COVID-19パンデミックを緩和し遅らせるための自主的な予防策と短期的な政府主導による社会的距離の影響 モデル化研究

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Impact of self-imposed prevention measures and short-term government-imposed social distancing on mitigating and delaying a COVID-19 epidemic: A modelling study

journals.plos.org/plosmedicine/article?id=10.1371/journal.pmed.1003166

Alexandra Teslya,Thi Mui Pham,Noortje G. Godijk,Mirjam E. Kretzschmar,Martin C. J. Bootsma,Ganna Rozhnova

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要旨

背景

重症急性呼吸器症候群コロナウイルス2(SARS-CoV-2)によるコロナウイルス感染症(COVID-19)は、2019年12月に中国で発生して以来、世界のほぼすべての国に広がっている。多くの国では、進行中の伝染病を「平坦化」するための対策として、社会的な距離を置くことを実施している。

特に前者の社会的・経済的影響が大きいため、政府が実施した社会的距離と、COVID-19のさらなる蔓延を抑制するための他の対策の影響を評価することが急務である。本研究の目的は、COVID-19のパンデミックを緩和、遅延、または予防する上で、自己負担による予防策と政府による短期的な社会的距離を置くことの個別効果と複合効果を比較することであった。

方法と所見

SARS-CoV-2の感染を,COVID-19の感染拡大に伴う疾患状態(感受性,曝露,軽症・重症感染,診断,回復)と疾患認識状態(自覚・非自覚)で層別化した集団における決定論的コンパートメント別感染モデルを構築した.手洗い、マスク着用、社会的距離感などの自己対策は、疾患を認識している人が行っているものと仮定した。

政府による社会的距離を置くことで、疾患や認識度に関係なく接触率が低下した。モデルは、COVID-19の臨床研究から得られた主要な疫学的パラメータの現在の最良推定値を用いてパラメータ化された。モデルのアウトカムには、診断のピーク数、攻撃率、診断のピーク数までの時間が含まれていた。

集団内での迅速な認識普及は、自己対策を講じることで発病率を大幅に低下させ、ピーク診断数を減少・延期させることができることがわかった。これらの対策の有効率が50%を超えると、大きなパンデミックを防ぐことができると推定される。

認識拡大が遅い場合、自主的な対策はピーク時の診断数や攻撃率を低下させるが、ピーク時のタイミングには影響しない。政府による短期的な社会的距離の早期実施のみでは、遅らせる(3ヶ月間の介入で最大7ヶ月間)ことはできるが、ピークを減らすことはできないと推定される。

政府による社会的疎外が解除された後も継続される自己負担の措置とこの介入を組み合わせれば、遅延はさらに長くなり、ピークの高さはさらに減少する可能性がある。我々の分析は、確率性、人口統計学、接触パターンや混合における不均一性、空間的効果、重症患者の不完全隔離、COVID-19の再感染を考慮していないという点で限界がある。

結論

我々の結果は、手洗い、マスク着用、社会的距離感の個人的な採用を引き起こすCOVID-19に関する情報発信が、パンデミックを緩和し、遅らせるための有効な戦略であることを示唆している。早期に開始された短期的な政府による社会的距離を置くことで、医療システムがCOVID-19の負担増に備えるための時間を稼ぐことができる。

我々は、進行中のパンデミックをコントロールする上での疾患認識の重要性を強調し、COVID-19に成功裏に取り組むために、社会的距離を置く政策に加えて、政府や公衆衛生機関が人々を動員して、効果が証明された自主的な対策を採用することを提言する。

著者要約

なぜこの研究が行われたのか?
  • 2020年5月現在、新型コロナウイルス(SARS-CoV-2)によるコロナウイルス病(COVID-19)は、2019年12月に中国で初めて出現して以来、世界のほぼすべての国に広がっている。
  • COVID-19のパンデミックに直面し、さまざまな国の公衆衛生政策立案者は、そのピークを遅らせるおよび/または平らにする方法についての提言を求めている。
  • 多くの国の政府によって義務付けられた社会的距離の影響の評価と、COVID-19のさらなる広がりを抑制するための他の予防対策の評価は、特に前者の社会的・経済的影響が大きいため、急務である。
研究者は何をして、何を発見したのであろうか?
  • 我々は、COVID-19の認識度に起因する自主的な対策(手洗い、マスク着用、社会的距離感)と、政府が短期的に課した社会的距離感がパンデミックダイナミクスに与える影響を評価するための感染モデルを開発した。
  • 自主的な対策は、その有効率が50%を超えれば大パンデミックを防ぐことができることを示した。
  • 我々は、短期的に政府が課した社会的距離感をパンデミックの初期に開始することで、医療システムがCOVID-19の負担増に備える時間を稼ぐことができると推定している(3ヶ月間の介入で最大7ヶ月)。
  • 診断数のピークまでの遅延はさらに長くなり、政府による社会的距離を解除した後も継続される自己負担措置と同じ介入を組み合わせれば、ピークの高さはさらに減少する可能性がある。
これらの知見は何を意味しているのだろうか。
  • 手洗いやマスク着用などの自主的な対策に対する認識を高めることは、現在進行中のパンデミックをコントロールする上で極めて重要である。
  • 政府が課した社会的距離を短期的に早期に開始することは、医療システムのキャパシティを高めるために不可欠な時間を提供し、伝染病を大幅に緩和することができる。
  • COVID-19に成功裏に取り組むためには、社会的距離を置く政策に加えて、政府や保健機関は継続的に人々を動員し、有効性が証明された自主的な対策を採用しなければならない。

