Консенсусът на повечето специалисти е, че ако основната цел е да се намали смъртността, длъжностните лица трябва да дадат приоритет на ваксинирането на възрастни хора и, ако искат да ограничат предаването, да се насочат към по-млади хора

Галилео Галилей веднъж каза това книгата на природата е написана на езика на математиката. И продължавайки с тези разсъждения, математиците, заедно с други специалисти по твърда наука, имаха много работа, опитвайки се да разгадаят модели на поведение на новия коронавирус какво донесе пандемична болест COVID-19, подчертава журналистически доклад, публикуван в списанието Наука американски.

одобрени

По този начин тези блестящи умове са се стремили да отговорят на няколко въпроса, които обикновените хора си задават и които те питат за развитието на болестта в света. След 11 месеца от появата му в град Ухан, Китай, сега професионалисти от числата търсят отговори в големия брой, който предстои: еднаквото, хомогенно и универсално разположение и разпространение на ваксини за 7-те милиарда души, които обитават тази планета. Накратко, организиране на моделирането на оптималното въвеждане на ваксина предвид обещаващите съобщения от различни лаборатории през последните дни.

Въпросът е, че да се разбере как да се разпределят ваксините (има около 50 в клинични изпитвания при хора и дузина в известната и ключова фаза III) към правилните групи в точното време е „много сложен проблем“, отразява Ева Лий, директор на Центъра за оперативни изследвания в медицината и здравеопазването към Технологичния институт в Джорджия. Лий има богат опит в моделирането на стратегии за доставка на ваксини и медицински доставки за Зика, Ебола и обикновения грип., и сега работи върху COVID-19. Коронавирусът е „също толкова заразен и много по-смъртоносен от грипа. Никога вирус не ни е предизвиквал по този начин ", е искрен и съвпада с думите на един от лидерите в Съединените щати в борбата срещу пандемията, престижният съветник по инфекциозни болести в Белия дом, Антъни Фаучи.

„Последният път, когато направихме масова ваксинация с напълно нови инокулации, беше срещу едра шарка и полиомиелит. Навлизаме в район, който не сме свикнали. Всички други ваксини от последните десетилетия са били тествани в продължение на години или са били въвеждани много бавно “, каза ученият Хауърд Форман, професор по обществено здраве в Йейлския университет. Защото COVID-19 е особено смъртоносен за хора над 65 години и за хора със други здравословни проблеми като затлъстяване, диабет или астма, И все пак разпространявайки се бързо и широко сред здрави млади хора, които са по-склонни да се възстановят, математиците са изправени пред два проблемни приоритета при моделирането на ваксини: Трябва ли да предотвратяват смъртните случаи или да забавят предаването?

Консенсусът сред повечето моделисти е такъв Ако основната цел е да се намали смъртността, длъжностните лица трябва да дадат приоритет на ваксинирането на възрастни хора и, ако искат да ограничат предаването, те трябва да са насочени към по-млади възрастни.

"Възрастните хора първо трябва да бъдат ваксинирани, за да се предотвратят смъртни случаи, а след това да преминат към други по-здрави групи или населението"Каза епидемиологът от Харвард Марк Липсич. Повечето експерти са единодушни, че „всичко се променя с коронавируса със скоростта на светлината“, както приложи математикът Лора Матрайт, асоцииран изследовател в Центъра за изследване на рака на Фред Хътчинсън в Сиатъл, в имейл. Това включва нашето разбиране за това как вирусът се разпространява, как атакува тялото, как едновременно заболяване може да увеличи риска и какво води до супер разпространени събития.

През тези месеци изследванията дадоха някои изненадващи резултати: Докато младежите обикновено са приоритетни за грипната ваксина, сега експертите казват, че младежите трябва да имат по-нисък приоритет за имунизации срещу COVID-19 в Съединените щати., Тъй като досега младите възрастни са основните двигатели на предаването. (Това не е непременно вярно по целия свят; например в Индия, където много поколения често живеят заедно на по-малки пространства, ново изследване показва, че както децата, така и младите възрастни разпространяват голяма част от вируса и в двете проучени държави).

Въпроси, които да задавате предсказуеми модели

За да планират стратегията за пускане на една или повече ваксини, математиците първо трябва да изградят формули, които отразяват самия живот на хората, с неговите сложни взаимодействия, използвайки данни като жилищно и социално-икономическо състояние, ежедневни навици, възраст и рискове за здравето. Но първо установяват колко заразен е вирусът: неговата скорост на размножаване или „R-нула“, което е броят на хората, на които може да се очаква заразен човек да предаде вируса. Когато част от хората (в зависимост от R-нищо) на хората са имунизирани (или чрез възстановяване от естествена инфекция, ако това дава имунитет, или чрез ваксинация), стадовият имунитет е постигнат. Това означава, че докато все още могат да се появят малки огнища, пандемията няма да излети отново в световен мащаб. Като се има предвид R-нищо на SARS-CoV-2, вирусът, който причинява COVID-19, Световната здравна организация е изчислила, че между 65 и 70 процента от населението трябва да бъдат имунизирани, преди това да се постигне.

