Traversée de la paroi stomacale du vecteur par les microfilaires : techniques d'étude utilisées, importance épidémiologique

Traversee de la paroi stomacale du vecteur par les microfilaires: techniques d'dtude utilisees, importance epidemiologique* 0. BAIN 1 La mise en e'vidence de trois types de relations nume'riques entre microfilaires ingjrjes et microfilaires passees dans l'hewmocele du vecteur (proportionnalite', facilitation, limitation) est une decouverte importante en mati"re de dynamique de la transmission des filarioses et de choix de la mJthode prophylactique. Les experiences faites sur de nombreux couples filaires-vecteurs, dans la nature et au laboratoire, sont analysees, avec indication des difficultes techniques qui peuvent se presenter, et les resultats obtenus sont resumes. L'epidemiologiste qui compte les stades infestants recoltes chez les simulies dans deux foyers d'oncho- cercose tels que la savane de Haute-Volta en Afrique (22), ou la zone de Yepocapa au Guate- mala (9), ne trouve pas de differences fondamentales, car, dans les deux cas, les simulies positives n'h& bergent qu'un petit nombre de larves infestantes. Cette uniformite apparente est cependant la resul- tante de deux processus diam.tralement opposes. En Haute-Volta (savane), qu'une simulie ing6re 1 i 5 microfilaires ou 100 microfflaires, le nombre de parasites qui passent dans la cavite generale est pratiquement le meme: 1 a 5 (1, 23). Au Guatemala, au contraire, le nombre des microfilaires qui passent dans l'hemocele est grossi6rement proportionnel a celui des microfilaires inge'rees, mais cette proportion est extremement faible: environ 1 % (4). Donc, dans ce cas, toutes les simulies qui ont ingere une quantite moderee de microfilaires sont negatives et seules celles qui en ont ingere au minimum 100 sont susceptibles d'etre positives. Ces constatations, dont decoulent des methodes prophylactiques distinctes, nous paraissent avoir un inte're't immediat. Nous nous sommes attachee depuis quelques annees a 'tudier, avec des collegues de l'ORSTOM, cette phase de la transmission. Ayant publie nos resultats en des notes dispersees, et formule des * Ce travail a et6 financ6 en partie par l'OMS. 1 Charg6e de Recherche au CNRS, Laboratoire de Zoolo- gie des Vers, Museum national d'Histoire naturelle, 43 rue Cuvier, 75231 Paris Cedex 05. hypotheses dont certaines se revelent maintenant non fondees, nous souhaitons faire une mise au point et tenter d'exposer l'etat actuel du probleme. TECHNIQUES UTILISAES Le vecteur Le rapport entre microfilaires ingerees (MI) et microfilaires passees (MP) dans l'hemocele du vec- teur (reduction parasitaire) s'obtient en comptant les microfilaires a frais, d'une part dans l'estomac, d'autre part dans l'ensemble du thorax et de l'abdomen. Esslinger (11) a remarque que les microfilaires de Brugia pahangi, en traversant la paroi stomacale d'Anopheles quadrimaculatus, glissaient d'une cellule digestive a l'autre, parallelement a la membrane basale, avant de penetrer dans l'hemocele. Nous avons fait la meme observation pour tous les couples filaires-vecteurs etudies a ce point de vue (5, 3); le passage de la paroi stomacale est donc un ph6no- mene complexe: les microfilaires traversent aisement la membrane cytoplasmique de l'epithelium, mais difficilement la membrane basale; il en resulte qu'elles sejoument longuement a l'interieur de l'epi- thelium digestif et que le comptage des microfilaires passees ne peut etre fait precocement: ainsi, dans une experience sur Wuchereria bancrofti-Anopheles gambiae A, oiu l'on observe dans l'hemocele 1,9 microfilaires en moyenne 1 heure apres le repas, on en trouve en moyenne 5,5 a la 18e heure. Cependant, ces comptages ne doivent pas etre faits trop tard non plus, car, a la longue, les microfilaires 3532 - 397 BULL. ORGAN. MOND. SANTA, Vol. 54, 1976 sont digerees dans l'estomac et ne sont plus visibles. Ainsi, dans le cas d'Onchocerca volvulus chez Simulium ochraceum, au Guatemala, le quart des microfilaires sont detruites de la sorte 12 heures apres le repas. A cette lyse tardive s'ajoute le fait que des micro- filaires peuvent etre dechir6es par les dents pharyn- gees de certains vecteurs (8, 7) echappant alors a l'examen direct 'a frais. C'est encore chez le couple 0. volvulus-S. ochraceum qu'on trouve un bon exemple de ce phenomene; en effet 50% des micro- filaires ingerees sont ainsi broyees, comme le montre la comparaison