序論

2020年5月5日現在、新型コロナウイルス(SARS-CoV-2)は世界的に広がっており、症例が報告されていない国はわずか13カ国にとどまっている。2019年12月31日に中国で発生が確認されて以来、COVID-19の確定症例数は3,640,835人以上、死亡者数は255,100人近くに達している[1]。3月11日、世界保健機関(WHO)はCOVID-19のアウトブレイクを正式にパンデミックと宣言した[1]。

中国におけるSARS-CoV-2の封じ込めを目的としたいくつかのアプローチは失敗に終わった。旅行者の空港でのスクリーニングは、無症候性の症例が多数存在する可能性があること、および無症候性の感染の可能性があることによって妨げられていた [2-4]。14日間の検疫と発熱監視を組み合わせても、潜伏期間のばらつきが大きいため、ウイルスの封じ込めには不十分であった [5]。

 

SARS-CoV-2が世界各地で感染範囲を拡大した現在、多くの国でCOVID-19の大パンデミックに直面していることは明らかである[6]。COVID-19の予防に関する当初の方針は、主に症例報告、重症化した症例の厳格な隔離、軽症化した症例の自宅隔離、接触者の追跡に限定されていた[7]。しかし、無症候性および無症候性の伝播の寄与度が高い可能性があるため[8]、これらの症例ベースの介入は、非常に効果的でない限りCOVID-19のパンデミックを食い止めるには不十分であると考えられる[8-11]。

症例の急速な増加とクリティカルケアのベッド容量を超えるリスクを考慮して、多くの国が短期的な対策として社会的距離を置き、人口の接触率とその後の感染を減少させることを目的としている [6, 12]。いくつかの政府は、学校、公共の場所、必要のない企業を閉鎖したり、集団イベントを中止したり、留守番命令を出したりすることで、全国的に部分的または完全な封鎖を行っている[6]。

1918年のインフルエンザパンデミックに関する先行研究では、このような強制的な介入は感染を減少させるのに有効であることが示されたが、その時期と規模はパンデミックの経過に大きな影響を与えた [13-18]。これらの短期的な介入は、パンデミックの再来のリスクが高く、導入が遅すぎたり、解除が早すぎたりするとその影響は限定的であった [13-16]。

 

手洗い、マスクの着用、社会的距離の取り方などの自己負担による予防策もまた、パンデミックを遅らせることに寄与しうる [19、20]。アルコールベースの除菌剤は手からSARSコロナウイルスを除去するのに有効であり[21]、石鹸を用いた手洗いは呼吸器感染症の感染を減少させるのに好ましい効果があるかもしれない[22]。外科用マスクは、保護のために着用されることが多いが、呼吸器系の危険から保護するように設計されているわけでも、認定されているわけでもないが、感染者から飛沫が拡散するのを防ぐことはできる [23-25]。

COVID-19に関する情報の普及と公式勧告は、認識を高め、そのような対策を採用するように個人の意欲を高めることができる。これまでの研究では、伝染病のコースを変えるための疾患認識の重要性が強調されていた[26-28]。認識の普及率およびメカニズムに応じて、認識化のプロセスは、伝染病の攻撃率を低下させるか、または伝染病を完全に防ぐことができるが[26]、複数の伝染病ピークの出現などの望ましくない結果をもたらすこともある[27、28]。

第二次パンデミックの波は、第一次パンデミックの後の感染者プールがまだ非常に大きく、疾病が完全に排除されていない集団において、個人が自己に課した対策を早々に緩めた結果として現れることがある。どのような状況下で、自主対策を促すような疾病認識の普及がCOVID-19対策として有効であるかを評価することが重要である。

 

早期に実施された短期的な政府による社会的遠距離措置と自主的な予防措置のSARS-CoV-2感染の減少に対する有効性の比較は、現在のところ見落とされているが、感染拡大を食い止める試みにおいて極めて重要である。

COVID-19のパンデミックを防ぐことができない場合、医療従事者が増加する医療負担に効果的に準備し、対応するためのより多くの時間を与えるために、パンデミックのピークを効果的に減少させ、先送りする方法を知ることが重要である。さらに、いくつかの国で症例数がピークを迎えていることを考えると、ロックダウン対策を解除した後の自主対策の効果を評価することの重要性は深い。

