Prävalenz, Risikofaktoren und Manifestation von Polyparasitismus bei Schulkindern in Ruanda mit besonderer Betrachtung von Artemisinin-Resistenz bei Plasmodium falciparum

Abstract

Background: Infections with Plasmodium spp., Ascaris lumbricoides and Giardia duodenalis are common among school-aged children in sub-Saharan Africa. Data on the epidemiology and clinical manifestation of co-infections are rare, and while the impact of malaria on children’s health is well known, acute and long-term impairments from supposedly asymptomatic infections with Plasmodium spp. are increasingly recognized. The emergence of artemisinin resistance endangers the previous achievements of malaria control programs. Mutations in the Plasmodium falciparum Kelch 13 (K13) propeller domain are considered to confer artemisinin resistance. Methods: In 2014, 1,089 schoolchildren aged 6–10 years attending 12 schools in the Huye district of Rwanda were clinically and anthro-pometrically examined. Data on the children’s socioeconomic status and medical history were obtained and their blood and stool samples were collected. Infections with Plasmodium spp., A. lumbricoides and G. duodenalis were determined by microscopy and PCR assays. Furthermore, 222 samples of Plasmodium falciparum isolated from the region in 2010, 2014, and 2015 were investigated for the presence of K13 polymorphism. Results: The majority of the 1,089 schoolchildren were asymptomatic (fever 2.7%) upon examination. Plasmodium spp. was detected in 22.4% (41% submicroscopic infections) of children. Associated with Plasmodium spp. infection were anemia, fever, underweight, and clinically assessed malnutrition in addition to nonspecific symptoms (i.e. tiredness, weakness, vomiting) in the children’s medical history. Except for underweight, these conditions were also increased in submicroscopic infections. Considering the prevalence and implications of co-infections, full data on infection status were available for 878 children. Plasmodium spp., A. lumbricoides, and G. duodenalis were present in 22%, 35%, and 36% of children, respectively; 24% of children had co-infections with two or more parasites. The factors associated with parasite infections largely overlapped and reflected low socioeconomic status. Many of the reported and assessed signs and symptoms were associated with Plasmodium spp., and co-infections did not modify the clinical picture significantly. Furthermore, in 2014 and 2015, K13 polymorphisms were detected in 2.5% and 4.5% (none in 2010) of the children, respectively. Two isolates showed K13 resistance mutations (P574L and A675V) associated with delayed parasite clearance. Conclusion: Polyparasitism is common in Rwandan schoolchildren. While the clinical manifestation is predominated by Plasmodium infection, most children seem asymptomatic or present nonspecific symptoms that may nevertheless affect their long-term development. Emerging K13 poly-morphisms associated with artemisinin resistance may aggravate the impact on children’s health. The results form the basis for improved school-based health programs for children in Rwanda.

Hintergrund: Infektionen mit Plasmodium spp., Ascaris lumbricoides und Giardia duodenalis sind häufig bei Schulkindern in Subsahara Afrika. Die Datenlage bezüglich der Epidemiologie und der klinischer Manifestation von Koinfektionen stellt sich jedoch unzureichend dar. Während der Einfluss von Malaria auf die kindliche Gesundheit bekannt ist, erhalten Akut- und Langzeitauswirkungen von asymptomatisch erscheinenden Plasmodium- Infektionen erst neuerlich Beachtung. Aufkommende Artemisinin-Resistenzen gefährden neuere Erfolge von Malaria-Kontrollprogrammen. Die Kelch 13 (K13) Propeller-Domaine von Plasmodium falciparum wird mit Artemisinin- Resistenz in Verbindung gebracht. Methoden: Im Jahr 2014 wurden 1089 Schulkinder im Alter von 6-10 Jahren, welche 12 Schulen im Huye-Bezirk Ruandas besuchten, klinisch sowie anthropometrisch untersucht, Daten bezüglich der individuellen medizinischen Vorgeschichte und Sozioökonomie eingeholt sowie deren Blutund Stuhlproben gesammelt. Die Bestimmung von Plasmodium spp., A. lumbricoides und G. duodenalis Infektionen erfolgte durch Mikroskopie und PCR-Verfahren. Weiterführend wurden insgesamt 222 Plasmodium falciparum Isolate von Kindern des Huye-Bezirkes aus den Jahren 2010, 2014 und 2015 mit der Frage nach einer möglichen Präsens von K13-Polymorphismen untersucht. Ergebnisse: Die Mehrheit der 1089 Schulkinder waren asymptomatisch (Fieber 2,7%) am Untersuchungstag. Plasmodium spp. konnte in 22,4% (davon 41% submikroskopische Infektionen) der Fälle detektiert werden. Plasmodium spp. zeigte sich assoziiert mit Anämie, Fieber, Untergewicht, klinischer Mangelernährung sowie weiterer unspezifischer, Symptome, in der medizinischen Vorgeschichte (u.a. Müdigkeit, Schwäche, Erbrechen). Mit der Ausnahme von Untergewicht imponierten diese Beschwerden ebenso im Falle von submikroskopischen Infektionen. Bezüglich der Prävalenz, Risikofaktoren und Auswirkungen von Koinfektionen lagen vollständige Datensätze für 878 der Kinder vor. Plasmodium spp., A. lumbricoides und G. duodenalis waren präsent in 22%, 35% und 36% der Kinder, 24% wiesen Koinfektionen mit zwei oder mehr Parasiten auf. Assoziierte Risikofaktoren für Koinfektionen spiegelten vor allem einen niedrigen soziökonomischen Status wider. Viele der erhobenen und beschriebenen Symptome waren mit einer Plasmodium-Infektion assoziiert, und Koinfektionen modifizierten kaum das klinische Erscheinungsbild. Desweiteren konnten 2014 und 2015 2,5% bzw. 4,5% K13-Polymorphismen von P. falciparum detektiert werden, während dies 2010 nicht der Fall war. Zwei Isolate zeigten K13-Mutationen (P574L und A675V), welche mit verzögerter Parasitenelimination von Artemisinin-Behandlung einhergehen. Schlussfolgerung: Polyparasitismus ist häufig unter ruandischen Schulkindern. Während die Manifestation vor allem durch Plasmodium spp. dominiert wird, präsentieren die meisten Kinder unspezifische Symptome, welche dennoch die Langzeitentwicklung der Kinder beeinflussen. Neu detektierte K13-Polymorphismen mit Assoziation zu Artemisinin-Resistenz gefährden die Gesundheit der Kinder zudem. Die Ergebnisse bilden eine Grundlage für verbesserte schulbasierte Gesundheitsprogramme bei Schulkindern in Ruanda.