© РИА Новости / Илья Питалев/Алина ПолянинаПрогнозы распространения инфекции
Татьяна Пичугина. Математические модели достаточно хорошо описывают нынешнюю ситуацию в мире, особенно то, как меры социального дистанцирования сдерживают лавинообразный рост числа заболевших. По данным ученых из МФТИ, большинство стран миновали пик эпидемии нового коронавируса. В Москве выход на плато ожидают к началу лета — таков оптимистичный сценарий исследователей из РЭУ имени Г. В. Плеханова.
Почему модели неточны
Когда эпидемия COVID-19 выплеснулась за границы Китая, в научных статьях и интернет-публикациях появилось множество схем, прогнозирующих скорость распространения инфекции. В основном это были SIR-модели, описывающие три фактора: потенциально подверженное заражению число людей, количество диагнозов, численность выздоровевших либо умерших. В 2004 году эту модель адаптировали для вспышек SARS в Пекине, Гонконге, Сингапуре и Торонто.
Поскольку у нового коронавируса длительный инкубационный период, когда зараженный может не болеть, но распространять инфекцию, в модели (ее обозначают как SEIR) выделяют еще один параметр — носители вируса.
Без учета закрытия границ и введения карантинных мер SIR/SEIR-модели предсказывали, что эпидемия поразит от четверти до почти ста процентов населения стран, куда проник вирус; в США и ЕС погибнут миллионы. Поэтому — по примеру Китая — главной стратегией стало сдерживание скорости распространения заразы путем закрытия образовательных учреждений, не относящихся к категории жизненно важных предприятий и организаций, самоизоляции граждан. Логика такова: чем меньше число заболевших в сутки, тем лучше система здравоохранения справляется с нагрузкой. Если пациентов будет очень много, больницы и реанимации переполнятся, качество лечения упадет, что, соответственно, увеличит смертность.
Как показывает практика, этот подход себя оправдывает. По данным Института измерения и оценок здравоохранения США (IHME), в Ухане, а также в 12 регионах Италии, Испании и США на 14 апреля эпидемия прошла пик. Кроме того, закрытие международных и внутренних границ привело к тому, что сейчас мы имеем дело, по сути, с отдельными вспышками в каждой стране и даже области. Следовательно, нужны модели, предсказывающие локальные процессы. Они помогут местным властям заранее подготовиться: обеспечить коечный фонд, закупить больше аппаратов ИВЛ.
Ученые из IHME отмечают, что SEIR-модели для такого планирования не совсем подходят: данные об инфицированных неточны. В Германии, Исландии, Южной Корее тестируют всех подряд, а, например, в США — тех, у кого есть симптомы.
Чтобы избежать ошибок, авторы решили опираться на данные о смертности в популяции, по которым можно судить и о распространении вируса. Предполагается, что такая статистика точнее.
Согласно новой модели, в США пик заболеваемости пришелся на 15 апреля. На 17 апреля в больницах не хватало 2317 коек, в реанимациях — 8130, необходимо было 15 859 аппаратов ИВЛ. Эпидемия пойдет на спад в середине июня, когда число смертей от COVID-19 снизится до минимума. Прогнозируют более 60 тысяч смертей, в ЕС — более 143 тысяч, хотя разброс значений здесь довольно большой. Результаты моделирования представлены онлайн и постоянно обновляются.
Пик пройден
«Моя научная группа входит в международную коллаборацию ученых, занимающихся бременем болезней, травм и факторов риска. Ядро составляют сотрудники IHME из Университета Вашингтона в Сиэтле. Это одна из лучших команд по анализу данных и моделированию в сфере здравоохранения. Руководит ею профессор Кристофер Мюррей, возглавлявший ранее подразделение по анализу статистики в ВОЗ. Работа идет в глобальном масштабе, а для моделирования COVID-19 используют искусственный интеллект, разработанный в Кремниевой долине», — поясняет Станислав Отставнов, заместитель заведующего лабораторией анализа показателей здоровья населения и цифровизации здравоохранения МФТИ.
В моделях IHME пока нет данных о России, их собирает группа Отставнова. Кроме того, специалисты мониторят меры по социальному дистанцированию в России, в том числе фиксируя даты закрытия образовательных учреждений, предприятий, не являющихся жизненно важными, ограничения передвижения на личном и общественном транспорте, сверяя при этом полученные показатели с официальной информацией.
«По оценкам наших партнеров, большинство стран прошли пик роста заболеваемости и нагрузки на систему здравоохранения. Однако нигде эпидемический процесс полностью не завершился. Есть несколько причин: отсутствие данных о формировании специфического иммунитета к вирусу у выздоровевших и его стабильности; реальном количестве носителей вируса в данный момент времени; моменте начала выделения вируса носителем. В сумме эти параметры могут существенно менять среднесрочный (на две-восемь недель) и долгосрочный прогнозы», — утверждает Отставнов.
