[논문 리뷰] Effects of infection fatality ratio and social contact matrices on vaccine prioritization strategies

Arthur Schulenburg, Wesley Cota외 2명|arXiv (Cornell University)|2022. 01. 08.

COVID-19 epidemiological studies참고 문헌 58인용 수 8

한 줄 요약

이 연구는 브라질, 독일, 우간다에서 확보한 실제 사회적 접촉 행렬과 감염 후 사망률(IFR)을 활용한 연령 구조를 고려한 SEAIRD 전이 모델을 사용하여 백신 우선 접종 전략을 평가한다. 연구 결과, 높은 전파 수준에서는 가장 취약한 집단을 먼저 접종하는 것이 최적임을 확인하였으며, 저전파 환경에서는 높은 연결성을 가진 개인을 대상으로 하는 전략이 더 효과적임을 밝혔다. 이러한 결과는 IFR의 연령별 특성과 인구 구조에 따라 크게 영향을 받는다.

ABSTRACT

Effective strategies of vaccine prioritization are essential to mitigate the impacts of severe infectious diseases. We investigate the role of infection fatality ratio (IFR) and social contact matrices on vaccination prioritization using a compartmental epidemic model fueled by real-world data of different diseases and countries. Our study confirms that massive and early vaccination is extremely effective to reduce the disease fatality if the contagion is mitigated, but the effectiveness is increasingly reduced as vaccination beginning delays in an uncontrolled epidemiological scenario. The optimal and least effective prioritization strategies depend non-linearly on epidemiological variables. Regions of the epidemiological parameter space, in which prioritizing the most vulnerable population is more effective than the most contagious individuals, depend strongly on the IFR age profile being, for example, substantially broader for COVID-19 in comparison with seasonal influenza. Demographics and social contact matrices deform the phase diagrams but do not alter their qualitative shapes.

연구 동기 및 목표

• 감염 후 사망률(IFR)과 사회적 접촉 패턴이 백신 우선 접종 전략에 미치는 영향을 평가하는 것.
• 다양한 전파 조건 하에서 가장 취약한 집단과 가장 사회적 연결성이 높은 개인을 대상으로 하는 접종 순서 중 어느 것이 더 효과적인지 규명하는 것.
• 인구 구조와 비약리적 조치(NPIs)가 최적의 우선 접종 전략에 미치는 영향을 평가하는 것.
• 조기이고 대규모로 백신을 접종할 경우 질병 사망자를 가장 효과적으로 줄일 수 있는 조건을 규명하는 것.
• 다양한 역학적 상황에서 네 가지 우선 접종 전략의 효과를 비교하는 것.

제안 방법

• S(감염 가능자), E(잠복기), A(무증상자), I(감염자), R(회복자), D(사망자)의 여섯 개의 백분위로 구성된 연령 구조를 고려한 SEAIRD 전이 모델을 사용한다.
• 브라질, 독일, 우간다에서 확보한 실제 사회적 접촉 행렬을 활용하여 연령별 전파 패턴을 반영한다.
• 코로나19와 계절성 인플루엔자에 대한 국가별 IFR, 백신 효과성, 면역 형성 시간 등의 데이터를 기반으로 시뮬레이션을 실행한다.
• 네 가지 우선 접종 전략을 비교한다: 가장 취약한 집단을 먼저 접종, 가장 전파력이 높은 집단을 먼저 접종, 그리고 두 가지 혼합 전략.
• 백신 접종은 시간에 따라 변하는 감염 가능성과 전파 감소 효과로 모델링되며, 실세계 데이터에 맞춰 효과성 및 지연 시간 파rameter를 校정한다.
• 비약리적 조치(NPIs)의 유무(예: 사회적 거리두기)에 따라 다양하게 설정된 전염병 시나리오를 설정하여 전파 역학과 전략 효과성에 미치는 영향을 평가한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 질병의 연령별 IFR 프로파일이 최적의 백신 우선 접종 전략에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ2 어떤 전파 조건 하에서 가장 취약한 집단을 먼저 접종하는 것이 가장 사회적 연결성이 높은 개인을 먼저 접종하는 것보다 더 효과적인가?
• RQ3 인구 구조와 접촉 행렬이 최적의 백신 접종 전략 단계도의 형태에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 지연된 백신 접종이 다양한 우선 접종 체계의 효과성에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 가장 효과가 떨어지는 전략들이 IFR과 인구 요소에 따라 어떻게 달라지며, 이러한 복잡성의 원인은 무엇인가?

주요 결과

• 전염병 억제 조치와 함께 시행할 경우 조기이고 대규모로 백신을 접종하는 것은 질병 사망자를 크게 줄이는 데 매우 효과적이지만, 통제되지 않은 유행에서 접종이 지연될 경우 효과가 급격히 감소한다.
• 특히 코로나19처럼 IFR이 연령에 따라 뚜렷이 달라지는 경우, 고전파 상황에서는 가장 취약한 집단을 먼저 접종하는 것이 사망자 수 감소에 최적임을 확인하였다.
• 반대로, 저전파 환경에서는 높은 사회적 연결성을 가진 개인을 우선 접종하는 것이 2차 전파를 줄이기 때문에 더 효과적이다.
• 코로나19의 경우 IFR 연령 프로파일이 넓기 때문에, 취약자 우선 접종 전략이 접촉자 우선 전략을 능가하는 매개변수 공간의 범위가 계절성 인플루엔자보다 훨씬 넓다.
• 인구 구조와 접촉 행렬은 최적 전략의 단계도를 정량적으로 이동시키지만, 그 정량적 구조는 변화시키지 않는다.
• 가장 효과가 떨어지는 전략들은 질병 역학과 접종 시기 간 피드백 루프로 인해 IFR과 인구 요소에 더 복잡한 의존성을 보인다.