Spatial synchrony of malaria outbreaks in a highland region of Ethiopia

Authors


Corresponding Author Michael C. Wimberly, Geographic Information Science Center of Excellence, South Dakota State University, Brookings, SD, USA. Tel.: 605-688-5350; Fax: 605-688-5227; E-mail: michael.wimberly@sdstate.edu

Abstract

To understand the drivers and consequences of malaria in epidemic-prone regions, it is important to know whether epidemics emerge independently in different areas as a consequence of local contingencies, or whether they are synchronised across larger regions as a result of climatic fluctuations and other broad-scale drivers. To address this question, we collected historical malaria surveillance data for the Amhara region of Ethiopia and analysed them to assess the consistency of various indicators of malaria risk and determine the dominant spatial and temporal patterns of malaria within the region. We collected data from a total of 49 districts from 1999–2010. Data availability was better for more recent years and more data were available for clinically diagnosed outpatient malaria cases than confirmed malaria cases. Temporal patterns of outpatient malaria case counts were correlated with the proportion of outpatients diagnosed with malaria and confirmed malaria case counts. The proportion of outpatients diagnosed with malaria was spatially clustered, and these cluster locations were generally consistent from year to year. Outpatient malaria cases exhibited spatial synchrony at distances up to 300 km, supporting the hypothesis that regional climatic variability is an important driver of epidemics. Our results suggest that decomposing malaria risk into separate spatial and temporal components may be an effective strategy for modelling and forecasting malaria risk across large areas. They also emphasise both the value and limitations of working with historical surveillance datasets and highlight the importance of enhancing existing surveillance efforts.

Abstract

Pour comprendre les déterminants et conséquences du paludisme dans les régions sujettes aux épidémies, il est important de savoir si les épidémies émergent de façon indépendante dans différentes régions comme conséquence de contingences locales, ou si elles sont synchronisées à travers de larges zones en raison de fluctuations climatiques et d’autres déterminants de grande échelle. Pour répondre à cette question, nous avons recueilli des données historiques de surveillance du paludisme pour la région d’Amhara en Ethiopie et les avons analysées pour évaluer la cohérence des divers indicateurs de risque du paludisme et déterminer les profils spatiaux et temporels dominants du paludisme dans la région. Nous avons recueilli des données sur un total de 49 districts de 1999 à 2010. La disponibilité des données était meilleure pour les années les plus récentes et davantage de données étaient disponibles pour les cas de paludisme ambulatoires diagnostiqués cliniquement que pour les cas de paludisme confirmés. Les profils temporels du nombre de cas de paludisme ambulatoire ont été corrélés avec la proportion de patients ambulatoires diagnostiqués comme ayant le paludisme et le nombre de cas confirmés de paludisme. La proportion de patients ambulatoires diagnostiqués avec le paludisme était géographiquement regroupée et les localisations de ces regroupements étaient généralement stables d’une année à l’autre. Les cas de paludisme ambulatoire démontrent une synchronie spatiale sur des distances allant jusqu’à 300 km, soutenant l’hypothèse que la variabilité climatique régionale est un facteur important pour les épidémies. Nos résultats suggèrent que la décomposition du risque du paludisme en différentes composantes spatiales et temporelles pourrait être une stratégie efficace pour la modélisation et la prévision des risques de paludisme à travers de vastes zones. Ils insistent aussi sur la valeur et les limites de travailler avec des ensembles de données historiques de surveillance et mettent en évidence l’importance de renforcer les efforts de surveillance existants.

Abstract

Para entender las causas y las consecuencias de la malaria en regiones con tendencia a las epidemias, es importante conocer si estas surgen de forma independiente en diferentes áreas como consecuencia de contingencias locales, o si están sincronizadas en regiones más amplias como resultado de las fluctuaciones climáticas y otros factores a mayor escala. Con el fin de abordar esta pregunta, recogimos datos históricos de vigilancia epidemiológica de la malaria para la región de Amhara en Etiopía y los analizamos con el fin de evaluar la consistencia de varios indicadores de riesgo de malaria y determinar los patrones espaciales y temporales dominantes para la malaria en esta región. Recogimos datos de un total de 49 distritos entre 1999-2010. La disponibilidad de datos era mejor en los últimos años, y había un mayor número de datos para casos de pacientes externos diagnosticados con malaria que de casos de malaria confirmados. Los patrones temporales de número de casos de pacientes externos con malaria se correlacionaban con la proporción de pacientes externos diagnosticados con malaria y con el número de casos confirmados de malaria. Los pacientes externos diagnosticados con malaria se agrupaban en conglomerados espaciales, y en general la localización de dichos conglomerados era consistente de un año a otro. Los casos de malaria en pacientes externos tenían una sincronía espacial en una distancia de hasta 300km, apoyando la hipótesis de que la variabilidad del clima dentro de una región es un factor importante en las epidemias. Nuestros resultados sugieren que el descomponer el riesgo de malaria en componentes espaciales y temporales puede ser una buena estrategia para modelar y predecir el riesgo de malaria en áreas grandes. También hacen hincapié en el valor y las limitaciones de trabajar con bases de datos históricas y subrayan la importancia de reforzar los iniciativas actuales de vigilancia epidemiológica.

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