Modul 2: Dinamika Penyakit dalam Populasi

A. Posisi modul dalam struktur capaian pembelajaran

Salah satu capaian pembelajaran dalam mata kuliah ini, yaitu CPMK-1 adalah “Mahasiswa mampu mengevaluasi status kesehatan populasi hewan melalui integrasi konsep epidemiologi deskriptif dan analitis sebagai dasar pengambilan keputusan.”

CPMK-1 memiliki beberapa Sub-CPMK sebagai turunannya, salah satunya adalah Sub-CPMK-2, yaitu “Mahasiswa mampu menganalisis dinamika penyebaran penyakit pada populasi hewan berdasarkan konsep segitiga epidemiologi, model kompartemen, kurva epidemi, dan parameter penularan penyakit.” Modul ini dirancang sebagai bahan ajar untuk Sub-CPMK-2.

Penguasaan Sub-CPMK-2 akan membekali mahasiswa dengan konsep segitiga epidemiologi, parameter penularan penyakit, model kompartemen, dan kurva epidemi. Keempat konsep ini digunakan untuk menganalisis dinamika penyebaran penyakit pada populasi. Setelah menyelesaikan modul ini, mahasiswa akan siap untuk mempelajari modul berikutnya tentang epidemiologi deskriptif.

B. Indikator keberhasilan

Keberhasilan pembelajaran pada modul (Sub-CPMK) ini diukur melalui empat indikator.

C. Bentuk penilaian

Penguasaan Sub-CPMK-2 dinilai dengan dua bentuk.

D. Alokasi waktu dan kegiatan belajar

Sub-CPMK-2 dirancang untuk diselesaikan dalam satu kegiatan belajar (satu pekan), yang terdiri atas 120 menit kegiatan belajar mandiri, 100 menit kegiatan belajar terbimbing (perkuliahan tatap muka), dan 120 menit menyelesaikan kegiatan penugasan terstruktur.

Kegiatan Belajar 2.1: Dinamika penyakit dalam populasi

I. Peta konsep

Dinamika penyakit dalam populasi
├── Paradigma mengenai penyakit
│   ├── Konsep sehat dan tidak sehat 
│   └── Teori kemunculan penyakit
│       └── Segitiga epidemiologi 
│           ├── Inang 
│           ├── Agen 
│           └── Lingkungan
├── Mekanisme perpindahan penyakit
│   ├── Rantai infeksi
│   │   ├── Reservoir, inang, dan portal 
│   │   └── Cara penularan 
│   └── Pengukuran kapasitas penularan 
│       ├── Angka reproduksi 
│       │   ├── Angka reproduksi dasar (R0)
│       │   └── Angka reproduksi efektif (Re)
│       └── Kekebalan kelompok 
└── Perubahan status penyakit
    ├── Level individu
    │   ├── Riwayat alamiah penyakit 
    │   └── Level pencegahan 
    └── Level populasi
        ├── Model kompartemen (SIRD)
        │   ├── Rentan (S)
        │   ├── Terinfeksi (I)
        │   └── Sembuh & mati (R & D) 
        └── Kurva epidemi 
            ├── Kurva sumber bersama
            └── Kurva perambatan 

Gambar 2.1. Peta konsep dalam modul ini.

II. Uraian materi

A. Kesehatan dalam perspektif epidemiologi

1. Konsep sehat dan tidak sehat

Pada tahun 1948, Organisasi Kesehatan Dunia (WHO) mendefinisikan kesehatan sebagai “kesejahteraan fisik, mental, dan sosial yang lengkap dan bukan sekadar ketiadaan penyakit atau kelemahan”.

Definisi ini dirumuskan untuk manusia. Bagi hewan, biasanya ada ekspektasi tambahan. Hewan yang sehat juga diharapkan memiliki performa yang optimal, misalnya pada aspek produksi dan reproduksinya. Hewan yang performanya tidak optimal (terutama hewan produksi) sering kali dianggap kurang sehat.

Di sisi lain, ada beberapa istilah yang menggambarkan kondisi tubuh yang tidak sehat, misalnya gejala klinis (clinical symptoms), tanda klinis (clinical signs), gangguan (disorder), penyakit (disease), cedera (injury), dan sindrom (syndrome). Tidak ada definisi resmi, misalnya dari WHO, untuk menjelaskan istilah-istilah ini. Namun, mereka dapat dijelaskan dengan ringkas dalam tabel berikut.

Tabel 2.1. Istilah yang mengekspresikan ketidaksehatan.

2. Penyebab hewan sakit

Ada banyak hal yang menyebabkan hewan yang awalnya sehat menjadi tidak sehat. Secara umum, mereka dapat diklasifikasikan menjadi delapan kelompok sebagaimana tabel di bawah ini.

Tabel 2.2. Hal-hal yang menyebabkan hewan menjadi sakit.

Di antara penyebab-penyebab di atas, mana yang berpotensi untuk berdampak pada banyak hewan dan/atau menyebabkan wabah penyakit, epidemi, dan pandemi? Mengapa?

3. Potensi untuk menimbulkan masalah epidemiologis

Tidak semua penyebab ketidaksehatan memiliki potensi yang sama untuk menimbulkan masalah epidemiologis. Tabel berikut ini merangkum potensi mereka untuk menimbulkan kejadian yang berdampak pada banyak individu dalam populasi hewan.

Tabel 2.3. Potensi tiap penyebab penyakit untuk menjadi masalah epidemiologis dan/atau berdampak pada banyak hewan.

Di antara semua penyebab, infeksi dan infestasi menjadi perhatian utama dalam epidemiologi veteriner karena sifatnya yang menular dan mampu menyebar cepat dalam populasi. Meskipun beberapa penyebab lain seperti gangguan metabolisme dan keracunan bisa terjadi pada banyak hewan sekaligus, dampaknya biasanya terbatas pada situasi atau kelompok hewan yang spesifik. Oleh karena itu, kita perlu memahami karakteristik setiap penyebab penyakit untuk menentukan strategi pencegahan dan pengendalian yang tepat.

