Epidemiología y tratamiento de Plasmodium vivax = The epidemiology and treatment of Plasmodium vivax

Abstract

La carga de enfermedad y las muertes relacionadas con la malaria han disminuido a nivel global, principalmente gracias a las mejoras en la implementación de las intervenciones para prevenir y tratar la malaria, y en particular al uso de las mosquiteras impregnadas con insecticidas de larga duración y al tratamiento de los episodios clínicos con terapias combinadas con artemisinina. El reciente aumento de los fondos mundiales destinados a financiar los esfuerzos de control de la malaria ha permitido que la mayoría de la población pobre que vive en países endémicos de malaria tenga acceso a medidas de prevención, a diagnóstico en caso de sospecha de malaria y a terapias combinadas con artemisinina. De acuerdo a los datos de 104 países recopilados por la OMS en el Informe Mundial sobre el Paludismo del 2012, se estima que se evitaron 274 millones de casos de malaria y 1.1 millones de muertes relacionadas con la malaria. El éxito de las medidas de control actuales ha reactivado el objetivo de la eliminación de la malaria y su erradicación del globo.

Sin embargo, la mayor parte de los logros globales se deben a la reducción de enfermos graves y muertes debidos a Plasmodium falciparum, principalmente en los países africanos. Fuera de África, la mayoría de las regiones endémicas de malaria cuentan con más de una especie del parásito Plasmodium. Medidas actuales como las mosquiteras impregnadas con insecticidas de larga duración y las terapias combinadas de artemisinina se han mostrado más eficaces contra P. falciparum que contra Plasmodium vivax. En la mayoría de los países endémicos donde P. vivax y P. falciparum coexisten, con programas eficaces de control de la malaria, parece haberse producido un incremento proporcional de la prevalencia de P. vivax, sustituyendo a P. falciparum como especie predominante. P. vivax es más difícil de controlar que P. falciparum a causa de la fase hepática de P. vivax llamada hipnozoito. Los hipnozoitos pueden permanecer inactivos en el hígado durante largos períodos de tiempo antes de volver a activarse para reinfectar la sangre y causar una recaída de malaria por P. vivax en el huésped humano. En las regiones tropicales los hipnozoitos se activan rápidamente, y son comunes las recaídas múltiples a intervalos de cerca de 3 semanas, mientras que en las zonas subtropicales las recaídas pueden producirse con intervalos más largos (de 8 a 10 meses). Lograr la eliminación y erradicación de la malaria será difícil sin la erradicación de los hipnozoitos del hígado, especialmente en regiones endémicas con transmisión de la malaria perenne como Papúa Nueva Guinea.

Actualmente, la primaquina es el único fármaco autorizado en el mercado que tiene efecto sobre los hipnozoitos. Las terapias combinadas de artemisinina, aunque son muy eficaces contra la infección en fase sanguínea de ambos Plasmodium, no tienen ningún efecto sobre los hipnozoitos. Una de las estrategias para la eliminación de la malaria es la administración masiva de medicamentos. Sin embargo, para que esta estrategia sea eficaz en áreas endémicas de P. vivax, debe incluir la primaquina en el régimen de tratamiento para así erradicar los hipnozoitos en el hígado, pero el uso indiscriminado de este fármaco puede conllevar problemas de seguridad importantes. Los futuros posibles sustitutos de la primaquina deben ser fármacos con una fase de eliminación terminal larga con el fin de proporcionar una profilaxis post-tratamiento eficaz para detener la transmisión de P. vivax, previniendo las recaídas desde el hígado. La mayoría de las infecciones por P. vivax en niños mayores y adultos como resultado de las recaídas por activación del hipnozoito en el hígado son asintomáticas.

Por otro lado, la gametogénesis (producción de gametos, los estadios infectivos responsables de la transmisión desde el humano al siguiente mosquito vector) de P. vivax ocurre de forma espontánea con el desarrollo de la infección en fase sanguínea, hecho que lleva a una gametocitemia temprana que incrementa la probabilidad de transmisión a mosquitos antes incluso de la aparición de síntomas y por tanto del tratamiento de los casos sintomáticos. Se ha demostrado que la primaquina también es el único fármaco eficaz contra los gametocitos de estadío V de P. falciparum, los verdaderos responsables de la transmisión en esta especie El uso de la primaquina para la administración masiva de medicamentos será, por lo tanto, una herramienta efectiva para la prevención de la transmisión de P. vivax y P. falciparum.