Как показал опыт Уханя, наиболее эффективно сдерживают эпидемию жесткие меры изоляции. Однако еще слишком много неизвестных параметров — например, нет внятных данных о выживаемости вируса в окружающей среде, отсутствуют специфическая терапия с доказанной эффективностью и вакцина. Все это в будущем может изменить прогнозы.
«В России спад ожидается к началу лета, но в разных регионах этот срок будет варьироваться. И необходимо помнить следующее: первые случаи ближневосточного респираторного синдрома (MERS), также вызываемого представителями коронавирусов, зарегистрировали в 2012 году, но наиболее известная вспышка имела место в Южной Корее в 2015-м. Поэтому вполне возможны отдаленные по времени всплески заболеваемости и, если не принять необходимых мер, на мгновение забыть о разумной безопасности, — новые эпидемии. Очень важно, чтобы в условиях вынужденных ограничений, безусловно, изматывающих, мы не растеряли бдительности, готовности к другой волне, ведь одного случая банальной халатности обычно бывает достаточно, чтобы обесценить труд множества людей», — подытоживает ученый.
Оптимизм требует жертв
Исследователи из научного центра «Моделирование социально-экономических систем» РЭУ имени Г. В. Плеханова также использовали классическую модель динамики развития эпидемии, однако они опирались только на число выявленных случаев заражения, что ограничивает выборку протестированной группой населения.
Первая модель основана на параметрах, известных к 5 апреля, когда жесткие меры еще не ввели. Она показывает, что без предпринятых шагов к 21 апреля в стране был бы 370 561 случай инфицирования, что, по словам авторов работы, равносильно «общественной катастрофе».
© Березняцкий А.Н., Волкова М.И./РЭУ им. Г.В. ПлехановаТри модели показывают скорость инфицирования населения в зависимости от введения карантинных мер
Ученые также построили три сценария развития событий для Москвы, поскольку на столицу приходится львиная доля заболевших. Оптимистичный вариант предсказывает выход на плато в конце мая при условии соблюдения самоизоляции и карантинных мер. Реалистичный — к началу июля. Однако уже сейчас понятно, что итальянского или американского пути нашей стране удалось избежать.
«Вовремя принятые меры, в том числе введение режима самоизоляции, позволили предотвратить массовое неконтролируемое заражение населения России. Надеемся, что оба указанных сценария (особенно в контексте числа смертельных исходов от COVID-19) не будут реализованы в нашей стране», — подчеркивает профессор Сергей Валентей, научный руководитель РЭУ имени Г. В. Плеханова.
© Березняцкий А.Н., Волкова М.И./РЭУ им. Г.В. ПлехановаПрогноз по выходу на нулевые темпы прироста численности инфицированных по г. Москве
Еще один важный фактор сдерживания эпидемии — массовое тестирование. К такому выводу пришли итальянские ученые. В недавней публикации в Nature Medicine они представили модернизированную SIR-модель — SIDARTHE, разделяющую население на восемь групп: подтвержденные и неподтвержденные случаи, градация по тяжести заболевания.
Италия сильнее всех в мире пострадала от эпидемии. Распространение там шло очень быстро, большое число заболевших оказались в больницах, система здравоохранения захлебывалась. Новая модель показывает, как менялась ситуация по мере ввода ограничений.
В момент начала эпидемии коэффициент передачи вируса R0 равнялся 2,38, что соответствует сильной вспышке. Уже на четвертый день при введении элементарных мер социального дистанцирования он снизился до 1,66. Значительную роль сыграл объявленный 9 марта карантин и его последовательное ужесточение.
Только на 28-й день, когда режим запретов полностью заработал по всей стране, R0 упал до 0,99. Следующий уровень — 0,85 — достигнут на 38-й день, с началом массового тестирования популяции и выявлением бессимптомных носителей. Нулевой R0 означает, что эпидемия погашена, но до этого еще далеко.
Карантин должен длиться минимум год, полагают авторы работы. Ослабить его можно, только одновременно вводя тотальное тестирование и отслеживание контактов зараженных. Все упирается в проблему тестов. Нынешние, основанные на ПЦР с обратной транскрипцией, не годятся для массовых задач, поскольку занимают много времени, требуют сертифицированных лабораторий с очень дорогим оборудованием и неточны. Сейчас критически важно разработать быстрые тесты на выявление SARS-CoV-2, которые можно использовать в аэропортах, школах, на городском транспорте.
Источник: ria.ru