4. Perkembangan konsep tentang penyebab penyakit

Saat ini, kita telah mengetahui beragam penyebab penyakit. Namun, manusia zaman dahulu tidak memiliki pemahaman sekompleks ini. Sepanjang sejarah, konsep tentang penyebab penyakit terus berkembang dan berubah. Berikut ini adalah beberapa konsep atau teori yang banyak dianut.

Tabel 2.4. Perkembangan teori tentang penyebab penyakit.

Kita akan berfokus pada dua konsep terakhir, yaitu teori kuman penyakit dan multifaktor.

5. Teori kuman penyakit

Konsep dasar munculnya penyakit menurut teori kuman penyakit adalah:

🙂 inang + 🦠 agen = 🤒 penyakit

Menurut teori ini, kuman (sebagai agen) merupakan penyebab utama penyakit. Konsep ini menguat sejak Postulat Koch dibuat pada tahun 1884. Robert Koch, seorang dokter asal Jerman, merumuskan empat kriteria untuk menetapkan hubungan kausal antara penyebab dan penyakit. Melalui postulat ini, Koch mendeskripsikan penyebab tuberkulosis, yaitu Mycobacterium tuberculosis. Ia lantas menerima Penghargaan Nobel dalam Fisiologi/Kedokteran pada tahun 1905 atas penemuannya ini.

Postulat Koch:

1. Suatu mikroorganisme (kausal) harus ditemukan dalam jumlah banyak pada semua organisme yang sakit tetapi tidak pada organisme yang sehat.

2. Mikroorganisme tersebut harus dapat diisolasi dari organisme yang sakit dan ditumbuhkan dalam kultur murni.

3. Mikroorganisme yang dikulturkan harus menyebabkan penyakit yang sama ketika diinokulasikan ke dalam organisme yang sehat.

4. Mikroorganisme tersebut harus diisolasi kembali dari inang yang terinfeksi secara eksperimental dan terbukti identik dengan agen penyebab aslinya.

Meskipun postulat Koch dapat digunakan untuk mengidentifikasi mikroorganisme patogenik sebagai penyebab spesifik suatu penyakit, pendekatan ini memiliki beberapa kelemahan, antara lain:

1. Postulat Koch tidak dapat diterapkan pada penyakit yang tidak menular.

2. Beberapa mikroorganisme patogenik tidak dapat diisolasi dan ditumbuhkan dalam kultur murni, terutama dengan teknologi yang tersedia saat itu.

3. Beberapa individu bisa saja terinfeksi secara subklinis dan tidak menunjukkan tanda-tanda klinis (asimptomatik).

4. Beberapa patogen menyebabkan berbagai penyakit, dan di sisi lain, beberapa penyakit dapat disebabkan oleh beberapa spesies patogen.

Karena kelemahan-kelemahan ini, muncul konsep selanjutnya, yaitu konsep bahwa penyakit disebabkan oleh banyak faktor.

6. Penyebab multifaktor

Gagasan bahwa suatu penyakit disebabkan oleh interaksi antara berbagai faktor mulai muncul pada tahun 1900-an, seiring dengan perkembangan epidemiologi modern yang menggunakan statistika.

Perbedaan antara konsep multifaktor dan teori kuman penyakit adalah adanya pertimbangan faktor-faktor lain seperti lingkungan dalam menimbulkan penyakit.

Konsep munculnya penyakit menurut teori kuman penyakit:

🙂 inang + 🦠 agen = 🤒 penyakit

Konsep-awal munculnya penyakit menurut teori multifaktor:

🙂 inang + 🦠 agen + 🌄 lingkungan = 🤒 penyakit

Ada beberapa model yang digunakan untuk menjelaskan konsep multifaktor, di antaranya segitiga epidemiologi, pai penyebab, jejaring penyebab, dan lingkaran determinan. Di modul ini, kita hanya membahas satu model, yaitu segitiga epidemiologi.

7. Segitiga epidemiologi

Segitiga epidemiologi adalah model dalam epidemiologi yang menjelaskan bahwa suatu penyakit (terutama penyakit menular) dapat muncul akibat adanya interaksi yang sesuai antara tiga komponen, yaitu inang, agen, dan lingkungan. Jika ada komponen yang tidak mendukung, kemungkinan besar penyakit tidak akan muncul atau menyebar lebih lanjut.

1. Inang (atau penjamu) adalah organisme yang menampung agen dan menderita penyakit. Sejumlah faktor yang dimiliki inang memengaruhi kerentanannya terhadap penyakit, antara lain spesies, ras, jenis kelamin, usia, ukuran tubuh, dan status kekebalan.

2. Agen adalah penyebab penyakit, yang dapat berupa patogen, bahan kimia, atau benda fisik. Faktor dari agen yang berpengaruh terhadap potensi penyakit antara lain jenis agen, dosis (jumlah), virulensi, dan patogenisitas.

3. Lingkungan mencakup semua faktor eksternal tempat inang hidup dan terpapar agen. Faktor ini meliputi iklim (suhu, kelembaban, curah hujan), cuaca, tempat tinggal, ketersediaan pakan, dan cara pengelolaan hewan.

Ketiga komponen ini berinteraksi satu sama lain. Interaksi antarkomponen yang tepat mendukung kemunculan dan penyebaran penyakit.

1. Interaksi inang–agen: Penyakit muncul ketika inang yang rentan terpapar dengan agen yang efektif. Interaksi ini bergantung pada respons imun inang dan kemampuan agen menimbulkan penyakit.

2. Interaksi inang–lingkungan: Lingkungan dapat memengaruhi kesehatan inang secara umum. Kondisi hidup yang buruk dan stresor dari lingkungan dapat meningkatkan kerentanan terhadap penyakit.

3. Interaksi agen–lingkungan: Lingkungan dapat memengaruhi kelangsungan hidup dan perpindahan agen. Sebagai contoh, suhu dan kelembapan dapat memengaruhi viabilitas patogen di lingkungan.

Oleh karena itu, untuk mencegah atau mengendalikan suatu penyakit, perlu sejumlah modifikasi atau intervensi komponen segitiga epidemiologi. Semakin banyak komponen atau interaksi yang kita intervensi, maka semakin kecil pula kemungkinan penyakit tersebut muncul dan menyebar.

Tabel 2.5. Contoh intervensi menurut komponen segitiga epidemiologi.

