การแพร่กระจายและพลวัตของโรค

การแพร่กระจายและพลวัตของโรคคือการศึกษาว่าเชื้อโรคติดต่อแพร่กระจายระหว่างโฮสต์ได้อย่างไร และห่วงโซ่การติดเชื้อที่เกิดขึ้นมีการเติบโต พุ่งสูงสุด และลดลงในประชากรอย่างไร การศึกษานี้เชื่อมโยงจุลชีววิทยาของเชื้อโรคเข้ากับรูปแบบการระบาดในระดับประชากร โดยใช้ปริมาณจำนวนหนึ่ง — ที่โดดเด่นที่สุดคือค่าการแพร่กระจายพื้นฐาน (basic reproduction number) — เพื่ออธิบายว่าการแพร่กระจายจะคงอยู่เมื่อใด และการแทรกแซงจะหยุดยั้งได้อย่างไร

Definition

การแพร่กระจายและพลวัตของโรคคือการศึกษาในระดับประชากรว่าเชื้อโรคติดต่อเคลื่อนที่ระหว่างโฮสต์ได้อย่างไร และความชุกของการติดเชื้อเปลี่ยนแปลงไปตามกาลเวลาอย่างไร โดยมีลักษณะเฉพาะด้วยพารามิเตอร์ต่างๆ เช่น ค่าการแพร่กระจายพื้นฐาน (basic reproduction number) และการสร้างแบบจำลองการเติบโตและการควบคุมการระบาด

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมถึงวิธีการที่เชื้อโรคแพร่กระจาย พารามิเตอร์ที่ควบคุมการเติบโตและการลดลงของการระบาด และกรอบการสร้างแบบจำลองที่ใช้ในการตีความและพยากรณ์การระบาด หัวข้อนี้ถือว่าการแพร่กระจายเป็นพลวัตของประชากร โดยยกตัวอย่างจากโรคซาร์ส (SARS) และโรคสัตว์สู่คนอุบัติใหม่ (emerging zoonoses) เป็นการให้ข้อมูลเชิงอ้างอิงเพื่อการศึกษา ไม่ใช่แนวทางในการจัดการการติดเชื้อใดๆ เป็นรายบุคคล

Core questions

• เชื้อโรคเคลื่อนที่จากโฮสต์หนึ่งไปยังอีกโฮสต์หนึ่งด้วยเส้นทางใดบ้าง?
• อะไรเป็นตัวกำหนดว่าการติดเชื้อที่เกิดขึ้นใหม่จะพัฒนาเป็นการระบาดหรือจะหมดไป?
• ค่าการแพร่กระจายพื้นฐาน (basic reproduction number) ถูกกำหนดอย่างไร และมีความหมายอย่างไรต่อการควบคุม?
• วิวัฒนาการของเชื้อโรคและภูมิคุ้มกันของโฮสต์มีผลต่อวิถีของการระบาดอย่างไร?

Key concepts

• ค่าการแพร่กระจายพื้นฐาน (R0)
• ค่าการแพร่กระจายประสิทธิผล (Rt)
• รูปแบบการแพร่กระจาย
• ส่วนประกอบของประชากรที่อ่อนแอ-ติดเชื้อ-หายป่วย (Susceptible-infectious-recovered compartments)
• ระยะเวลาการสร้างรุ่น (Generation time) และช่วงเวลาระหว่างการติดเชื้อ (serial interval)
• การแพร่กระจายแบบซูเปอร์สเปรดเดอร์ (Superspreading) และความหลากหลายของการสัมผัส
• เกณฑ์ภูมิคุ้มกันหมู่ (Herd immunity threshold)

Key theories

การสร้างแบบจำลองแบบแบ่งส่วน (SIR)

ประชากรถูกแบ่งออกเป็นส่วนต่างๆ — โดยทั่วไปคือกลุ่มที่อ่อนแอ ติดเชื้อ และหายป่วย — และการเปลี่ยนผ่านระหว่างกลุ่มเหล่านี้จะอธิบายด้วยอัตรา ซึ่งกรอบการทำงานนี้เป็นพื้นฐานของการวิเคราะห์เชิงปริมาณส่วนใหญ่ของการเติบโตของการระบาด เกณฑ์สำหรับการแพร่กระจายที่ยั่งยืน และผลกระทบของการแทรกแซง

ฟิโลไดนามิกส์ (Phylodynamics)

วิถีของการระบาดและวิวัฒนาการของเชื้อโรคจะถูกวิเคราะห์ร่วมกัน เพื่อให้ข้อมูลลำดับพันธุกรรมเป็นข้อมูลสำหรับการอนุมานเกี่ยวกับการแพร่กระจาย ภูมิคุ้มกัน และการคัดเลือกตามกาลเวลา

Mechanisms

การแพร่กระจายต้องอาศัยเชื้อโรคที่ออกจากแหล่งกำเนิด เส้นทางการแพร่กระจาย — การสัมผัสโดยตรง ละอองฝอยหรือละอองลอยในระบบทางเดินหายใจ เส้นทางอุจจาระ-ปาก พาหะ หรือยานพาหนะ เช่น น้ำและอาหาร — และโฮสต์ที่อ่อนแอ การแพร่กระจายจะคงอยู่หรือไม่ขึ้นอยู่กับค่าการแพร่กระจายพื้นฐาน (basic reproduction number) ซึ่งเป็นจำนวนเฉลี่ยของผู้ป่วยรายใหม่ที่เกิดจากผู้ติดเชื้อหนึ่งรายในประชากรที่อ่อนแอทั้งหมด: เมื่อค่านี้เกินหนึ่ง การติดเชื้อสามารถแพร่กระจายได้ และเมื่อการควบคุมหรือภูมิคุ้มกันที่สะสมทำให้ค่าประสิทธิผลลดลงต่ำกว่าหนึ่ง อุบัติการณ์จะลดลง ความหลากหลายมีความสำคัญ ดังนั้นผู้ติดเชื้อหรือเหตุการณ์ส่วนน้อยสามารถคิดเป็นสัดส่วนที่ไม่สมส่วนของการแพร่กระจาย และวิวัฒนาการของเชื้อโรคสามารถเปลี่ยนแปลงพลวัตเหล่านี้ได้ตลอดเวลา

