Порог коллективного иммунитета

Порог коллективного иммунитета — это доля населения, которая должна быть невосприимчива к патогену, чтобы его передача снижалась, а не росла. Выше этого порога каждый инфицированный человек передает патоген в среднем менее чем одному другому человеку, поэтому цепочки передачи затухают, и даже восприимчивые люди получают косвенную защиту.

Definition

Порог коллективного иммунитета — это минимальная доля населения, которая должна быть невосприимчива в гомогенно смешивающейся популяции, чтобы эффективное репродуктивное число снизилось до единицы, что обычно выражается как 1 минус обратная величина базового репродуктивного числа (1 - 1/R0).

Scope

Эта статья охватывает определение порога, его вывод из базового репродуктивного числа, тесно связанный критический охват вакцинацией, а также допущения и ограничения простой формулы. Она рассматривает порог как методологическую и концептуальную тему в эпидемиологии инфекционных заболеваний, а не как цель, применимую к какой-либо конкретной программе.

Core questions

• Какая доля населения должна быть невосприимчива, чтобы передача снизилась?
• Как порог зависит от базового репродуктивного числа патогена?
• Почему критический охват вакцинацией может превышать порог коллективного иммунитета?
• Какие допущения простой формулы не работают в реальных, гетерогенных популяциях?

Key concepts

• Базовое репродуктивное число (R0)
• Эффективное репродуктивное число
• Критический охват вакцинацией
• Косвенная защита
• Допущение о гомогенном смешивании
• Гетерогенность и кластеризация
• Корректировка на несовершенство вакцины

Key theories

Порог на основе базового репродуктивного числа

Когда доля гомогенно смешивающейся популяции, равная 1 - 1/R0, невосприимчива, эффективное репродуктивное число падает до единицы, и передача больше не может поддерживаться; чем выше R0, тем выше требуемая доля иммунных.

Mechanisms

В простой модели, где индивиды смешиваются случайным образом, эпидемия растет, когда среднее число вторичных случаев на одну инфекцию превышает единицу. Иммунизация части населения уменьшает количество восприимчивых контактов, которые может инфицировать каждый случай. Когда доля иммунных достигает 1 - 1/R0, эффективное репродуктивное число становится равным единице, и передача находится на переломном этапе; выше этого значения передача снижается. Поскольку вакцины несовершенны, охват, необходимый для достижения этой доли иммунных (критический охват вакцинацией), равен порогу, деленному на эффективность вакцины, и, следовательно, превышает сам порог. Простая формула предполагает гомогенное смешивание и равномерный иммунитет; реальные популяции имеют возрастную структуру, гетерогенность контактов и кластеризацию восприимчивости, что может сделать возможными локальные вспышки даже при общепопуляционном иммунитете выше порога.

Clinical relevance

Порог объясняет, почему некоторые высокотрансмиссивные заболевания, такие как корь, требуют очень высокого охвата для контроля, и почему очаги низкого охвата могут поддерживать вспышки, несмотря на высокий национальный иммунитет. Это эталонная концепция для интерпретации риска вспышек и целей программ; она описывает популяционную динамику и не является основой для индивидуальных решений по иммунизации.

Epidemiology

Оценочные пороги масштабируются с трансмиссивностью: патогены с высокими базовыми репродуктивными числами, такие как корь, подразумевают доли иммунных, обычно цитируемые в диапазоне примерно 90 процентов или более, тогда как менее трансмиссивные инфекции подразумевают более низкие пороги. Поскольку само R0 варьируется в зависимости от условий и структуры популяции, опубликованные пороги являются приблизительными и зависят от контекста.

History

Наблюдение, что эпидемии кори затухали, когда достаточная доля детей была инфицирована, относится к работам начала двадцатого века, и термин «коллективный иммунитет» вошел в эпидемиологию в тот период. Количественная связь между порогом и базовым репродуктивным числом была формализована в литературе по динамике передачи, в частности Андерсоном и Мэем в 1980-х годах, а обзоры Файна объединили историю, теорию и практические предостережения этой концепции.

Debates

Имеет ли смысл единый общепопуляционный порог?

Поскольку реальные популяции смешиваются гетерогенно, а иммунитет кластеризован, критики утверждают, что простой порог 1 - 1/R0 может вводить в заблуждение: вспышки могут происходить ниже кажущейся цели в недостаточно вакцинированных кластерах, а соответствующий порог варьируется в зависимости от подгруппы и структуры контактов.

Key figures

• Roy Anderson
• Robert May
• Paul Fine
• David Heymann

Seminal works

• anderson-may-1985
• fine-1993

Frequently asked questions

Почему порог коллективного иммунитета для кори выше, чем для многих других заболеваний?

Корь чрезвычайно трансмиссивна, поэтому ее базовое репродуктивное число высоко; поскольку порог равен 1 минус обратная величина этого числа, более высокое репродуктивное число требует большей доли иммунных для прерывания передачи.

Почему необходимый охват вакцинацией обычно выше самого порога?

Вакцины не обеспечивают идеальную защиту, поэтому не все вакцинированные становятся невосприимчивыми; требуемый охват равен порогу доли иммунных, деленному на эффективность вакцины, что делает его больше порога.