B. Kemampuan penyakit untuk menular

1. Sifat penularan penyakit

Ada penyakit yang sangat menular dalam populasi dan ada penyakit yang tidak menular sama sekali. Di bagian ini, kita akan membahas perbedaan tersebut. Kita perlu mengidentifikasi dan mengukur kemampuan suatu penyakit untuk menular. Informasi ini sangat diperlukan dalam pengendalian dan penanggulangan penyakit hewan, yang merupakan aktivitas utama dalam epidemiologi veteriner.

Secara umum, penyakit dibagi menjadi dua kelompok besar, yaitu penyakit infeksius dan noninfeksius. Banyak orang menyangka bahwa penyakit infeksius sama dengan penyakit menular. Namun, keduanya berbeda. Infeksius dan noninfeksius merupakan dimensi etiologis, sedangkan menular dan tidak menular merupakan dimensi epidemiologis.

Penyakit infeksius adalah penyakit yang disebabkan oleh agen biologis (mikroorganisme patogenik atau parasit) yang dapat bereplikasi di dalam tubuh inang. Sementara itu, penyakit noninfeksius adalah penyakit yang tidak disebabkan oleh agen biologis.

Penyakit menular adalah penyakit yang dapat berpindah dari satu individu ke individu lainnya. Di sisi lain, penyakit tidak menular adalah penyakit yang sifatnya individual; tidak berpindah antarindividu.

Kedua dimensi ini dapat dikombinasikan dalam matriks 2x2 berikut ini.

• Kuadran 1: Penyakit noninfeksius dan tidak menular. Tidak ada agen biologis yang bereplikasi dan tidak ada perpindahan penyakit antarindividu. Kelompok ini mencakup kelainan genetik, proses degeneratif, gangguan metabolisme, dan keracunan

• Kuadran 2: Penyakit infeksius dan tidak menular. Ada agen biologis yang bereplikasi, tetapi tidak ada perpindahan penyakit antarindividu. Contoh: infeksi oportunistik atau infeksi lokal, seperti infeksi pada rongga mulut dan infeksi pada luka terbuka.

• Kuadran 3: Penyakit noninfeksius dan menular. Tidak ada penyakit yang berada dalam kategori ini. Ketika ada penyakit noninfeksius yang menimpa banyak hewan secara bersamaan, artinya hewan-hewan tersebut terpapar faktor yang sama.

• Kuadran 4: Penyakit infeksius dan menular. Ada agen biologis yang bereplikasi dan ada perpindahan penyakit antarindividu. Ini adalah fokus utama epidemiologi penyakit menular.

  Kelompok penyakit infeksius dan menular (kuadran 4) bisa digolongkan berdasarkan kemampuannya dalam menular dan menyebar dalam populasi dan ruang geografis.

  • Penyakit yang penularannya terbatas. Contoh: Mayoritas helminthiasis dan infeksi beberapa protozoa seperti giardiasis dan balantidiasis. Perpindahan mereka sangat bergantung pada kondisi lingkungan dan manajemen. Selain itu, sifat penyakitnya cenderung kronis atau sporadis.
  • Penyakit yang penularannya melintasi batas-batas administratif, biasanya disebut sebagai penyakit hewan lintas batas (transboundary animal diseases, disingkat TADs), adalah penyakit yang dapat menyebar antarwilayah atau antarnegara. Banyak di mereka menimbulkan dampak ekonomi dan sosial yang signifikan. Contohnya adalah flu burung dan demam babi Afrika.

2. Rantai infeksi

Untuk memahami bagaimana penyakit menular menyebar dalam suatu populasi, kita dapat menggunakan konsep rantai infeksi. Rantai infeksi adalah model yang menjelaskan bagaimana agen infeksius berpindah dari satu individu atau satu sumber ke individu lainnya. Penyebaran ini terjadi melalui serangkaian komponen yang saling terhubung dan membentuk suatu siklus.

Gambar di atas mengilustrasikan komponen utama dalam rantai infeksi:

1. Agen infeksius: mikroorganisme patogenik, seperti virus, bakteri, dan fungi, atau parasit.

2. Reservoir: habitat alami tempat agen hidup dan berkembang biak, yang dapat berupa hewan, manusia, atau objek di lingkungan.

3. Portal keluar: jalur keluarnya agen infeksius dari inang terinfeksi, seperti cairan tubuh, feses, atau percikan napas.

4. Cara penularan: cara agen berpindah dari sumber ke individu lain, misalnya melalui kontak langsung, udara (aerosol), makanan, atau vektor seperti nyamuk.

5. Portal masuk: jalur masuknya agen ke inang baru, misalnya saluran pernapasan, saluran pencernaan, atau kulit yang terluka.

6. Inang rentan: individu yang tidak memiliki kekebalan sehingga ia rentan terinfeksi.

Model segitiga epidemiologi dan model rantai infeksi saling melengkapi. Jika segitiga epidemiologi menampilkan faktor-faktor yang memengaruhi kemunculan dan penyebaran penyakit, maka rantai infeksi memetakan mekanisme penyebaran dan unsur-unsurnya. “Agen” dan “inang rentan” merupakan dua komponen yang muncul dalam segitiga epidemiologi dan rantai infeksi. Sementara itu, “lingkungan” yang menjadi komponen segitiga epidemiologi mencakup semua hal yang berhubungan dengan tempat agen dan inang bertemu. Di sisi lain, “reservoir” dan “cara penularan” merupakan komponen dalam alur penyebaran penyakit. Di bagian selanjutnya, kita akan membahas lebih detail mengenai cara penularan. Ini adalah komponen utama yang menentukan apakah suatu penyakit memiliki penularan yang terbatas atau lintas batas.

3. Cara penularan

Cara penularan (disebut juga jalur atau rute penularan) adalah mekanisme perpindahan agen infeksius dari suatu sumber atau dari inang terinfeksi ke inang rentan.

Secara umum, cara penularan dibagi menjadi dua kategori utama:

1. Penularan vertikal merupakan perpindahan agen infeksius dari induk ke keturunannya, yang dapat terjadi melalui plasenta di dalam kandungan, paparan selama proses kelahiran, atau melalui konsumsi air susu.

