人類與生物多樣性的互動如何影響傳染病的發生?

作者:NIAID,取自:http://www.flickr.com/photos/54591706@N02/5102281449/in/photolist-8LSwvP-apBiPV-fbQBEf-9U5qRh-fcKcm1-fcuTEn-fcuTzp-fcuTti-bBzyzL-8MBDdG-bBzyAS

※許多人類傳染病的發生與生物多樣性有密切的關係。這些傳染病病原的增加與傳播,會受到人類對生態系的干擾以及生態系自然變動的影響;而生態系服務的劣化亦可能增加人類被感染的機會。本文透過說明人類社會、生物多樣性、傳染病三者間的互動關係,以及傳染病的發生機制,幫助讀者對傳染病有更全面的了解。

從小到大,幾乎每個人都曾經得過傳染病,例如麻疹、水痘、流行性感冒。有些人可能以為除了病原本身是生物(如果把病毒視為廣義的生物)之外,傳染病的發生與生物多樣性並沒有什麼關係。然而,許多病原會以動物為病媒來傳播;而60%人類傳染病的病原在它們生命週期的某個階段,會以其他動物為宿主。這些病原、病媒與宿主可能同時存在於自然生態系,它們的數量與分佈會受到生態系的生物、非生物因子以及人為干擾影響;除了病原、病媒與宿主的數量與分佈,生態系服務以及人與生態系的互動也會影響傳染病發生的機會。由於健康是人類生存的基本條件,為了有效防治傳染病、促進人類健康,就有必要同時考量人類社會與生物多樣性,全面性地去了解影響傳染病發生的因子與機制,以促進人類的永續發展。

接下來本文將配合下圖,說明人類社會、生態系、生態系服務及人類傳染病之間的關係,以及傳染病發生的機制:

傳染病與人類社會、生態系及生態系服務的互動與發生機制。修改自Patz et al. (2005)。

人類社會 -> 傳染病

有些人類傳染病的病原不需透過動物做為媒介,就能在人與人之間傳染,這些傳染病包括A型肝炎(食物傳染)、普通感冒(飛沫傳染)以及AIDS(體液傳染);有些人類傳染病的病媒或宿主也生活在人類社會,例如登革熱(以埃及斑蚊、白線斑蚊為病媒)與流行性感冒(以人類和豬為宿主);此外,人類社會衛生條件與措施也會影響傳染病的發生。

人類社會 -> 生態系 -> 傳染病

人類也可能透過改變生態系而影響傳染病的發生,這些人為改變主要是受到經濟發展或人口增加的壓力所驅使,改變方式可分為「改變環境」與「將病原帶到新環境」兩大類,前者包括森林砍伐、造林、改變水文(例如建造水壩、灌溉及河水引流)、改變農地使用方式 (例如穀物、家畜的增產)、排放化學物質(例如農藥及化學肥料等汙染物)以及都市擴張;後者則是包括人口遷移、國際貿易與人為引入。以上方式皆有可能改變病原、病媒與宿主族群的動態變化,進而影響傳染病發生的機會。然而值得注意的是,人口遷移、國際貿易與人為引入也可以透過其他途徑直接影響傳染病的發生,例如透過人與人之間、人與寵物之間的傳染。

生態系 -> 生態系服務 -> 傳染病

生態系除了透過病原、病媒及宿主族群的動態變化,也可以透過生態服務來影響傳染病的發生,例如當空氣及水質惡化、糧食及藥物等資源不足的時候,人類感染發病的機會也會增加。

傳染病發生的機制

傳染病發生的機制可分為棲地改變棲位入侵跨物種轉移物種多樣性改變人為引發的遺傳改變,以及病原汙染環境等五種。以下將分別對這五種機制進行說明,並介紹相關案例。在此必須注意的是,這些機制彼此之間並非互斥,因此單一傳染病的發生可能會有兩種以上機制的共同作用

  • 棲地改變

去森林化增加了瘧疾發生的機會。作者:Brodie Ferguson ,取自:http://www.flickr.com/photos/38174517@N03/3516404043/in/photolist-6mJupV-755wzK-9bGFZ8-aahLdS-aF1YKf-9BZPa2-9AtJog-9AtFuB-7Gzzbn-9uQmho-9uQmzm-8puXLE-bAPzAN-9s2iDw-9rYmbz-9rYkyz-9s2j7b-9rYksV-9s2ihq-9rYkmr-9rYkLg-9s2icA-cfZxod-87R7PM-9s2iTA-7xJsP7-9McG99-9AwE53-9AwBiW-9AwAjh-9AtHxr-9AwDCu-9AwDnd