des observations sur gouttes epaisses et a frais. Finalement, si l'on peut estimer que, dans la plupart des cas, les comptages a frais 24 h apres le repas donnent un resultat valable, il y a lieu nean- moins d'effectuer systematiquement quelques verifi- cations: les gouttes epaisses de contenus stomacaux, faites juste apres le repas, mettent en evidence les destructions immediates par les pieces bucco-pha- ryngees; les comptages compares des microfilaires sur ces gouttes epaisses et a frais revelent le degre de la digestion des microfilaires au cours des 24 pre- mieres heures. Le donneur II est important de verifier que les elements qui, chez un couple filaire-vecteur, caracterisent la traver- see de la paroi stomacale par les microfilaires, definissent effectivement le foyer de transmission. Nous avons etudie a ce point de vue sur le terrain deux onchocerquiens du Guatemala. Les donnees, analysees sur ordinateur, suivant un des modeles stochastiques proposes par M. Mougey, fournissent deux courbes qui ont une allure identique (droites legerement incurvees 'a l'origine), mais qui ne sont pas superposables; le pourcentage de traversee est presque deux fois plus eleve chez l'un des donneurs que chez l'autre (1,6 et 0,9 %). Cette difference est en realite faible (moins de 1 %), bien qu'elle apparaisse clairement sur les graphiques. II semble donc exister sur le terrain des facteurs, presque negligeables mais cependant reels, qui con- cement le donneur. Pour verifier ce point, nous avons procede 'a de nombreuses experiences sur le couple Dipetalonema dessetae Bain, 1973-Aedes aegypti (souche GKEP), en utilisant divers Proechimys hotes a des moments varies de leur infestation et a des taux de microfilare- mie tres differents. Les resultats obtenus sont homo- genes. Finalement, si l'etude d'un seul donneur peut etre consideree comme suffisante pour definir, pour un couple filaire-vecteur, le type de relations nume- riques entre microfilaires ingerees et microfilaires passees dans l'hemocele, il est neanmoins souhai- table d'en etudier plusieurs ayant des microfilare- mies croissantes pour etablir, par fractions succes- sives, la courbe de transmission relative a un foyer. RiASULTATS Les prises de microfilaires La distribution des vecteurs en fonction du nombre des microfilaires ingerees offre deux aspects. I1 y a dans la litterature quelques exemples de courbes de type Poisson, mais cette distribution est rare et ne parait exister que pour des taux de microfilaremie tres faibles (19, 20). Dans la plupart des cas, par exemple, ceux de Kartman (14), de Kershaw et coll. (15) ainsi que dans tous ceux que nous avons 'tudi's, la courbe s'etale tres largement vers la droite. Nous avions d'abord tente d'expliquer cet etale- ment par la coexistence, chez l'hote, de deux popula- tions de microfilaires caracterise'es par des densite's differentes (une population peu concentree de micro- filaires distribuees au hasard, et une population concentree et irregulierement dispersee, qui n'aurait pas la meme localisation). D'apres les constatations de Merny et Dejardin (18) sur les nematodes phytoparasites, une explica- tion mecanique simple, valable pour tous les ani- maux, peut rendre compte du vaste etalement de ces courbes: la distribution de type Poisson n'est pos- sible que pour une densite tres faible de la popula- tion; des que le nombre des individus augmente, il se forme des agregats, et ce nouveau type de dispersion est traduit par une loi binomiale negative. La distribution des vecteurs en fonction du nombre des microfilaires ingerees est probablement compliquee par des phenomenes annexes - voir (14) et (12) en ce qui conceme l'alimentation naturelle des vecteurs et leur alimentation artificielle au moyen de divers dispositifs - mais, dans son ensemble, elle est expliquee par les observations plus generales faites sur la dispersion d'une population animale dans la nature, a savoir dispersion homogene pour les petites concentrations et agglomerats pour les fortes concentrations. Un travail recent de Pichon et coll. (26) propose une formule qui rend compte de l'ensemble du phenomene. Nous considerons donc que les hypotheses formulees pr&cedemment 398 O. BAIN MICROFILAIRES: TRAVERSEE DE LA PAROI STOMACALE DU VECTEUR (deux populations de microfilaires chez l'hote) ne meritent pas d'etre retenues. Rapports numeriques entre microfilaires inge'rees et microfilaires passees Il