 

本研究では、COVID-19の認識による自主対策(手洗い、マスク着用、社会的距離感)と、政府による短期的な社会的距離感の介入が、最初の症例からのピーク診断数、発症率、ピーク診断数までの時間に与える影響を、トランスミッションモデルを用いて評価した。

これらの介入とその組み合わせの比較分析を行い、COVID-19のパンデミックを緩和、遅延、あるいは完全に防ぐことができる介入の有効性の範囲を評価する。質的には、これらの結果は、公衆衛生の専門家が効果的なアウトブレイクコントロール政策を設計するための介入の組み合わせを比較し、選択するのに役立つであろう。

研究方法

ベースライン伝送モデル

我々は、SARS-CoV-2の感染を病状別に層別化した決定論的コンパートメントモデルを開発した(図1)。このベースラインモデルでは、感染しやすい(S)、潜伏感染者(E)、軽症感染者(IM)、重症感染者(IS)、診断分離者(ID)、軽症・重症後回復者(RM、RS)に分類されている。感受性個体(S)は、感染者(IMおよびIS)との接触により潜伏感染者(E)になることができ、感染力はIMおよびISコンパートメントの集団の割合に依存する。潜在感染者(E)の一部はIMコンパートメントに移動し、残りのEはISコンパートメント軽症の感染者(IM)は医療処置を必要とせず、COVID-19に感染したことを認識することなく回復する(RM)と仮定する。

重症の感染者(IS)は、医療の助けを必要とせずに回復することができず、その後(病院、長期療養施設、老人ホームなどで)診断され隔離(ID)され、COVID-19に感染していることを発見されたときに知っているか、または疑っている。したがって、診断されたコンパートメントIDには、正式に診断されて医療機関で治療を受ける重症の感染者と、正式に診断されていないがCOVID-19を持っていると疑うほど重症の疾患を有し、隔離を必要とする感染者とが含まれている。

簡単に言うと、これらの人々は回復(RS)するまで完全に隔離されていると仮定しているため、感染にも接触プロセスにも寄与しないことになる。パンデミックのタイムスケールと再感染に関する信頼できる報告の欠如を考えると、回復した個体(RMとRS)は再感染できないと仮定する。軽症の感染者の感染率は、重症の感染者の感染率よりも低い[29]。パンデミックのタイムスケールは個体の平均寿命に比べて短いため、自然な誕生と死のプロセスは無視されている。しかし、重症化した単離感染個体(ID)は、疾患に関連した死亡率のために集団から排除される可能性がある。

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図1. ベースライン感染モデルの模式図。

黒矢印は疫学的遷移を示す。赤の破線矢印は感染力に寄与するコンパートメントを示す。感受性のある人(S)は、2つの感染クラス(IMとIS)の感染者との接触を介して、感染力λinfの潜伏感染者(E)になる。潜伏感染者(E)の割合pはIMコンパートメントに行き、Eの割合(1-p)はISコンパートメント軽症(IM)の感染者は、COVID-19(RM)に感染したことを認識することなく回復する。重症(IS)の感染者は診断され、率νで隔離(ID)され、率γSで回復(RS)するか、率ηで死亡するまで隔離(ID)される。表 1 にすべてのパラメータの記述と値を示す。

病気を認識したトランスミッションモデル

疾患認識は、後天的なものと失われたものとがある。疾患を認識している人と認識していない人とは、本質的に2つの点で区別される。

第一に、疾患を認識している重症の感染者は、疾患を認識していない感染者と比較して、より早く診断・隔離され、隔離されている期間が短く、疾患に起因する死亡率が低いということである。ここで我々が仮定しているのは、疾患を認識している人は、疾患を認識していない人よりも平均的に早くCOVID-19に罹患している可能性があることを認識し、早期に治療を受けることで、疾患を認識していない人に比べて予後が良好になるということである。

第二に、疾患を認識している人は、手洗い、マスクの着用、社会的距離を置くことなどの自主的な対策を行うことで、感染率、感染率、接触率を低下させることができると考えられる。自分の病状を知っている、あるいは疑っている人は、再感染はできないと思い込んでいるため、そのような対策をしない。そのため、認識移行過程からは除外され、接触過程での行動は病気を知らない人と同じである。

 

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図2. 疾病認識を伴う伝染モデルの模式図 ※記号が抜けています。