En la actualidad se desconoce la contribución de los hipnozoitos a la carga de infección y enfermedad por P. vivax, especialmente en los niños que viven en zonas de alta endemicidad. La primaquina, el único fármaco efectivo contra los hipnozoitos de P. vivax y P. ovale conocido, existe desde hace más de 60 años pero, sin embargo, se sabe muy poco de su seguridad y tolerabilidad en los niños, la población que sufre la mayor carga de infección y enfermedad por P. vivax. Incluso en su uso en adultos, todavía no se sabe mucho acerca de la dosificación y modo de acción. Existen importantes limitaciones en el uso de la primaquina en regímenes de tratamiento de la malaria. En primer lugar, el riesgo letal de anemia hemolítica grave asociada al tratamiento con primaquina para las personas con las variantes graves de deficiencia de deshidrogenasa de glucosa-6-fosfato (G6PD). En segundo lugar, la falta de un test de diagnóstico rápido barato, fiable y accesible para detectar la deficiencia de G6PD durante la actividad clínica rutinaria, así como durante el ejercicio preventivo de administración masiva de medicamento.

En Papua Nueva Guinea, varios estudios de cohorte longitudinales han demostrado que P. vivax es la causa más común de infección y enfermedad por malaria en los niños menores de 3 años de edad, mientras que P. falciparum predomina como causa de morbilidad en niños de 3 a 10 años de edad. La enfermedad clínica secundaria a P. vivax tiene su punto culminante a los 3 años de edad. A pesar de que la prevalencia de la infección por P. vivax y P. falciparum son similares en el grupo de mayor edad, los niños con infección de P. vivax permanecen asintomáticos o presentan enfermedad clínica leve. No hay variación estacional en la prevalencia de P. vivax en comparación con la de P. falciparum. Esto puede ser debido a las recaídas por activación de los hipnozoitos en el hígado, que contribuyen a la reinfección de la fase sanguínea, sin requerir la transmisión mediante el vector anofelino.

Esta tesis presenta datos de dos estudios de cohortes longitudinales en niños de 1 a 10 años de Papua Nueva Guinea con niveles normales de G6PD para evaluar el efecto de la primaquina sobre los hipnozoitos en el hígado. Los objetivos eran dos: El primero: determinar la contribución de las recaídas de la activación desde los hipnozoitos a la carga de infección y enfermedad por P. vivax en los niños que viven en una zona de alta transmisión de malaria, después de un pre-tratamiento con primaquina. El segundo: evaluar la seguridad y tolerabilidad del uso de la primaquina en los niños como pre-tratamiento en el terreno. Tras los estudios de cohortes, se estudiaron las propiedades farmacocinéticas de una dosis única de primaquina en niños de Papua Nueva Guinea para evaluar la viabilidad de un eventual tratamiento corto con dosis altas de primaquina para la cura radical de la malaria por P. vivax. Estos estudios constituyen la base de esta tesis.

En el primer estudio, niños de entre 1 y 5 años con G6PD normal fueron seleccionados y distribuidos aleatoriamente en tres grupos: grupo control sin medicación pre-tratamiento; grupo pre-tratado con artesunato + primaquina, y aquellos solamente tratados con artesunato. Las dosis de tratamiento se administraron bajo observación directa, y siempre junto con comida. Los niños fueron seguidos activamente cada dos semanas durante los primeros tres meses, luego mensualmente hasta nueve meses haciendo detección de casos con infección de malaria asintomática y de casos clínicos. La detección pasiva de casos se hizo mediante las enfermeras establecidas en las clínicas locales durante la duración total del estudio. Los resultados de este estudio de cohorte muestran que el pre-tratamiento con artesunato más primaquina (14d, 0.5 mg) redujo la incidencia de malaria por P. vivax en un 49% durante los 3 primeros meses (p = 0.031) y un 19% para los meses 4 a 9 (p = 0,25). También redujo el tiempo de la primera detección por microscopía óptica y por PCR de los casos positivos por infección en un 57% y 48%, respectivamente (p < 0,001), en comparación con el grupo que sólo tomó artesunato. El efecto preventivo del pre-tratamiento en el grupo de primaquina se limitó a los primeros 3 meses de seguimiento y el 30% de los niños sufrieron una reinfección a las 2 semanas de seguimiento.

