[论文解读] COVID-19: What If Immunity Wanes?

M. Alper Çenesiz, Luís Guimarães|arXiv (Cornell University)|Aug 7, 2020

COVID-19 Pandemic Impacts被引用 3

一句话总结

本文提出了一种基于SIRS的经济模型，用于分析免疫力减弱如何影响新冠疫情初期的最优社交距离与政策响应。研究发现，尽管免疫力减弱会使COVID-19转为地方性流行病并持续需要社交距离措施，但其对最优行为的影响在短期内微乎其微——尤其是在高疫苗概率、低感染成本或有效非药物干预（NPIs）的条件下——为免疫力研究争取了关键时间，使政策在变得不可逆之前得以调整。

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.

研究动机与目标

• 评估免疫力减弱对新冠疫情中去中心化与集中化决策的影响。
• 弥补经济学文献中的空白，即尽管已有新兴证据表明免疫力会减弱，但该领域大多假设免疫力永久存在。
• 评估免疫力减弱是否显著改变疫情早期阶段的最优社交距离与政策响应。
• 为政策制定者和个体提供时间，以在长期政策变得不可逆之前，了解SARS-CoV-2免疫力的特性。

提出的方法

• 使用简化的SIRS（易感-感染-康复-易感）流行病学模型来捕捉免疫力减弱现象，其中包含S → I → R → S的转换过程。
• 将个体决策建模为社交活动带来的效用与感染成本之间的权衡，社交距离可降低传播风险。
• 区分主要个体（从未感染过）与次要个体（曾感染过），以体现其在易感性、恢复速度、病毒排放量及感染成本方面的异质性。
• 在不同免疫力持续时间、疫苗概率及NPI有效性假设下，分析去中心化均衡（个体最优决策）与集中化均衡（社会计划者最优政策）。
• 基于2020年7月的数据校准模型，纳入传播率（βp, βq）、恢复率（σ）及感染致死率（κp, κq）等参数。
• 通过不同情景模拟结果，包括NPI效果乐观的情形（βq = 0.25βp, σ = 0.25, κq = 0.25κp），以评估结果对免疫力减弱的敏感性。

实验结果

研究问题

• RQ1 在疫情早期阶段，免疫力减弱如何影响去中心化均衡中的最优社交距离水平？
• RQ2 在集中化（社会计划者）框架下，免疫力减弱在多大程度上改变了最优政策？
• RQ3 其他NPI（如戴口罩、隔离）的存在、疫苗概率及感染成本在多大程度上调节了免疫力减弱对政策的影响？
• RQ4 免疫力减弱在何时成为塑造长期疫情政策的关键因素？
• RQ5 与主要个体相比，次要个体（曾感染过）在行为与传播风险方面有何不同，这对政策设计有何启示？

主要发现

• 在无疫苗或治愈手段且存在免疫力减弱的情况下，模型预测由于康复者最终会重新进入易感人群，COVID-19将演变为地方性流行病。
• 在去中心化均衡中，最优社交距离水平在接近感染高峰前几乎不受免疫力减弱影响，表明免疫力持续时间对个体行为的短期影响微乎其微。
• 在集中化均衡中，只要疫苗或治愈手段的出现概率较高、感染成本显著或其它NPI有效，免疫力减弱对最优政策的影响在至少2021年之前可忽略不计。
• 若次要个体（曾感染过）获得显著保护——无论是通过降低易感性还是减少病毒排放——则即使存在免疫力减弱，疾病也可能不会成为地方性流行病。
• 模拟结果表明，在NPI条件乐观（如传播率降低75%）的情况下，无论是否存在免疫力减弱，感染动态与活动水平几乎完全相同，表明NPI可抵消在早期政策设计中考虑免疫力持续时间的必要性。
• 本文结论认为，若存在其他缓解因素（如疫苗前景、NPI、低感染成本），在疫情初期几个月内，免疫力减弱并非政策决策的关键因素，从而为研究免疫力争取了宝贵时间，使长期政策在变得不可逆前得以审慎制定。