Câte persoane trebuie să primească vaccinul COVID-19 pentru a opri coronavirusul?

Este clar de ceva vreme că, cel puțin în SUA, singura modalitate de a ieși din pandemia de coronavirus va fi prin vaccinare. Implementarea rapidă a vaccinurilor împotriva coronavirusului este în curs de desfășurare, dar câți oameni trebuie să fie vaccinați pentru a controla această pandemie?

Sunt un biolog computațional care folosește date și modele computerizate pentru a răspunde la întrebări biologice la Universitatea din Connecticut. Am urmărit epidemia de COVID-19 din statul meu cu ajutorul unui model computerizat pentru a ajuta la prognozarea numărului de spitalizări la Spitalul John Dempsey al Universității din Connecticut.

Acest tip de model computerizat și teoria care stă la baza acestuia pot fi, de asemenea, folosite pentru a calcula ratele de vaccinare necesare pentru a rupe lanțul de transmitere a coronavirusului. Estimarea mea este că, pentru întreaga S.U.A., aproximativ 70% din populație trebuie să fie vaccinată pentru a opri pandemia. Dar variația în modul în care se comportă oamenii în diferite părți ale țării, precum și întrebările deschise cu privire la faptul dacă vaccinul previne în întregime infecția sau doar împiedică oamenii să se îmbolnăvească, adaugă un grad de incertitudine.

Întreruperea transmiterii

Probe clinice au arătat că, odată ce o persoană este vaccinată împotriva coronavirusului, aceasta nu se va mai îmbolnăvi de COVID-19. O persoană care nu se îmbolnăvește poate fi totuși infectată cu coronavirusul. Dar să presupunem, de asemenea, că o persoană vaccinată nu poate răspândi virusul altora, deși cercetătorii încă nu știu dacă acest lucru este adevărat.

Când o parte suficientă din populație este vaccinată, virusului îi este greu să găsească noi persoane pe care să le infecteze, iar epidemia începe să se stingă. Și nu toată lumea trebuie să fie vaccinată, ci doar un număr suficient de oameni pentru a împiedica virusul să se răspândească fără control. Numărul de persoane care trebuie să fie vaccinate este cunoscut sub numele de nivel critic de vaccinare. Odată ce o populație atinge acest număr, se obține imunitatea de turmă. Imunitatea de turmă este atunci când există atât de multe persoane vaccinate încât o persoană infectată cu greu poate găsi pe cineva care ar putea fi infectat și astfel virusul nu se poate propaga la alte persoane. acest lucru este foarte important pentru a proteja persoanele care nu pot fi vaccinate.

Nivelul critic de vaccinare depinde de cât de infecțioasă este boala și de cât de eficient este vaccinul. Infecțiozitatea se măsoară cu ajutorul numărului de reproducere de bază – R0 – care reprezintă numărul de persoane la care o persoană infectată ar răspândi virusul în medie dacă nu ar exista măsuri de protecție.

Cu cât o boală este mai infecțioasă, cu atât mai mare este numărul de persoane care trebuie să fie vaccinate pentru a atinge imunitatea auzită. Cu cât eficacitatea vaccinului este mai mare, cu atât mai puțini oameni trebuie să fie vaccinați.

Nu sunt aceleași peste tot

Valorile R0 diferă de la un loc la altul, deoarece populațiile lor se comportă diferit – interacțiunile sociale nu sunt aceleași în localitățile rurale și urbane, nici în zonele cu climă caldă în comparație cu cele reci, de exemplu.

Utilizând datele privind cazurile pozitive, spitalizările și decesele, modelul meu estimează că Connecticut are în prezent un R0 de 2,88, ceea ce înseamnă că, în medie, fiecare persoană infectată ar transmite virusul la alte 2,88 de persoane dacă nu ar exista măsuri de atenuare. Estimările la nivel de județ variază de la 1,44 în zona rurală Alpine, California, la 4,31 în zona urbană Hudson, New Jersey.

Dar găsirea unei valori R0 pentru întreaga SUA este deosebit de dificilă din cauza diversității climei și a faptului că virusul a afectat diferite zone în momente diferite – comportamentul a fost departe de a fi uniform. Estimările variază de la 2,47 la 8,2, deși majoritatea cercetătorilor plasează R0 pentru întreaga S.U.A. în jurul valorii de 3.

În timp ce R0 variază în funcție de locație și între estimări, eficacitatea vaccinurilor este constantă și bine cunoscută. Vaccinurile Pfizer-BioNTech și Moderna au o eficacitate de 95% și, respectiv, 94,5% în prevenirea COVID-19.

Utilizând valorile pentru eficacitatea vaccinului și R0, putem calcula nivelul critic de vaccinare. Pentru Connecticut, cu un R0 de 2,88, 69% din populație trebuie să fie vaccinată. Pentru întreaga S.U.A., cu un R0 de 3, acesta ar fi de 70%. În New York, cu un R0 estimat la 4,26, aceasta ar fi de 80%.

Multă incertitudine

În timp ce matematica este relativ simplă, lucrurile se complică atunci când se iau în considerare întrebări importante pentru care epidemiologii încă nu au răspunsuri.

În primul rând, formula pentru nivelul critic de vaccinare presupune că oamenii interacționează aleatoriu. Dar, în lumea reală, oamenii interacționează în rețele foarte structurate, în funcție de muncă, călătorii și conexiuni sociale. Atunci când sunt luate în considerare aceste modele de contact, unii cercetători au constatat că nivelurile critice de vaccinare sunt considerabil mai mici în comparație cu presupunerea unor interacțiuni aleatorii.

Din păcate, alte necunoscute ar putea avea un efect opus.

Probele de vaccinare arată clar că persoanele vaccinate nu se îmbolnăvesc de COVID-19. Dar nu se știe încă dacă vaccinurile îi împiedică pe oameni să facă infecții ușoare pe care le-ar putea transmite altora. Dacă persoanele vaccinate pot fi în continuare infectate și pot transmite virusul, atunci vaccinarea nu va asigura imunitatea de turmă – deși ar preveni totuși bolile grave și ar reduce drastic mortalitatea.

O ultimă întrebare la care rămâne să se răspundă este cât timp durează imunitatea la coronavirus după ce o persoană este vaccinată. Dacă imunitatea scade după câteva luni, atunci fiecare individ va avea nevoie de vaccinări repetate.

Este greu de spus cu certitudine câte persoane trebuie să fie vaccinate pentru a pune capăt acestei pandemii. Dar chiar și așa, sosirea vaccinurilor COVID-19 a fost cea mai bună veste din 2020. În 2021, pe măsură ce o mare parte a persoanelor din SUA vor primi vaccinul, țara se va îndrepta spre nivelul critic de vaccinare – oricare ar fi acesta – astfel încât viața să poată începe să revină la normal.

.