[論文レビュー] Role of short-term dispersal on the dynamics of Zika virus

Victor Moreno, Baltazar Espinoza+3 more|arXiv (Cornell University)|Mar 1, 2016

Mosquito-borne diseases and control参考文献 11被引用数 6

ひとこと要約

本研究では、二つの相互接続されたコミュニティ間の短期的ヒト移動がジカウイルス（ZV）感染伝播ダイナミクスに与える影響を検討するために、二画分ラグランジュアンモデルが用いられている。低リスクの局所的伝播リスクとバランスの取れた人口規模の下では、中程度の移動が累積最終的規模とグローバル基本再生産数（$\mathcal{R}_0$）を低下させるが、局所的$\mathcal{R}_0$が非常に高い場合には恩恵がないことが判明した。

ABSTRACT

In November 2015, El Salvador reported their first case of Zika virus (Zv) leading to an explosive outbreak that in just two months had over 6000 suspected cases. Many communities along with national agencies initiated the process to implement control measures that ranged from vector control and the use of repellents to the suggestion of avoiding pregnancies for two years, the latter one, in response to the growing number of microcephaly cases in Brazil. In our study, we explore the impact of short term mobility between two idealized interconnected communities where disparities and violence contribute to the Zv epidemic. Using a Lagrangian modeling approach in a two-patch setting, it is shown via simulations that short term mobility may be beneficial in the control of a Zv outbreak when risk is relative low and patch disparities are not too extreme. However, when the reproductive number is too high, there seems to be no benefits. This paper is dedicated to the inauguration of the Centro de Modelamiento Matemático Carlos Castillo-Chávez at Universidad Francisco Gavidia in San Salvador, El Salvador.

研究の動機と目的

• 異なる疫病リスクを有する二つの相互接続されたコミュニティにおける短期的ヒト移動がジカウイルス伝播ダイナミクスに与える影響を調査すること。
• 人口規模の不均衡と局所的伝播可能性（$\mathcal{R}_{01}$）の差が、移動のZV拡散抑制効果に与える影響を評価すること。
• 伝播リスクと人口分布の異なる水準下で、移動がZV流行の累積最終的規模を低減できるかを評価すること。
• 移動が感染拡散の駆動要因ではなく、病気制御のメカニズムとして機能する条件を特定すること。
• 滞在時間と移動パターンがグローバル$\mathcal{R}_0$および最終的流行規模に与える役割を調査すること。

提案手法

• 個々の移動を追跡するラグランジュアンアプローチを用いた二画分疫学的モデルを構築する。
• 各コミュニティにおける異なる伝播リスクを表すために、画分特有の基本再生産数（$\mathcal{R}_{01}$, $\mathcal{R}_{02}$）を組み込む。
• 滞在時間と組み合わせた移動行列$\mathbb{P}$を用いて短期的拡散をモデル化し、$p_{12}$と$p_{21}$はそれぞれ画分間の移動率を表す。
• グローバル$\mathcal{R}_0$を局所的$\mathcal{R}_0$値と移動パラメータの関数として計算し、全体の伝播可能性を評価する。
• 低・中程度・高水準の移動レベルと人口規模比（$N_1 = kN_2$, $k=1$から$10$）を想定して、流行結果をシミュレートする。
• 感染の累積最終的規模と、その画分間の移動および人口分布に依存する関係を分析する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 短期的ヒト移動がジカウイルス流行の累積最終的規模を低減する条件は何か？
• RQ2 二つの相互接続されたコミュニティ間の移動レベルと人口規模の不均衡が、グローバル$\mathcal{R}_0$にどのように影響するか？
• RQ3 滞在時間がZV伝播抑制における移動の有効性をどのように調整するか？
• RQ4 局所的伝播リスク（$\mathcal{R}_{01}$）が非常に高い場合、移動はZV制御に何らかの恩恵をもたらすか？
• RQ5 人口規模の不均衡は、移動によるZV伝播抑制の可能性にどのように影響するか？

主な発見

• $\mathcal{R}_{01} = 1.5$かつ$N_1 = 10000$, $N_2 = 10000$の場合、高水準の移動（$p_{12} = 0.99$）により、画分1と画分2の累積最終的規模はそれぞれ（0.6367, 0.5630）に低下した。
• $\mathcal{R}_{01} = 1.5$の下で、$N_1 = N_2 = 10000$かつ移動率が90％のとき、グローバル$\mathcal{R}_0$は最小値1.1323に達した。
• $N_1 \gg N_2$（例：$N_1 = 10000$, $N_2 = 1000$）の下では、高水準の移動でもグローバル$\mathcal{R}_0$は比較的高く（2.8643）維持され、恩恵は限定的であった。
• グローバル$\mathcal{R}_0$は、すべての人口規模組み合わせで90％の移動率で最小化され、$N_1 \approx N_2$に近づくほど最小値が低下した。
• $\mathcal{R}_{01} = 3$の場合、高水準の移動下でも画分1の累積最終的規模は0.99を超えて維持され、制御可能性は限定的であった。
• グローバル$\mathcal{R}_0$は高い局所的$\mathcal{R}_{01}$に支配され、高リスク画分が全体の伝播可能性に強く影響するため、移動の有無に関わらず顕著な影響を示した。