พลวัตของการระบาดและโรคระบาดใหญ่

พลวัตของการระบาดและโรคระบาดใหญ่ อธิบายว่าการติดเชื้อไวรัสเพิ่มขึ้นถึงจุดสูงสุดและลดลงอย่างไรเมื่อเวลาผ่านไป ทั้งภายในและระหว่างประชากร การระบาดคือการเพิ่มขึ้นอย่างเห็นได้ชัดของจำนวนผู้ป่วยที่สูงกว่าค่าพื้นฐานที่คาดไว้ในชุมชนหรือภูมิภาคใดภูมิภาคหนึ่ง ส่วนโรคระบาดใหญ่คือการระบาดที่แพร่กระจายไปทั่วหลายประเทศหรือหลายทวีป รูปร่างของการระบาดเมื่อเวลาผ่านไปสะท้อนให้เห็นถึงการทำงานร่วมกันของความสามารถในการแพร่เชื้อ ภูมิคุ้มกันที่สะสม และโครงสร้างและพฤติกรรมของประชากรผู้รับเชื้อ

Definition

พลวัตของการระบาดคือการศึกษาว่าจำนวนการติดเชื้อไวรัสในประชากรเปลี่ยนแปลงไปอย่างไรเมื่อเวลาผ่านไป การระบาดคือการเพิ่มขึ้นของผู้ป่วยที่สูงกว่าระดับที่คาดไว้ในพื้นที่ที่กำหนดอย่างชัดเจน และโรคระบาดใหญ่คือการระบาดที่เกิดขึ้นในพื้นที่ทางภูมิศาสตร์ที่กว้างขวางและส่งผลกระทบต่อประชากรจำนวนมากเป็นพิเศษ โดยทั่วไปจะครอบคลุมหลายประเทศหรือหลายทวีป

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมรูปแบบทางเวลาของการระบาดของไวรัส: เส้นโค้งการระบาดและระยะต่างๆ ของมัน เงื่อนไขสำหรับการเกิดขึ้นและการเติบโต การเปลี่ยนแปลงที่เกิดจากการลดลงของผู้ที่อ่อนแอต่อโรค และความแตกต่างระหว่างการระบาดและโรคระบาดใหญ่ โดยนำเสนอการสร้างแบบจำลองแบบแบ่งส่วน (compartmental modelling) เป็นกรอบมาตรฐานสำหรับการอธิบายพลวัตเหล่านี้ และวางกรอบเนื้อหาในฐานะระบาดวิทยาเชิงแนวคิดมากกว่าเป็นแนวทางในการจัดการกับการระบาดเฉพาะเจาะจงใดๆ

Core questions

• อะไรคือสิ่งที่แยกความแตกต่างระหว่างการระบาดและโรคระบาดใหญ่?
• เส้นโค้งการระบาดแสดงอะไร และมีระยะใดบ้าง?
• เงื่อนไขใดที่ทำให้การระบาดเกิดขึ้นและเติบโตได้?
• เหตุใดการระบาดจึงถึงจุดสูงสุดและลดลงแม้จะไม่มีภูมิคุ้มกันที่สมบูรณ์?
• แบบจำลองแบบแบ่งส่วนแสดงพลวัตของการระบาดได้อย่างไร?

Key concepts

• การระบาดเทียบกับโรคระบาดใหญ่
• เส้นโค้งการระบาดและระยะต่างๆ
• ระยะการเติบโตแบบทวีคูณ
• การลดลงของผู้ที่อ่อนแอต่อโรคและการเปลี่ยนแปลงของการระบาด
• แบบจำลองแบบแบ่งส่วน (SIR/SEIR)
• ค่าการแพร่พันธุ์ที่มีประสิทธิภาพเมื่อเวลาผ่านไป
• การเกิดขึ้นและการแพร่กระจายทางภูมิศาสตร์

Mechanisms

เมื่อไวรัสที่สามารถแพร่เชื้อได้ถูกนำเข้าสู่ประชากรที่อ่อนแอต่อโรค และค่าการแพร่พันธุ์ที่มีประสิทธิภาพ (effective reproduction number) เกินกว่าหนึ่ง จำนวนผู้ป่วยจะเพิ่มขึ้น ซึ่งมักจะเป็นแบบทวีคูณในช่วงแรก เมื่อการติดเชื้อและภูมิคุ้มกันลดจำนวนประชากรที่อ่อนแอต่อโรค ค่าการแพร่พันธุ์ที่มีประสิทธิภาพจะลดลง การเติบโตจะช้าลง การระบาดจะถึงจุดสูงสุด และจำนวนผู้ป่วยจะลดลง ทำให้เกิดเส้นโค้งการระบาดที่มีลักษณะเฉพาะ แบบจำลองแบบแบ่งส่วน (compartmental models) ซึ่งแบ่งประชากรออกเป็นกลุ่มผู้ที่อ่อนแอต่อโรค (susceptible), ผู้ที่ได้รับเชื้อแต่ยังไม่แสดงอาการ (exposed), ผู้ติดเชื้อ (infectious) และผู้ที่หายป่วยแล้ว (recovered) จะทำให้พลวัตเหล่านี้เป็นทางการ และเชื่อมโยงรูปร่างของเส้นโค้งเข้ากับพารามิเตอร์ต่างๆ เช่น อัตราการแพร่เชื้อและระยะเวลาการติดเชื้อ การแพร่กระจายทางภูมิศาสตร์ขึ้นอยู่กับการเชื่อมโยงระหว่างประชากร ดังนั้นไวรัสที่สามารถแพร่เชื้อได้เพียงพอที่ถูกนำเข้าสู่โลกที่มีการเคลื่อนไหวและเชื่อมโยงกัน สามารถเปลี่ยนจากการระบาดในท้องถิ่นไปสู่โรคระบาดใหญ่ได้ การแทรกแซงและการเปลี่ยนแปลงพฤติกรรมจะเปลี่ยนแปลงค่าการแพร่พันธุ์ที่มีประสิทธิภาพ และทำให้รูปร่างของเส้นโค้งเปลี่ยนไป