En el segundo estudio, se realizó un ensayo aleatorizado, doble ciego, controlado con placebo para estudiar el efecto de la primaquina en niños de 5 a 10 años de edad con niveles normales de G6PD. Todos los niños del estudio recibieron cloroquina en los días 1 a 3, y arteméter lumefantrina en los días 15 a 17 días de la fase de pre-tratamiento. Los niños fueron asignados aleatoriamente en dos grupos para recibir primaquina o placebo, juntamente con cloroquina. Todas las dosis pre-tratamiento se administraron bajo observación directa y junto con comida utilizando el mismo programa de seguimiento del primer estudio. Los resultados del segundo estudio muestran que el pre-tratamiento con primaquina redujo el riesgo de adquirir una infección en fase sanguínea nueva en un 78% (p<0.0001), y de enfermedad clínica en un 68% (p<0.0035). La edad se asoció con un riesgo menor de presentar episodios clínicos causados por P. vivax de cualquier densidad (p<0.0167) y de alta densidad (p<0.016). La mayoría de reinfecciones ocurrieron durante las 12 semanas de pre-tratamiento.

El tercer estudio, diseñado para monitorear la seguridad y la tolerabilidad del tratamiento con primaquina en los niños del estudio, se llevó a cabo durante la fase de seguimiento de los dos estudios de pre-tratamiento de cohortes. Se utilizó un cuestionario semi-estructurado de todos los posibles eventos adversos a medicamentos antes de la toma de la dosis de primaquina. Todas las dosis de primaquina se administraron con alimentos excepto en el grupo de edad más joven, en el que los niños fueron amamantados/alimentados por las madres. Los resultados de este estudio mostraron que se necesitaban 14 dosis diarias de 0.5mg/kg de primaquina para garantizar la seguridad y la tolerabilidad en los niños de ambos estudios de cohortes. En ninguno de ellos hubo eventos adversos graves y/o abandonos asociados con la toma de primaquina. En los niños que reportaron náuseas o vómitos debido a la ingestión de primaquina, la recuperación fue casi inmediata a la ingesta de alimentos.

A raíz de los estudios de cohortes, se estudiaron las propiedades farmacocinéticas de dos dosis únicas de primaquina en niños de Papua Nueva Guinea de entre 5 y 10 años de edad, para evaluar la viabilidad de un tratamiento corto, con regímenes de tratamiento con primaquina en dosis altas para la cura radical de malaria por P. vivax. Se evaluaron los perfiles de las dosis de 0.5 mg/kg y 1.0 mg/kg. Durante el reclutamiento, los niños del estudio fueron ingresados en el Centro de Salud durante 2 días para poder hacer un seguimiento exhaustivo y permitir la toma de muestras de sangre frecuentes. Durante todo este tiempo los participantes llevaron una cánula intravenosa permanente para tomar muestras de sangre. Las dosis de primaquina se co-administraron con alimentos.

El estudio de monitorización de la seguridad y tolerabilidad mostró que ambas dosis de primaquina fueron bien toleradas, sin efectos adversos graves. No hubo cambios observados en los síntomas y la gravedad de las náuseas o dolores abdominales en ninguno de los grupos de dosificación de primaquina. No hubo diferencias entre los grupos en la concentración de hemoglobina y niveles de metahemoglobina. Los regímenes cortos de dosis altas simulados mostraron que las concentraciones de primaquina y carboxyprimaquina en plasma predichas y obtenidas no fueron significativamente mayores que las observadas en los estudios farmacocinéticos anteriores en adultos. Esto sugiere que tanto los regímenes de dosis de 0.5 mg/kg como de 1.0mg/kg de primaquina podrían ser evaluados con más detalle en estudios de seguridad y eficacia sobre terreno.