(A)認識を伴う感染モデルにおける疫学的遷移を示す(黒矢印)。オレンジ色の破線は、認識の動態に関与するコンパートメントを示す。赤色の破線は感染力に寄与するコンパートメントを示す。感染力を持つ感染者(IM, IS, , , , , , , )と接触することで、病気に感染しやすい個体(Sa)は潜伏感染者(Ea)となる。重症化した感染者は、病気を知っている感染者がνaの割合で診断・隔離され、回復し、ηaの割合で病気から死滅する。(B)認識度の動態を示す。重症化した感染者(IS)は、認識の普及率と現在の診断者数(IDと)に比例した率λで病気認識を獲得する。認識度が低下すると、これらの個体は率μSで未認識状態に戻る。認識獲得率(kλaware)と認識退化率(μ)は、タイプS、E、IM、RMの個体では同じであり、ここでkはIS個体に比べて認識獲得の感受性が低下していることを示している。表1に全パラメータの記述と値を示す。


Perraら[27]と同様に、病気を知らない人は、病気の認識が広まる速度と現在の診断者数(IDと)に比例した速度で病気の認識を獲得する(図2B)。認識が薄れ、一定の割合で未認識状態に戻ると仮定する。後者の場合は、自分で決めた対策を取らなくなったことを意味する。認識の獲得率と退化率は、S型、E型、IM型、RM型では同じであると仮定している。しかし、重症化した感染者(IS)では、残りの感染者集団よりも認識獲得率が速く、退化率が遅い。

予防対策について

我々は、集団における社会的距離感を醸成することを目的とした短期的な政府の介入と、疾患を認識している個人が勝手に課す可能性のある一連の措置、すなわちマスクの着用、手洗い、および勝手に課された社会的距離感を検討した。

マスク着用

マスクの着用は、しばしば保護手段として適応されるが、個人の感受性を低下させるのには効果的ではないかもしれない。なぜなら、医療専門家ではない一般の人々、すなわち一般の人々は、マスク着用の正しい手順に慣れていないからである(例えば、顔に触れることやマスクの調整を行うことが多い)[36]。しかし,マスク着用は感染力を低下させる[25]ので,本指標では,0%(有効性ゼロ)から100%(有効性満点)の範囲で,疾患を認識している感染者(および)の感染力のみを低下させるものと仮定している。

手洗い

感染者は直接の身体的接触がなくてもウイルスを他人に感染させる可能性があるため,手洗いは感染率を低下させるだけであると仮定している.手洗いの有効性は、感染者の感受性の低下(すなわち、1回の接触で感染する確率)で表され、0%(有効性ゼロ)から100%(完全な有効性)までの範囲がある。感染は身体的接触以外の経路で起こる可能性があるため、手洗いを実践している人を100%保護することはできないかもしれない。

自己責任による社会的距離感

自分自身が感染しやすいと考えている疾患を自覚している人は、社会的距離を置くこと、すなわち他人との距離を保ち、人が集まる場所を避けることを実践しているかもしれない。その結果、この対策は集団内の混合パターンの変化をもたらす。

疾患を自覚している人の社会的距離の有効性は、接触率の低下によって表され、0%(社会的距離なし、または有効性ゼロ)から100%(完全な自己隔離、または完全な有効性)まで様々である。接触が完全になくなるわけではないので(例えば、家庭内の接触は残る)、社会的距離の効果の現実的な値は100%に近いかもしれないが、100%に達することはないかもしれない。

短期的な政府の社会的距離

政府は、学校や職場の閉鎖などの介入や、留守番命令や大規模な集会の禁止などを通じて、社会的距離を縮める政策を推進することを決定することがある。これらのロックダウン政策は、認識の状態に関わらず、コミュニティ全体の接触率低下を引き起こすことになる。

ここでは、診断された人の数が一定の閾値(10~1,000人)を超えた場合に政府による社会的疎外が開始され、一定期間(1~3ヶ月)後に終了すると仮定している。そのため、この介入はパンデミックの初期に実施される。政府が課した社会的距離は、その有効性、すなわち集団の平均接触率の低下(0%(遠ざかりなし)から100%(完全なロックダウン)までの範囲)に応じて、部分的または完全なものとなる。

ロックダウン中は、人口の一部の接触(例えば、家庭内の接触)を排除できないため、政府が課した社会的距離の有効性の現実的な値は、100%に近いが、100%に達することはない。例えば、イギリスでは、ロックダウン中に1日の平均接触数が73%減少したことが観察されているが[37]、ロックダウンがより厳しい国やそれ以下の国では減少率は異なる可能性がある。

モデルの出力

モデルの出力は,診断ピーク数,感染率(重症化後に回復または死亡した集団の割合),最初の症例から診断ピーク数までの時間,パンデミック期間中の感染確率である(後者についてのより詳細な説明はS2テキストを参照のこと).我々は,感染者の感染率の低下(マスク着用),感染者の感染率の低下(手洗い),感染者のみの接触率の低下(自己の社会的距離感),全感染者の接触率の低下(政府の社会的距離感)を変化させることにより,異なる予防策とその組み合わせがこれらのアウトプットに及ぼす影響を比較した。

