Modelos Susceptible-Expuesto-Infectado-Recuperado (SEIR)

Los modelos SEIR son modelos compartimentales de transmisión de enfermedades que dividen una población en personas susceptibles, expuestas (infectadas pero aún no infecciosas), infecciosas y recuperadas, y luego describen el flujo de individuos entre estos compartimentos a lo largo del tiempo. Al añadir una etapa expuesta (latente) a la estructura SIR más simple, el modelo SEIR captura el retraso entre la infección y la infecciosidad que caracteriza a muchas enfermedades, y es uno de los marcos de trabajo fundamentales de la epidemiología de las enfermedades infecciosas.

Definition

Un modelo SEIR es un modelo de transmisión compartimental que divide una población en clases susceptible, expuesta (latente), infecciosa y recuperada, y utiliza tasas de transición entre estas clases para describir cómo evoluciona una epidemia a lo largo del tiempo.

Scope

Esta entrada explica la idea del modelado compartimental, el significado de los compartimentos S, E, I y R y las transiciones entre ellos, la relación de estos modelos con el número de reproducción y los supuestos simplificadores que hacen. Es un tema de referencia metodológica, no una guía clínica.

Core questions

• ¿Qué representan los compartimentos S, E, I y R, y cómo se mueven los individuos entre ellos?
• ¿Por qué es importante añadir un compartimento expuesto y cómo difiere el SEIR del SIR?
• ¿Cómo se relaciona la estructura del modelo con el número de reproducción básico?
• ¿Qué suposiciones, como la mezcla homogénea, hacen estos modelos?

Key concepts

• Compartimento susceptible (S)
• Compartimento expuesto / latente (E)
• Compartimento infeccioso (I)
• Compartimento recuperado / eliminado (R)
• Tasas de transición (transmisión, progresión, recuperación)
• Supuesto de mezcla homogénea
• Relación con R0 y el umbral

Key theories

Modelado compartimental de epidemias

Kermack y McKendrick introdujeron el enfoque compartimental que representa una epidemia como flujos entre clases susceptibles, infecciosas y recuperadas, el marco que los modelos SEIR extienden insertando un compartimento latente (expuesto).

Derivación de R0 de próxima generación en modelos compartimentales

Diekmann y sus colegas demostraron cómo derivar el número de reproducción básico directamente de la estructura de un modelo compartimental a través de su matriz de próxima generación, vinculando las tasas de transición SEIR con el comportamiento umbral del modelo.

Mechanisms

En un modelo SEIR, los individuos susceptibles se exponen a una tasa que depende del contacto con individuos infecciosos; los individuos expuestos progresan a la clase infecciosa después de un período de latencia; los individuos infecciosos se recuperan (o son eliminados) después de un período infeccioso; y se asume típicamente que los individuos recuperados son inmunes. Estos flujos se escriben como tasas de transición, y el número de reproducción básico surge de su combinación. Las formas más simples asumen una mezcla homogénea, tasas fijas y una población cerrada, y estas suposiciones pueden relajarse añadiendo compartimentos por edad, estructura espacial o disminución de la inmunidad. El caso especial SIR omite el compartimento expuesto cuando el período de latencia es insignificante.

Clinical relevance

Los modelos compartimentales como el SEIR sustentan cómo los analistas proyectan las trayectorias de las epidemias y exploran, a nivel poblacional, cómo los cambios en el contacto o la inmunidad alterarían la propagación. Son un marco de modelado de referencia que describe la dinámica poblacional y no una base para decisiones individuales de diagnóstico o tratamiento.

Epidemiology

Los modelos SEIR y los modelos compartimentales relacionados se han utilizado para estudiar una amplia gama de infecciones con una etapa latente y para interpretar datos de brotes; sus proyecciones dependen en gran medida de los parámetros y la estructura asumidos, por lo que los resultados se interpretan mejor como dependientes del escenario en lugar de pronósticos precisos.

History

El marco compartimental se origina con Kermack y McKendrick en 1927. Durante las décadas siguientes, se elaboró en las familias SIR y SEIR y fue sintetizado por Anderson y May, mientras que los métodos de próxima generación de Diekmann y sus colegas aclararon cómo el número de reproducción se deriva de la estructura compartimental.

Debates

¿Qué tan realista debe ser la estructura del modelo?

Los modelos SEIR simples de mezcla homogénea son transparentes, pero pueden tergiversar la dinámica cuando las poblaciones están fuertemente estructuradas por edad o contacto; la cantidad de heterogeneidad a incorporar equilibra el realismo con la manejabilidad y la identificabilidad, un juicio recurrente en el modelado.

Key figures

• William Ogilvy Kermack
• Anderson Gray McKendrick
• Roy Anderson
• Robert May
• Odo Diekmann
• Matt Keeling

Seminal works

• kermack-mckendrick-1927
• diekmann-1990
• anderson-may-1991

Frequently asked questions

¿Cuál es la diferencia entre los modelos SIR y SEIR?

Un modelo SEIR añade un compartimento expuesto (latente) para individuos que están infectados pero aún no son infecciosos, mientras que un modelo SIR omite esta etapa y asume que los individuos se vuelven infecciosos tan pronto como se infectan.

¿Qué significa el compartimento 'expuesto'?

Representa a las personas que han sido infectadas pero aún se encuentran en el período de latencia y aún no pueden transmitir el agente; posteriormente progresan al compartimento infeccioso.