Varios estudios hechos en el pasado sobre la primaquina reportaron un aumento de la eficacia de la primaquina cuando asociada a una droga con una fase de eliminación terminal larga. La primaquina es más eficaz cuando se administra conjuntamente con cloroquina debido a su efecto profiláctico post-tratamiento más largo, tal y como se muestra en el segundo estudio de cohortes. Los estudios también han demostrado que la dosis terapéutica de primaquina se basa en el efecto de la dosis total, y no en los intervalos de dosificación, ya que una mayor dosis diaria durante 7 días parece ser tan eficaz como el régimen de 14 días con eventos adversos mínimos cuando se co-administraron con comida. La actual dosis diaria de primaquina durante 14 días es más eficaz cuando se administra en las condiciones de investigación con la observación directa de la ingesta del fármaco, mientras que en la vida real, debido a la falta de cumplimiento, el tratamiento con primaquina tiene un efecto más reducido. Un tratamiento corto con altas dosis de primaquina compatible con el régimen de 3 días de aplicación de las terapias combinadas con artemisinina sería óptimo para mejorar el cumplimiento durante el tratamiento de rutina y facilitar la administración como administración masiva de medicamentos para la eliminación de la malaria. Por tanto, el último artículo de esta tesis revisa el posible uso de la primaquina como herramienta no sólo de control sino que también para la eliminación de la malaria en el contexto de una zona como Papúa Nueva Guinea.

Los resultados de estas cohortes longitudinales y los estudios de dosis de primaquina contribuirán al conocimiento científico sobre la epidemiología y el manejo de P. vivax, la seguridad del uso de primaquina en niños y a la mejora del cumplimiento de las tomas preventivas del fármaco. Esta será una herramienta útil para el control y eliminación del paludismo para combatir los hipnozoitos en el hígado del huésped humano. La estrategia de la administración masiva de medicamentos tendría potencialmente capacidad para detener la transmisión de la malaria no sólo eliminando hipnozoitos de P. vivax en el hígado, sino también los gametocitos en fase V de P. falciparum.

Globally, the burden of malaria related disease and deaths has decreased in the last 10 years, mainly due to interventions for malaria prevention and treatment with long lasting insecticide treated bed nets and the artemisinin combination therapies, respectively. The recent increase in Global funding for malaria control efforts has enabled majority of impoverished populations living in malaria endemic countries to access preventative measures, diagnosis of presumptive malaria cases and artemisinin combination therapies. According to data summaries from 104m countries compiled by WHO in the 2012 malaria report, an estimated 274 million malaria cases were averted and 1.1 million lives saved from dying, from malaria related illness. The success of current control measures has once again, renewed the goal of malaria elimination and its eradication from the globe.

However, most of the global achievements are due to reductions in severe disease and deaths from Plasmodium falciparum malaria mostly in African countries. Outside of Africa, most malaria endemic regions have more than one Plasmodium parasite species present. The current measures, using long lasting insecticide treated nets and artemisinin combination therapies are more effective against Plasmodium falciparum compared to P. vivax malaria. In most P. vivax endemic countries with effective malaria control programs, there has been a relative increase in the prevalence of P. vivax, replacing Plasmodium falciparum as the predominant species. P. vivax is more difficult to control than Plasmodium falciparum. This is due to the liver stages of P. vivax called hypnozoites. The hypnozoites remain dormant in the liver for prolonged periods of time before activation, to re-infect the blood leading to P. vivax relapse infection and malaria in the human host. In Tropical regions, the hypnozoites activate quickly, and multiple relapses commonly occur, at about 3 weekly intervals, while in the subtropics, relapses occur at about 8-10 month intervals.