2. Penularan horizontal merupakan perpindahan agen infeksius dari satu individu ke individu lain yang tidak berada dalam hubungan induk dan anak. Penularan ini dibagi lagi menjadi dua jenis:

   1. Penularan langsung, ketika agen infeksius berpindah secara langsung tanpa perantara. Hal ini dapat terjadi melalui
      1. Kontak fisik, ketika agen infeksius berpindah dari individu terinfeksi ke individu rentan melalui sentuhan pada kulit, membran mukosa, luka terbuka, atau saat keduanya melakukan hubungan seksual.
      2. Percikan pernapasan (droplet), ketika agen infeksius berada di dalam percikan yang dihasilkan oleh individu terinfeksi saat ia batuk atau bersin, dan kemudian partikel tersebut masuk ke dalam tubuh individu rentan karena mereka sedang berada dalam jarak dekat dan berada pada waktu yang sama.
   2. Penularan tidak langsung, ketika agen infeksius berpindah melalui media atau perantara. Penularan ini bisa melibatkan
      1. Fomit, ketika agen infeksius menempel pada benda mati seperti peralatan, pakaian, atau kandang.
      2. Udara (airborne), ketika agen infeksius merupakan partikel kecil yang melayang di udara dan bisa bertahan cukup lama.
      3. Makanan (foodborne), ketika agen infeksius terdapat di dalam makanan yang dikonsumsi individu rentan.
      4. Air (waterborne), ketika agen infeksius terdapat di dalam air.
      5. Vektor (vectorborne), ketika agen infeksius terdapat di dalam tubuh vektor mekanis ataupun vektor biologis, misalnya serangga.

Kita perlu memahami berbagai jalur penularan ini untuk mencegah dan mengendalikan penyakit. Jika kita dapat mengidentifikasi titik-titik kritis dalam rantai penularan, kita dapat melakukan intervensi yang tepat.

4. Angka reproduksi

Setelah kita memahami cara penularan, pertanyaan selanjutnya adalah, “Seberapa besar kemampuan suatu penyakit untuk menular dalam populasi?” Bisa jadi ada dua penyakit yang cara penularannya sama, tetapi potensi penularannya berbeda. Contohnya adalah penyakit mulut dan kuku (PMK) dan rhinotrakeitis infeksius sapi (IBR). Keduanya sama-sama menginfeksi sapi dan sama-sama menular melalui sekresi pernapasan dan kontak erat. Namun, PMK dapat mewabah, sedangkan IBR cenderung lebih terlokalisasi. Contoh lain adalah koksidiosis dan askaridiasis pada ayam. Keduanya sama-sama menular melalui rute fekal–oral (agen keluar melalui feses dan kemudian tertelan individu rentan). Namun, koksidiosis dapat menyebar jauh lebih luas dan lebih cepat dibandingkan askariasis.

Jika ada satu hewan terinfeksi yang dimasukkan ke dalam populasi yang seluruh individunya rentan, berapa ekor hewan yang akan tertular dari satu hewan terinfeksi ini? Jika ia mampu menularkan penyakit ke lebih dari satu individu, maka jumlah kasus akan bertambah dari waktu ke waktu. Logika ini yang memunculkan konsep angka reproduksi.

Angka reproduksi dasar (disimbolkan sebagai R₀) adalah rata-rata jumlah infeksi sekunder yang diakibatkan oleh satu individu terinfeksi pada populasi yang seluruhnya rentan. Lihat gambar di bawah sebagai contoh, jika penyakit A memiliki R₀ = 2, maka satu individu yang terinfeksi penyakit A dapat menularkan penyakit tersebut kepada dua individu rentan lainnya. Begitu pula dengan penyakit B yang memiliki R₀ = 3. Satu individu yang terinfeksi penyakit B dapat menularkan penyakit ini kepada tiga individu yang rentan terhadap penyakit ini.

Ada dua syarat penting dalam definisi R₀, yaitu

1. Semua individu dalam populasi diasumsikan rentan terhadap penyakit.
2. Tidak ada intervensi yang dilakukan untuk mengendalikan penyebaran penyakit, misalnya isolasi, karantina, atau vaksinasi.

Beberapa orang mengira bahwa R₀ adalah angka yang melekat pada patogen. Pemahaman ini keliru. R₀ merupakan hasil interaksi antara agen, inang, dan lingkungan. Miskonsepsi lain adalah pemahaman bahwa R₀ menunjukkan keparahan penyakit pada inang. Padahal, ia menunjukkan potensi untuk potensi suatu penyakit untuk memperluas penularan dalam populasi.

Nilai R₀ juga menunjukkan ambang penyebaran. Jika R₀ lebih besar dari 1, setiap kasus lama rata-rata menghasilkan lebih dari satu kasus baru sehingga penyakit berpotensi menyebar. Jika R₀ sama dengan 1, jumlah kasus cenderung stabil. Jika R₀ kurang dari 1, penyakit secara bertahap akan menghilang dari populasi. Oleh karena itu, R₀ dapat menjelaskan apakah suatu penyakit mampu tetap menular dalam populasi tertentu.

Secara biologis, R₀ berasal dari tiga komponen utama:

1. Jumlah kontak antara individu infeksius dan individu rentan. Artinya, berapa banyak individu rentan yang mengalami kontak dengan satu individu infeksius. Contoh: Hewan A dan B sama-sama infeksius. Hewan A mengalami kontak dengan 10 ekor hewan rentan per hari, sedangkan hewan B mengalami kontak dengan 50 ekor hewan per hari. Angka reproduksinya akan berbeda.

2. Peluang terjadinya penularan (transmisi) pada setiap kontak. Artinya, seberapa besar peluang perpindahan agen penyakit setiap kali individu infeksius mengalami kontak dengan individu rentan. Contoh: Saat hewan A mengalami kontak dengan hewan rentan, peluang perpindahan agen adalah 5%. Namun, saat hewan B mengalami kontak dengan hewan rentan, peluang perpindahan agen adalah 20%. Angka reproduksinya akan berbeda.

3. Durasi periode infeksius. Artinya, seberapa lama individu terinfeksi dapat menularkan penyakit. Contoh: Hewan A memiliki periode infeksius selama 3 hari, sedangkan hewan B periode infeksiusnya 5 hari. Angka reproduksinya akan berbeda.

