Quante persone devono ottenere un vaccino COVID-19 per fermare il coronavirus?

È chiaro da un po’ che, almeno negli Stati Uniti, l’unica via d’uscita dalla pandemia di coronavirus sarà la vaccinazione. Il rapido dispiegamento di vaccini contro il coronavirus è in corso, ma quante persone devono essere vaccinate per controllare questa pandemia?

Sono un biologo computazionale che usa dati e modelli informatici per rispondere a domande biologiche all’Università del Connecticut. Ho seguito l’epidemia di COVID-19 del mio stato con un modello informatico per aiutare a prevedere il numero di ricoveri all’ospedale John Dempsey dell’Università del Connecticut.

Questo tipo di modello informatico e la teoria sottostante possono essere utilizzati anche per calcolare i tassi di vaccinazione necessari per rompere la catena di trasmissione del coronavirus. La mia stima è che per tutti gli Stati Uniti, circa il 70% della popolazione deve essere vaccinata per fermare la pandemia. Ma la variazione nel modo in cui le persone si comportano in diverse parti del paese, così come le domande aperte sul fatto che il vaccino impedisca l’infezione completamente o solo impedisca alle persone di ammalarsi, aggiungono un grado di incertezza.

Cutting off transmission

Test clinici hanno dimostrato che una volta che una persona viene vaccinata per il coronavirus, non si ammalerà di COVID-19. Una persona che non si ammala può ancora essere infettata dal coronavirus. Ma supponiamo anche che una persona vaccinata non possa diffondere il virus ad altri, anche se i ricercatori non sanno ancora se questo è vero.

Quando una parte sufficiente della popolazione è vaccinata, il virus ha difficoltà a trovare nuove persone da infettare, e l’epidemia inizia a morire. E non tutti devono essere vaccinati, solo un numero sufficiente di persone per impedire che il virus si diffonda fuori controllo. Il numero di persone che devono essere vaccinate è noto come livello critico di vaccinazione. Una volta che una popolazione raggiunge quel numero, si ottiene l’immunità di gregge. L’immunità di gregge è quando ci sono così tante persone vaccinate che una persona infetta difficilmente può trovare qualcuno che potrebbe essere infettato, e quindi il virus non può propagarsi ad altre persone.Questo è molto importante per proteggere le persone che non possono essere vaccinate.

Il livello critico di vaccinazione dipende da quanto è infettiva la malattia e quanto è efficace il vaccino. L’infettività è misurata usando il numero di riproduzione di base – R0 – che è il numero di persone a cui una persona infetta diffonderebbe il virus in media se non ci fossero misure di protezione.

Più una malattia è infettiva, maggiore è il numero di persone che devono essere vaccinate per raggiungere l’immunità sentita. Più alta è l’efficacia del vaccino, meno persone devono essere vaccinate.

Non è lo stesso ovunque

I valori R0 differiscono da luogo a luogo perché le loro popolazioni si comportano diversamente – le interazioni sociali non sono le stesse in luoghi rurali e urbani, né in climi caldi rispetto a quelli freddi, per esempio.

Utilizzando i dati sui casi positivi, i ricoveri e i decessi, il mio modello stima che il Connecticut ha attualmente un R0 di 2,88, il che significa che, in media, ogni persona infetta passerebbe il virus ad altre 2,88 persone se non ci fossero misure di mitigazione. Le stime a livello di contea variano da 1,44 nella zona rurale di Alpine, in California, a 4,31 nella zona urbana di Hudson, nel New Jersey.

Ma trovare un valore di R0 per tutti gli Stati Uniti è particolarmente difficile a causa della diversità dei climi e perché il virus ha colpito aree diverse in tempi diversi – il comportamento è stato tutt’altro che uniforme. Le stime variano da 2,47 a 8,2, anche se la maggior parte dei ricercatori collocano R0 per tutti gli Stati Uniti intorno a 3.

Mentre R0 varia a seconda del luogo e tra le stime, l’efficacia dei vaccini è costante e ben nota. I vaccini Pfizer-BioNTech e Moderna sono efficaci rispettivamente al 95% e al 94,5% nel prevenire la COVID-19.

Utilizzando i valori di efficacia del vaccino e il R0, possiamo calcolare il livello critico di vaccinazione. Per il Connecticut, con un R0 di 2,88, il 69% della popolazione deve essere vaccinata. Per tutti gli Stati Uniti, con un R0 di 3, sarebbe il 70%. A New York City, con un R0 stimato di 4,26, sarebbe l’80%.

Tanta incertezza

Mentre la matematica è relativamente semplice, le cose si complicano quando si considerano domande importanti per le quali gli epidemiologi non hanno ancora risposte.

In primo luogo, la formula per il livello critico di vaccinazione presuppone che le persone interagiscano in modo casuale. Ma nel mondo reale, le persone interagiscono in reti altamente strutturate a seconda del lavoro, dei viaggi e delle connessioni sociali. Quando questi modelli di contatto sono considerati, alcuni ricercatori hanno trovato che i livelli critici di vaccinazione sono considerevolmente più piccoli rispetto all’assunzione di interazioni casuali.

Purtroppo, altre incognite potrebbero avere un effetto opposto.

Le prove di vaccinazione mostrano chiaramente che le persone vaccinate non si ammalano con il COVID-19. Ma non si sa ancora se i vaccini impediscono alle persone di contrarre infezioni lievi che potrebbero trasmettere ad altri. Se le persone vaccinate possono ancora essere infettate e trasmettere il virus, allora la vaccinazione non fornirà l’immunità di gregge – sebbene preverrebbe comunque malattie gravi e ridurrebbe drasticamente la mortalità.

Un’ultima domanda che rimane da rispondere è quanto dura l’immunità al coronavirus dopo che una persona è stata vaccinata. Se l’immunità svanisce dopo pochi mesi, allora ogni individuo avrà bisogno di vaccinazioni ripetute.

È difficile dire con certezza quante persone devono essere vaccinate per porre fine a questa pandemia. Ma anche così, l’arrivo dei vaccini COVID-19 è stata la migliore notizia del 2020. Nel 2021, quando una gran parte degli individui negli Stati Uniti otterrà il vaccino, il paese si dirigerà verso il livello critico di vaccinazione – qualunque esso sia – in modo che la vita possa iniziare a tornare alla normalità.

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