Kolik lidí musí dostat vakcínu COVID-19, aby se koronavirus zastavil?

Již delší dobu je jasné, že přinejmenším v USA bude jediným východiskem z pandemie koronaviru očkování. Probíhá rychlé zavádění vakcín proti koronavirům, ale kolik lidí musí být očkováno, aby se tato pandemie zvládla?“

Jsem počítačový biolog, který na univerzitě v Connecticutu využívá data a počítačové modely k zodpovězení biologických otázek. Epidemii COVID-19 v mém státě sleduji pomocí počítačového modelu, který mi pomáhá předpovídat počet hospitalizací v nemocnici Johna Dempseyho na Connecticutské univerzitě.

Tento typ počítačového modelu a teorie, která je jeho základem, lze také použít k výpočtu míry očkování potřebné k přerušení řetězce přenosu koronaviru. Můj odhad je, že pro celé Spojené státy je třeba očkovat zhruba 70 % populace, aby se pandemie zastavila. Určitou míru nejistoty však zvyšují rozdíly v chování lidí v různých částech země a také otevřené otázky, zda vakcína zabrání nákaze úplně, nebo jen zabrání tomu, aby lidé onemocněli.

Přerušení přenosu

Klinické studie ukázaly, že jakmile se člověk nechá očkovat proti koronaviru, neonemocní virem COVID-19. To znamená, že se na něj bude přenášet infekce. Osoba, která neonemocní, může být koronavirem stále nakažena. Předpokládejme však také, že očkovaná osoba nemůže šířit virus na ostatní, i když vědci stále nevědí, zda je to pravda.

Když je očkováno dostatečné množství populace, virus těžko hledá nové lidi, které by nakazil, a epidemie začne vymírat. A nemusí být očkováni všichni, stačí dostatečný počet lidí, aby se virus nevymkl kontrole. Počet lidí, kteří musí být očkováni, se nazývá kritická úroveň proočkovanosti. Jakmile populace dosáhne tohoto počtu, získáte stádovou imunitu. O stádové imunitě mluvíme tehdy, když je očkovaných lidí tolik, že nakažený člověk jen stěží najde někoho, kdo by se mohl nakazit, a virus se tak nemůže šířit na další lidi. to je velmi důležité pro ochranu lidí, kteří se nemohou nechat očkovat.

Kritická úroveň očkování závisí na tom, jak je nemoc nakažlivá a jak účinná je vakcína. Nakažlivost se měří pomocí základního reprodukčního čísla – R0 – které udává, na kolik lidí by nakažený člověk v průměru rozšířil virus, pokud by nebyla zavedena žádná ochranná opatření.

Čím je nemoc infekčnější, tím větší je počet lidí, kteří musí být očkováni, aby bylo dosaženo slyšitelné imunity. Čím vyšší je účinnost vakcíny, tím méně lidí je třeba očkovat.

Není všude stejná

Hodnoty R0 se liší místo od místa, protože se jejich obyvatelstvo chová odlišně – sociální interakce nejsou stejné na venkově a ve městě, ani například v teplém podnebí ve srovnání s chladným.

Na základě údajů o pozitivních případech, hospitalizacích a úmrtích můj model odhaduje, že v Connecticutu je v současné době hodnota R0 2,88, což znamená, že každá nakažená osoba by v průměru přenesla virus na 2,88 dalších osob, pokud by nebyla zavedena žádná zmírňující opatření. Odhady na úrovni okresů se pohybují od 1,44 ve venkovském Alpine v Kalifornii až po 4,31 v městském Hudsonu v New Jersey.

Zjistit hodnotu R0 pro celé USA je však obzvláště složité vzhledem k různorodosti podnebí a vzhledem k tomu, že virus zasáhl různé oblasti v různých obdobích – chování zdaleka nebylo jednotné. Odhady se pohybují od 2,47 do 8,2, ačkoli většina výzkumníků udává hodnotu R0 pro celé USA kolem 3,

Ačkoli se hodnota R0 liší podle místa a mezi jednotlivými odhady, účinnost vakcín je konstantní a dobře známá. Vakcíny Pfizer-BioNTech a Moderna jsou při prevenci COVID-19 účinné z 95 %, resp. 94,5 %.

Pomocí hodnot účinnosti vakcín a R0 můžeme vypočítat kritickou úroveň očkování. Pro stát Connecticut s hodnotou R0 2,88 je třeba očkovat 69 % populace. Pro celé Spojené státy by to při hodnotě R0 3 bylo 70 %. V New Yorku s odhadovanou hodnotou R0 4,26 by to bylo 80 %.

Velká nejistota

Ačkoli je matematika poměrně jednoduchá, věci se komplikují, když vezmeme v úvahu důležité otázky, na které epidemiologové dosud nemají odpovědi.

Za prvé, vzorec pro kritickou úroveň očkování předpokládá, že se lidé vzájemně ovlivňují náhodně. Ve skutečném světě však lidé interagují ve vysoce strukturovaných sítích v závislosti na práci, cestování a sociálních vazbách. Při zohlednění těchto vzorců kontaktů někteří výzkumníci zjistili, že kritická úroveň očkování je podstatně nižší ve srovnání s předpokladem náhodných interakcí.

Naneštěstí další neznámé mohou mít opačný účinek.

Zkoušky s vakcínami jasně ukazují, že očkovaní lidé neonemocní COVID-19.

Zkoušky s vakcínami jasně ukazují, že očkovaní lidé neonemocní. Stále však není známo, zda vakcíny zabraňují tomu, aby lidé dostali lehké infekce, které by mohli přenést na ostatní. Pokud se očkovaní lidé stále mohou nakazit a přenést virus, pak očkování nezajistí stádovou imunitu – i když by stále zabránilo závažným onemocněním a drasticky snížilo úmrtnost.

Poslední otázkou, kterou je třeba zodpovědět, je, jak dlouho trvá imunita vůči koronaviru po očkování. Pokud imunita po několika měsících slábne, bude každý jedinec potřebovat opakované očkování.

Je těžké s jistotou říci, kolik lidí je třeba očkovat, aby se tato pandemie ukončila. Ale i tak byl příchod vakcín COVID-19 nejlepší zprávou v roce 2020. V roce 2021, kdy vakcínu dostane velká část osob v USA, bude země směřovat ke kritické úrovni proočkovanosti – ať už bude jakákoli -, aby se život mohl začít vracet do normálu.