Situasi penyakit dengan kontak sering, peluang transmisi tinggi, dan periode infeksius yang panjang cenderung memiliki R₀ yang lebih besar dibanding penyakit yang memerlukan kondisi khusus untuk menular.

Pada contoh di atas:

• R₀ untuk hewan A adalah 10 ekor per hari × 5% × 3 hari = 1,5.
• R₀ untuk hewan B adalah 50 ekor per hari × 20% × 5 hari = 50.

Pada dunia nyata, kita amat jarang menemukan populasi yang seluruh anggotanya rentan. Sebagian individu mungkin sudah kebal setelah pulih dari infeksi alami atau karena telah divaksinasi. Oleh karena itu, selain angka reproduksi dasar (R₀) kita juga mengenal angka reproduksi efektif (Rₑ atau Rₜ). Angka ini menggambarkan rata-rata jumlah kasus sekunder pada kondisi populasi saat itu. Nilainya berubah seiring waktu karena mengikuti perubahan proporsi individu rentan. Secara sederhana, Rₑ merupakan hasil perkalian antara R₀ dan proporsi individu yang masih rentan (disimbolkan dengan S), atau Rₑ = R₀ × S.

Contoh: Ada penyakit dengan R₀ = 4.

• Pada populasi yang 80% individunya rentan, Rₑ = 4 × 80% = 3
• Pada populasi yang 50% individunya rentan, Rₑ = 4 × 50% = 2
• Pada populasi yang 30% individunya rentan, Rₑ = 4 × 30% = 1,2

Kalau begitu, parameter mana yang kita gunakan, apakah R₀ atau Rₑ?

R₀ adalah sifat transmisi pada populasi yang seluruhnya rentan. Di dunia nyata, parameter yang menentukan apakah penularan terus berlangsung adalah Rₑ.

Sampai di sini, kita dapat menyimpulkan bahwa untuk menurunkan potensi penularan penyakit, ada dua hal yang bisa kita lakukan:

1. Menurunkan R₀ dengan cara menurunkan jumlah kontak antara individu infeksius dan individu rentan, peluang terjadinya penularan pada setiap kontak, dan durasi periode infeksius; dan

2. Menurunkan S (proporsi individu rentan) atau dengan kata lain, meningkatkan proporsi individu kebal.

Konsep angka reproduksi digunakan sebagai dasar dalam menentukan strategi pengendalian penyakit, termasuk seberapa banyak populasi yang harus dilindungi agar penularan dapat dihentikan. Bagian selanjutnya akan membahas penerapan konsep ini.

5. Kekebalan kelompok

Kita telah mengetahui bahwa penularan akan berlanjut jika Rₑ lebih besar dari 1 dan akan berhenti jika Rₑ kurang dari 1. Pertanyaan berikutnya adalah, “Bagaimana cara membuat Rₑ menjadi kurang dari 1 dalam suatu populasi?”

Ingat kembali bahwa Rₑ bergantung pada dua hal, yaitu R₀ dan proporsi individu yang masih rentan. Dengan kata lain:

Rₑ = R₀ × proporsi individu rentan.

Artinya, meskipun suatu penyakit memiliki R₀ yang tinggi, penularannya tetap dapat ditekan jika jumlah individu rentan dalam populasi cukup sedikit. Di sinilah konsep kekebalan kelompok muncul.

Kekebalan kelompok atau kekebalan kawanan (herd immunity) merupakan bentuk perlindungan tidak langsung dari penyakit menular yang terjadi ketika sebagian besar populasi menjadi kebal terhadap suatu infeksi sehingga individu yang tidak kebal juga terlindungi. Dalam kondisi ini, satu individu terinfeksi rata-rata menularkan penyakit ke kurang dari satu individu lain. Rantai penularan akan terputus dengan sendirinya.

Dalam konsep ini, tidak semua individu dalam populasi harus kebal. Justru sebaliknya, selalu ada sebagian individu yang masih rentan. Namun, karena sebagian besar individu di sekitarnya kebal, peluang terjadinya kontak efektif dengan individu infeksius menjadi sangat kecil. Individu yang tidak kebal ikut terlindungi secara tidak langsung.

Berapakah proporsi individu kebal yang dibutuhkan?

Penularan akan berhenti jika Rₑ < 1.
Dengan menggunakan persamaan R₀ × S = Rₑ, maka syaratnya menjadi:

R₀ × S < 1

atau

S < 1 / R₀

Karena proporsi individu rentan + proporsi individu kebal = 100%,
maka proporsi individu kebal adalah 100% − proporsi individu rentan atau 1 − S.

Dari sini diperoleh bahwa ambang kekebalan kelompok adalah:

1 − 1/R₀

Sebagai contoh, jika suatu penyakit memiliki R₀ = 2, maka ambang kekebalan kelompok adalah:

1 − 1/2 = 0,5 atau 50%.

Artinya, jika minimal 50% populasi kebal, penularan tidak berlanjut. Masih ada 50% individu yang mungkin rentan, tetapi penyakit tidak akan berkembang luas.

Jika R₀ = 5, maka ambangnya adalah:

1 − 1/5 = 0,8 atau 80%.

Semakin besar R₀, semakin besar proporsi populasi yang harus kebal untuk menghentikan penularan. Inilah sebabnya penyakit dengan daya tular tinggi memerlukan cakupan vaksinasi yang lebih luas.

Terakhir, perlu dipahami bahwa kekebalan kelompok bukanlah kondisi yang tetap karena struktur populasi hewan terus berubah. Ada hewan yang baru lahir, ada hewan yang keluar atau masuk ke dalam populasi, dan ada kekebalan yang menurun seiring waktu. Jika proporsi individu kebal turun di bawah ambang yang dibutuhkan, maka Rₑ dapat kembali menjadi lebih besar dari 1 dan penularan dapat terjadi lagi.

C. Perubahan status kesehatan populasi dari waktu ke waktu

1. Riwayat alamiah penyakit

Riwayat alamiah penyakit adalah gambaran perjalanan suatu penyakit pada individu (baik manusia maupun hewan) seiring waktu tanpa adanya intervensi medis apa pun. Pada umumnya, penggambaran ini dimulai dari individu rentan yang belum berpenyakit hingga penyakit tersebut berakhir, baik karena individu itu sembuh atau meninggal dunia.

