Unforgiving Math, kas aptur epidēmijas - - Veselība - 2020

Saturs:

Anonim

Gripa nesasniegšana varētu apdraudēt vairāk nekā tikai paša veselību, liecina ganāmpulka imunitātes aprēķini

No Quanta Magazine ( šeit atradīsiet oriģinālu stāstu ).

Ikgadējai gripas sezonas pieejai medicīnas speciālisti atkal mudina cilvēkus saņemt gripas šāvienu. Varbūt jūs esat starp tiem, kas racionalizē izlaist šāvienu, pamatojoties uz to, ka „es nekad nesaņemu gripu” vai „ja es slimošu, es slimoju” vai „es esmu vesels, tāpēc es to pārvarēšu.” varētu saprast, ka šīs gripas un citu slimību vakcinācijas kampaņas ir daudz vairāk nekā jūsu veselība. Tie ir par kolektīvu rezistenci pret slimībām, kas pārsniedz individuālo labklājību, un to regulē matemātiskie principi, kas nepiedod nepamatotas individuālas izvēles.

Runājot par vakcināciju un slimību kontroli, veselības aizsardzības iestādes bieži atsaucas uz „ganāmpulka imunitāti”. Šis termins attiecas uz imunitātes līmeni populācijā, kas nepieciešama, lai novērstu slimības uzliesmojumu. Zemais ganāmpulka imunitātes līmenis bieži ir saistīts ar epidēmijām, piemēram, masalu uzliesmojumu 2014. – 2015. Gadā, ko izsekoja Disnejlendā Kalifornijā. Pētījums, kurā tika pētīti gadījumi no šīs slimības uzliesmojuma, parādīja, ka masalu vakcinācijas rādītāji pakļautajā populācijā var būt tik pat 50%. Šis skaitlis bija daudz zemāks par slieksni, kas nepieciešams ganāmpulku imunitātei pret masalām, un tas apdraudēja slimības risku.

Nepieciešamais imunitātes līmenis iedzīvotājiem nav vienāds katrai slimībai. Masalu ārstēšanai ir jāuztur ļoti augsts imunitātes līmenis, lai novērstu tā izplatīšanos, jo masalu vīruss, iespējams, ir visnopietnākais zināms organisms. Ja masalas inficēti cilvēki iekļūst populācijā, kurai nav imunitātes, tie vidēji katrs inficē 12 līdz 18 citus. Katra no šīm infekcijām savukārt izraisīs vēl 12 līdz 18, un tā tālāk, līdz to cilvēku skaits, kuri ir uzņēmīgi pret vīrusu, bet vēl nav nozvejoti, ir gandrīz nulle. Cilvēku skaits, kas inficēti ar katru infekciozu indivīdu, ir pazīstams kā konkrēta mikrobi (saīsināts R0) “pamatnosaukums”, un tas lielā mērā atšķiras no baktērijām. Aprēķinātais R0 Āfrikas Ebola uzliesmojuma R0 rādītājs 2014. gada publikācijā bija aptuveni 2, līdzīgs R0computed par 1918. gada gripas pandēmiju, pamatojoties uz vēsturiskiem datiem.

Ja Ebola vīrusa R0 izklausās pārsteidzoši zems, tas, iespējams, ir tāpēc, ka jūs esat maldinājis bieži vien histēriskā ziņošana par šo slimību. Patiesība ir tāda, ka vīruss ir ļoti infekciozs tikai slimības vēlīnā stadijā, kad cilvēki ar to ir ļoti slimi. Tie, kurus visbiežāk inficē Ebola pacients, ir aprūpētāji, ārsti, medmāsas un apbedīšanas darbinieki, jo viņi ir tie, kas visticamāk būs klāt, kad pacienti ir „karstākie” un visdrīzāk pārnēsā šo slimību. Infekciozā Ebola pacienta, kas iekāpj lidmašīnā, un slimības pārnešanas uz citiem pasažieriem scenārijs ir ļoti maz ticams, jo infekciozais pacients varētu būt pārāk slims, lai lidotu. Patiesībā mēs zinām par ceļotājiem, kas lidojot bija inkubējuši Ebola vīrusu, un tie lidojumu laikā neradīja sekundārus gadījumus.

Ņemiet vērā, ka R0 nav saistīts ar infekcijas smagumu, bet gan uz to, cik efektīvi tas izplatās. Ebola nogalināja apmēram 40 procentus no tiem, kas inficēti Rietumāfrikā, savukārt 1918. gada gripas epidēmijas gadījumu mirstība bija aptuveni 2,5 procenti. Turpretim poliomielīta un bakas vēsturiski izplatījās apmēram 5 līdz 7 cilvēkiem, kas tos padara tādā pašā diapazonā kā mūsdienu HIV vīruss un garā klepus (baktērija, kas izraisa garo klepu).