existe de nombreux travaux sur les relations entre le nombre de microfilaires inge'rees, ou la microfilaremie du donneur, et le rendement obtenu chez le vecteur; les uns concluent que le nombre de stades infestants augmente avec la microfilare- mie (29) et les autres qu'il ne s'accroit pas reguliere- ment avec elle (par exemple, 28, 13, 27, 21). Par contre, les relations entre MI et MP ont ete tr'es peu etudiees (7, 10, 16) et les resultats montrent une proportionnalite; tres lache, avec de grandes variations d'un specimen a l'autre pour un vecteur donne. Des etudes systematiques de divers couples filaire- vecteur (6, 13, 4, 2) nous ont fait retrouver, entre MI et MP, les deux sortes de relations possibles obser- vees avec les stades infestants, mais elles nous ont permis de preciser ces relations et d'en definir finale- ment 3 types: la proportionnalite, la limitation et la facilitation. 1) La facilitation. Nous n'avons actuellement ren- contre qu'un seul exemple de ce type de relation, dans le cas d'Anopheles gambiae A - Wuchereria ban- crofti, en Haute-Volta (6); chez ce couple, les propor- tions de microfilaires passees (MP) dans l'hemocele sont respectivement de 19,8, 30,1 et 51,8% pour les classes de microfilaires ingerees (MI) suivantes: 1 'a 10, 21 'a 30 et 50 'a 200. La proportion de MP est donc d'autant plus importante que le nombre de MI est plus grand. Les etudes histologiques nous ont indique que, d'une fagon paradoxale, les microfilaires ne traversent la paroi de l'estomac qu'aux endroits oui l'epithelium est relativement haut, sur une petite portion de la region posterieure de 1'estomac. Les microfilaires glissent sur l'epithelium distendu et tres aminci et sont incapables d'y penetrer. Dans le cas du couple A. gambiae A-W. bancrofti, l'epithelium reagit au passage d'une microfilaire par une hypertrophie cellulaire locale, ce qui semble faciliter le passage d'autres microfilaires et pourrait, nous semble-t-il, fournir l'explication du pheno- mene (3). 2) La proportionnalite. Nous groupons dans cette section les cas oLu le nombre de MP dans l'hemocele est 'a peu pres proportionnel au nombre de MI. Ce cas est vraisemblablement fr6quent, mais nous n'en avons etudie en detail que trois exemples: Skrjabino- filaria skrjabini-Culex pipiens, Onchocerca volvulus- Simulium ochraceum et Dirofilaria repens-Aedes detritus. Dans le premier cas, il s'agit d'une filaire de marsupial entretenue experimentalement au labora- toire chez C. pipiens; 17% des microfilaires passent en moyenne dans l'hemocele quelle que soit la quantite de MI (2). Dans le deuxieme exemple, la proportion de microfilaires qui passent dans l'hemo- cele du vecteur naturel S. ochraceum est infime: 1 a 2 %. Enfin, avec la filaire du chien, le pourcentage des passages chez un de ses vecteurs potentiels en Camargue est constant et eleve: 72% (etudes en cours). 3) La limitation. Ici, le pourcentage de MP est d'autant plus faible que le nombre de MI augmente. La limitation a ete rencontree chez la forme de savane guineenne de Simulium damnosurm (Haute- Volta) et, 'a plusieurs reprises, chez Aedes aegypti. Dans le cas de 0. volvulus-S. damnosum, les propor- tions de MP sont de 33% pour 1 a 3 MI et de 3,5% pour 100 'a 150 MI. Dans les cas des 4 couples constitues avec A. aegypti, on note les porportions suivantes de MP: avec Setaria labiatopapillosa, il y a 52% et 160% de MP pour 1 'a 5 et 16 'a 20 MI, respectivement; avec W. bancrofti, 58% de MP pour 1 'a 10 MI et 17% pour 40 'a 70 MI; avec Skrjabinofilaria skrjabini, 18% pour 1 'a 30 MI et 4% pour 50 'a 100 MI; enfin avec Dipetalonema dessetae, il y a 65 % de MP pour 1 a 10 MI et 11% pour 200 'a 350 MI (figure 1) (etude en cours). Ce phenomene, malgre d'importantes variations d'intensite, est comparable d'un couple a l'autre. Nous avons cru initialement qu'il existait un maxi- mum a partir duquel le taux de passage baissait brusquement, mais les analyses de Pichon (24) et les donnees que nous avons obtenues chez D. dessetae permettent de rejeter cette hypothese: la limitation est un phenomene progressif. Pour traduire l'evolution de ce phenomene, Pichon et coll. (25) ont propose une formule 'a visee purement descriptive qui donne des resultats d'un interet cer- tain. Toutefois, un des elements les plus caracteris- tiques des resultats experimentaux est leur extreme dispersion, si bien que des formules tres variees (courbes