Hány embernek kell megkapnia a COVID-19 vakcinát a koronavírus megállításához?

Egy ideje már világos, hogy – legalábbis az Egyesült Államokban – a koronavírus-járványból csak a védőoltás jelenthet kiutat. A koronavírus elleni vakcinák gyors bevezetése folyamatban van, de hány embert kell beoltani ahhoz, hogy megfékezzük ezt a világjárványt?

A Connecticuti Egyetemen számítógépes biológus vagyok, aki adatokat és számítógépes modelleket használ biológiai kérdések megválaszolására. Államom COVID-19 járványát egy számítógépes modellel követtem nyomon, hogy segítsek a Connecticuti Egyetem John Dempsey Kórházában a kórházi kezelések számának előrejelzésében.

Ez a fajta számítógépes modell és az alapjául szolgáló elmélet arra is használható, hogy kiszámítsuk a coronavírus terjedési láncának megszakításához szükséges oltási arányokat. Becslésem szerint az Egyesült Államok egészére vonatkozóan a lakosság nagyjából 70%-át kell beoltani a világjárvány megállításához. De az ország különböző részein az emberek viselkedésének eltérései, valamint a nyitott kérdések, hogy a vakcina teljesen megakadályozza-e a fertőzést, vagy csak azt, hogy az emberek megbetegedjenek, némi bizonytalanságot jelentenek.

A terjedés megakadályozása

A klinikai kísérletek kimutatták, hogy ha valaki beoltja magát a koronavírus ellen, nem fog megbetegedni a COVID-19 vírustól. Az a személy, aki nem betegszik meg, még mindig megfertőződhet a koronavírussal. De tegyük fel azt is, hogy egy beoltott személy nem tudja a vírust másokra terjeszteni, bár a kutatók még mindig nem tudják, hogy ez igaz-e.

Amikor a lakosság elég nagy része be van oltva, a vírus nehezen talál új embereket, akiket megfertőzhet, és a járvány kezd kihalni. És nem kell mindenkit beoltani, csak annyi embert, hogy a vírus ne terjedjen elhatalmasodó mértékben. Az emberek számát, akiket be kell oltani, kritikus oltási szintnek nevezik. Ha egy népesség eléri ezt a számot, akkor kialakul a nyájimmunitás. A csordaimmunitás az, amikor olyan sok oltott ember van, hogy egy fertőzött személy alig talál senkit, aki megfertőződhet, és így a vírus nem tud átterjedni más emberekre. ez nagyon fontos azoknak az embereknek a védelmében, akik nem tudnak beoltatni.

A kritikus oltási szint attól függ, hogy mennyire fertőző a betegség és mennyire hatékony a vakcina. A fertőzőképességet az alapvető szaporodási számmal – R0 – mérik, amely megadja, hogy egy fertőzött személy átlagosan hány emberre terjesztené a vírust, ha nem lennének védőintézkedések.

Minél fertőzőbb egy betegség, annál nagyobb azoknak az embereknek a száma, akiket be kell oltani a hallott immunitás eléréséhez. Minél nagyobb a vakcina hatékonysága, annál kevesebb embert kell beoltani.

Nem mindenhol ugyanaz

Az R0-értékek helyenként eltérőek, mert a lakosságuk másképp viselkedik – a társadalmi interakciók nem azonosak például a vidéki és a városi helyszíneken, sem a meleg éghajlaton a hideghez képest.

A pozitív esetekre, kórházi kezelésekre és halálesetekre vonatkozó adatokat felhasználva a modellem becslése szerint Connecticutban jelenleg 2,88-as R0-értékkel rendelkezik, ami azt jelenti, hogy átlagosan minden fertőzött személy 2,88 másik embernek adná tovább a vírust, ha nem lennének enyhítő intézkedések. A megyei szintű becslések a kaliforniai vidéki Alpine 1,44-től a New Jersey-i városi Hudson 4,31-ig terjednek.

Az Egyesült Államok egészére vonatkozó R0-érték meghatározása azonban különösen bonyolult az éghajlati viszonyok sokfélesége miatt, és mivel a vírus különböző időpontokban különböző területeket érintett – a viselkedés korántsem volt egységes. A becslések 2,47 és 8,2 között változnak, bár a legtöbb kutató az R0-t az USA egészére 3 körülire teszi.

Míg az R0 helyenként és a becslések között változik, a vakcinák hatékonysága állandó és jól ismert. A Pfizer-BioNTech és a Moderna vakcinák 95%-ban, illetve 94,5%-ban hatékonyak a COVID-19 megelőzésében.

A vakcina hatékonyságára és az R0-ra vonatkozó értékek felhasználásával kiszámíthatjuk a kritikus vakcinázási szintet. Connecticut esetében 2,88-as R0 érték mellett a lakosság 69%-át kell beoltani. Az Egyesült Államok egészére vonatkozóan, 3 R0 értékkel, ez az érték 70% lenne. New York Cityben, 4,26-os becsült R0 értékkel ez 80% lenne.

Nagyon sok a bizonytalanság

Míg a matematika viszonylag egyszerű, a dolgok bonyolulttá válnak, ha olyan fontos kérdéseket veszünk figyelembe, amelyekre a járványügyi szakemberek még mindig nem tudnak választ adni.

Először is, a kritikus oltási szint képlete azt feltételezi, hogy az emberek véletlenszerűen lépnek kapcsolatba egymással. A való világban azonban az emberek a munka, az utazás és a társadalmi kapcsolatok függvényében erősen strukturált hálózatokban érintkeznek egymással. Ha ezeket a kapcsolati mintákat figyelembe vesszük, egyes kutatók úgy találták, hogy a kritikus oltási szintek lényegesen kisebbek, mintha véletlenszerű interakciókat feltételeznénk.

Sajnos más ismeretlenek ellentétes hatást fejthetnek ki.

A vakcinakísérletek egyértelműen azt mutatják, hogy a beoltott emberek nem betegszenek meg a COVID-19-től. Azt azonban még nem tudni, hogy a vakcinák megakadályozzák-e, hogy az emberek enyhe fertőzéseket kapjanak, amelyeket továbbadhatnak másoknak. Ha a beoltott emberek továbbra is megfertőződhetnek és továbbadhatják a vírust, akkor az oltás nem biztosít nyájimmunitást – bár így is megelőzhető lenne a súlyos megbetegedés és drasztikusan csökkenne a halálozás.

Az utolsó megválaszolatlan kérdés az, hogy a koronavírussal szembeni immunitás mennyi ideig tart azután, hogy egy személyt beoltottak. Ha az immunitás néhány hónap után csökken, akkor minden egyes embernek ismételt oltásokra lesz szüksége.

Nehéz biztosan megmondani, hogy hány embert kell beoltani ahhoz, hogy véget vessünk ennek a világjárványnak. De még így is a COVID-19 vakcinák megérkezése volt a legjobb hír 2020-ban. 2021-ben, ahogy az USA-ban az egyének nagy része megkapja a vakcinát, az ország a kritikus oltottsági szint felé fog haladni – bármi is legyen az -, hogy az élet elkezdhessen visszatérni a normális kerékvágásba.