これらの量を予防対策の有効性と呼び,0%(有効性ゼロ)から100%(完全有効)まで変化させた(表1).主な分析は、母集団における認識の広がりが遅いシナリオと速いシナリオに対応した2つの認識広がり率の値について行った(表1)。これらのシナリオでは,パンデミックピーク時の認識人口の割合はそれぞれ40%,90%であった.主要分析では、政府が課した社会的距離感は10人が診断された時点で開始され、3ヶ月後に解除された。

原文参照

表1. 認識している場合と認識していない場合の伝送モデルのパラメータ値

doi.org/10.1371/journal.pmed.1003166.t001

疫学的パラメータの推定値は、最新の文献から得た(表1)。我々はオランダの接触率を用いたが、このモデルは同様の接触パターンを持つ他の欧米諸国にも適用可能である。モデルの詳細な数学的説明はS1のテキストにある.モデルは Mathematica 10.0.2.0で実装されている.この研究の結果を再現したコードは,https://github.com/lynxgav/COVID19-mitigation で入手できる.

感度分析

ベースライン感染モデルのパラメータの不確実性を考慮して,軽症感染者の割合,軽症感染者の相対感染率,軽症感染者の回復期間,重症感染者の発症から診断までの遅延,基礎再生産数について感度解析を行った(S3参照).また,疾患認識を考慮したモデルについて,疾患認識者の感染発症から診断・隔離までの遅延時間の変化,認識拡大率,認識に対する相対的な感受性,認識期間の変化について感度解析を行った(S3 図参照).これらの感度解析に用いたパラメータ範囲を表1に示す。

さらに、自己負担型予防策の効果を0%から100%まで変化させた場合のすべての組み合わせと、政府負担型社会的疎外について、効果の範囲を0%から100%まで、介入開始のしきい値の違い(1~1,000件)、介入期間の違い(3ヶ月、8ヶ月、13ヶ月)、介入期間の違い(3ヶ月、8ヶ月、13ヶ月)でモデルアウトカムに与える影響についての結果を示す(詳細はS1図、S2図参照)。

結果

解析の結果、疾患認識度の普及がモデル予測に大きな影響を与えることがわかった。まず、手洗いが推奨されている場合の疫病認識の高い集団における疫病の動態を、自発的な予防策の例として考えた(図1)。次に、認識普及率が遅い場合(図2)と速い場合(図3)について、異なる予防策がモデル出力に与える影響を系統的に比較した。

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図3. 送信モデルの図解シミュレーション。

(A,B) 3つのモデルシナリオの下での1例目から12ヶ月間の診断数と攻撃率を示す。赤線はベースラインの送信モデルに対応している。オレンジ色の線は、認識普及率が早く、介入なしのモデルに対応している。青色の線は後者のモデルに対応しており、ここでは疾病の認識が手洗いの普及を誘導し、その効果は30%である。

疫学のダイナミクス

すべての自主的な対策と政府が課した社会的距離は、COVID-19のパンデミック動態に影響を与える。しかし、質的・量的な影響は、予防対策と認識拡大率に強く依存する。ベースラインモデルでは、パンデミックのピーク時には1,000人あたり46人が診断され、攻撃率は約16%、ピークまでの期間は約5.2ヶ月と予測されている(赤線、図3A、図3B)。予防対策を行わない場合には、疾病認識の急速な普及により、ピーク時の診断者数は20%減少するが、罹患率やピーク時期への影響は軽微である(オレンジ色の線、図3A、3B)。

これは、重篤な疾患を持つ患者がより早く医療機関を受診することで、より早く診断を受けることができるため、ベースラインモデルと比較して新たな感染症の発生が少なくなることが予想される。認識度の向上と自己責任による予防策の実施は、パンデミックにさらに大きな影響を与える。

図3Aの青線は、疾患を認識している人が手洗いを自主的な予防策として使用した場合のパンデミック曲線を示している。手洗いの効果が小さくても(図3Aの30%)、パンデミックへの影響は大きく、ピーク時の診断数が65%減少し、発症率が29%減少し、ピーク時期が2.7ヶ月遅れることが予測された(図3A、3B)。

 

認識度が疾患動態に及ぼす影響は、パンデミック期間中の感染確率にも見られる。認識度と対策なしのモデルでは、感染確率は全個体で4%低下している。手洗いの有効性が30%の場合には,無自覚者では14%,自覚者では29%の確率低下が見られた.感染確率は予防策の種類に大きく依存していることに注意が必要である.詳細な分析はS2本文に記載している。

予防対策の比較
認識拡大の遅さ

図 4 は、政府による社会的距離の取り方と、すべての対策を考慮した場合の、診断数のピーク、攻撃率、認識拡大の遅さのピークまでの時間に対する影響を示したものである。このシナリオでは、自主対策の効果が大きくなるほど、ピーク時の診断数や攻撃率の低下が大きくなると予測される。