Pada penyakit infeksius, terdapat empat tahapan yang dilalui oleh individu penderitanya.

1. Tahap rentan: Pada tahap ini, individu berada dalam kondisi yang memungkinkan untuk tertular jika terpapar agen penyebab penyakit.

2. Tahap subklinis: Ini adalah tahap setelah individu terpapar agen penyakit dan terinfeksi. Agen sudah mulai berkembang dalam tubuh, tetapi belum menimbulkan gejala dan tanda klinis.

3. Tahap klinis: Pada tahap ini, tanda-tanda penyakit sudah terlihat dan/atau gejalanya dapat dirasakan. Manifestasinya bisa ringan hingga berat, tergantung jenis penyakit dan respons tubuh.

4. Tahap luaran, yang umumnya terbagi menjadi pemulihan, disabilitas, atau kematian: Ini adalah tahap akhir dari perjalanan penyakit, ketika hasil akhirnya bisa berupa pulih sepenuhnya, disabilitas yang bersifat permanen atau sebagian, atau kematian.

Setiap tahap penyakit dapat dikendalikan melalui tiga tingkat pencegahan berikut.

1. Pencegahan primer: Upaya untuk mencegah munculnya kasus baru. Kegiatan ini dilakukan terhadap individu yang berada dalam tahap rentan. Contoh: vaksinasi, manajemen pemeliharaan hewan, dan edukasi kepada pemilik hewan.

2. Pencegahan sekunder: Upaya untuk mendeteksi penyakit sedini mungkin dan memberikan pengobatan awal guna mencegah perkembangan penyakit menjadi lebih parah. Kegiatan ini dilakukan terhadap individu yang berada dalam tahap subklinis. Contoh: skrining, diagnosis dini, pemeriksaan laboratorium rutin.

3. Pencegahan tersier: Upaya mengurangi dampak jangka panjang penyakit, mempercepat pemulihan, mencegah kecacatan, dan meningkatkan kualitas hidup. Kegiatan ini dilakukan terhadap individu yang berada dalam tahap klinis. Contoh: rehabilitasi, terapi fisik, dukungan psikososial.

Selain tahapan dan tingkat pencegahan, terdapat pula istilah lain yang sering digunakan untuk menggambarkan durasi waktu pada perjalanan penyakit.

1. Masa inkubasi: Interval waktu sejak individu terpapar agen penyakit hingga munculnya gejala atau tanda klinis yang pertama.

2. Masa laten: Interval waktu sejak individu terpapar agen penyakit hingga ia menjadi infeksius.

3. Masa infeksius: Periode waktu ketika individu terinfeksi dapat menularkan agen penyakit ke individu lain.

4. Masa prepaten: Interval waktu sejak individu terpapar parasit hingga parasit tersebut dapat dideteksi pertama kali, misalnya melalui pemeriksaan feses atau darah.

Ada persamaan antara masa inkubasi dan masa laten. Keduanya dimulai sejak paparan. Namun, mereka bisa memiliki durasi yang berbeda. Masa inkubasi berakhir ketika hewan menunjukkan tanda klinis, sedangkan masa laten berakhir ketika hewan menjadi infeksius dan dapat menularkan agen ke hewan lain.

Dalam banyak kasus, durasi masa inkubasi hampir sama dengan masa laten. Artinya, saat hewan tersebut menunjukkan tanda klinis, ia juga menjadi infeksius. Namun, pada beberapa penyakit, masa laten lebih singkat dari masa inkubasi. Artinya, hewan sudah bersifat infeksius meskipun secara klinis belum menunjukkan tanda-tanda apa pun.

Kita telah mempelajari model riwayat alamiah penyakit (garis waktu pada satu individu) dan model rantai infeksi (hubungan antarindividu). Bagaimana jika keduanya dikombinasikan?

Dalam model rantai infeksi, terdapat hewan penginfeksi (sumber infeksi) dan hewan rentan yang terinfeksi. Setiap hewan memiliki garis waktu sendiri-sendiri.

Perbedaan interval waktu yang dialami oleh penginfeksi dan terinfeksi dapat dinyatakan dengan interval generasi (jarak antara paparan pada hewan penginfeksi dan terinfeksi) dan interval serial (jarak antara munculnya tanda klinis pada hewan penginfeksi dan terinfeksi).

2. Model SIR

Riwayat alamiah penyakit menggambarkan perjalanan penyakit pada satu individu. Bagaimana jika kita ingin menggambarkan ratusan atau ribuan individu sekaligus?

Salah satu cara untuk menggambarkan riwayat alamiah penyakit pada populasi adalah melalui model SIR. Model ini menggunakan pendekatan matematika yang membagi populasi ke dalam tiga kompartemen berdasarkan status penyakit setiap individu.

1. Susceptible (rentan): Individu yang saat ini rentan terhadap penyakit dan dapat terinfeksi jika terpapar agen infeksius.

2. Infected (terinfeksi): Individu yang saat ini terinfeksi dan bersifat infeksius, artinya dapat menularkan penyakit kepada individu yang rentan.

3. Recovered atau removed (sembuh atau keluar): Individu yang tidak lagi terinfeksi karena sembuh dan menjadi kebal dan tidak lagi berperan dalam penularan penyakit.

Model SIR mengasumsikan bahwa individu mengalami perubahan status penyakit dan berpindah kompartemen secara berurutan. Pada awalnya ia rentan, kemudian terinfeksi, dan terakhir menjadi sembuh (S⟶I⟶R).

Namun, dalam perkembangan selanjutnya, model ini dianggap terlalu sederhana untuk menjelaskan dinamika penyakit. Oleh karena itu, para ahli epidemiologi menambahkan beberapa kompartemen lain, seperti E, V, dan D.

1. Exposed (terpapar): Individu yang telah terpapar agen penyakit dan terinfeksi, tetapi penyakit masih berada dalam masa inkubasi .

2. Vaccinated (tervaksin): Individu yang telah menerima vaksin dan terlindungi dari infeksi, baik berupa perlindungan sebagian atau penuh.

