< Modélisation
Γιατί οι καταστάσεις υπερ-διάδοσης είναι ζωτικής σημασίας για την κατανόηση της επιδημίας COVID-19;
Κείμενο ενημερώθηκε 2020-06-23
Η επιδημία COVID-19 εξαπλώνεται σε μεγάλο βαθμό μέσω καταστάσεων υπερ-διάδοσης. Για να αποφευχθεί μια νέα εστία, είναι σημαντικό να παρακολουθούνται και να περιορίζονται οι πιο "εύφλεκτες" τοποθεσίες /συμβάντα και, συνεπώς, να αποφεύγεται η εμφάνιση καταστάσεων υπερ-πολλαπλασιασμού.
Η αποτελεσματικότητα της μετάδοσης του COVID-19 από το ένα άτομο στο άλλο είναι εξαιρετικά μεταβλητή: η πλειονότητα των λοιμώξεων βγαίνει χωρίς απογόνους, αλλά ένας μικρός αριθμός λοιμώξεων (10-20%) ευθύνεται για μεγάλο αριθμό περιπτώσεων μόλυνσης (έως 80%). Το φαινόμενο αυτό μπορεί να εξηγήσει γιατί στη Γαλλία η μεγαλύτερη εστία δεν έλαβε χώρα πριν από τον Μάρτιο του 2020, αν και ο coronavirus SARS-CoV-2 ήταν σποραδικά παρών στη γαλλική επικράτεια ήδη από τον Δεκέμβριο του 2019.
Η εμφάνιση συμβάντων υπερδιαγο ανάγνωσης είναι απαραίτητη γιατην εμφάνιση μιας εστίας. Αυτές οι καταστάσεις μπορεί να είναι βιολογικές, αν μερικοί άνθρωποι εκπέμπουν περισσότερα μολυσματικά σωματίδια από άλλους, και κοινωνικά, σε γεγονότα που αφορούν μεγάλο αριθμό ανθρώπων στο ίδιο μέρος. Επιτρέπουν στο COVID-19 να μετακινηθεί από το επίπεδο του "θορύβου υποβάθρου" σε ένα στάδιο επιδημίας. Η κατανόηση και ο έλεγχος αυτών των καταστάσεων, τοποθεσιών ή συμβάντων υπερ-πολλαπλασιαστή είναι ουσιαστικής σημασίας για την πρόληψη της εμφάνισης ενός πιθανού δεύτερου κύματος χωρίς να χρειάζεται να καταφύγουν σε ακραία μέτρα περιορισμού.
Για να καταλάβουμε πώς εξαπλώνεται το COVID-19, η γνώση του αναπαραγωγικού ρυθμού του (R0) δεν είναι αρκετή. Ένα άλλο χαρακτηριστικό των λοιμώξεων, ο παράγοντας διασποράς τους k (kappa), πρέπει επίσης να ληφθεί υπόψη. Ενώ ο αναπαραγωγικός ρυθμός αντανακλά τη μέση μεταδοτικότητα σε όλα τα μολυσμένα άτομα, ο παράγοντας διασποράς μετρά τη μεταβλητότητα αυτού του αναπαραγωγικού ποσοστού μέσα στον πληθυσμό.
Όταν το κ είναι υψηλό, η επιδημία εξελίσσεται σταδιακά και ομοιόμορφα, με τον τρόπο ενός λεκέ πετρελαίου: αυτή είναι η κατάσταση που παρατηρήθηκε κατά τη διάρκεια της ισπανικής επιδημίας γρίπης το 1918. Όσο πιο κοντά είναι το k στο 0, για το ίδιο R0, τόσο πιο μεταβλητός είναι ο αριθμός των ατόμων που έχουν μολυνθεί από μολυσμένο άτομο και τόσο περισσότερο η επιδημία μπορεί να εξαπλωθεί μέσω υπερ-πολλαπλασιαστικών γεγονότων. Για παράδειγμα, όταν k - 0,1 και R0 - 3, το 73% των ατόμων μολύνουν λιγότερο από ένα άτομο, αλλά το 6% μολύνουν περισσότερο από 8. Στη συνέχεια, η επιδημία εξελίσσεται κατά διαστήματα, η οποία, από στατιστική άποψη, ανταποκρίνεται σε μια αρνητική διωνυμική κατανομή (ενώ η εποχική γρίπη είναι πιο κοντά σε μια κατανομή τύπου ψαριού, η οποία επιτυγχάνεται όταν το k τείνει προς το άπειρο). Κατά τη διάρκεια της επιδημίας SARS (R0 -2, k - 0,16) και, σε μικρότερο βαθμό, παρατηρήθηκε τρόπος διάδοσης μέσω καταστάσεων υπερ-πολλαπλασιασμού (R0 - 0,6, k - 0,25). K εκτιμήσεις είναι λιγότερο ακριβείς από r0 εκτιμήσεις, διότι k είναι ένα μέτρο της διασποράς, ενώ R0 είναι ένας μέσος όρος. Αυτό σημαίνει ότι πολλές περιπτώσεις μετάδοσης που απαιτούνται για να πάρετε μια καλή εκτίμηση κ. Προς το παρόν, σύμφωνα με μελέτες, η τιμή του k για το COVID-19 θα είναι περίπου 0,1-0,4.