効果が 100%の限界では、ピーク診断数の減少率は 23%から 30%(図 4A)、攻撃率は 16%から 12%から 13%に低下する(図 4B)。自己対策の有効性は、ベースラインと比較した場合のピーク時期への影響は非常に小さい(図4C)。

認識を持って行動を変えた人の割合が少なすぎて、感染に大きな影響を与えることができないため、自主的な対策はパンデミックを緩和することはできても、パンデミックを防ぐことはできない。

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図 4. 認識拡大率が遅い場合の予防対策のパンデミックへの影響

(A-C)ピーク時の診断数、攻撃率(重症感染後に回復・死亡した人口の割合)、診断数ピークまでの時間の相対的な減少を示す。予防対策の有効性は0%~100%の間で変動した。本研究の文脈では,社会的距離の有効性とは接触率の低下を意味する。

また,手洗い,マスク着用の効果は,それぞれ感染率の低下,感染率の低下である.シミュレーションは1ケースから開始した。政府による社会的距離の設定は10回の診断後に開始し,3ヶ月後に解除した.パラメータ値は表1を参照のこと。(C)では手洗いに対応する青い線が、マスク着用と自己責任社会的距離感の線とほぼ完全に重なっているため、見えないことに注意してほしい。


認識度の普及が遅い場合、3ヶ月間の政府介入は、自主的な対策シナリオとは対照的な影響を与える。接触率の低下がより厳しい場合は、診断数のピークまでの時間が長くなる。例えば、完全なロックダウン(政府が課した100%の効果を持つ社会的距離)では、ピークを7ヶ月近く先延ばしにすることができるが、その大きさと攻撃率は影響を受けない(対策と認識なしのベースラインモデルと比較して)。

政府による社会的距離を早期に開始し(例えば、数十から数百例の症例の後)、数週間から数ヶ月後に解除する限り、同様の予測が予想される。このタイプの介入は、介入期間中はパンデミックを停止させるが、感受性の高い個人のプールが大きいため、社会的距離を置く措置が解除されるとすぐにパンデミックの再来が予想される。

早い認識の普及

政府の介入により、認識の状況に関係なくすべての個人の接触率が低下するため、認識の拡散速度が速いシナリオと遅いシナリオでは、感染に同等の影響がある(図4と図5を比較)。しかし、認識の普及速度が速い場合には、自主的な対策の効果が大きく異なる。すべての自主的な対策は、短期的な政府介入よりも効果が高い。

これらの対策は、攻撃率を低下させ(図5B)、診断のピーク数を減少・先送りするだけでなく(図5A、図5C)、その効果が十分に高い場合(約50%)には、大パンデミックを完全に防ぐことができるのである。

なお、認識率が速い場合は、診断数の増加に伴って、ほとんどの人が罹患している状態でほぼ均質な集団になることに注意が必要である。このような母集団では、予防対策を行っても同じ効果が得られれば、同等の結果が得られることが示されている。

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図 5. 啓発普及速度が速い場合の予防対策のパンデミックへの影響

(A-C)ピーク時の診断数、攻撃率(重症感染後に回復・死亡した人口の割合)、診断数ピークまでの時間の相対的な減少を示す。予防対策の有効性は0%~100%の間で変動した。本研究の文脈では,社会的距離の有効性とは接触率の低下を意味する.また,手洗い,マスク着用の効果は,それぞれ感染率の低下,感染率の低下である.シミュレーションは1ケースから開始した。政府による社会的距離の設定は10回の診断後に開始し,3ヶ月後に解除した.パラメータ値は表1を参照のこと。(A)では、手洗いに対応する青い線が、マスク着用や自己責任社会的距離感の線とほぼ完全に重なっているため、見えないことに注意してほしい。

 

予防対策の組み合わせ

政府による社会的距離と自主的な予防対策を組み合わせた場合、ピーク時の診断数と発症率の相対的な低下は自主的な対策の効果によって決まり、ピーク時のタイミングは自主的な対策と政府による介入の両方の効果によって決まるとモデルでは予測している。これを図6に示すが,手洗いの効果を30%,45%,60%とした場合と,政府介入の効果を0%から100%とした場合とで,認識の広がりの遅さと速さを比較した。我々の結果は、複合的な介入の効果が認識の普及率に大きく依存していることを示している。

認識の普及が速い場合には、診断のピーク数(図6A)と攻撃率(図6B)が大幅に減少することが重要である。なお、迅速な普及のためには、完全なロックダウンと手洗いの組み合わせで30%の有効率であれば、診断数のピークを10ヶ月近く遅らせることが可能である(図6C)。

このように、短期的に政府が課した社会的距離を置くことと組み合わせることで、ロックダウンが緩和された後のパンデミックを緩和し、遅らせることに貢献することができる。手洗いの効果が50%を超えれば、パンデミックの第二波を完全に防ぐことができる(図6A)。マスク着用と政府が課した社会的距離感の組み合わせについても同様の結果が得られた。

