抑制COVID-19波反映了时间依赖的社会活动,而不是群体免疫力

科学家在美国能源部(DOE)布鲁克海文国家实验室和伊利诺伊大学香槟校区(伊利诺斯)已经开发出一种新的数学模型预测COVID-19利差。该模型不仅对个人账户的不同生物对感染的易感性也他们的水平的社会活动,它自然会随着时间而改变。使用他们的模型中,团队发现一个临时的集体immunity-what他们创造了“短暂的集体免疫力”出现在早期,快节奏的阶段的流行。然而,随后的“波”,或者数量激增的情况下,继续出现,因为改变社会行为。他们的研究结果发表在美国国家科学院院刊》上。

COVID-19流行达到美国在2020年初,在几个州3月迅速蔓延。减少疾病传播,全职发布命令,关闭学校和企业,把面具授权。在主要城市像纽约(纽约)和芝加哥,第一波在6月结束。在冬天,第二波在这两座城市爆发。理解为什么初始波结束,随后开始能够预测未来的流行病动力学的关键。

这里是建模可以帮助。但是古典流行病学模型开发近100年前。虽然这些模型是数学强劲,他们不完美的捕捉现实。他们的一个缺陷是没有考虑人际接触网络的结构,它作为传染病的传播渠道。

“经典流行病学模型往往忽略了一个事实,一个人口是异质的,或不同,在多个层面,包括生理上和社会上,“说阿列克谢•Tkachenko一群物理学家的理论和计算中心的功能性纳米材料(CFN),美国能源部科学办公室用户设施布鲁克海文实验室。“我们不要因为都有相同的对感染的易感性的因素如年龄、既往身体状况,和遗传学。同样地,我们没有相同级别的活动在我们的社会生活。我们不同的密切接触者的数量和频率在不同的季节我们与它们进行交互。人口异质性这些个体差异在生物和社会敏感性是特别重要的,因为它降低了群体免疫门槛。”

群体免疫是人口的比例必须达到免疫为了流行病。

“群体免疫是一个有争议的话题,”谢尔盖•马斯洛夫CFN用户和伊利诺斯和幸福教师学者教授,与教师的任命部门的物理和生物工程研究所和卡尔·r·伍斯基因组生物学。“自从在COVID-19大流行性流感的早期,有快速达到群体免疫的建议,从而结束本地传播的病毒。然而,我们的研究表明,明显集体免疫力达到这样不会长久。”

“失踪之前,这项工作是人们社会活动的盛衰,特别是由于封锁或其他措施之一,“添加奈杰尔•Goldenfeld Swanlund物理学教授和美国宇航局天体生物学研究所主任普遍生物学在伊利诺斯。“所以,一波又一波的流行可以似乎消失由于缓解措施当敏感或更多的社会群体的集体infected-what我们称之为瞬时集体免疫力。但是一旦这些措施放松,人们的社交网络是新的,另一波可以开始,正如我们所看到的与州和国家开放,思维最糟糕的时候已经过去。”

艾哈迈德Elbanna,唐纳德·比格威雷特的教员,伊利诺斯大学香槟分校土木与环境工程教授,指出瞬态集体免疫力对公共政策具有深远的影响。

“缓解措施,比如面具穿着,避免大型集会,应该继续,直到真正的群体免疫阈值是通过接种疫苗,”Elbanna说。“我们不能战胜这种病毒通过迫使我们通过广泛的群体免疫方式感染,因为受感染的人数和住院人数可能会死会太高了。”

预测建模的螺母和螺栓

在过去的一年中,Brookhaven-UIUC团队开展各种项目相关的更广泛的COVID-19建模工作。以前,他们模仿流行如何通过伊利诺斯州和伊利诺校园传播,传播和缓解气候变化的努力将如何影响。去年5月,他们开始这个项目计算的影响人口异质性COVID-19的传播。

几种方法存在建模异质性对流行病动力学的影响,但他们通常认为异质性随时间保持不变。举个例子,如果你不是社会活跃的今天,明天你不会社会活动或在未来几周和几个月。

“基本流行病学模型只有一个特征时间,称为世代间隔或潜伏期,“Tkachenko说。”指的是时候,你可以自己在被感染后感染另一个人。对COVID-19来说,这是大约五天。但这只是一个时间表。还有其他的时间尺度,人们改变他们的社会行为。”

在这部作品中,团队成立的时间变化在个人社会活动到现有流行病学模型。需要在一个复杂、多维模型来描述每一组的人与不同的药物敏感性疾病,他们这个模型压缩成只有三个方程,开发一个参数来捕捉生物和社会的异质性来源。

“我们称之为参数免疫因子,它告诉你多少易感个体的繁殖数量下降从人口,“马斯洛夫解释说。

繁殖数量表明传播传染病。具体来说,数量是指有多少人一个被感染的人会感染。估计社会贡献免疫力因素,团队利用先前的研究中,科学家们积极监视人们的社会行为。他们也看着实际疫情动态,确定免疫因素最符合数据COVID-19-related住院治疗,重症监护室招生,每日死亡在纽约和芝加哥。例如,当在早期敏感的数量下降了10%,快节奏的流行在纽约和芝加哥,繁殖数量下降了40到50 percent-corresponding估计免疫四到五倍。

“这是一个相当大的免疫因子,持久的群体免疫,但这并不代表“Tkachenko说。“在较长的时间尺度,我们估计更低的免疫力约两倍。一波停止这一事实并不意味着你的安全。它能回来。”

这个临时的免疫状态是因为人口异质性不是永久;随着时间的推移人们改变他们的社会行为。例如,个人自我孤立的在第一次wave-staying家里,没有游客,订购杂货online-subsequently开始放松他们的行为。任何社会活动的增加意味着额外的风险。

“疫情已经在美国一年了,”马斯洛夫说道。“重要的是要理解为什么这里这么长时间。逐渐的变化社会行为个体部分解释了为什么高原和随后发生。例如,两个城市都避免了夏季波,但经历了冬季波。我们冬天波归因于两个因素:季节的变化和瞬态集体免疫力减弱。”

随着疫苗接种的日益广泛,团队希望我们将免于另一波。在他们最近的工作中,他们是更详细地研究流行动态。例如,他们从“superspreader”events-gatherings喂养统计一个感染者参与者混编在模型中一个大爆发的原因。他们也将他们的模型应用到全国不同地区来解释整体流行病动力学从封锁年底到2021年3月初。

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