Υπό αυτές τις συνθήκες, είναι στατιστικά απαραίτητο για μερικές δεκάδες περιπτώσεις να εμφανιστούν ταυτόχρονα για να δημιουργηθούν οι συνθήκες για μια επιδημία. Αυτό είναι όπου οι καταστάσεις υπερ-διάδοσης διαδραματίζουν σημαντικό ρόλο: ξαφνικά, το περιβάλλον γίνεται ευνοϊκό για την εξάπλωση του COVID-19, παρά τη χαμηλή μεταδοτικότητα του στην πλειονότητα των μολυσμένων ανθρώπων. Η ιδιαιτερότητα αυτή εξηγεί γιατί οι σημαντικότερες εστίες COVID-19 δεν εμφανίστηκαν συστηματικά σε μεγάλες μητροπόλεις (όπως συμβαίνει στην περίπτωση λοιμώξεων από τη διανομή τύπου ψαριού), αλλά και σε λιγότερο πυκνοκατοικημένες περιοχές (π.χ. Mulhouse ή Codogno), όπου είχε λάβει χώρα ένα υπερ-πολλαπλασιαστικό γεγονός. Επιπλέον, σύμφωνα με την αρνητική διωνυμική κατανομή, μόλις εγκατασταθεί ένα νοικοκυριό, η αύξηση του αριθμού των κρουσμάτων εκρήγνυται γρήγορα, σε λίγες γενιές μολυσμένων ασθενών. Επιδημιολογικά μοντέλα προβλέπουν ότι η καθιέρωση και η σταθεροποίηση της εκθετικής ανάπτυξης μιας τέτοιας επιδημίας απαιτεί συνεχή προσφορά καταστάσεων υπερ-πολλαπλασιασμού. Ως εκ τούτου, τα αποτελέσματα αυτά υποδηλώνουν ότι η επιδημία μπορεί να ελεγχθεί σε μεγάλο βαθμό εάν εξαλειφθούν οι υπερ-πολλαπλασιαστικές καταστάσεις που προκαλούν τη μετάδοση.
Ενώ μερικές μολυσματικές εστίες κυριαρχούν στη μετάδοση του coronavirus SARS-CoV-2 ενώ οι περισσότεροι από αυτούς βγαίνουν μόνοι τους, αυτό σημαίνει ότι, προκειμένου να αποφευχθεί μια νέα εστία, είναι κρίσιμο να γνωρίζουμε και να παρακολουθούμε τις πιο «εύφλεκτες» τοποθεσίες/γεγονότα και έτσι να αποτρέψουμε την εμφάνιση καταστάσεων υπερ-πολλαπλασιασμού.
Πηγές
Ο coronavirus SARS-CoV-2 ήταν πιθανώς σποραδικά παρών στη Γαλλία ήδη από τον Δεκέμβριο του 2019.
Deslandes, A., Berti, V., Tandjaoui-Lambotte, Y., Alloui, C., Carbonnelle, E., Zahar, J. R., ... Cohen, Y. (2020). Το SARS-CoV-2 είχε ήδη εξαπλωθεί στη Γαλλία στα τέλη Δεκεμβρίου 2019. Διεθνές Περιοδικό Αντιμικροβιακών Παραγόντων, 106006.Το R0 για την εποχική γρίπη υπολογίστηκε σε 1,3 (μεταξύ 0,9 και 2,1).