Noteikta mikrobi R0 noteikšana ir vairāk nekā akadēmiska interese. Ja jūs zināt, cik daudz sekundāro gadījumu sagaidīt no katras inficētās personas, jūs varat noskaidrot, cik lielā mērā ganāmpulka imunitāte ir nepieciešama, lai saglabātu mikrobi. To aprēķina, ņemot R0 savstarpējo vērtību un atņemot to no 1. Masalām, kuru R0 ir no 12 līdz 18, jums ir nepieciešams kaut kur starp 92 procentiem (1 - 1/12) un 95 procentiem (1 - 1/18) no iedzīvotājiem ir efektīva imunitāte, lai saglabātu vīrusa izplatīšanos. Gripa ir daudz zemāka - tikai aptuveni 50 procenti. Un tomēr mēs reti sasniedzam pat šo imunitātes līmeni ar vakcināciju.

Kad mēs saprotam R0 jēdzienu, tik daudz ir jēga par infekcijas slimībām. Tas izskaidro, piemēram, kāpēc ir bērnu slimības - infekcijas, ko cilvēki parasti sastopas, kad viņi jauni, un pret kuriem viņi pēc inficēšanās atrisina viņu mūžīgo imunitāti. Šīs infekcijas ir masalas, cūciņas, masaliņas un (pirms tās izskaušanas) bakas - visas tās periodiski pirms vakcinācijas regulāri izlauka pilsētas iedzīvotājus, kas parasti skar bērnus.

Vai šiem vīrusiem ir neparasta afinitāte pret bērniem? Vai pirms vakcinācijas viņi aizgāja pēc katras slimības uzliesmojuma un atgriezās pilsētās tikai aptuveni piecu līdz desmit gadu intervālos? Ne parasti. Pēc lielas uzliesmojuma vīrusi aizkavējas populācijā, bet ganāmpulka imunitātes līmenis ir augsts, jo vairums jutīgo indivīdu ir inficēti un (ja viņi izdzīvoja) attīstīja imunitāti. Līdz ar to vīrusi izplatās lēni: praksē to R0 ir tikai nedaudz virs 1. Tas ir pazīstams kā „efektīvais reprodukcijas numurs” - ātrums, kādā mikrobi faktiski tiek pārnesta populācijā, kurā ir gan uzņēmīgi, gan neaizsargāti indivīdi. (citiem vārdiem sakot, iedzīvotāji, kuriem jau pastāv imunitāte). Tikmēr jauni uzņēmīgi bērni ir dzimuši. Dažu gadu laikā mazo bērnu populācija, kas nekad nav bijusi pakļauta šai slimībai, mazina ganāmpulka imunitāti līdz līmenim, kas ir zemāks par to, kas nepieciešams, lai novērstu uzliesmojumu rašanos. Pēc tam vīruss var izplatīties straujāk, izraisot vēl vienu epidēmiju.

Pamata reprodukcijas numura izpratne arī izskaidro, kāpēc slimības izplatās tik strauji jaunās populācijās. Tā kā šiem saimniekiem nav imunitātes pret infekciju, mikrobi var sasniegt maksimālo R0. Tieši tāpēc slimības, kas okupē eiropiešus, izplatījās tik strauji un plaši starp vietējiem iedzīvotājiem Amerikā un Havaju salās pirmajās tikšanās reizēs. Nekad nav bijis pakļauts šiem mikrobiem pirms tam, kad ārpus Eiropas iedzīvotājiem nebija imunitātes, lai palēninātu to izplatīšanos.

Ja mēs vēl saprotam, kāda faktoru konstelācija veicina infekcijas R0, mēs varam sākt izstrādāt intervences, lai pārtrauktu pārraidi. Viens R0 aspekts ir vidējais kontaktu skaits un biežums, ko inficētajai personai ir ar citiem, kas ir uzņēmīgi pret infekciju. Uzliesmojumi biežāk notiek lielās pilsētu teritorijās, jo personām, kas dzīvo pārpildītajās pilsētās, ir lielākas iespējas izplatīt infekciju: tās vienkārši saskaras ar vairākiem cilvēkiem un tām ir lielāka iespēja saskarties ar kādu, kam nav imunitātes. Lai pārvarētu šo transmisijas ķēdi epidēmijas laikā, veselības aizsardzības iestādes var izmantot tādus iejaukšanās pasākumus kā izolācija (inficēto personu aizturēšana no citiem) vai pat karantīnas (turot indivīdus, kas bijuši pakļauti infekcijas indivīdiem, bet vēl nav slimi paši, no citiem ).

Citi faktori, kas var ietekmēt R0, ietver gan saimniekorganismu, gan mikrobi. Ja inficētajai personai ir saskare ar kādu personu, kas ir uzņēmīga, kāda ir varbūtība, ka mikrobi tiks pārraidīta? Bieži vien saimnieki var samazināt transmisijas varbūtību ar savu uzvedību: aptverot klepus vai sneezes slimībām, kas tiek pārnestas pa gaisu, bieži mazgājot to piesārņotās rokas un izmantojot prezervatīvus, lai ierobežotu seksuāli transmisīvo slimību izplatīšanos.