Achieving the goal of malaria elimination and eradication will be difficult without eradication of the hypnozoites from the liver, especially in endemic regions with perennial malaria transmission such as Papua New Guinea. Currently, primaquine is the only licensed drug in the market that has an effect upon the hypnozoites. The artemisinin combination therapies while highly effective against the blood stage infection of both Plasmodium falciparum and P. vivax, have no effect upon the hypnozoites. One of the strategies for malaria elimination is mass drug administration.

However, for this strategy to be effective in P. vivax endemic areas, primaquine must be included in the treatment regimen to eradicate the hypnozoites from the liver. The partner drug of primaquine must have a long terminal elimination phase in order to provide effective post-treatment prophylaxis to prevent relapses from the liver to stop P. vivax transmission. Most P. vivax infections in older children and adults as a result of relapses from hypnozoite activation in the liver are asymptomatic.

Moreover, the gametocytogenesis of P. vivax occur spontaneously with the development of blood stage infection leading to early gametocytemia with high probability of transmission to mosquitoes before treatment of symptomatic cases. Primaquine has also been shown to be the only drug effective against the gametocyte stage five of Plasmodium falciparum. Primaquine use for mass drug administration will therefore be an effective tool for preventing P. vivax and P. falciparum transmission.

Currently, the contribution of the hypnozoites to the burden of P. vivax infection and disease especially in children living in highly endemic areas is not well understood. Primaquine, the only licensed drug known to be effective against the hypnozoites of P. vivax (and P. ovale) existed for over 60 years, yet very little is known of its safety and tolerability in children; the population with the highest burden of P. vivax infection and disease. Even in adult use, much is still not known about dosing and mode of action. There are major limitations to primaquine use in malaria treatment regimens. Firstly, the risk of severe life threatening haemolytic anaemia associated with primaquine treatment in persons with the severe variants of glucose- 6-phosphate dehydrogenase deficiency. Secondly, the lack of cheap and reliable, point of care rapid diagnostic test for glucose-6-phosphate dehydrogenase deficiency for routine use and during mass drug administrations.

In Papua New Guinea, several longitudinal cohort studies have shown P. vivax to be the commonest cause of malarial infection and disease in children less than 3 years old; while Plasmodium falciparum accounts for the majority of malarial disease burden in children over 3-10 years old. The clinical disease of P. vivax peaks at 3 years of age. Even though the prevalence of infection with P. vivax and P. falciparum are similar in the older age group, children with P. vivax infection remain asymptomatic with less clinical illness. There is much less seasonal variation in P. vivax prevalence compared to that of P. falciparum. This may be due to relapses from hypnozoite activation in the liver contributing to blood stage re-infection. Two longitudinal cohort studies in G6PD normal Papua New Guinean children aged 1 to 10 years were carried out to assess the effect of primaquine on the hypnozoites in the liver. There were two aims for the cohort studies. Firstly, to determine the contribution of relapses from hypnozoite activation to the burden of P. vivax infection and disease in children living in an area of high malaria transmission, following treatment with primaquine. Secondly, to assess the safety and tolerability of primaquine use in the children as part of the cohort studies, drug treatment phase in the field.

Following the cohort studies, pharmacokinetic profiles of two single high-dose primaquine in Papua New Guinean children were determined to assess the feasibility of short course, highdose primaquine treatment regimens for radical cure of P. vivax malaria. These studies form the basis of this thesis.

In the first study, G6PD normal children aged 1-5 years old were screened and randomized into three groups: control group with no pre-treatment drugs; primaquine plus artesunate group; and those with artesunate only, as pretreatment. The treatment doses were administered by direct observed therapy with food. Children were followed actively every two weeks for the initial three months, then monthly up to nine months for asymptomatic malarial infection and clinical case detection. Passive case detection was done by nurses based at the local clinics throughout the study duration. The result from this cohort study show, pre-treatment with artesunate plus primaquine (14d, 0.5mg) reduced incidence of P. vivax malaria by 49% for the initial 3 months (p = 0.031) and 19% for months 4- 9 (p = 0.25); and reduced time to first light microscopy and PCR-positive infections by 57% and 48%, respectively (p < 0.001), when compared to the artesunate only group. The effect of pretreatment in the primaquine group was limited to the first 3 months of follow-up and 30% of children had re-infection by 2 weeks of follow-up.