人為利用以及氣候變遷導致的棲地改變是影響傳染病發生風險的最大因子。棲地改變會影響生物能夠利用的生態棲位,進而影響病原、病媒、宿主與其他生物的數量與組成;此外,棲地改變也可能影響人類與棲地的互動關係,進而影響病原、病媒、宿主與人類互動的機會,最終影響傳染病發生的風險。在亞馬遜、東非、泰國、印尼的研究案例指出,去森林化(deforestation)會影響瘧蚊屬(Anopheles)不同物種之間的組成比例。由於不同種的瘧蚊對棲地的偏好及瘧疾的傳播能力都不盡相同,而去森林化正好讓森林中原本較不優勢、較能夠傳染瘧疾(malaria)的蚊子種類,在森林被破壞之後變成較優勢的物種,進而增加瘧疾發生的機會。此外,在非洲的研究則指出,灌溉渠道的闢建增加了血吸蟲病(Schistosomiasis)病原的中間宿主—蝸牛可利用的棲地,進而提高血吸蟲發生的風險。

  • 棲位入侵或物種間轉移

當一個物種佔領了沒有其他物種使用的生態棲位,就稱為棲位入侵(niche invasion)。例如,立百病毒(Nipah virus)原本是以狐蝠為宿主,無法直接從狐蝠傳染給人;然而,去森林化導致狐蝠的食物資源減少,使狐蝠被吸引至養豬場的芒果樹覓食,進而把病毒透過唾液、分泌物傳染給豬,並且在豬體內增殖後再進一步傳染給人,終於導致傳染病的爆發,光是在1999年馬來西亞就有超過100人因為感染立百病毒而死亡。

立百病毒。作者:Microbe World,取自:http://www.flickr.com/photos/42636622@N07/5733284447/in/photolist-9JCzHR-9xEtEK

物種間宿主轉移(interspecies host transfer)指的是病原由原本的宿主轉移至新的宿主,其中最有名的例子是人類免疫缺陷病毒(Human Immunodeficiency Virus,HIV)的出現。HIV病毒原本的宿主是黑猩猩,由於西非的獵人在狩獵的時候,接觸到了受感染的黑猩猩的體液,使HIV病毒由黑猩猩轉移至人類。事實上西非人食用野味(bush meat)已有千年歷史,然而HIV病毒是在1980年代才首度被發現,之所以會有這樣的時間落差,主要是因為人口增加以及西非漁場枯竭導致動物性蛋白質的需求增加,使人們更深入森林,接觸到了過去沒有接觸過的生物族群,因而導致病毒的轉移。像這種因為狩獵野味而轉移的病毒還有猴泡沫病毒(Simian Foamy Virus)、伊波拉病毒(Ebola virus)及猴痘病毒(monkeypox virus),隨著人類持續深入森林,可能還會有更多這類新興傳染病(emerging infectious disease)的案例出現。相對地,人類傳染病也可能透過這個機制傳染給野生動物,目前已知的案例包括傳染給烏干達山地大猩猩(Gorilla gorilla)的梨形鞭毛蟲(Giardia)以及傳染給條紋狐獴(Mungos mungo)的肺結核(tuberculosis)。

  • 物種多樣性改變

生態系裡的獵食者、獵物、宿主、病媒與病原透過攝食、感染等關係而維持了動態平衡,當這個平衡由於物種多樣性改變而被過度干擾,就可能會影響傳染病的發生。

就如同有些病媒有較佳的病原傳播能力,有些宿主也比其他宿主更容易把病原傳染給病媒。對許多病原而言,只有少部分的宿主有較佳的傳播效果,因此豐富的物種多樣性就能發揮「稀釋效應」(dilution effect),減少病原感染「較佳宿主」的機會。以美國的萊姆病(Lyme disease)為例,這種傳染病是以蜱為病媒,所感染的宿主中以美國白足鼠(Peromyscus leucopus)有較佳的傳播能力,而森林破碎化及棲地劣化導致物種多樣性下降,同時造成美國白足鼠的數量增加,進而增加萊姆病發生的風險。

胛硬蜱 (Ixodes scapularis)是萊姆症的病媒之一。作者:Fairfax County,取自:http://www.flickr.com/photos/fairfaxcounty/7209178370/