Clinical relevance

ความเข้าใจในพลวัตของการระบาดและโรคระบาดใหญ่เป็นพื้นฐานของการเฝ้าระวัง การพยากรณ์ และการประเมินว่าการแทรกแซงอาจเปลี่ยนแปลงเส้นโค้งการระบาดในระดับประชากรได้อย่างไร บทความนี้อธิบายพลวัตของการระบาดในฐานะแนวคิดทางระบาดวิทยาและเครื่องมือการสร้างแบบจำลอง ไม่ใช่แนวทางปฏิบัติในการตอบสนองต่อการระบาดใดๆ และไม่ได้กล่าวถึงการดูแลผู้ป่วยรายบุคคล

Epidemiology

การศึกษาแบบจำลองของการระบาดของ COVID-19 ในช่วงแรกแสดงให้เห็นว่าพารามิเตอร์การแพร่เชื้อสามารถนำมาใช้ในการพยากรณ์ปัจจุบันและอนาคตของการแพร่กระจายได้อย่างไร ในขณะที่กลุ่มผู้สัมผัสโรคที่มีการติดตามอย่างละเอียดได้อธิบายลักษณะการแพร่เชื้อและโรคที่เกิดขึ้นในผู้ป่วยและผู้สัมผัส แบบจำลองแบบแบ่งส่วนที่ขยายเพื่อจับผลกระทบของการแทรกแซงแสดงให้เห็นว่ามาตรการระดับประชากรสามารถเปลี่ยนแปลงวิถีของการระบาดได้อย่างไร

History

การอธิบายทางคณิตศาสตร์ของพลวัตของการระบาดมีมาตั้งแต่แบบจำลองแบบแบ่งส่วนในช่วงต้นศตวรรษที่ 20 และทฤษฎีเกณฑ์ที่เกี่ยวข้อง และได้รับการสังเคราะห์ภายในกรอบพลวัตประชากรที่กว้างขึ้นของ Anderson และ May ในปี 1991 การระบาดใหญ่ที่ต่อเนื่องกัน รวมถึงการระบาดใหญ่ของไข้หวัดใหญ่และการระบาดใหญ่ของ COVID-19 ได้ผลักดันการพัฒนาและการประยุกต์ใช้เครื่องมือการสร้างแบบจำลองและการพยากรณ์อย่างรวดเร็วและในเวลาจริง

Key figures

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

Seminal works

• anderson-may-1991
• wu-2020

Frequently asked questions

อะไรคือความแตกต่างระหว่างการระบาดและโรคระบาดใหญ่?

การระบาดคือการเพิ่มขึ้นของผู้ป่วยที่สูงกว่าระดับที่คาดไว้ในชุมชนหรือภูมิภาคใดภูมิภาคหนึ่งอย่างชัดเจน ในขณะที่โรคระบาดใหญ่คือการระบาดที่แพร่กระจายไปทั่วพื้นที่ทางภูมิศาสตร์ที่กว้างขวาง โดยทั่วไปจะครอบคลุมหลายประเทศหรือหลายทวีป และส่งผลกระทบต่อประชากรจำนวนมาก ความแตกต่างอยู่ที่ขอบเขตทางภูมิศาสตร์มากกว่ากลไกพื้นฐานที่แตกต่างกัน

เหตุใดการระบาดจึงถึงจุดสูงสุดและลดลงก่อนที่ทุกคนจะติดเชื้อ?

เมื่อการติดเชื้อและการฟื้นตัวทำให้จำนวนบุคคลที่อ่อนแอต่อโรคลดลง ค่าการแพร่พันธุ์ที่มีประสิทธิภาพจะลดลง เมื่อค่านี้ลดลงต่ำกว่าหนึ่ง การระบาดจะเปลี่ยนทิศทางและลดลง ซึ่งสามารถเกิดขึ้นได้ก่อนที่ประชากรทั้งหมดจะติดเชื้อ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อการเปลี่ยนแปลงพฤติกรรมหรือการแทรกแซงช่วยลดการแพร่เชื้อเพิ่มเติม