Šīs uzvedības izmaiņas ir svarīgas, bet mēs zinām, ka tās ir tālu no ideālas un nav īpaši efektīvas vispārējā lietās. Veikt, piemēram, roku mazgāšanu. Mēs zinām, ka tā ir svarīga slimības izplatīšanās novēršanai 150 gadus.Tomēr pētījumi ir parādījuši, ka roku mazgāšanas atbilstība pat veselības aprūpes speciālistiem ir pārsteidzoši zema - mazāk nekā puse ārstu un medmāsu mazgā rokas, kad tās ir paredzētas, kamēr rūpējas par pacientiem. Ir ārkārtīgi grūti panākt, lai cilvēki mainītu savu uzvedību, tāpēc sabiedrības veselības kampaņas, kas veidotas, lai pārliecinātu cilvēkus rīkoties citādi, dažkārt var būt mazāk efektīvas nekā vakcinācijas kampaņas.

Cik ilgi cilvēks var aktīvi izplatīt infekciju, ir vēl viens R0 faktors. Lielāko daļu infekciju var pārnest tikai dažas dienas vai nedēļas. Pieaugušie ar gripu var izplatīt vīrusu, piemēram, apmēram nedēļu. Daži mikrobi var iekļūt organismā un tikt pārnesti uz mēnešiem vai gadiem. HIV ir visvairāk infekciozs agrīnā stadijā, kad vīrusa koncentrācija asinīs ir ļoti augsta, bet pat pēc šo līmeņu pazemināšanās vīruss var tikt pārnests uz jauniem partneriem daudzus gadus. Intervences, piemēram, zāļu ārstēšana, var samazināt dažu šo organismu pārnesamību.

Mikrobu īpašības ir svarīgas. Kaut arī saimnieki var apzināti sevi aizsargāt, mikrobi neizvēlas savas iezīmes. Bet laika gaitā evolūcija var veidot tās tādā veidā, kas palielina to pārneses izredzes, piemēram, ļaujot masalām palikt ilgāk gaisā un ļaujot bakas izdzīvot ilgāk vidē.

Apvienojot visus šos mainīgos lielumus (uzņēmējas populācijas lielumu un dinamiku, imunitātes līmeni populācijā, iejaukšanās klātbūtni, mikrobu īpašības uc), mēs varam kartēt un prognozēt infekciju izplatību populācijā, izmantojot matemātiskos modeļus. Dažreiz šie modeļi var pārvērtēt infekcijas izplatīšanos, kā tas notika 2014. gada Ebola uzliesmojuma modeļos. Viens modelis paredzēja līdz 1,4 miljoniem Ebola gadījumu līdz 2015. gada janvārim; patiesībā uzliesmojums beidzās 2016. gadā ar tikai 28 616 gadījumiem. No otras puses, modeļi, ko izmanto, lai prognozētu holēras pārnešanu uzliesmojuma laikā Jemenā, ir bijuši precīzāki.

Atšķirība starp abiem? Līdz brīdim, kad tika publicēts Ebola modelis, jau sākās intervences, lai palīdzētu kontrolēt uzliesmojumu. Kampaņas bija sākušas veicināt izpratni par vīrusa pārraidi un starptautisku palīdzību, kas radīja naudu, personālu un piegādes, lai ierobežotu epidēmiju. Šīs iejaukšanās samazināja Ebola vīrusu R0, galvenokārt izolējot inficēto un drošu apbedīšanas praksi, kas samazināja uzņēmīgo kontaktu skaitu katrā gadījumā. Tērpu, cimdu un ziepju sūtījumi, ko veselības aprūpes darbinieki varētu izmantot, lai aizsargātu sevi, ārstējot pacientus, samazināja vīrusa pārnešanas iespēju. Galu galā šīs izmaiņas nozīmēja, ka efektīvais R0 samazinājās zem 1 - un epidēmija beidzās. (Diemžēl līdzīgi atbalsta un intervences līmeņi, lai apturētu holēru Jemenā, nav gūti.)

Arī vakcinācija pret vakcināciju un izolācijas un karantīnas izmantošana palīdzēja izbeigt Disnejlenda masalu epidēmiju, kā arī nedaudz agrāku masalu epidēmiju Ohaijā. Zinot faktorus, kas veicina šo uzliesmojumu rašanos, var palīdzēt mums apturēt epidēmijas to agrīnā stadijā. Bet, lai novērstu to rašanos, iedzīvotājiem, kuriem ir augsts imunitātes līmenis, matemātiski ir mūsu labākais likums, lai saglabātu slimību.

Pārpublicēts ar atļauju no Quanta Magazine , redakcionāli neatkarīga publikācija Simons fonds kuras uzdevums ir uzlabot sabiedrības izpratni par zinātni, aptverot pētījumus un tendences matemātikā un fiziskajās un dzīvības zinātnēs.