Badanie analizuje, jak dwie ostatnie pandemie oddechowe szybko rozprzestrzeniały się w miastach
Naukowcy zajmujący się zdrowiem publicznym z Columbia University Mailman School of Public Health wykorzystali modelowanie komputerowe do odtworzenia przebiegu pandemii grypy H1N1 z 2009 roku oraz pandemii COVID-19 z 2020 roku na terenie Stanów Zjednoczonych. Wyniki badania podkreślają niezwykle szybkie rozprzestrzenianie się pandemicznych patogenów oddechowych oraz istotne trudności związane z wczesnym wykrywaniem i opanowaniem ognisk zakażeń. Praca, opublikowana w czasopiśmie Proceedings of the National Academy of Sciences, jest pierwszym badaniem, które w sposób kompleksowy porównuje przestrzenną transmisję dwóch ostatnich pandemii oddechowych w USA na poziomie obszarów metropolitalnych.
W Stanach Zjednoczonych pandemia grypy H1N1 z 2009 roku doprowadziła do 274 304 hospitalizacji oraz 12 469 zgonów, natomiast pandemia COVID-19 od 2020 roku spowodowała dotychczas około 1,2 miliona potwierdzonych zgonów.
Celem zespołu badawczego było zrozumienie geograficznych wzorców rozprzestrzeniania się obu pandemii, aby dostarczyć wiedzy pomocnej w zapobieganiu przyszłym kryzysom epidemicznym. W tym celu naukowcy zastosowali szczegółowe dane dotyczące dynamiki obu chorób zakaźnych w zaawansowanym modelu komputerowym, który symulował ich rozprzestrzenianie się w oparciu o znane wzorce ruchu lotniczego, codziennych dojazdów do pracy oraz potencjalne zdarzenia typu superspreading. Analizą objęto ponad trzysta obszarów metropolitalnych w USA.
Symulacje wykazały, że w obu przypadkach wirusy krążyły szeroko w większości obszarów metropolitalnych już w ciągu kilku tygodni, zanim wprowadzono interwencje rządowe lub zanim doszło do wczesnego wykrycia przypadków. Choć konkretne ścieżki transmisji między lokalizacjami różniły się pomiędzy pandemią H1N1 a COVID-19, ekspansja przestrzenna była napędzana przez wspólne węzły transmisyjne, takie jak obszary metropolitalne Nowego Jorku i Atlanty. Kluczową rolę w rozprzestrzenianiu się patogenów odgrywał transport lotniczy, a nie codzienne dojazdy. Jednocześnie losowy charakter części procesów transmisji wprowadzał znaczną niepewność co do konkretnych tras szerzenia się zakażeń, co utrudnia przewidywanie miejsc pojawienia się ognisk epidemicznych w czasie rzeczywistym.
– Szybkie i nieprzewidywalne rozprzestrzenianie się pandemii grypy H1N1 z 2009 roku oraz COVID-19 z 2020 roku podkreśla wyzwania związane z terminowym wykrywaniem i kontrolą zakażeń – podkreśla autor senioralny badania, dr Sen Pei, adiunkt nauk o zdrowiu środowiskowym w Columbia Mailman School of Public Health. – Rozszerzenie monitoringu ścieków, w połączeniu ze skuteczną kontrolą zakażeń, mogłoby potencjalnie spowolnić początkowe fazy rozprzestrzeniania się przyszłych pandemii. Wiele wcześniejszych badań wskazywało na korzyści wynikające z programów nadzoru epidemiologicznego opartego na analizie ścieków, a niniejsza praca dodatkowo wzmacnia argumenty za ich rozbudową w kontekście gotowości pandemicznej.
Poza rekonstrukcją historycznego przebiegu dwóch ostatnich pandemii badanie dostarcza również uniwersalnych ram analitycznych, które mogą zostać wykorzystane do wnioskowania o wczesnej dynamice epidemii wywoływanych przez inne patogeny. Choć mobilność ludności, zwłaszcza transport lotniczy, stanowi kluczowy czynnik napędzający pandemie, autorzy zwracają uwagę, że istotną rolę odgrywają także inne elementy, takie jak struktura demograficzna społeczności, kalendarz roku szkolnego, przerwy świąteczne oraz warunki pogodowe.
Pierwszym autorem publikacji jest Renquan Zhang z Dalian University of Technology w Dalian w Chinach. Współautorami są m.in. Rui Deng i Sitong Liu z Dalian University of Technology, Qing Yao i Jeffrey Shaman z Columbia University, Bryan T. Grenfell z Princeton University oraz Cécile Viboud z National Institutes of Health.
Od ponad dekady Jeffrey Shaman i jego współpracownicy, w tym Sen Pei, rozwijają i udoskonalają metody służące do analizy i symulowania rozprzestrzeniania się chorób zakaźnych, takich jak grypa czy COVID-19. Opracowywane przez nich prognozy w czasie rzeczywistym pozwalają przewidywać tempo i zasięg geograficzny epidemii oraz moment osiągnięcia jej szczytu, wspierając podejmowanie decyzji w zakresie zdrowia publicznego.
Źródło: Proceedings of the National Academy of Sciences, Reconstructing the early spatial spread of pandemic respiratory viruses in the United States
DOI: http://dx.doi.org/10.1073/pnas.2518051123