Coburn, B. J., Βάγκνερ, B. G., Φυσητήρας, S. (2009). Μοντελοποίηση επιδημίες γρίπης και πανδημίες: γνώσεις για το μέλλον της γρίπης των χοίρων (H1N1). BMC ιατρική, 7(1), 30.Ο συντελεστής διασποράς k για το SARS εκτιμήθηκε σε 0,16 (90% διάστημα εμπιστοσύνης 0,11-0,64).
Lloyd-Smith, J. O., Schreiber, S. J., Kopp, P. E., Getz, W.M. (2005). Υπερδιάγνωση και η επίδραση της ατομικής παραλλαγής στην εμφάνιση της νόσου. Φύση, 438(7066), 355-359.Ο συντελεστής διασποράς k για το MERS-CoV εκτιμήθηκε σε 0,26.
Κουτσάρσκι, Α. Τζ., Άλτχαους, Γ. (2015). Ο ρόλος της υπερδιάγνωσης στη μετάδοση του αναπνευστικού coronavirus της Μέσης Ανατολής (MERS-CoV). ευρώ επιτήρησης, 20(25), pii-21167.Μια μελέτη των συσπειρώσεων στο Χονγκ Κονγκ (που αντιστοιχεί σε 1037 άτομα που βρέθηκαν θετικά) που διεξήχθη τον Μάιο του 2020 εκτιμά ότι το 20% των περιπτώσεων μόλυνσης του SARS-CoV-2 ευθύνονται για το 80% της τοπικής μετάδοσης. Οι κοινωνικές εκθέσεις παράγουν περισσότερες δευτερεύουσες περιπτώσεις από τις οικογενειακές ή εργασιακές αλληλεπιδράσεις. Ο συντελεστής διασποράς κ εκτιμάται σε 0,45 (95% CI: 0,30-0,72).
Adam, D., Wu, P., Wong, J., Lau, E., Tsang, T., Cauchemez, S., ... - Cowling, B. (2020). Συσπείρωση και υπερδιάγνωση δυναμικό του σοβαρού οξέος αναπνευστικού συνδρόμου coronavirus 2 (SARS-CoV-2) λοιμώξεις στο Χονγκ Κονγκ.Μια βρετανική μελέτη εκτιμά για covid-19 ότι για τις τιμές R0 περίπου 2-3, ο παράγοντας διασποράς κ είναι περίπου 0,1 (διάμεσος 0,1? διάστημα εμπιστοσύνης 95%: 0,05-0,2 για R0 - 2,5): αυτό σημαίνει ότι το 10% των ατόμων είναι υπεύθυνα για το 80% των περιπτώσεων μόλυνσης.
Endo, A., Abbott, S., Kucharski, A. J., Funk, S. (2020). Εκτίμηση της υπερδιασυθίωσης στη μετάδοση COVID-19 χρησιμοποιώντας μεγέθη εστιών εκτός Κίνας. Wellcome Ανοικτή Έρευνα, 5(67), 67.Μια ελβετική μελέτη μοντελοποίησης του COVID-19 έως τον Ιανουάριο του 2020 τοποθετεί το R0 μεταξύ 1,4 στο 3,8 (διάμεσος έως 2,2) και k μεταξύ 0,014 και 6,95 (διάμεσος στο 0,54). Τα στοιχεία από την εστία έως τον Ιανουάριο του 2020 δεν παρέχουν ακριβέστερη εκτίμηση του κ. K εκτιμήσεις είναι λιγότερο ακριβείς από r0 εκτιμήσεις, διότι k είναι ένα μέτρο της διασποράς, ενώ R0 είναι ένας μέσος όρος.
Riou, J., Althaus, C.L. (2020). Μοτίβο πρώιμης μετάδοσης από άνθρωπο σε άνθρωπο του νέου coronavirus wuhan 2019 (2019-nCoV), Δεκέμβριος 2019 έως Ιανουάριος 2020. Ευρωγλυφοβιαία, 25(4), 2000058.Με βάση τα γονιδιώματα του coronavirus SARS-CoV-2, μια ομάδα της Οξφόρδης εκτίμησε ότι ο coronavirus είχε φτάσει στο Ηνωμένο Βασίλειο και άρχισε να εξαπλώνεται εντός των συνόρων της χώρας κατά τη διάρκεια τουλάχιστον 1.356 εισαγωγών, και ότι ο αριθμός αυτός ήταν πιθανώς υποτιμημένος. Οι εισαγωγές έγιναν κυρίως μέσω ταξιδιωτών από την Ισπανία (34%), τη Γαλλία (29%) Ιταλία (14%).
