พลวัตของการแพร่เชื้อและจำนวนการแพร่พันธุ์พื้นฐาน

พลวัตของการแพร่เชื้ออธิบายว่าปรสิตแพร่กระจายไปทั่วประชากรของโฮสต์ได้อย่างไร และสำหรับปรสิตที่มียุงเป็นพาหะ ก็แพร่กระจายผ่านยุงด้วยเช่นกัน จำนวนการแพร่พันธุ์พื้นฐาน ซึ่งเขียนว่า R0 สรุปสิ่งนี้ในปริมาณเดียว: จำนวนเฉลี่ยของการติดเชื้อทุติยภูมิที่เกิดจากการติดเชื้อหนึ่งครั้งที่นำเข้าสู่ประชากรที่มีความอ่อนแออย่างเต็มที่ การที่ R0 เกินหนึ่งหรือไม่เป็นตัวกำหนดว่าปรสิตสามารถก่อตั้งและคงอยู่ได้หรือไม่

Definition

จำนวนการแพร่พันธุ์พื้นฐาน (R0) คือจำนวนที่คาดการณ์ของการติดเชื้อทุติยภูมิที่เกิดจากการติดเชื้อเพียงครั้งเดียวในประชากรที่อ่อนแออย่างเต็มที่; พลวัตของการแพร่เชื้อคือกระบวนการระดับประชากรที่การติดเชื้อแพร่กระจาย คงอยู่ หรือลดลงเมื่อเวลาผ่านไป

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมความหมายของ R0 และจำนวนการแพร่พันธุ์ที่มีประสิทธิภาพที่เกี่ยวข้อง เงื่อนไขเกณฑ์ที่แยกความคงอยู่จากการหายไป และองค์ประกอบทางกีฏวิทยาที่สร้าง R0 สำหรับปรสิตที่มียุงเป็นพาหะผ่านความสามารถในการนำโรคของพาหะ (vectorial capacity) โดยกล่าวถึงวิธีการประมาณค่าปริมาณเหล่านี้ และสิ่งที่บ่งชี้สำหรับเป้าหมายการควบคุม; เป็นเนื้อหาอ้างอิงเชิงแนวคิดมากกว่าคำแนะนำการสร้างแบบจำลองเชิงปฏิบัติการ

Core questions

• R0 วัดอะไร และทำไมค่าหนึ่งจึงทำหน้าที่เป็นเกณฑ์?
• ประชากรโฮสต์และพาหะร่วมกันกำหนดจำนวนการแพร่พันธุ์ของปรสิตที่มียุงเป็นพาหะได้อย่างไร?
• R0 ถูกประมาณค่าอย่างไร และทำไมการประมาณค่าจึงมีความไม่แน่นอน?
• การแพร่เชื้อจะต้องลดลงมากแค่ไหนเพื่อให้ปรสิตหายไป?

Key concepts

• จำนวนการแพร่พันธุ์พื้นฐาน (R0)
• จำนวนการแพร่พันธุ์ที่มีประสิทธิภาพ
• เกณฑ์การแพร่เชื้อ
• ความสามารถในการนำโรคของพาหะ (Vectorial capacity)
• ผลกระทบของภูมิคุ้มกันหมู่จากการลดการแพร่เชื้อ
• พลวัตของประชากรที่อ่อนแอต่อการติดเชื้อ
• อัตราการติดเชื้อโดยยุง (Entomological inoculation rate)

Key theories

ทฤษฎีเกณฑ์ (R0)

ปรสิตจะเพิ่มขึ้นเมื่อ R0 เกินหนึ่งและลดลงเมื่อต่ำกว่าหนึ่ง; เป้าหมายสำคัญของการควบคุมคือการลดจำนวนการแพร่พันธุ์ที่มีประสิทธิภาพให้ต่ำกว่าเกณฑ์นี้ เพื่อให้การติดเชื้อแต่ละครั้งโดยเฉลี่ยไม่สามารถทดแทนตัวเองได้

ความสามารถในการนำโรคของพาหะ (Vectorial capacity)

สำหรับปรสิตที่มียุงเป็นพาหะ อัตราการเกิดการติดเชื้อใหม่สร้างขึ้นจากความหนาแน่นของยุงต่อโฮสต์ อัตราการกัด ความน่าจะเป็นของการรอดชีวิตของยุงตลอดระยะฟักตัวของปรสิต และระยะเวลาของช่วงนั้น ซึ่งเชื่อมโยงกีฏวิทยาเข้ากับ R0 โดยตรง

