[논문 리뷰] COVID-19: What If Immunity Wanes?

M. Alper Çenesiz, Luís Guimarães|arXiv (Cornell University)|2020. 08. 07.

COVID-19 Pandemic Impacts인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 코로나19 팬데믹 기간 동안 면역력 감소가 최적의 사회적 거리두기 및 정책 대응에 어떻게 영향을 미치는지 분석하기 위해 SIRS 기반 경제 모델을 개발한다. 연구 결과, 면역력 감소는 코로나19가 만성적 유행병으로 남고 사회적 거리두기가 계속 필요하게 만들지만, 단기적으로는 특히 높은 백신 확률, 낮은 감염 비용 또는 효과적인 약물 외 치료법(NPIs)이 존재할 경우 최적 행동에 미치는 영향이 미미하다는 것을 보여주며, 정책이 뒤돌이킬 수 없게 되기 전에 면역력 연구를 위한 중요한 시간을 확보할 수 있다.

ABSTRACT

Using a simple economic model in which social-distancing reduces contagion, we study the implications of waning immunity for the epidemiological dynamics and social activity. If immunity wanes, we find that COVID-19 likely becomes endemic and that social-distancing is here to stay until the discovery of a vaccine or cure. But waning immunity does not necessarily change optimal actions on the onset of the pandemic. Decentralized equilibria are virtually independent of waning immunity until close to peak infections. For centralized equilibria, the relevance of waning immunity decreases in the probability of finding a vaccine or cure, the costs of infection (e.g., infection-fatality rate), and the presence of other NPIs that lower contagion (e.g., quarantining and mask use). In simulations calibrated to July 2020, our model suggests that waning immunity is virtually unimportant for centralized equilibria until at least 2021. This provides vital time for individuals and policymakers to learn about immunity against SARS-CoV-2 before it becomes critical.

연구 동기 및 목표

• 코로나19 팬데믹 기간 동안 면역력 감소가 분산된 의사결정과 중앙집중적 의사결정에 미치는 영향을 평가하기 위해.
• 최근 면역력 감소에 대한 증거가 제기되고 있음에도 불구하고 경제학 문헌에서 대부분 영구 면역을 가정하는 데에 있는 격차를 메우기 위해.
• 면역력 감소가 초기 팬데믹 단계에서 최적의 사회적 거리두기 및 정책 대응에 크게 영향을 미치는지 평가하기 위해.
• 정책 입안자와 개인이 장기 정책이 뒤돌이킬 수 없게 되기 전에 SARS-CoV-2 면역력에 대해 연구할 수 있도록 시간을 제공하기 위해.

제안 방법

• 면역력 감소를 반영하기 위해 S → I → R → S 전이를 포함한 간소화된 SIRS(Susceptible-Infected-Recovered-Susceptible) 전염병 모델을 사용한다.
• 개인의 의사결정을 사회 활동의 유틸리티와 감염 비용 간의 상충관계로 모델링하며, 사회적 거리두기는 전파를 감소시킨다.
• 초기 감염 경험이 없는 1차 대상자와 이전에 감염된 바 있는 2차 대상자 간의 이질성을 고려하여 감수성, 회복 속도, 바이러스 배출 수준 및 감염 비용의 이질성을 허용한다.
• 면역력 지속 기간, 백신 확률 및 NPI 효과성에 따라 다양한 가정 하에 분산 균형(개인 최적화)과 중앙집중적 균형(사회 기획자 최적 정책)을 분석한다.
• 2020년 7월 데이터를 기반으로 모델을 校정하며, 전파율(βp, βq), 회복율(σ), 감염-치명률(κp, κq) 등의 매개변수를 포함한다.
• 다양한 시나리오 하에서 결과를 시뮬레이션하며, 특히 전파율 감소가 높은 낙관적 NPI 조건(βq = 0.25βp, σ = 0.25, κq = 0.25κp)을 설정하여 면역력 감소에 따른 결과의 민감도를 평가한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 면역력 감소는 초기 팬데믹 단계 동안 분산 균형에서 최적의 사회적 거리두기 수준에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ2 면역력 감소는 중앙집중적(사회 기획자) 프레임워크에서 최적 정책에 얼마나 영향을 미치는가?
• RQ3 마스크 착용, 격리 등 다른 NPIs, 백신 확률 및 감염 비용은 면역력 감소가 정책에 미치는 영향를 어떻게 조절하는가?
• RQ4 면역력 감소는 장기 팬데믹 정책 형성에 있어 어떤 시점에서 결정적인 요소로 작용하는가?
• RQ5 이전에 감염된 바 있는 2차 대상자(2차 대상자)는 1차 대상자와 행동 및 전파 위험에서 어떻게 다름과 정책 설계에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• 백신이나 치료법이 없고 면역력이 감소하는 조건에서는 모델이 복수의 재감염이 발생함에 따라 회복된 환자가 결국 다시 감수성 집단으로 돌아오므로 코로나19가 만성 유행병으로 남을 것으로 예측한다.
• 분산 균형의 경우, 감염 수가 정점에 가까워지기 전까지는 최적의 사회적 거리두기 수준이 면역력 감소에 거의 영향을 받지 않으며, 이는 면역력 지속 기간이 개인 행동에 단기적으로 거의 영향을 주지 않음을 의미한다.
• 중앙집중적 균형의 경우, 백신 또는 치료법 확보 가능성이 높거나 감염 비용이 크거나 다른 NPIs가 효과적일 경우, 면역력 감소는 최소한 2021년까지 최적 정책에 거의 영향을 주지 않는다.
• 모델은 2차 대상자(이전에 감염된 바 있는 자)가 감수성 감소 또는 바이러스 배출 감소로 인해 상당히 보호받을 경우, 면역력 감소가 있더라도 질병이 만성 유행병이 되지 않을 수 있음을 보여준다.
• 시뮬레이션 결과, 낙관적인 NPI 조건(예: 전파율 75% 감소) 하에서는 면역력 감소 여부에 관계없이 감염 동적 및 활동 수준이 거의 동일하게 나타나, NPI가 초기 정책 설계에서 면역력 지속 기간을 고려할 필요를 상쇄시킬 수 있음을 시사한다.
• 논문은 다른 완화 요소(백신 가능성, NPIs, 낮은 감염 비용)가 존재할 경우, 면역력 감소는 초기 팬데믹 몇 개월 동안 정책 결정의 결정적 요소가 아니며, 정책이 뒤돌이킬 수 없게 되기 전에 면역력 연구를 위한 귀중한 시간을 확보할 수 있다고 결론을 내린다.