In the second study, a randomized, double-blind, placebo controlled trial of primaquine effect was performed in G6PD normal children aged 5 to 10 years old. All study children received chloroquine at days 1-3 and artemether lumefantrine at days 15-17 of the pre-treatment phase. The children were randomized to receive either primaquine or placebo, to be administered with chloroquine. All pre-treatment doses were administered by direct observed therapy with food using the same follow up schedule as study one. The results from this study show, pre-treatment with primaquine reduced the risk of acquiring a new blood stage infection by 78%, (p <0.0001), and clinical disease by 68%, (p <0.0035). Age was associated with a reduced risk of P. vivax clinical episodes of any density (p <0.0167) and high density (p <0.016). Most reinfections occurred within 12 weeks of pre-treatment.

The third study, monitoring of safety and tolerability of primaquine treatment in the study children was performed during the pre-treatment phase of follow up in the two cohort studies. A semi-structured questionnaire of all possible drug adverse events was performed prior to primaquine dose ingestion. All primaquine doses were administered with food, however in the younger age group, children were fed by the mothers. The results from this field-based study show, 14 daily doses of 0.5mg/kg primaquine to be safe and well tolerated in children in both cohort studies. There were no serious adverse events and/or withdrawals of children associated with primaquine ingestion in the two cohorts studies. In children with reported nausea or vomiting due to primaquine ingestion, recovery was almost immediate upon food intake.

Following on from the cohort studies, pharmacokinetic properties of two single-dose primaquine in Papua New Guinean children aged 5-10 years old was performed; to assess the feasibility of short course, high-dose primaquine treatment regimens for radical cure of P. vivax malaria. The profiles of single doses of primaquine 0.5mg/kg and 1.0mg/kg were assessed in the children. At recruitment, study children were admitted to the Health Centre for 2 days for close monitoring, and, to allow for frequent blood sampling. During all this time participants had indwelling intravenous cannula in place for blood sampling. The primaquine doses were co-administered with food.

The safety and tolerability monitoring showed both primaquine doses were well tolerated, with no severe adverse events. There were no observed changes in symptoms and severity of nausea or abdominal pains in the two primaquine dosage groups. There was no betweengroup difference in haemoglobin concentration and methemoglobin levels. The simulated short course high dose regimens showed predicted plasma primaquine and carboxyprimaquine concentrations achieved were not significantly greater than those seen in previous pharmacokinetic studies of adults. This suggests both 0.5mg/kg and 1.0mg/kg primaquine dose regimens could be further assessed in safety and efficacy field studies.

Several primaquine studies in the past observed the efficacy of primaquine enhanced by a partner drug with a long terminal elimination phase. Primaquine is more effective when coadministered with chloroquine due to its longer post-treatment prophylactic effect as shown in the second cohort study. Studies have also shown that the therapeutic dose of primaquine is based on the total dose effect, and not the dosing intervals. Indeed, a higher daily dose for 7 days was as effective as the 14 day regimen with minimal adverse events when coadministered with food. The current 14 day, daily dosing of primaquine is most effective when given in research conditions with direct observation of drug treatment; whereas in real life situations, due to poor compliance, primaquine treatment has a reduced effect. A shorter course of high dose primaquine treatment compatible with the 3 day dosing regimens of artemisinin combination therapies would be ideal; to improve compliance during routine treatment and easier to administer as mass drug administration for malaria elimination. Thus, the last manuscript of this thesis reviews the potential use of primaquine as a tool for control and eventually elimination of malaria in the PNG context.

The results from these longitudinal cohorts and the primaquine dose studies will contribute to the scientific knowledge on P. vivax epidemiology and the safety of primaquine use in children and an attempt to improve compliance. This will be a useful tool for malaria control and elimination to tackle the hypnozoites in the liver of the human host. The mass drug administration strategy would have an effective arsenal to potentially, not only eliminate hypnozoites of P. vivax from the liver, but stage five gametocytes of P. falciparum as well, to stop malaria transmission.