Mechanisms

ในการติดเชื้อที่แพร่กระจายโดยตรง R0 ขึ้นอยู่กับอัตราการสัมผัสระหว่างโฮสต์ ความน่าจะเป็นของการแพร่เชื้อต่อการสัมผัส และระยะเวลาของการติดเชื้อ สำหรับปรสิตที่มียุงเป็นพาหะ ห่วงโซ่จะดำเนินผ่านยุง: โฮสต์ที่ติดเชื้อจะติดเชื้อยุง ยุงที่รอดชีวิตจะต้องมีชีวิตอยู่ได้นานพอที่ปรสิตจะพัฒนา และยุงเหล่านั้นก็จะติดเชื้อโฮสต์ใหม่ สูตรของ Ross-Macdonald รวมขั้นตอนเหล่านี้เข้ากับความสามารถในการนำโรคของพาหะและ R0 ดังนั้นความหนาแน่นของยุง ความถี่ในการกัด และอายุขัยของยุงจึงกลายเป็นกลไกของการแพร่เชื้อ เนื่องจาก R0 สำหรับปรสิตที่มียุงเป็นพาหะขึ้นอยู่กับกำลังสองของอัตราการกัดและขึ้นอยู่กับการรอดชีวิตของยุงอย่างมาก การเปลี่ยนแปลงทางกีฏวิทยาเพียงเล็กน้อยก็สามารถทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงครั้งใหญ่ในการแพร่เชื้อได้ เมื่อประชากรที่อ่อนแอถูกลดลงหรือได้รับการป้องกัน จำนวนการแพร่พันธุ์ที่มีประสิทธิภาพจะลดลงต่ำกว่า R0 และการแพร่เชื้อจะชะลอตัวลง

Clinical relevance

จำนวนการแพร่พันธุ์อธิบายว่าทำไมโรคปรสิตบางชนิดยังคงเป็นโรคประจำถิ่นอย่างดื้อรั้นในขณะที่บางชนิดสามารถผลักดันไปสู่การกำจัดได้ และทำไมความรุนแรงของการแพร่เชื้อ ไม่ใช่แค่การมีอยู่ของปรสิตเท่านั้น ที่เป็นตัวกำหนดภาระทางคลินิกในประชากร นี่คือกรอบแนวคิดสำหรับการตีความการแพร่เชื้อ; ไม่ใช่พื้นฐานสำหรับการวินิจฉัยหรือการตัดสินใจในการรักษาเฉพาะบุคคล

Epidemiology

จำนวนการแพร่พันธุ์ที่ประมาณการสำหรับการแพร่เชื้อมาลาเรียที่รุนแรงอาจสูงมาก ซึ่งเป็นเหตุผลหนึ่งที่ทำให้มาลาเรียกำจัดได้ยากในบางส่วนของแอฟริกา; กรอบแนวคิดเดียวกันนี้ยังชี้แจงว่าทำไมการตั้งค่าที่มีการแพร่เชื้อต่ำกว่าจึงเป็นเป้าหมายที่จัดการได้ง่ายกว่าสำหรับการหยุดชะงัก การประมาณค่าแตกต่างกันอย่างมากตามวิธีการและการตั้งค่า ดังนั้นค่าที่รายงานจึงควรอ่านเป็นตัวบ่งชี้ขนาดโดยประมาณ

History

Ronald Ross ได้นำเสนอแนวคิดเกณฑ์สำหรับมาลาเรียในช่วงต้นศตวรรษที่ 20 และ George Macdonald ได้กำหนดองค์ประกอบทางกีฏวิทยาของการแพร่เชื้ออย่างเป็นทางการในทศวรรษ 1950 Anderson และ May ได้สรุปทฤษฎีจำนวนการแพร่พันธุ์ในโรคติดเชื้อต่างๆ ในช่วงปลายทศวรรษ 1970 และการทบทวนของ Dietz ในปี 1993 ได้รวบรวมวิธีการประมาณค่า R0 ซึ่งการสังเคราะห์ของ Ross-Macdonald ในภายหลังได้นำไปสู่การสร้างแบบจำลองโรคที่มียุงเป็นพาหะสมัยใหม่

Debates

R0 สำหรับมาลาเรียสามารถประมาณค่าได้อย่างน่าเชื่อถือเพียงใด?

จำนวนการแพร่พันธุ์สำหรับมาลาเรียมีความอ่อนไหวต่อสมมติฐานเกี่ยวกับการรอดชีวิตของยุง การกัด และการติดเชื้อซ้ำซ้อน และวิธีการที่แตกต่างกันให้ค่าที่แตกต่างกันมาก ดังนั้นความหมายและความสามารถในการเปรียบเทียบของการประมาณค่าที่รายงานจึงยังคงเป็นที่ถกเถียง

Key figures

• Ronald Ross
• George Macdonald
• Roy Anderson
• Robert May
• Klaus Dietz

Seminal works

• anderson-may-1979
• anderson-may-1991
• smith-2012-ross-macdonald

Frequently asked questions

หมายความว่าอย่างไรหาก R0 มากกว่าหนึ่ง?

การติดเชื้อแต่ละครั้งโดยเฉลี่ยจะสร้างการติดเชื้อใหม่มากกว่าหนึ่งครั้งในประชากรที่อ่อนแอ ดังนั้นปรสิตจึงสามารถแพร่กระจายและก่อตั้งได้; หาก R0 ต่ำกว่าหนึ่ง การติดเชื้อจะไม่สามารถทดแทนตัวเองได้และการแพร่เชื้อจะหมดไป

ทำไม R0 จึงสูงมากสำหรับมาลาเรียในบางภูมิภาค?

ในพื้นที่ที่ยุงมีจำนวนมาก กัดบ่อย และมีชีวิตอยู่ได้นานพอที่จะแพร่เชื้อ องค์ประกอบทางกีฏวิทยาของความสามารถในการนำโรคของพาหะจะทวีคูณกันทำให้เกิดจำนวนการแพร่พันธุ์ที่สูงมาก ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมการตั้งค่าการแพร่เชื้อที่รุนแรงจึงยากที่สุดในการกำจัด