Studies on potential risk factors for introduction and spread of avian influenza in domestic poultry of Pakistan

Abstract

Since 1994, the domestic poultry in Pakistan has experienced several outbreaks due to avian influenza viruses (AIVs) of subtypes H7N3, H5N1, and H9N2. Many aspects of the epidemiology of the disease are unknown. Assessment of the risk factors for introduction, spread and persistence of AIVs is necessary so that informed decisions can be made by the government and the industry to manage outbreaks. In this thesis, available country-specific information on poultry production, avian influenza situation (and its evolution) and institutional responses was collated for epidemiological analyses and to assist in the design of control strategies. In addition, studies were carried out to provide insight into risk factors of the disease. One possible route by which AIVs may be introduced into domestic poultry is through migratory wild birds. Pakistan is situated within the Central Asian flyway of migrating birds and contains more than 225 wetlands. The wetland areas provide wintering and staging grounds for a large number of migratory birds coming from Siberia and Central Asian states. The migratory season ranges from September until March. A retrospective case-series analysis of previous H5N1 outbreaks (2006-2008) was performed which revealed that 64% of outbreaks reported to the Office International des Epizooties (OIE) occurred during the migratory period. To answer the question, which areas should be given priority in surveillance and prevention of AIVs transmission during the migratory season, a subset of Asian waterbird census (AWC) data was reviewed and mapped. The data contained local names of 535 sites and annual mid-winter counts of waterbirds from 1987 to 2007. The majority of the sites were not counted regularly leading to gaps in sites-by-years data matrix, (here called missing values). The location of AWC sites provided a crude approximation of spatial distribution of waterbirds during the migratory period. It was also possible to map the maximum reported count per site and find out clusters of undersampled sites (i. e. those with high number of missing values). With improved data on the distribution of migratory/waterbirds, the established geographic information system may help to assess the risk of transmission of avian influenza viruses between migratory birds and domestic poultry. A list of wild bird species was generated that occur in Pakistan and were known to be infected with H5N1. Another focus of this project was the investigation of the contact structure and possible transmission pathways among traditional open-sided chicken farms, a sub-sector of commercial poultry. Between April and June 2009, a cross- sectional survey was conducted in Kamalia, which is a part of the district Toba Tek Singh in central Punjab. Data were collected from 78 growers in interviews based on a standard questionnaire. Important findings of the survey regarding the transmission of AIVs were: short buffer distances among the farms, inappropriate methods for disposal of carcasses of dead birds, entry of bridge species into poultry sheds, incomplete biosecurity on high-risk visitors and essential vehicles, sharing of equipment (e. g. reuse of egg trays), and visits of farmers to potential cross-contamination points. Considering flock size and structure of the farms and conventional meteorological assumptions (very stable boundary layers, very low and constant wind velocity as 1 m/s over 24 h and a wind direction straight towards the next adjacent settlement), the extent of the dispersion of smallsized particulate matter (PM10) was simulated using a Lagrangian dispersion approach. For a velocity of 1 m/s, stable conditions and higher emissions (meat producing birds) concentrations of more than 0,01 μg/m³ were simulated at a distance of 3 km. Compared to velocities of 3 m/s and indifferent conditions, the same concentration was detected up to a distance of 2.5 km. Finally, a pilot study was conducted to elicit the opinion of poultry veterinarians regarding potential risk factors for HPAI outbreaks in Pakistan. For this purpose, the technique of adaptive conjoint analysis (ACA) was used which involves computer-mediated interactive interviewing optionally over the internet. A total of 21 risk factors “attributes” were divided into four categories namely area, pests, people, organic (and inorganic) items. The ACA interview was emailed to 33 local veterinarians in Pakistan. The response rate was 39%. Potential risk factors with the highest mean relative importance were: short buffer distance between the farms, entry of wild birds into poultry sheds, visits of intermediaries and service providers, and sharing high-risk equipment with other farms.