3. Death (mati): Individu yang meninggal akibat penyakit.

4. Kompartemen lain, seperti Quarantined (dikarantina) dan Hospitalized (dirawat), tergantung kebutuhan analisis.

Dengan adanya kompartemen-kompartemen baru ini, model SIR dapat berkembang menjadi SIRD, SEIRD, SVEIRD, atau bentuk lainnya.

Berikut ini contoh dinamika penyebaran penyakit berdasarkan model SIRD. Perhatikan bahwa setiap hari, jumlah populasi tetap konstan, yaitu 1000.

Tabel 2.6. Simulasi dinamika status penyakit berdasarkan model SIRD.

Dari tabel di atas, kita dapat melihat bagaimana jumlah individu dalam setiap kompartemen berubah dari hari ke hari. Perubahan ini tidak terjadi secara acak, tetapi mengikuti dua tahapan, yaitu (1) proses infeksi dan (2) proses pemulihan atau proses kematian.

Perpindahan dari kompartemen rentan (S) ke terinfeksi (I) terjadi ketika individu rentan mengalami kontak dengan individu infeksius. Laju perpindahan ini dipengaruhi oleh dua hal yang telah dibahas sebelumnya, yaitu frekuensi kontak dan peluang terjadinya transmisi pada setiap kontak. Dalam model matematika, faktor ini sering dinyatakan dalam satu parameter yang disebut laju transmisi atau laju penularan (β).

Setelah itu, perpindahan dari kompartemen terinfeksi (I) ke sembuh (R) atau mati (D) dipengaruhi oleh lamanya masa infeksius. Semakin cepat individu keluar dari status infeksius, semakin kecil peluang ia menularkan penyakit kepada individu lain. Dalam model matematika, proses ini sering dinyatakan dengan parameter laju pemulihan atau laju pelepasan (γ). Parameter ini juga bisa disebut dengan laju keluar dari status infeksius.

Pada hari-hari awal di tabel simulasi, jumlah individu terinfeksi cenderung meningkat. Hal ini terjadi karena jumlah individu rentan masih sangat besar sehingga peluang kontak antara individu rentan dan infeksius juga besar. Pada fase ini, setiap individu infeksius rata-rata menularkan penyakit ke lebih dari satu individu lain. Dengan kata lain, angka reproduksi efektif (Rₑ) masih lebih besar dari 1.

Seiring waktu, jumlah individu rentan berkurang karena semakin banyak yang berpindah ke kompartemen terinfeksi, sembuh, atau mati. Ketika proporsi individu rentan menurun, peluang terjadinya infeksi baru juga ikut menurun. Pada suatu titik, setiap individu infeksius rata-rata hanya menularkan ke satu individu lain, dan kemudian kurang dari satu. Saat itulah jumlah kasus aktif mulai menurun.

Dengan demikian, model SIR (atau variasinya) menunjukkan bahwa dinamika penyakit pada populasi ditentukan oleh interaksi antara jumlah individu rentan dan jumlah individu infeksius. Selain itu, model SIR juga menunjukkan bahwa suatu wabah ada batasnya. Ia bisa meningkat, mencapai puncak, dan kemudian menurun. Penurunan ini bukan semata-mata karena agen melemah, tetapi karena struktur populasi berubah dari waktu ke waktu.

Agar kita mudah memvisualisasikan perubahan ini, kita dapat menggambarkan jumlah individu pada setiap kompartemen dari waktu ke waktu dalam bentuk grafik. Grafik inilah yang dikenal sebagai kurva epidemi.

3. Kurva epidemi

Kurva epidemi adalah grafik yang menggambarkan jumlah kasus penyakit dari waktu ke waktu dalam suatu populasi. Grafik ini digunakan untuk memvisualisasikan pola kejadian penyakit, termasuk bagaimana jumlah kasus dapat meningkat, mencapai puncak, dan kemudian menurun. Kurva ini sangat berguna terutama dalam situasi wabah, tetapi ia juga dapat digunakan untuk memantau penyakit endemik atau musiman.

Pada kurva epidemi, sumbu X selalu menunjukkan waktu, seperti hari, pekan, atau bulan. Sementara itu, sumbu Y biasanya menunjukkan jumlah individu, dan dapat diisi oleh berbagai jenis variabel, tergantung pada tujuan analisis.

Inilah beberapa variabel yang umum digunakan pada sumbu Y dalam kurva epidemiologi:

1. Jumlah kasus baru (insidensi), untuk menunjukkan kecepatan penyebaran penyakit dan waktu terjadinya puncak kasus. Ini adalah variabel yang paling sering digunakan pada sumbu Y kurva epidemiologi.

2. Jumlah kasus aktif, untuk menggambarkan beban penyakit yang sedang berlangsung pada suatu waktu.

3. Jumlah kasus kumulatif, untuk menunjukkan total dampak penyakit sejak awal hingga waktu tertentu.

4. Jumlah kematian baru, untuk menunjukkan laju kematian dari waktu ke waktu dan mengidentifikasi periode paling mematikan dari penyakit.

5. Jumlah kematian kumulatif, untuk memperlihatkan total kasus kematian akibat penyakit hingga waktu tertentu, mencerminkan dampak keseluruhan terhadap populasi.

6. Jumlah kesembuhan kumulatif, untuk menggambarkan pemulihan dalam populasi dan efektivitas penanganan.

Mari kita buat kurva epidemiologi dari tabel SIRD. Pada tabel di bawah ini, kolom I menunjukkan jumlah kasus aktif, kolom R menunjukkan jumlah kesembuhan kumulatif, dan kolom D menunjukkan jumlah kematian kumulatif. Kita memerlukan satu tambahan kolom, yaitu jumlah kasus baru. Setiap baris pada kolom ini didapatkan dengan cara mengurangi jumlah hewan rentan pada hari sebelumnya dengan jumlah hewan rentan pada hari ini.

Catatan: Jumlah kasus baru pada hari ke-n = Jumlah individu rentan pada sehari sebelumnya (n–1) dikurangi jumlah individu rentan pada hari tersebut (n) = Sn–1 – Sn

Tabel 2.7. Simulasi dinamika status penyakit berdasarkan model SIRD.

