- 13 prosince, 2021
- / by Admin
Během zaznamenané historie lidská společnost procházela periodickými obdobími epidemií a pandemií. Řada epidemií nemocí vedly ke smrti, společenským otřesům a ekonomickým rozvratům. Pro zmírnění jejích účinků je proto zásadní předvídat, jak se může epidemie vyvíjet, a oblast epidemiologického modelování je proto klíčová.
Epidemie a epidemiologie
Epidemie je definována jako neobvykle velké, krátkodobé propuknutí nemoci. Přenos nemoci z člověka na člověka ovlivňují různé faktory. Patří mezi ně samotný infekční činitel, způsob jeho přenosu, infekční období a citlivost a odolnost vůči léčbě a vakcínám. Navíc přispívají faktory uvnitř populace: patří sem sociální, demografické, kulturní, geografické a ekonomické faktory. Studium epidemií, obecných nemocí a dokonce i zdravotních problémů, které nejsou způsobeny nemocí, se nazývá epidemiologie. Původ tohoto termínu leží ve starověkém Řecku u lékaře Hippokrata z Kosu, který jako první rozlišoval mezi epidemickými a endemickými chorobami. Epidemiologie také zahrnuje nehumánní nemoci, jako jsou ty, které se vyskytují u rostlin a domácích i hospodářských zvířat. Oblast epidemiologie se postupem času vyvíjela díky lékařům, jako byl Quinto Tiberio Angelerio (který pomohl zvládnout epidemii moru v Algheru na Sardinii v roce 1582), ale až v 19. století lze mluvit o epidemiologii jako moderní vědě. Otec moderní epidemiologie John Snow identifikoval pumpu na Broad Street jako zdroj ničivé epidemie cholery v Londýně, což je považováno za událost, jež stála u zrodu epidemiologie.
Použití matematického modelování v epidemiologii
Na počátku 20. století bylo matematické modelování zavedeno do oblasti epidemiologie, a to vědci jako byl Anderson Gray McKendrick a Janet-Leigh Claypon. Od té doby hraje matematické modelování stále větší roli při zvládání epidemií a při rozhodování o veřejném zdraví. Infekční onemocnění progredují v rámci populací jak v důsledku chování infekčního činitele, tak i populace samotné. Modely toho, jak postupují při epidemii, jsou založeny na souboru předpokladů a statistik, které se používají ke stanovení souboru parametrů; ty informují o tom, jak účinná bude intervence (například společenský odstup nebo hromadné očkování). To lze použít k předpovědi toho, jaké intervence implementovat (nebo se jim vyhnout), stejně jako pro vzorce budoucího růstu a šíření a mnoho dalších proměnných. Komplexnost epidemiologických modelů se liší. Mohou to být jednoduché deterministické modely nebo složité prostorově explicitní stochastické simulace. Přístup zvolený epidemiology závisí na několika proměnných včetně toho, kolik víme o epidemiologii onemocnění, na účelu studie a na množství dostupných dat a jejich kvalitě. Stále sofistikovanější výpočetní technika spolu s uznáním důležitosti prostorových prvků vedly k rostoucímu používání prostorového modelování. Důležitým konceptem v epidemiologii jsou prahové hodnoty. Jedná se o kritické hodnoty, jako je hustota vektoru, počet kontaktů a velikost populace. Ty jsou klíčové při určování, zda se nemoc stane epidemií, zůstane v populaci nebo se stane endemickou. Prahové hodnoty také pomáhají určit číslo R0 (říkající, jak přenosná je nemoc.) Existují dva hlavní typy epidemických modelů: stochastické (náhodné) a deterministické/kompartmentové modely. Stochastické modely berou v úvahu náhodné variace v dynamice, jako je riziko expozice a samotný infekční vektor. Deterministické/kompartmentové modely přiřazují různé populace do různých podskupin a často se používají, když se jedná o velké populace. Diferenciální rovnice se používají ke konstrukci deterministických modelů.
Předpoklady
Ve svém jádru je model pouze tak dobrý, jak dobré jsou předpoklady, na kterých je založen. Pokud byly provedeny předpovědi, které jsou v rozporu s pozorovanými výsledky modelu a matematika je správná, je nutné model upravit. Dva hlavní předpoklady jsou:
- pravoúhlé a stacionární rozdělení věku
- homogenní míchání obyvatelstva
V případě prvního se předpokládá, že každý v populaci se dožije věku L a poté zemře, a pro každou předchozí věkovou skupinu je stejný počet lidí. To funguje dobře pro vyspělé země, kde je nízká kojenecká úmrtnost a všichni se dožívají očekávaného věku. Předpokládá, že se populace homogenně mísí, ale sociální struktura je rozšířená a existují podskupiny (např. etnické nebo věkové), které se do značné míry mísí. Tyto základní předpoklady jsou potřeba, aby model fungoval.
Modely vnímavosti, infekce a uzdravení
V epidemiologickém modelu lze uvažovanou populaci rozdělit do různých tříd, které se s časem t mění. Ty se dělí na vnímavé (S(t)), infekční (I(t)) a odstraněné (R(t)). Infekční třídy populace jsou ty, které nemoc aktivně přenášejí na ostatní. Vnímavé (citlivé) populace jsou ty, které nemoc ještě nezachytily, a odstraněná třída se týká těch, kteří se buď uzdravili, byli izolováni, nebo zemřeli. Model SIS je model, ve kterém zotavení nevede k imunitě. V tomto modelu se jednotlivci přesouvají z vnímavé třídy do infekční třídy a zase zpět. Pokud se jedinci uzdraví (zotaví) s trvalou imunitou, jedná se o model SIR. Pokud je v odstraněné třídě dočasná imunita, jedná se o model SIRS. Pokud nedojde k uzdravení (zotavení), použije se model SI. Modely SIR jsou účinné pro virové činitele, jako je chřipka, a modely SIS jsou užitečné pro bakteriální činitele, jako je mor a meningitida.
Nové epidemiologické modely pro pandemii covid-19
Modely je třeba upravit na základě parametrů a proměnných v epidemii. Každá nemoc je jiná. Na pandemii covid-19 bylo použito několik nových modelů. Modely SEIR (vnímavý, vystavený, infekční, uzdravený) berou v úvahu vnímání rizika a kumulativní počty případů, dynamiku přenosu (k odhadu klinické závažnosti onemocnění). Kontrolně orientovaný model SIR demonstruje účinky zpoždění při implementaci a výsledky různých strategií zadržování. Ještě složitější model navrhl Giordano et al. v roce 2020. Pod termínem SIDARTHE (vnímavý, infikovaný, diagnostikovaný, nemocný, rozpoznaný, ohrožený, vyléčený, vyhynulý) rozlišil mezi infikovanými jedinci a stavem diagnózy a závažností symptomů. Tento model byl použit k prokázání důležitosti kombinace opatření společenský odstup + sledování a testování kontaktů. Žádná dvě ohniska nejsou stejná. Vývoj nových matematických modelů, které informují o naší reakci na pandemii covid-19, ukazuje, jak důležitá je oblast epidemiologického modelování.
Na závěr
Epidemiologické modelování je klíčovou součástí kontroly ohniska. Epidemie a pandemie v brzké době nezmizí a pravděpodobně v blízké budoucnosti přibudou další, pokud na všech úrovních společnosti a vlády nebudou náležitě využívána poučení z historických a současných epidemií nemocí. Data ze stále sofistikovanějších modelů mohou pomoci informovat o nejúčinnějších intervencích v oblasti veřejného zdraví v 21. století.