Динамика эпидемий и пандемий

Динамика эпидемий и пандемий описывает, как вирусные инфекции нарастают, достигают пика и спадают с течением времени внутри популяций и между ними. Эпидемия — это заметное увеличение числа случаев заболевания сверх ожидаемого базового уровня в сообществе или регионе; пандемия — это эпидемия, распространившаяся на многие страны или континенты. Форма вспышки во времени отражает взаимодействие трансмиссивности, накапливающегося иммунитета, а также структуры и поведения популяции хозяина.

Definition

Эпидемическая динамика — это исследование того, как число вирусных инфекций в популяции изменяется с течением времени; эпидемия — это увеличение числа случаев заболевания, явно превышающее ожидаемый уровень в определенной области, а пандемия — это эпидемия, происходящая на обширной географической территории и затрагивающая исключительно большое население, обычно охватывающая несколько стран или континентов.

Scope

Эта тема охватывает временные закономерности вирусных вспышек: эпидемическую кривую и ее фазы, условия возникновения и роста, оборот, обусловленный истощением восприимчивых особей, и различие между эпидемиями и пандемиями. В ней представлена компартментная модель как стандартная основа для описания этой динамики, а материал рассматривается как концептуальная эпидемиология, а не как руководство по управлению какой-либо конкретной вспышкой.

Core questions

• Что отличает эпидемию от пандемии?
• Что показывает эпидемическая кривая и каковы ее фазы?
• Какие условия позволяют вспышке возникнуть и развиваться?
• Почему эпидемии достигают пика и спадают даже без полного иммунитета?
• Как компартментные модели представляют эпидемическую динамику?

Key concepts

• Эпидемия против пандемии
• Эпидемическая кривая и ее фазы
• Фаза экспоненциального роста
• Истощение восприимчивых особей и оборот эпидемии
• Компартментные (SIR/SEIR) модели
• Эффективное репродуктивное число с течением времени
• Возникновение и географическое распространение

Mechanisms

Когда трансмиссивный вирус попадает в восприимчивую популяцию и его эффективное репродуктивное число превышает единицу, число случаев заболевания растет, часто сначала приблизительно экспоненциально. По мере того как инфекция и иммунитет истощают пул восприимчивых особей, эффективное репродуктивное число падает, рост замедляется, эпидемия достигает пика, и число случаев снижается, что приводит к характерной эпидемической кривой. Компартментные модели, которые делят популяцию на восприимчивых, (инкубационных,) инфицированных и выздоровевших, формализуют эту динамику и связывают форму кривой с такими параметрами, как скорость передачи и период инфекционности. Географическое распространение зависит от связности между популяциями, поэтому достаточно трансмиссивный вирус, попавший в мобильный, взаимосвязанный мир, может перейти от локальной эпидемии к пандемии. Вмешательства и изменение поведения изменяют эффективное репродуктивное число и тем самым изменяют форму кривой.

Clinical relevance

Понимание динамики эпидемий и пандемий лежит в основе эпиднадзора, прогнозирования и оценки того, как вмешательства могут изменить эпидемическую кривую на уровне популяции. Эта статья описывает динамику вспышек как эпидемиологические концепции и инструменты моделирования; она не является оперативным руководством по реагированию на какую-либо конкретную эпидемию и не затрагивает вопросы индивидуального ухода.

Epidemiology

Моделирующие исследования ранней пандемии COVID-19 показали, как параметры передачи могут быть использованы для текущего и прогнозного моделирования распространения, в то время как подробные когорты по отслеживанию контактов характеризовали, как передача и заболевание развивались среди случаев и их контактов. Компартментные модели, расширенные для учета эффектов вмешательств, показали, как общепопуляционные меры могут изменить траекторию эпидемии.

History

Математическое описание эпидемической динамики восходит к компартментным моделям начала двадцатого века и связанной с ними пороговой теореме, и было синтезировано в рамках более широкой популяционно-динамической концепции Андерсона и Мэя в 1991 году. Последовательные пандемии, включая пандемии гриппа и пандемию COVID-19, стимулировали быстрое развитие и применение в реальном времени инструментов моделирования и прогнозирования.

Key figures

• Roy Anderson
• Robert May
• Gabriel Leung
• Joseph Wu

Seminal works

• anderson-may-1991
• wu-2020

Frequently asked questions

В чем разница между эпидемией и пандемией?

Эпидемия — это увеличение числа случаев заболевания, явно превышающее ожидаемый уровень в сообществе или регионе, тогда как пандемия — это эпидемия, распространившаяся на обширную географическую территорию, обычно на несколько стран или континентов, затрагивающая очень большое население. Различие заключается в географическом масштабе, а не в различном основном механизме.

Почему эпидемия достигает пика и спадает до того, как все будут инфицированы?

По мере того как инфекция и выздоровление удаляют восприимчивых особей, эффективное репродуктивное число падает; как только оно опускается ниже единицы, эпидемия меняет направление и идет на спад, что может произойти задолго до того, как все население будет инфицировано, особенно когда изменение поведения или вмешательства дополнительно снижают передачу.