Setelah mengetahui jumlah kasus baru per hari, kita dapat membuat kurvanya.

Gambar 2.9. Kurva epidemi dari tabel simulasi SIRD. Sumbu x menunjukkan hari, sedangkan sumbu y menunjukkan jumlah kasus baru.

Jika kita perhatikan kurva tersebut, terdapat tiga fase utama, yaitu fase kenaikan, fase puncak, dan fase penurunan.

1. Pada fase kenaikan, jumlah kasus baru meningkat dari hari ke hari. Hal ini terjadi karena setiap individu infeksius rata-rata menularkan penyakit ke lebih dari satu individu lain. Dengan kata lain, pada fase ini angka reproduksi efektif (Rₑ) lebih besar dari 1. Jumlah individu rentan masih cukup banyak sehingga penularan berlangsung dengan cepat.

2. Pada fase puncak, jumlah kasus baru mencapai nilai tertinggi dan kemudian mulai stabil. Pada titik ini, setiap individu infeksius rata-rata hanya menularkan penyakit ke satu individu lain. Artinya, Rₑ mendekati 1.

3. Pada fase penurunan, jumlah kasus baru semakin berkurang. Hal ini terjadi karena jumlah individu rentan telah menurun secara signifikan. Setiap individu infeksius rata-rata menularkan penyakit ke kurang dari satu individu lain. Dengan demikian, Rₑ kurang dari 1 dan rantai penularan secara bertahap terputus.

Pada dasarnya, kurva epidemi adalah representasi visual dari perubahan nilai Rₑ dari waktu ke waktu. Gambar di bawah ini mengilustrasikan struktur umum kurva epidemi.

Gambar 2.10. Struktur umum kurva epidemi. Bagian merah menunjukkan peningkatan jumlah kasus baru (Rₑ >1); bagian kuning menunjukkan kasus baru yang relatif stabil (Rₑ ≈ 1); bagian hijau menunjukkan penurunan jumlah kasus baru (Rₑ <1).

Meskipun demikian, bentuk kurva epidemi tidak selalu sama. Pola kurva bergantung pada sumber dan mekanisme penularan penyakit. Secara umum, terdapat tiga pola utama:

1. Kurva sumber bersama (common source). Pada pola ini, sejumlah individu terpapar sumber infeksi yang sama dalam waktu yang relatif singkat, misalnya pakan atau air yang terkontaminasi. Kurva biasanya menunjukkan kenaikan tajam dan penurunan yang relatif cepat, karena paparan terjadi dalam satu periode waktu tertentu.

2. Kurva sumber bersama berkelanjutan (continuous common source). Paparan terhadap sumber infeksi berlangsung dalam waktu lebih lama, misalnya sumber air yang terus-menerus tercemar. Kurva cenderung membentuk plateau atau puncak yang memanjang.

3. Kurva perambatan (propagated). Pola ini terjadi ketika penyakit menyebar dari satu individu ke individu lain. Kurva biasanya menunjukkan kenaikan yang bertahap, mencapai puncak, kemudian menurun. Dalam beberapa kasus, kurva terlihat memiliki beberapa gelombang naik-turun dan bisa jadi memiliki beberapa puncak. Hal ini mencerminkan siklus penularan antarindividu.

Jenis kurva yang lebih jarang digunakan adalah dengan membuat sumbu y sebagai jumlah kasus aktif. Kurva ini menggambarkan beban penyakit yang sedang berlangsung pada setiap hari. Puncaknya menunjukkan titik beban maksimum yang dialami oleh sistem.

Gambar 2.12. Kurva jumlah kasus aktif.

Grafik lain yang terkadang digunakan adalah diagram batang kumulatif yang menunjukkan perubahan komposisi populasi berdasarkan kompartemen dari waktu ke waktu.

Gambar 2.13. Diagram batang status kesehatan secara kumulatif. Hijau: jumlah individu rentan (S); merah: jumlah individu terinfeksi (I), biru: jumlah individu sembuh (R); hitam: jumlah individu mati (D).

Kurva epidemi memperlihatkan bahwa penyebaran penyakit dalam populasi mengikuti pola yang dapat dipahami dan dijelaskan secara sistematis. Di balik setiap kenaikan dan penurunan jumlah kasus terdapat perubahan proporsi individu rentan, infeksius, dan kebal, serta perubahan nilai angka reproduksi efektif dari waktu ke waktu.

Melalui modul ini, kita dapat melihat bahwa dinamika penyakit pada populasi bukanlah peristiwa yang acak, melainkan proses yang tunduk pada prinsip-prinsip biologis dan epidemiologis yang dapat dianalisis. Pemahaman ini penting dalam epidemiologi veteriner, karena keputusan dalam pengendalian penyakit harus didasarkan pada cara penyakit berkembang dalam populasi, bukan hanya pada gambaran klinis pada individu.

III. Ringkasan

Kegiatan belajar ini membahas dinamika penyakit dalam populasi hewan. Penyakit dipahami sebagai peristiwa yang muncul dan berkembang karena adanya interaksi berbagai faktor. Pembahasan dimulai dari konsep sehat dan tidak sehat dalam perspektif epidemiologi, kemudian dilanjutkan dengan penjelasan tentang berbagai penyebab hewan sakit serta potensi masing-masing penyebab dalam menimbulkan masalah pada tingkat populasi. Perkembangan konsep tentang penyebab penyakit menjadi landasan untuk memahami segitiga epidemiologi, yang menjelaskan peran inang, agen, dan lingkungan dalam kemunculan penyakit. Modul ini kemudian membahas kemampuan penyakit untuk menular melalui konsep rantai infeksi, cara penularan, angka reproduksi, dan ambang kekebalan kelompok. Pada bagian akhir, dinamika penyakit dijelaskan melalui riwayat alamiah penyakit pada individu, model kompartemen seperti SIR untuk menggambarkan perubahan status kesehatan populasi, serta kurva epidemi untuk melihat pola kejadian penyakit dari waktu ke waktu. Seluruh konsep ini membantu mahasiswa memahami bagaimana penyakit muncul, menyebar, dan berubah dalam suatu populasi hewan.