hyperbolique, exponentielle, logistique) peuvent etre ajustees aux memes donnees, de faion aussi satisfaisante. C'est seulement lorsque le ou les mecanismes de la limitation seront elucides qu'un 399 0. BAIN + _ microfilaires ing6rdes: moyennes I calcul6es dans chaque classe 400_ 300 L + ~200 I l~~~~~~~~~~~~~ I 3 G;~~~~~~~~~~~I t 100 5) + Imicrofilaires pass6es: moyennes I ~~~~~~calculdes dans chaque classe 10 + Classes do microfilaires ing6r6es Fig. 1. Travers6e de la paroi stomacale du vecteur Aedes aegypti par les microfilaires de Dipetalonema dessetae; relations num6riques entre microfilaires ing6- r6es et microfilaires pass6es dans 1'h6moclie. modele mathematique pourra etre etabli sur des bases logiques. CONCLUSION Divers auteurs ont constate que l'augmentation du nombre de microfilaires ingerees par les vecteurs n'entramne pas une augmentation proportionnelle du nombre de stades infestants (28, 29, 13, 27, 21); il y a donc une regulation au niveau de l'hote interme- diaire. Nous pensons que nos constatations expliquent partiellement cette regulation. Si, dans les cas de facilitation ou de forte proportionnalite, la regula- tion de la transmission est independante des pheno- menes lies 'a la traversee de 1'estomac, les chiffres que nous avons obtenus semblent indiquer que, dans les cas de proportionnalite faible et de limitation, c'est la traversee de l'estomac qui constitue le phenomene essentiel. Definir, pour chaque couple fflaire-vecteur, la relation entre MI et MP, parait donc avoir une importance preponderante en matiere de dynamique de la transmission. Ce point de vue a ete illustre de facon convaincante (25) par la comparaison du mode de transmission de la filariose de Bancroft en Afrique et en Polynesie. I1 est egalement logique de prevoir que, dans tous les cas oiu il y a facilitation ou proportionnalite "a un taux eleve, une prophylaxie fondee sur les microfilaricides devrait rompre 1'edqui- libre de la transmission, alors que, dans tous les cas oui il y a proportionnalite faible ou limitation bien marquee, la chimiotherapie est vraisemblablement sans effet prophylactique et c'est la lutte antivecto- rielle qui devrait etre envisagee. SUMMARY PASSAGE OF MICROFILARIAE THROUGH THE STOMACH WALL OF THE VECTOR: STUDY TECHNIQUES USED AND EPIDEMIOLOGICAL IMPORTANCE Various authors have observed that an increase in the number of microfilariae ingested by vectors does not bring about an increase in the number of developing and infective larvae: regulation occurs at the level of the intermediate host. Dissection of vectors 24 hours after the infective blood-meal revealed three types of numerical relationship between ingested microfilariae and microfilariae that had passed into the haemocele of the vector-i.e., relationships characterized by proportionality, facilitation, and limitation. Although, in the case of facilitation or of marked proportionality, the regulation of trans- mission is independent of the phenomena related to passage through the stomach wall, the values obtained seem to indicate that, in the case of limitation and of slight proportionality, passage through the stomach wall is the crucial factor. It therefore appears to be of prime importance, as regards the dynamics of transmis- sion, to define for each filaria-vector pair the relationship between the number of microfilariae ingested and the number that have passed through the stomach wall. This view is borne out by the results of a recent com- parative study of the mode of transmission of Bancroft's filariasis in Africa and in Polynesia. It is also logical to 400 MICROFILAIRES: TRAVERSEE DE LA PAROI STOMACALE DU VECTEUR 401 expect that, in cases with facilitation or a high level of proportionality, prophylaxis based on microfilaricides should reduce transmission, whereas, in cases with a low level of proportionality or marked limitation, chemo- therapy will probably have little prophylactic effect and vector control should therefore be envisaged. BIBLIOGRAPHIE 1. BAIN, O. Ann. Parasit. hum. comp.,46: 613-631 (1971). 2. BAIN, 0. Ann. Parasit. hum. comp. (sous presse). 3. BAIN, 0. & BRENGUES, J. Ann. Parasit. hum. comp., 47: 399-412 (1972). 4. BAmN, O., DuRETE-DEssET, M. C. & DE LEON, R. Ann. Parasit. hum. comp., 49: 467487 (1974). 5. BAN, 0. & PHILIPPON, B. Ann. Parasit. hum. comp., 45: 295-320 (1969). 6. BRENGUES, J. & BAN, 0. Cah. ORSTOM, Sir. Ent. m6d. 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