Clinical relevance

แนวคิดเกี่ยวกับการแพร่กระจายอธิบายว่าเหตุใดการแทรกแซงต่างๆ เช่น การแยกตัว การติดตามผู้สัมผัส การฉีดวัคซีน และการควบคุมพาหะ จึงสามารถขัดขวางการแพร่กระจายได้ และแนวคิดเหล่านี้ยังเป็นกรอบในการตีความการระบาดในการปฏิบัติทางคลินิกและสาธารณสุข หัวข้อนี้อธิบายพลวัตของประชากรและเหตุผลเบื้องหลังมาตรการควบคุม เป็นการให้ข้อมูลเชิงอ้างอิงเพื่อการศึกษา และไม่ได้ชี้นำการดูแลผู้ป่วยรายบุคคลใดๆ

Epidemiology

การวิเคราะห์เชิงปริมาณของการแพร่กระจายกลายเป็นหัวใจสำคัญของการรับมือกับการระบาดในช่วงเอชไอวี (HIV) ซาร์ส (SARS) ไข้หวัดใหญ่ระบาดใหญ่ และการระบาดในภายหลัง ซึ่งการประมาณค่าการแพร่กระจายได้ให้ข้อมูลสำหรับการประเมินการควบคุม การระบาดของโรคซาร์สในปี 2546 เป็นกรณีศึกษาที่มีอิทธิพลซึ่งการประมาณค่าการแพร่เชื้อแบบเรียลไทม์ได้นำไปสู่ความเข้าใจว่าการแยกตัวและการกักกันสามารถทำให้ค่าการแพร่กระจายประสิทธิผลต่ำกว่าหนึ่งได้อย่างไร และโรคสัตว์สู่คนอุบัติใหม่ยังคงเป็นแรงผลักดันในสาขาวิชานี้ต่อไป

History

การอธิบายทางคณิตศาสตร์ของการระบาดมีมาตั้งแต่ช่วงต้นศตวรรษที่ 20 โดยมีการกำหนดพฤติกรรมเกณฑ์ของการติดเชื้ออย่างเป็นทางการ และประเพณีการแบ่งส่วน (compartmental tradition) ได้รับการรวบรวมและนำไปใช้อย่างกว้างขวางในการสังเคราะห์ของ Anderson และ May ในปี 2534 การบูรณาการพันธุกรรมของเชื้อโรคเข้ากับการสร้างแบบจำลองการแพร่กระจาย ซึ่งถูกกำหนดให้เป็น phylodynamics ในช่วงต้นทศวรรษ 2000 และการวิเคราะห์การระบาดแบบเรียลไทม์ เช่น ซาร์ส ได้ขยายสาขาวิชานี้ให้เป็นเครื่องมือสำหรับการรับมือกับการระบาดอย่างกระตือรือร้น

Debates

ความน่าเชื่อถือของการประมาณค่าการแพร่กระจายแบบเรียลไทม์เป็นอย่างไร?

การประมาณค่าการแพร่เชื้อในระหว่างการระบาดที่กำลังดำเนินอยู่ขึ้นอยู่กับข้อสมมติฐานเกี่ยวกับช่วงเวลาระหว่างการสร้างรุ่น การรายงาน และการยืนยันผู้ป่วย ดังนั้นความแม่นยำและการตีความในช่วงต้นของการระบาดยังคงเป็นที่ถกเถียงกัน

Key figures

• Roy Anderson
• Robert May
• Hans Heesterbeek
• Bryan Grenfell
• Marc Lipsitch

Seminal works

• anderson-may-1991
• lipsitch-2003
• grenfell-2004
• heesterbeek-2015

Frequently asked questions

ค่าการแพร่กระจายพื้นฐาน (basic reproduction number) บอกอะไรเรา?

เป็นจำนวนเฉลี่ยของการติดเชื้อใหม่ที่เกิดจากผู้ติดเชื้อหนึ่งคนในประชากรที่อ่อนแอทั้งหมด เมื่อค่านี้สูงกว่าหนึ่ง การระบาดสามารถเติบโตได้ และการควบคุมมีเป้าหมายที่จะผลักดันค่าการแพร่กระจายประสิทธิผลให้ต่ำกว่าหนึ่ง

ทำไมการระบาดบางครั้งจึงจางหายไปอย่างรวดเร็ว ในขณะที่บางครั้งแพร่กระจายอย่างกว้างขวาง?

ผลลัพธ์ขึ้นอยู่กับการแพร่เชื้อ รูปแบบการสัมผัส ระดับภูมิคุ้มกันที่มีอยู่ก่อน และความเร็วของการแทรกแซง ความหลากหลาย เช่น การแพร่กระจายแบบซูเปอร์สเปรดเดอร์ สามารถทำให้การแพร่เชื้อโดยเฉลี่ยเท่ากันแต่สร้างรูปแบบการระบาดที่แตกต่างกันมาก