Pybus O., Andrew Rambaut, Louis du Plessis, Alexander E Zarebski, Moritz U G Kraemer, Jayna Raghwani, Bernardo Gutiérrez, Verity Hill, John McCrone, Rachel Colquhoun, Ben Jackson, O'Toole, Jordan Ashworth, εξ ονόματος της κοινοπραξίας COG-UK. (2020) Προκαταρκτική ανάλυση της εισαγωγής SARS-CoV-2 - καθορισμός γενεαλογιών μετάδοσης του Ηνωμένου Βασιλείου. Προεκτύπωση σε virological.orgΕξηγήσεις σχετικά με την παράμετρο kappa και τη σημασία των καταστάσεων υπερ-πολλαπλασιασμού.
Κόρσια-Μέφρε, Σ. (2020). COVID-19: "Το μόνο πράγμα που έχει σημασία είναι πού πέφτει" ή πώς να αποφευχθεί ένα πιθανό δεύτερο κύμα. VidalΑυτή η μελέτη δείχνει ότι όσο υψηλότερος είναι ο όγκος της φωνής (πλάτος), τόσο μεγαλύτερος είναι ο αριθμός των σωματιδίων που εκπέμπονται κατά τη διάρκεια της ομιλίας, που κυμαίνονται από 1 έως 50 σωματίδια ανά δευτερόλεπτο (0,06 έως 3 σωματίδια ανά cm3) για χαμηλά έως υψηλά πλάτη, ανεξάρτητα από την ομιλούμενη γλώσσα (Αγγλικά, Ισπανικά, Μανδαρινικά ή Αραβικά). Επιπλέον, ένα μικρό κλάσμα των ατόμων συμπεριφέρονται σαν "σούπερ εκπομποί," απελευθερώνοντας συστηματικά δέκα φορές περισσότερα σωματίδια από τους άλλους.
Asadi, S., Wexler, A. S., Cappa, C. D., Barreda, S., Bouvier, N. M., & Ristenpart, W. D. (2019). Aerosol emission and superemission during human speech increase with voice loudness. Scientific reports, 9(1), 1-10.Άρθρο που υποβλήθηκε στις 27 Μαΐου, το οποίο παρέχει ενημέρωση σχετικά με τις καταστάσεις υπερδιδάγονση στο πλαίσιο της εξάπλωσης της επιδημίας COVID-19 και προσδιορίζει τους βασικούς παράγοντες μιας κατάστασης υπερ-πολλαπλασιαστικού παράγοντα. Εάν η επιδημία COVID-19 αυξάνεται και υπερβαίνει μερικές δεκάδες περιπτώσεις, τότε η δυναμική μετάδοσης αρχίζουν να παρουσιάζουν σταθερή εκθετική ανάπτυξη, με ρυθμό ανάπτυξης που πλησιάζει αυτό ενός μοντέλου με κατανομή των ψαριών που έχουν το ίδιο R0. Στη συνέχεια, μόλις η επιδημία έχει απογειωθεί, θα εμφανιστεί ακόμη πιο εκρηκτική από ό, τι όταν η διανομή ακολουθεί ένα νόμο των ψαριών. Για να διαπιστωθεί και να σταθεροποιηθεί η εκθετική ανάπτυξη μιας τέτοιας επιδημίας, απαιτείται συνεχής παροχή υπερ-πολλαπλασιαστικών καταστάσεων. Ως εκ τούτου, τα αποτελέσματα αυτά υποδηλώνουν ότι η επιδημία μπορεί να ελεγχθεί σε μεγάλο βαθμό και ο πραγματικός αριθμός των αναπαραγωγών Reff να μειωθεί σημαντικά όταν εξαλειφθούν οι καταστάσεις υπερ-πολλαπλασιασμού που προκαλούν τη μετάδοση.
Althouse, B.M., Βενγκέρ, Ε.Α., Μίλερ, J.C., Scarpino, S. V., Allard, A., Hébert-Dufresne, L., Hu, H. (2020). Στοχαστική και ετερογένεια στη δυναμική μετάδοσης του SARS-CoV-2. arXiv προεκτύπωση arXiv:2005.13689.