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図6. 政府による社会的距離と手洗いの併用がパンデミックに与える影響。

A-C)診断ピーク数の相対的な減少、攻撃率(重症感染後に回復または死亡した人口の割合)、診断ピーク数までの時間を示す。手洗いの有効性は30%、45%、60%であった。本研究の文脈では、社会的距離の有効性は接触率の低下を意味する。手洗いの有効性は感受性の低下によって与えられる。シミュレーションは1ケースから開始した。政府による社会的疎外は10回の診断後に開始され、3ヶ月後に解除された。パラメータ値は表1を参照のこと。


自己対策(例えば、手洗いやマスク着用など)の組み合わせの効果は相加的です(図S1参照)。つまり、例えば手洗いと自己負担の社会的距離感を組み合わせることで、迅速な感染拡大を防ぐことができ、それぞれの効果は25%程度(あるいはその他の効果は50%程度まで加算される)である。

議論

世界の多くの国では、COVID-19パンデミックの文脈における公衆衛生担当者の焦点は、封じ込めから緩和と遅延へと移行している。我々の研究は、効果的なアウトブレイクコントロール戦略を設計するための新たな洞察を提供する。

その結果、手洗い、マスク着用、社会的距離を置くことで、パンデミックのピークを遅らせ、パンデミック曲線を平坦にし、感染率を低下させることができると結論づけた。

本研究では、疾病認識の普及速度が、自己対策がパンデミックにどのように影響するかに強く影響することを示した。

認識の拡大速度が遅い場合には、自己責任による対策は多くの個人が採用しないため、伝染への影響は小さい。しかし、認識の普及速度が速い場合には、それぞれの対策の効果が大きくなるにつれて、ピークの大きさや時期への影響が大きくなる。

いずれの対策においても、有効率が50%を超えると大きなパンデミックを防ぐことができる。さらに、自己対策の組み合わせによる効果は相加的である。実践的な意味では、人口の90%の人が25%の有効性を持つ手洗いと社会的距離の取り方を採用している国では、SARS-CoV-2の大パンデミックは起こらないということである(すなわち、感染率と接触率をそれぞれ25%低下させる)。

 

我々の分析では、同じ有効性についてのパンデミックの緩和と遅延に対する自己負担の対策の効果は類似していることが示されているが(図4および図5を参照)、探索された有効性のすべての値が各対策について達成されるとは限らない。

Wongら[22]とCowlingら[24]は、地域社会におけるインフルエンザウイルス感染のリスクに対する手洗いとフェイスマスクの効果について、システマティックレビューとメタアナリシスを行った。著者らは手指衛生とフェイスマスクの両方の潜在的な重要性を強調しているが、これら2つの対策を組み合わせた場合のプールされたリスク比は0.73(95%CI 0.6-0.89)で、わずかな効果しか確認できなかった。

しかしながら、著者らはまた、無作為化比較試験の数の少なさと研究の不均一性を、これらの結果につながったと思われる顕著な限界として強調している。手指衛生とマスク着用の有効性についての不確実性が高いことを考えると、手洗いやマスクのみの推奨よりも、これら2つの対策の組み合わせの推奨の方が望ましいかもしれない。

自己負担型社会的距離については、接触が完全になくなるわけではない(例えば、家庭内での接触は残る)ため、自己負担型社会的距離の有効性の現実的な値は、100%に近いかもしれないが、100%に達することはないかもしれない。そのため、対策間の公平な比較のためには、特定の対策の現実的な有効性の値を考慮する必要がある。

 

本研究では、疾患認識を刺激する自己負担型の対策と、社会的距離を強制する対策を対照的に検討した。我々の分析では、パンデミック初期に短期的に実施された政府による社会的距離の置き方は、パンデミックのピークを遅らせることはできるが、その規模や攻撃率には影響を与えないことが示された。

例えば、国内で数万人から数千人が診断された後に開始されるコミュニティ全体の接触率低下を課した3ヶ月間の完全なロックダウンは、ピークを約7ヶ月遅らせることができる。このような介入は、ワクチンが開発されている場合や、医療システムが症例の治療やキャパシティの増加のためにより多くの時間を必要とする場合に、非常に望ましい。

この介入が、ロックダウンが終わった後も継続して実施される自主的な措置を実施している集団に実施される場合、遅延はさらに長くなる可能性がある(例えば、有効性30%の手洗いでは最大10ヶ月)。現在進行中の伝染病の「曲線を平坦にする」ための対策として社会的距離を実施し、症例数のピークを迎え、現在社会的距離の段階的解除を計画している、あるいはすでに開始している国の文脈では、政府や公衆衛生機関は、潜在的な第二の伝染病の波のピークを減少させ、先送りするための自主的な対策の推進を強化すべきであることを意味する。