Seit 1994 kam es in Pakistan zu einer Reihe von Geflügelpestausbrüchen, die durch aviäre Influenzaviren der Subtypen H7N3, N5N1 und H9N2 verursacht waren. Viele Aspekte der Epidemiologie der Geflügelpest blieben dabei bislang unerforscht. Die Bewertung von Risikofaktoren für die Einschleppung, Verbreitung und dauerhaften Etablierung ist zumindest bezüglich der hochpathogenen aviären Influenza erforderlich, um auf dem Stand des Wissens beruhende Entscheidungen der Regierung und der Geflügelindustrie zum Umgang mit Seuchenausbrüchen zu ermöglichen. In der vorliegenden Arbeit wurden verfügbare Informationen zur Geflügelproduktion, zur aviären Influenza und der Entwicklung der Seuchenlage sowie der behördlichen Maßnahmen in Pakistan zum Zweck der epidemiologischen Analyse und zur Planung von Bekämpfungsstrategien zusammengestellt. Darüber hinaus wurden Untersuchungen durchgeführt, die Einsicht in Risikofaktoren für die Tierseuche vermitteln. Ein Weg, über den aviäre Influenzaviren in Hausgeflügelbestände eingeschleppt werden können, stellen Zugvögel dar. Pakistan liegt im Bereich der zentralasiatischen und der ostafrikanischwestasiatischen Zugroute und beherbergt mehr als 225 Feuchtgebiete. Diese Feuchtgebiete bieten einer großen Zahl von Zugvögeln, die aus Sibirien und zentralasiatischen Ländern stammen, von September bis März Gelegenheit zum Überwintern und Sammeln. Eine retrospektive Analyse der Fälle ergab, dass sich 64% der Primärausbrüche von hochpathogener aviärer Influenza des Subtyps H5N1, die der Weltorganisation für Tiergesundheit im Zeitraum 2006-2008 gemeldet worden waren, während der Zeit des Vogelzugs ereignet hatten. Die Ausbrüche befanden sich meist in Distrikten mit größeren Feuchtgebieten. Zur Beantwortung der Frage, welche Gebiete bei der Überwachung und der Verhinderung der Übertragung von aviärem Influenzavirus des Subtyps H5N1 auf Hausgeflügel während des Vogelzugs Vorrang gegeben werden sollte, wurden Daten des Asian Waterbird Census (AWC) aufbereitet und kartiert. Die AWC-Daten ermöglichte eine grobe Einschätzung der räumlichen Verteilung von Wasservögeln. Das Maximum der pro Zählstandort registrierten Vögel konnte in einer Karte dargestellt und Cluster von fehlenden Angaben ermittelt werden. Mit besseren Daten zur Verbreitung von Zugund Wildvögeln kann das etablierte Geografische Informationssystem behilflich sein, das Risiko der Übertragung von aviären Influenzaviren von Zugvögeln auf Hausgeflügel besser einzuschätzen. Darüber hinaus wurde eine Liste von Vogelarten erstellt, die Pakistan vorkommen und bei denen Infektionen mit aviärem Influenzavirus des Subtyps H5N1 gezeigt worden waren. Ein weiterer Schwerpunkt des Projektes war die Untersuchung von Kontaktstrukturen und möglichen Übertragungswegen zwischen den traditionellen seitlich offenen Hühnerhaltungen, die einen erheblichen Teil der kommerziellen Geflügelproduktion ausmachen. Im Zeitraum von April bis Juni 2009 wurde eine Querschnittstudie in Kamalia, einem Teil des Distriktes Toba Tek Singh in Zentral-Punjab durchgeführt. Mit Hilfe eines Fragebogens wurden in 78 Betrieben Daten erhoben. Zu den für die Ausbreitung von aviären Influenzaviren wichtigen Ergebnisse der Studie gehörten: kurze Entfernungen zwischen den Betrieben, unangemessene Methoden der Beseitigung von Vogelkadavern, Zugang von Brücken-Vogelarten zu den Geflügelställen, unvollständige Biosicherheitsmaßnahmen in Bezug auf Besucher- und Fahrzeugverkehr mit hohem Risiko, gemeinsame Nutzung von Ausrüstung (z.B. Wiederverwendung von Eierkartons) sowie Besuche von Betriebsinhabern an Orten, wo Kreuzkontaminationen möglich waren. Unter Berücksichtigung der Herdengröße, der Struktur der Betriebe und bei Annahme von in der Region üblichen meteorologischen Bedingungen (sehr stabile Grenzlagen, sehr geringe, konstante Windgeschwindigkeiten von 1 m/s für 24 Stunden, sowie einer Windrichtung direkt auf die nächstliegende Siedlung zu), wurde das Ausmaß der Dispersion von potentiell Viruskontaminiertem Feinstaub (small-sized particulate matter; PM10) mit Hilfe eines lagrangischen Dispersionsansatzes simuliert. Bei einer Windgeschwindigkeit von 1 m/s, stabilen Bedingungen und stärkeren Emissionen (Fleischproduktion) ergab die Simulation Konzentrationen von mehr als 0,01 μg/m³ in 3 km Entfernung. Im Vergleich dazu wurde dieselbe Konzentration bei einer Windgeschwindigkeit von 3 m/s und ansonsten unveränderten Bedingungen bis zu einer Entfernung von 2.5 km gefunden. Um Expertenwissen zu potentiellen Risikofaktoren für Ausbrüche von hochpathogener aviärer Influenza zu erheben, wurde schließlich bei Geflügeltierärzten eine Pilotstudie durchgeführt. Dabei fand die Methode der der “Adaptive Conjoint Analysis” (ACA) Anwendung, einer Computer-vermittelten interaktiven Befragung, die über das Internet erfolgen kann. Insgesamt 21 potentielle Risikofaktoren (‘Attribute’) wurden vier Kategorien (Raum, Schädlingsbekämpfung, Menschen und Gegenstände) zugeordnet. Der ACA-Fragebogen wurde 33 in Pakistan ansässigen Tierärzten per E-mail zugesandt. 39% beantworteten die Fragen. Die potentiellen Risikofaktoren mit dem höchsten mittleren Gewicht waren: kurze Entfernungen zwischen den Betrieben, Zugang von Wildvögeln zu den Ställen, Besuche von Zwischenhändlern und Dienstleistern, und gemeinsame Nutzung von Gegenständen, die einem hohen Kontaminationsrisiko ausgesetzt sind, in mehreren Betrieben.