Epidemieën en pandemieën berekenen?

Nieuw model voor het berekenen van de wereldwijde verspreiding van ziekten

13/12/2013

Vogelgriep, Mexicaanse griep, SARS, EHEC - New humane pathogenen vormen vandaag de dag in het licht van de wereldwijde netwerken is vaak het risico van een pandemie. „De wereldwijde verspreiding van pathogenen kan ernstige gezondheids-, sociale en economische gevolgen hebben en vormt een grote uitdaging voor de gezondheid van de bevolking“, verslag van de Robert-Koch-Institut (RKI) en de Humboldt Universiteit van Berlijn in een gezamenlijk persbericht. Om mogelijke propagatie paden van deze globale golven van de infectie te bepalen, de onderzoekers onder leiding van Dirk Brockmann, een professor aan de Humboldt Universiteit in Berlijn en project teamleider aan het RKI, een nieuwe methode van epidemiologische modellen hebben ontwikkeld dat in het huidige nummer van het wetenschappelijke tijdschrift „wetenschap“ onder de titel „De verborgen geometrie van complexe, netwerkgestuurde besmettingsfenomenen“ wordt gepresenteerd.

Met de steun van wetenschappers van ETH Zürich (Zwitsers Federaal Instituut voor Technologie Zürich), werd een nieuwe wiskundige theorie ontwikkeld, „dat verbetert het inzicht in de verspreiding van de mondiale ziekte“, dus de boodschap van de RKI en de Humboldt University. Dit zal het zijn „verborgen geometrie van wereldwijde epidemieën“ zichtbaar. Het model maakt zowel retrospectieve verklaringen als prognoses van de voortplantingspaden mogelijk. De oorsprong van ziekten kan bijvoorbeeld nauwkeuriger worden bepaald in de toekomst en tegelijkertijd voorspellen wanneer een epidemie waarschijnlijk bepaalde plaatsen in de wereld zal bereiken. Algemeen zijn computersimulaties die de verspreiding van ziekten voorspellen - vergelijkbaar met moderne weersvoorspellingen - „uiterst complex en vereisen de exacte kennis van ziektespecifieke eigenschappen, die nog niet bekend zijn, vooral bij nieuwe pathogenen“, rapporteer de Humboldt University en de RKI.

Effectieve verwijdering cruciaal voor ziekteverspreiding
Het vorige modellen voor de verspreiding van de ziekte hebben van een materiële tekortkoming, omdat ze doorgaans werken met de geografische afstanden, maar niet langer relevant zijn volgens verklaringen van Brockmann en collega's vandaag. „Vanuit het perspectief van bijvoorbeeld Frankfurt zijn andere grote steden zoals Londen of New York feitelijk niet verder weg dan geografisch dichtbijgelegen plaatsen zoals Bremen of Leipzig“, dus de positie van de wetenschappers. Ze hebben daarom in hun model de geografische afstand door de „effectieve afstanden“ vervangen, wat resulteert in het voorbeeld van luchtverkeer rechtstreeks van de reisstromen van het luchtverkeersnetwerk. „Veel mensen van A naar B reizen, dan is de effectieve afstand van A naar B klein, weinig mensen reizen, de effectieve afstand is groot“, leg de onderzoekers uit. Het wereldwijde luchtverkeersnetwerk verbindt meer dan 4.000 luchthavens wereldwijd met meer dan 25.000 directe verbindingen, volgens wetenschappers. Jaarlijks worden meer dan drie miljard passagiers vervoerd, die meer dan 14 miljard kilometer per dag afleggen, aldus Brockmann en collega's.

Voorspel de verspreiding van epidemieën en bepaal de plaats van herkomst
De huidige mobiliteitsomstandigheden resulteren vaak in een extreem snelle wereldwijde verspreiding van ziekteverwekkers. Tijdens de pest verspreid in de 14e eeuw in Europa als een uniform golffront van zuid naar noord met een snelheid van 4-5 kilometer per dag, het bereiken van moderne epidemieën tussen de 100 en 400 kilometer per dag, legde Brockmann. Het model heeft echter aangetoond, „dat moderne epidemieën, in tegenstelling tot wat er allemaal lijkt, niet fundamenteel verschillen van historische patronen van verspreiding.“ De spreiding wordt alleen verborgen door de veranderde mobiliteitspatronen. De studie van de geografische dispersiepatronen van SARS (2003) en de Mexicaanse griep (H1N1; 2009) met behulp van hun nieuw ontwikkelde theorie hebben aangetoond dat „Complexe spatio-temporele voortplantingspatronen worden regelmatige, cirkelvormige golffronten die wiskundig eenvoudig kunnen worden beschreven.“ Ziektepropagatiesnelheden konden dus relatief eenvoudig worden berekend en het kon worden bepaald, „wanneer een golffront waarschijnlijk elke plaats op de wereld zal bereiken, of wanneer een infectie-evenement is begonnen“, dus de conclusie van de wetenschappers. (Fp)

Afbeelding: Aka