Động lực học của dịch bệnh và đại dịch

Động lực học của dịch bệnh và đại dịch mô tả cách các bệnh nhiễm vi-rút tăng lên, đạt đỉnh và suy giảm theo thời gian trong và giữa các quần thể. Dịch bệnh là sự gia tăng rõ rệt số ca mắc vượt quá mức cơ bản dự kiến trong một cộng đồng hoặc khu vực; đại dịch là một dịch bệnh đã lan rộng ra nhiều quốc gia hoặc châu lục. Hình dạng của một đợt bùng phát theo thời gian phản ánh sự tương tác của khả năng lây truyền, miễn dịch tích lũy, cũng như cấu trúc và hành vi của quần thể vật chủ.

Definition

Động lực học dịch bệnh là nghiên cứu về cách số lượng ca nhiễm vi-rút trong một quần thể thay đổi theo thời gian; dịch bệnh là sự gia tăng số ca mắc rõ ràng vượt quá mức dự kiến trong một khu vực xác định, và đại dịch là một dịch bệnh xảy ra trên một khu vực địa lý rộng lớn và ảnh hưởng đến một quần thể đặc biệt lớn, thường trải rộng nhiều quốc gia hoặc châu lục.

Scope

Chủ đề này bao gồm các mô hình thời gian của các đợt bùng phát vi-rút: đường cong dịch tễ và các giai đoạn của nó, các điều kiện để xuất hiện và phát triển, sự thay đổi do cạn kiệt các cá thể nhạy cảm, và sự phân biệt giữa dịch bệnh và đại dịch. Nó giới thiệu mô hình phân vùng như một khuôn khổ tiêu chuẩn để mô tả các động lực này và trình bày tài liệu như một dịch tễ học khái niệm hơn là hướng dẫn quản lý bất kỳ đợt bùng phát cụ thể nào.

Core questions

• Điều gì phân biệt dịch bệnh với đại dịch?
• Đường cong dịch tễ cho thấy điều gì và các giai đoạn của nó là gì?
• Những điều kiện nào cho phép một đợt bùng phát xuất hiện và phát triển?
• Tại sao dịch bệnh đạt đỉnh và suy giảm ngay cả khi không có miễn dịch hoàn toàn?
• Các mô hình phân vùng biểu diễn động lực học dịch bệnh như thế nào?

Key concepts

• Dịch bệnh so với đại dịch
• Đường cong dịch tễ và các giai đoạn của nó
• Giai đoạn tăng trưởng theo cấp số nhân
• Cạn kiệt các cá thể nhạy cảm và sự thay đổi của dịch bệnh
• Các mô hình phân vùng (SIR/SEIR)
• Số lượng sinh sản hiệu quả theo thời gian
• Sự xuất hiện và lây lan địa lý

Mechanisms

Khi một vi-rút có khả năng lây truyền được đưa vào một quần thể nhạy cảm và số lượng sinh sản hiệu quả của nó vượt quá một, số ca mắc sẽ tăng lên, thường là theo cấp số nhân lúc đầu. Khi nhiễm trùng và miễn dịch làm cạn kiệt nhóm cá thể nhạy cảm, số lượng sinh sản hiệu quả giảm, tốc độ tăng trưởng chậm lại, dịch bệnh đạt đỉnh và số ca mắc giảm, tạo ra đường cong dịch tễ đặc trưng. Các mô hình phân vùng, chia quần thể thành các lớp nhạy cảm, (phơi nhiễm,) lây nhiễm và đã hồi phục, chính thức hóa các động lực này và liên kết hình dạng của đường cong với các tham số như tỷ lệ lây truyền và thời gian lây nhiễm. Sự lây lan địa lý phụ thuộc vào sự kết nối giữa các quần thể, vì vậy một vi-rút đủ khả năng lây truyền được đưa vào một thế giới di động, kết nối có thể chuyển từ một dịch bệnh cục bộ thành một đại dịch. Các biện pháp can thiệp và thay đổi hành vi làm thay đổi số lượng sinh sản hiệu quả và do đó định hình lại đường cong.

Clinical relevance

Hiểu biết về động lực học của dịch bệnh và đại dịch là cơ sở cho việc giám sát, dự báo và đánh giá cách các biện pháp can thiệp có thể làm thay đổi đường cong dịch tễ ở cấp độ quần thể. Mục này mô tả động lực học bùng phát như các khái niệm dịch tễ học và công cụ mô hình hóa; nó không phải là hướng dẫn vận hành để ứng phó với bất kỳ dịch bệnh cụ thể nào và không đề cập đến việc chăm sóc cá nhân.

Epidemiology

Các nghiên cứu mô hình về đại dịch COVID-19 ban đầu đã minh họa cách các tham số lây truyền có thể được sử dụng để dự báo và dự đoán sự lây lan, trong khi các nhóm theo dõi tiếp xúc chi tiết đã mô tả cách lây truyền và bệnh tật diễn ra giữa các ca mắc và những người tiếp xúc với họ. Các mô hình phân vùng được mở rộng để nắm bắt các tác động của can thiệp đã cho thấy các biện pháp trên toàn quần thể có thể thay đổi quỹ đạo của một dịch bệnh như thế nào.

History

Mô tả toán học về động lực học dịch bệnh có từ các mô hình phân vùng đầu thế kỷ XX và định lý ngưỡng liên quan, và được tổng hợp trong khuôn khổ động lực học quần thể rộng hơn của Anderson và May vào năm 1991. Các đại dịch liên tiếp, bao gồm các đại dịch cúm và đại dịch COVID-19, đã thúc đẩy sự phát triển nhanh chóng và ứng dụng thực tế các công cụ mô hình hóa và dự báo.

Key figures

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

Seminal works

• anderson-may-1991
• wu-2020

Frequently asked questions

Sự khác biệt giữa dịch bệnh và đại dịch là gì?

Dịch bệnh là sự gia tăng số ca mắc rõ ràng vượt quá mức dự kiến trong một cộng đồng hoặc khu vực, trong khi đại dịch là một dịch bệnh đã lan rộng trên một khu vực địa lý rộng lớn, thường là nhiều quốc gia hoặc châu lục, ảnh hưởng đến một quần thể rất lớn. Sự phân biệt này là về phạm vi địa lý chứ không phải về một cơ chế cơ bản khác.

Tại sao một dịch bệnh đạt đỉnh và suy giảm trước khi mọi người đều bị nhiễm bệnh?

Khi nhiễm trùng và hồi phục loại bỏ các cá thể nhạy cảm, số lượng sinh sản hiệu quả giảm; một khi nó giảm xuống dưới một, dịch bệnh sẽ thay đổi và suy giảm, điều này có thể xảy ra rất lâu trước khi toàn bộ quần thể bị nhiễm bệnh, đặc biệt là khi thay đổi hành vi hoặc các biện pháp can thiệp làm giảm thêm sự lây truyền.