另一個因為稀釋效應降低而導致傳染病發生的例子是中南美洲的狂犬病(rabies)。在中南美洲,吸血蝙蝠(vampire bat)是狂犬病病毒的宿主之一。當環境中吸血蝙蝠的主要血液來源(動物)減少時,就有可能改以人類作為替代的血液來源,同時將病毒傳染給人類。例如人類因採礦或開墾而干擾自然環境,造成野生動物數量下降,導致吸血蝙蝠改以人類為吸血對象。

雖然在上述兩個案例中,物種多樣性下降增加了傳染病發生的風險,但是物種多樣性下降並不是一定會使傳染病更容易發生,例如豐富的物種多樣性也可能伴隨著較多種類的傳染病病原;因此,唯有針對不同的傳染病,了解獵食者、獵物、宿主、病媒與病原的互動關係以及病原的傳播機制,才能了解物種多樣性下降對該傳染病的影響。

  • 人為引發的遺傳改變

人為引發的遺傳改變可能發生在病原或病媒上,前者如不適當的用藥產生多重抗藥性肺結核,後者的案例如在中南美洲傳播查加斯病(Chagas disease)的某些錐鼻蟲(triatomine beetles)產生對殺蟲劑的抗藥性。除了產生抗藥性,人為引發的遺傳改變也可能會影響病原的傳染力,或是使病原有能力轉移至新的物種或生態棲位。

  • 病原汙染環境

某些病原會透過汙染環境以感染宿主,例如鉤端螺旋體病(Leptospirosis)是一種人畜共通傳染病,可藉由皮膚、黏膜或傷口感染哺乳類,在宿主體內增殖後隨尿液排放至環境中,汙染土壤或水源並感染下一個宿主。

生物多樣性的健康、我們的健康

透過以上的介紹,我們可以發現生物多樣性與人類社會在傳染病的發生上有密不可分的關係,例如生態系的變化會影響人類傳染病的發生,而人類也可能影響野生動物的健康。

在世界的交通與貿易越來越頻繁、人類越來越深入自然野地,以及氣候變遷的趨勢下,傳染病防治的議題將更形重要。因此,對於會干擾自然生態系的經濟開發,應針對生態系進行全面調查,以了解潛在的傳染病病原與病媒,並且把開發的經濟利益與傳染病發生造成的經濟損失納入整體評估。

此外,許多新興的傳染病是發生在熱帶地區的國家。這些地區有兩個特色:第一,大多為開發中國家,其自然生態系面臨相當的開發壓力;第二,傳染病的防疫體系較不健全,而自然生態系的破壞也可能使在地居民無法取得傳統的醫藥資源,導致防疫體系進一步弱化。由於在熱帶地區發生的新興傳染病可能透過交通、國際貿易等因子被傳播到其他國家,因此這些區域的傳染病防疫值得全球的重視與投入。

最後,許多傳染病的發生是源於生物多樣性遭到破壞,尤其是生態系及物種層次的多樣性,這顯示妥善地經營、保護並維持生物多樣性的完整性,將有助於降低這類傳染病發生的機會;與此同時,保護生物多樣性也能夠讓我們有機會開發新的藥物以對抗目前還無法治癒,或是未來有可能出現的傳染病。

參考資料:

  • 許翰林、白冠任、林賢君、李俊年與余明治(2009)多重抗藥性結核病。內科學誌20:524-531。
  • 鉤端螺旋體病(Leptospirosis):http://163.22.84.1/CommunicableDiseases/04/04-6/04-6-10.pdf
  • Chivian, E., & Aaron Bernstein, M. D. (2010). How our health depends on biodiversity. Center for Health and the Global Environment, Harvard Medical School, Boston, MA.
  • Jones, K. E., Patel, N. G., Levy, M. A., Storeygard, A., Balk, D., Gittleman, J. L., & Daszak, P. (2008). Global trends in emerging infectious diseases. Nature, 451(7181), 990-993.
  • Keesing, F., Belden, L. K., Daszak, P., Dobson, A., Harvell, C. D., Holt, R. D., … & Ostfeld, R. S. (2010). Impacts of biodiversity on the emergence and transmission of infectious diseases. Nature, 468(7324), 647-652.
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  • Patz, J. A., Confalonieri, U. E. C., Amerasinghe, F. P., Chua, K. B., Daszak, P., & Hyatt, A. D. (2005). Human health: ecosystem regulation of infectious diseases. Millennium Ecosystem Assessment. Condition and Trends Working Group. Ecosystems and Human Well-Being: Current State and Trends. Vol. 1: Findings of the Condition and Trends Working Group, 391-415.
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