Планирането на пускането на ваксината изисква сложни каскади и докато моделите, за да изравнят кривата, която хипнотизира обществеността миналата пролет, отнемаха седмици, моделите за доставка на ваксини отнемат много месеци. Има безброй практически предизвикателства, пред които са изправени експертите. От една страна, много от ваксините, които в момента са в процес, включително двамата кандидати от Pfizer и BioNTech и Moderna, изискват две инжекции с интервал от няколко седмици, което включва записи и последващи действия, за да се гарантира, че хората ще получат втория критичен бустер. И както беше посочено Ню Йорк Таймс До края на септември „компаниите може да се наложи да транспортират малки стъклени тръби на хиляди километри, като същевременно ги държат толкова студени, колкото температурите, регистрирани на Южния полюс или повече“.

Има и въпрос за ефикасността на ваксината. Дадена ваксина ще осигури ли силен имунитет във всички групи? Или ще намали предимно продължителността на инфекцията и ще намали симптомите, които все още биха били от голяма полза за намаляване на смъртността и предаването? Ами ако ваксината е по-малко ефективна сред възрастните хора, както често се случва? В момента ваксините, които използват пратеник РНК (включително тези, произведени от Moderna и Pfizer и BioNTech) "изглеждат доста добре при възрастни хора", според Катлийн Нойзил, директор на Центъра за развитие на ваксини и глобално здраве в училището на университета на Мериленд. на медицината. Предварителните анализи на двете кандидат-ваксини показват, че те могат да имат ефективност по-голяма от 90 процента.

И накрая, има и преследващият въпрос за колко дълго може да продължи имунитетът след инфекция . За някои вируси, като например варицела-зостер вирус, който причинява варицела, имунитетът може да продължи десетилетия. За други, като семейството на коронавирусите, което включва SARS-CoV-2 и обикновената настинка, вирусът има относително висока степен на мутация, която може да защити нови щамове на нашите антитела. Тази несигурност е трудно да се моделира точно, така че много моделисти предполагат, че поне засега заразените са имунизирани.

Математически модели

Изследователят Матрадж припомня колко трудно е било да започне да се изгражда модел от нулата, когато е започнала работа с колеги по възможна форма на ваксинация. Заедно с други изследователи разработени алгоритми, базирани на зашеметяващите 440 комбинации от параметри, от предаване до имунитет, възрастови групи и смъртност. Техните компютри са прекарали близо 9000 часа в уравнения, а моделът им, пуснат през август като предпечат, показва, че ако първоначално има само малко количество ваксини, възрастните възрастни трябва да бъдат приоритетни, ако целта е да се намалят смъртните случаи. Но за ваксини, които са най-малко 60 процента ефективни, след като има достатъчно, за да се обхване поне половината от населението, преминаването да се съсредоточи върху здрави индивиди на възраст между 20 и 50 години, както и деца, ще сведе до минимум смъртните случаи. Моделът също така прогнозира колко смъртни случая могат да бъдат избегнати с различни количества ваксина. . Например, ако 20 процента от населението вече е заразено и е имунизирано, смъртността може да бъде намалена наполовина чрез ваксиниране само на 35 процента от останалите, ако ваксината е поне 50 процента ефективна.

Майкъл Спрингборн, икономист по околна среда и ресурси в Калифорнийския университет в Дейвис, който току-що завърши свой собствен модел с Джак Бъкнър, колега от UC Davis. и Херардо Чоуел, математически епидемиолог от държавния университет в Джорджия. Тяхното проучване, публикувано в предварителна версия, също предполага силата на внимателния първоначален скрининг за намаляване на смъртните случаи.

В проучване От Springborn, Buckner и Chowell социалното дистанциране се моделира чрез създаване на стратифицирани категории за основни и несъществени работници. Основните работници - здравни работници, работници в хранителни стоки и много учители, наред с други - са изложени на висок риск от инфекция, тъй като не могат да се дистанцират социално. Този модел установява, че смъртните случаи, както и общите години на изгубен живот, намаляват драстично, когато основните работници имат приоритет да получат ваксината. Основните работници на възраст над 40-59 години трябва да бъдат поставени на първо място, ако целта е да се сведат до минимум смъртните случаи, твърдят авторите.

Моделът на Лий, Създаден със софтуер, разработен за първи път през 2003 г., съвместно с CDC, за разпределение на доставките при природни бедствия и пандемии, той анализира как болестта може да се съдържа в райони с различна степен на инфекция и първоначално оскъдни доставки на ваксини. В Ню Йорк, който беше засегнат толкова силно преди месеци, неговият модел прогнозира, че около 60 процента от населението може да се нуждае от имунитет, за да овладее пандемията. Ако приемем, че 20 процента вече са заразени, около 40 процента ще трябва да бъдат ваксинирани. В Сан Диего обаче, където процентите на инфекция са по-ниски, моделът на Лий предполага, че 65 процента ще трябва да постигнат имунитет чрез инфекция или ваксинация. В Хюстън цифрата може да нарасне до 73 процента, тъй като инфекцията е продължила с „бавен темп“ и поради големите и уязвими латино и афро-американски популации в града.

През 2009 г. епидемиолозите от Йейл Алисън Галвани и Ян Медлок публикуват математически модел в Science, показващ, че насочването на грипните ваксини към деца и млади възрастни (в допълнение към възрастните) може драстично да намали инфекциите по свинския грип от 59 милиона на 44 милиона; а за сезонния грип 83 милиона инфекции могат да спаднат до 44 милиона. Оказва се, че децата генерират непропорционално голямо количество грипни предавания и защитата им защитава обществото като цяло.

Проучването, както и други като него, вдъхнови промяна в политиката на CDC, за да се даде приоритет на ваксинирането на деца. Моделите на ваксинация сега рутинно отчитат силата на непряката защита на най-уязвимите, като ваксинират най-отговорните за разпространението.