自発的対策の人口への普及率とその有効性が十分に高ければ(例えば、それぞれ90%と50%)、潜在的な第二波を完全に防ぐことが可能である。我々の感度分析では、基礎再生産数が少ない国や多い国では、大規模なパンデミックを防ぐためには、より低い有効性またはより高い有効性が必要になることが示された(S3本文参照)。

 

多くの国でCOVID-19のパンデミックはまだ初期段階にあるため、政府による社会的距離の設定は、診断された患者数が比較的少ないときに開始される短期的な介入としてモデル化された。感度解析の結果、政府による介入は、パンデミックの後半(100〜1,000人の診断時)に導入され、より長い期間(3〜13ヵ月)にわたって実施された場合、パンデミックのピークを遅らせるだけでなく、中間的な有効性の値ではパンデミックを減少させることが示された(S2図参照)。

これまでの研究では、義務化された社会的距離を置くタイミングが、大規模な疾病発生をコントロールする上での実行可能性に決定的に重要であることが示唆されている[13, 14, 16, 38]。Hollingsworthら[16]およびAndersonら[20]によって議論されているように、このような介入の導入が遅れると、パンデミックのピークと攻撃率に大きな影響を与える可能性がある。

しかし、著者らはまた、最適な戦略が望ましい結果に大きく依存することを示した。経済的・社会的影響やSARS-CoV-2感染のコストも考慮した、異なる時期と期間の政府介入の詳細な分析は、今後の研究の課題である。

 

我々の知る限りでは、COVID-19のパンデミックを緩和し、遅らせるための戦略として、一連の自主的な対策、政府による社会的距離の取り方、およびそれらの組み合わせの比較分析を行ったのは、我々の研究が初めてである。

いくつかの研究(例えば、[39-42])では、さまざまな形態の社会的距離感の効果を調べたが、手洗いやマスク着用などの自主的な対策は含まれていなかった。これらの研究のいくつかは、一回限りの社会的距離を置く介入では、クリティカルケアのキャパシティ内でCOVID-19の有病率を維持するには不十分であると結論づけている [40, 42]。

我々の解析では、すべての自己負担による予防策と、政府の介入を開始するためのさまざまな期間としきい値について、有効性の全範囲を調査した。その結果、予防対策の有効性について現実的な値を考慮に入れた場合、どの予防対策の組み合わせがパンデミックのピークを減少させ、延期させる上で最も効果的であるかについての結論を導き出すことができた。

我々は、SARS-CoV-2の感染を減少させ、COVID-19の大パンデミックを防ぐためには、効果の高い予防策が個人に迅速に採用されるような疾病認識の普及が重要であることを示した。

 

我々のモデルにはいくつかの限界がある。確率性、人口統計学、接触パターンの不均一性、空間的効果、不均一な混合、重症者の不完全な隔離、COVID-19の再感染を考慮していない。したがって、我々の結論は定性的なレベルで導き出すことができる。特定の環境で効果的な戦略を設計し、調整するためには、詳細なモデルを開発する必要があるだろう。免疫の持続期間の影響については、Kisslerら[43]によって検討されている。

非永久的な免疫が我々のモデルの結果に与える影響は、今後の研究課題である。SARS-CoV-19の疫学的パラメータの不確実性を考慮して、モデル予測のロバスト性を検証するために感度解析を行った。より多くのデータが利用可能になれば、我々のモデルは簡単に更新できる。さらに、本研究では、現在診断されている患者の数に比例した認識獲得率で患者が病気を認識すると仮定している。

認識獲得率は、例えば、認識の飽和度などを考慮した他の形式の方がより現実的であり、今後の研究では興味深いものとなるかもしれない。さらに、手洗いは個人の感受性を0%まで低下させ、SARS-CoV-2のエアロゾル感染を無視することができると仮定した。したがって、手洗いのパンデミックへの影響は過大評価である可能性がある。しかしながら、エアロゾル中のSARS-CoV-2 RNA検出に関する予備的な証拠はあるが[44]、検出されたエアロゾルの感染性のレベルや潜在的な空気感染の意義については、まだ不確実性がある。

世界保健機関(WHO)による現在の推奨事項は、まだ飛沫および接触予防策に焦点が当てられている[45]。COVID-19の感染経路の相対的な寄与度に関するより多くの情報が得られれば、我々のモデルは適応されるかもしれない。

 

結論として、手洗いやマスク着用などの効果的な予防手段の普及を促すことが、政府が課した社会的距離を縮めるための介入と組み合わされ、COVID-19のパンデミックをコントロールする上で極めて重要であることを示す最初の実証的な基礎を提供することができた。

メディアによって報道されるCOVID-19の診断数の増加に関する情報は、住民の不安を煽るかもしれないが、政府や公衆衛生機関による有効性が証明された自主的な対策を広くかつ集中的に推進することは、COVID-19に取り組むための重要な要素となりうる。

 

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