelerin daha fazla benzerlikler göstereceği kabulünün farklı şekillerde geliştirilmesi ile oluşturulan bu yöntemler mekansal istatistik analizlerin temel yöntemeleri arasında değerlendirilmektedir. Lokal mekansal otokorelasyon (LISA) çalışmaları sonucunda Hepatit A ve A Dizanteri hastalıklarının Türkiye'deki görülme hızlarının 2001-2011 yılları arasında azaldığı sonucuna varılmıştır. İstatistik sonuçlar da her iki hastalık için mekansal kümelenmelerin ve sıcak noktaların Karadeniz ve İç Anadolu bölgelerinde yoğunlaştıkları belirlenmiştir. Bu bölgelerde özellikle Kızılırmak, Yeşilırmak, Seyhan, Batı Karadeniz Akarsu havzalarında kümelenmelere rastlanmıştır. Çalışmanın genel sonuçları 2001-2003 yılları arasında batı bölgelerin, özellikle Marmara, susurluk ve Gediz Akarsu Havzalarındaki illerin, Hepatit A virüsünden diğer bölgelere oranla çok daha fazla etkilendiğini göstermiştir. Bununla birlikte, 2006-2008 yılları arasında sıcak noktaların Batı bölgelerinden Doğu Anadolu ve Güneydoğu Anadolu bölgelerine doğru hareket ettiği gözlenmiştir. Bu kapsamda Hepatat A ve A Dizanteri hastalıklarının yoğun olarak görüldüğü batı illerinin Marmara, Batı Karadeniz, Gediz ve Menderes Akarsu havzalarında; doğu illerinin ise Aras, Fırat-Dicle ve Van Gölü Akarsu havzalarında bulundukları tespit edilmiştir. 2009-2011 yılları arasında ise Hepatit A ve A Dizanteri sıcak nokta ve kümelenmelerinin dikkat çekici bir şekilde azaldıkları gözlenmiştir. Yaşa göre yapılan Hepatit A analizlerinde 15 yaş altı çocukların beklendiği gibi daha yüksek oranda enfekte oldukları, özellikle 5-9 yaş grubunda ise görülme sıklığının en yüksek orana ulaştığı belirlenmiştir. Gerçekleştirilen tez çalışması, uygulanan yöntemlerin sağlık politikalarının oluşturulması ve salgın hastalıklarla mücadelede kullanılabilecek nitelikte sonuçlar elde edilmesinde etkin bir araç olarak kullanılabileceğini göstermiştir

Epidemics of Infectious diseases have been documented throughout history and recent global health reports show a continual vulnerability of a large number of people to infectious diseases such as Hepatitis A (HAV) and Amoebic Dysentery (A Dysentery or AD) in relation to their environment. Of particular concern is the epidemic outbreaks patterns of Hepatitis A and A Dysentery incidences in terms of their geographic distributions. Accurate statistics on the geographical distribution of different endemicities of Hepatitis A and A Dysentery, on the populations at risk, and on the implications of given levels of endemicity for morbidity and mortality are important for effective control of these diseases. These estimates can be obtained using Geographical Information Systems (GIS) in conjunction with geostatistical methods available to examine patterns of disease incidence, morbidity and mortality in space and time and to relate those patterns to the identification of potential causes of disease, such as environmental exposure, diet and unhealthy behaviours, economic or socio-demographic factors. In this sense, spatial epidemiology, one of the tools for improving public health, is increasingly being used to assess health risks associated with environmental hazards. In most cases, epidemiological analyses are based on observations of disease occurrence in a population of people 'at risk'. Typically, we want to relate occurrence patterns between collections of people experiencing different levels of exposure to some factor having a putative impact on a person's risk of disease. In recent years, the research in environmental health issues is constantly becoming more and more effective owing to the use of both various information technology services and software. In this context, it's no doubt that the use of GIS and Geostatistical methods helps in identification and quantification of patterns in disease occurrences providing the first steps toward increased understanding and possibly, control of the diseases.The thesis focused on providing an insight into the geographic distribution of Hepatitis A and A Dysentery incidence in terms of their temporal distribution, spatial patterns, hotspots and clusters identification in 81 provinces of Turkey. Hepatitis and Dysentery have been a public health burden in Turkey. These diseases are a significant cause of morbidity, even if the mortality rate is low. The endemicity of this infections varies due to sanitary and hygiene conditions and socio-economic differences among the countries and in various regions of the same country. Turkey is a middle endemic area with respect to Hepatitis A virus and A Dysentery infection. However, because of the geographical, economical, environmental and cultural differences among the provinces of Turkey, the frequency of this infection also varies due to sanitary / hygiene conditions and socio-economic differences in various regions of the country. Within the scope of the study, first, spatial epidemiology was described and reviewed, different approaches in disease modeling were provided. Hepatitis A and A Dysentery transmission and their burdens in Turkey were discussed. The benefits of disease mapping and smoothing techniques in spatial epidemiology were pointed out and the distinction between GIS and geostatistics were outlined. This research project made use of data obtained from the EnviroGRIDS project supported by the European Union within the 7th Framework Programme. In this context, the data for patients with Hepatitis A and A Dysentery at province level for 2001-2011 obtained from Turkish Ministry of Health and the census data for 2000-2011 provided by the State Statistical Institute of Turkey were used as a basis for further analysis. Visual data mining was performed using Boxplots which give general insights of HAV and AD morbidity rate and time series thematic maps which helped us identify space-time disparities. The global Moran's statistic demonstrated that there was clustering in the year 2005, 2006 and 2007 for Hepatitis A in Turkish population as a whole, 2002, 2003, 2006 and 2007 for Hepatitis A in Turkish children below 15 years and in 2006 and 2007 for A Dysentery. After a general statistical analysis of the LISAs techniques which measured HAV and AD infections at the local level it was found that there is a decreasing trend in the morbidity rate of Hepatitis A and A Dysentery at epidemic level from 2001 to 2011. The LISA statistic showed that majority of the HAV and AD clusters and hotspots were relatively located in the Black Sea and Central Anatolia Region for all the years, covering the Kizilirmak, Yesilmak, Sevhan River Basin and Western Black Sea River Basins in Turkey. However, from 2006-2008, hotspots started to return slowly to the western part of Turkey and spreading to the Eastern Anatolia Region. The western provinces with higher HAV and AD morbidity rate could be found in the Marmara, Menderes, Western Black Sea and Gediz River Basins, while on the Eastern Anatolia Region high HAV and AD morbidity rate were observed in the Aras, Firat-Dicle and Van Golu River Basins. From 2009-2011, the hotspots and clusters attenuated significantly in HAV and AD infections. Also, it was noted that children under the age of 15 years were more infected with Hepatitis A. Specifically, age-group-5-9 revealed the highest HAV morbidity rate than the other age groups. Our approach of identifying and quantifying of space-time disparities, clustering, and hot spots provided useful and detailed information for guiding policy formulation to succinctly address the burden of Hepatitis A and A Dysentery and possibly, curtail the spread of these particular diseases in the Turkish population.