Transmissionsdynamik und Basisreproduktionszahl

Die Transmissionsdynamik beschreibt, wie sich ein Parasit in Wirtspopulationen und, bei vektorübertragenen Parasiten, auch in Vektoren ausbreitet. Die Basisreproduktionszahl, R0, fasst dies in einer einzigen Größe zusammen: die durchschnittliche Anzahl von Sekundärinfektionen, die durch eine in eine vollständig anfällige Population eingebrachte Infektion hervorgerufen werden. Ob R0 den Wert eins überschreitet, bestimmt, ob sich ein Parasit etablieren und persistieren kann.

Definition

Die Basisreproduktionszahl (R0) ist die erwartete Anzahl von Sekundärinfektionen, die durch eine einzelne Infektion in einer ansonsten vollständig anfälligen Population hervorgerufen werden; Transmissionsdynamiken sind die Prozesse auf Populationsebene, durch die sich eine Infektion im Laufe der Zeit ausbreitet, persistiert oder abnimmt.

Scope

Das Thema behandelt die Bedeutung von R0 und der damit verbundenen effektiven Reproduktionszahl, die Schwellenbedingung, die Persistenz von Auslöschung trennt, und die entomologischen Komponenten, die R0 für vektorübertragene Parasiten durch die vektorielle Kapazität aufbauen. Es wird erläutert, wie diese Größen geschätzt werden und welche Implikationen sie für Kontrollziele haben; es handelt sich um konzeptionelles Referenzmaterial und nicht um eine Anleitung zur operativen Modellierung.

Core questions

• Was misst R0 und warum fungiert der Wert eins als Schwellenwert?
• Wie bestimmen Wirts- und Vektorpopulationen zusammen die Reproduktionszahl eines vektorübertragenen Parasiten?
• Wie wird R0 geschätzt und warum sind Schätzungen unsicher?
• Wie stark muss die Transmission reduziert werden, damit ein Parasit verschwindet?

Key concepts

• Basisreproduktionszahl (R0)
• Effektive Reproduktionszahl
• Transmissionsschwelle
• Vektorielle Kapazität
• Herdeneffekt reduzierter Transmission
• Suszeptibel-infiziert-Dynamik
• Entomologische Inokulationsrate

Key theories

Schwellenwert (R0) Theorie

Ein Parasit nimmt zu, wenn R0 den Wert eins überschreitet, und nimmt ab, wenn er darunter liegt; das kritische Ziel der Kontrolle ist es, die effektive Reproduktionszahl unter diesen Schwellenwert zu senken, sodass sich jede Infektion im Durchschnitt nicht selbst ersetzt.

Vektorielle Kapazität

Für vektorübertragene Parasiten ergibt sich die Rate, mit der neue Infektionen auftreten, aus der Vektordichte pro Wirt, der Bissrate, der Wahrscheinlichkeit des Vektorüberlebens während der Inkubationszeit des Parasiten und der Dauer dieser Periode, wodurch die Entomologie direkt mit R0 verknüpft wird.

Mechanisms

Bei einer direkt übertragenen Infektion hängt R0 von der Kontaktrate zwischen Wirten, der Wahrscheinlichkeit der Übertragung pro Kontakt und der Dauer der Infektiosität ab. Bei vektorübertragenen Parasiten verläuft die Kette über den Vektor: Ein infizierter Wirt infiziert Vektoren, überlebende Vektoren müssen lange genug leben, damit sich der Parasit entwickeln kann, und diese Vektoren infizieren dann neue Wirte. Die Ross-Macdonald-Formulierung kombiniert diese Schritte zu vektorieller Kapazität und R0, sodass Vektordichte, Bissfrequenz und Vektorlebensdauer zu den Hebeln der Transmission werden. Da R0 für vektorübertragene Parasiten vom Quadrat der Bissrate und stark vom Überleben des Vektors abhängt, können geringfügige entomologische Veränderungen große Veränderungen in der Transmission bewirken. Wenn anfällige Individuen dezimiert oder geschützt werden, sinkt die effektive Reproduktionszahl unter R0, und die Transmission verlangsamt sich.

Clinical relevance

Reproduktionszahlen erklären, warum einige parasitäre Krankheiten hartnäckig endemisch bleiben, während andere der Eliminierung nähergebracht werden können, und warum die Intensität der Transmission, nicht nur die Anwesenheit eines Parasiten, die klinische Belastung in einer Population prägt. Dies ist ein erklärender Rahmen für die Interpretation der Transmission; es ist keine Grundlage für individuelle diagnostische oder Behandlungsentscheidungen.

Epidemiology

Geschätzte Reproduktionszahlen für intensive Malariaübertragung können sehr hoch sein, was ein Grund dafür ist, warum Malaria in Teilen Afrikas so schwer zu eliminieren war; derselbe Rahmen verdeutlicht, warum Umgebungen mit geringerer Übertragung leichter zu unterbrechende Ziele darstellen. Schätzungen variieren stark je nach Methode und Umgebung, daher sollten die angegebenen Werte am besten als Indikatoren der Größenordnung interpretiert werden.

History

Ronald Ross führte Anfang des 20. Jahrhunderts die Schwellenwertbetrachtung für Malaria ein, und George Macdonald formalisierte in den 1950er Jahren die entomologischen Komponenten der Transmission. Anderson und May verallgemeinerten die Reproduktionszahltheorie Ende der 1970er Jahre auf Infektionskrankheiten, und Dietz's Übersicht von 1993 konsolidierte die Methoden zur Schätzung von R0, die die spätere Ross-Macdonald-Synthese in die moderne Modellierung vektorübertragener Krankheiten überführte.

Debates

Wie zuverlässig kann R0 für Malaria geschätzt werden?

Reproduktionszahlen für Malaria sind empfindlich gegenüber Annahmen über Vektorüberleben, Bisse und Superinfektion, und verschiedene Methoden liefern sehr unterschiedliche Werte, sodass die Bedeutung und Vergleichbarkeit der berichteten Schätzungen umstritten bleiben.

Key figures

• Ronald Ross
• George Macdonald
• Roy Anderson
• Robert May
• Klaus Dietz

Seminal works

• anderson-may-1979
• anderson-may-1991
• smith-2012-ross-macdonald

Frequently asked questions

Was bedeutet es, wenn R0 größer als eins ist?

Jede Infektion erzeugt im Durchschnitt mehr als eine neue Infektion in einer anfälligen Population, sodass sich der Parasit ausbreiten und etablieren kann; liegt R0 unter eins, ersetzen sich die Infektionen nicht selbst und die Transmission stirbt aus.

Warum ist R0 für Malaria in einigen Regionen so hoch?

Wo Vektoren reichlich vorhanden sind, häufig beißen und lange genug leben, um zu übertragen, multiplizieren sich die entomologischen Komponenten der vektoriellen Kapazität, um sehr große Reproduktionszahlen zu erzeugen, weshalb Umgebungen mit intensiver Transmission am schwierigsten zu eliminieren sind.