Modellering kan hjælpe med at balancere økonomi, sundhed under pandemi

Den her sommer, da barer og restauranter og butikker begyndte at genåbne i hele USA, mennesker drog ud på trods af den fortsatte trussel om COVID-19.

Som resultat, mange områder, herunder St. Louis-regionen, oplevede stigninger i sager i juli.

Ved hjælp af matematisk modellering, ny tværfaglig forskning fra laboratoriet i Arye Nehorai, Eugene &Martha Lohman professor i elektroteknik i Preston M. Green Department of Electrical &Systems Engineering ved Washington University i St. Louis, bestemmer den bedste fremgangsmåde, når det kommer til at gå på grænsen mellem økonomisk stabilitet og de bedst mulige sundhedsmæssige resultater.

Gruppen - som også inkluderer David Schwartzman, en erhvervsøkonomisk ph.d. kandidat ved Olin Handelsskole, og Uri Goldsztejn, en ph.d. kandidat i biomedicinsk ingeniørvidenskab ved McKelvey School of Engineering - offentliggjorde deres resultater 22. december i PLOS ET .

Modellen angiver, at af de scenarier, de overvejer, samfund kunne maksimere økonomisk produktivitet og minimere sygdomsoverførsel, hvis indtil en vaccine var let tilgængelig, seniorer forblev for det meste hjemme, mens yngre mennesker gradvist vendte tilbage til arbejdsstyrken.

"Vi har udviklet en forudsigelsesmodel for COVID-19, der tager højde for, for første gang, dens sammenkoblede effekt på både økonomiske og sundhedsmæssige resultater for forskellige karantænepolitikker, " sagde Nehorai. "Du kan have en optimal karantænepolitik, der minimerer effekten både på sundheden og på økonomien."

Værket var en udvidet version af en Susceptible, Udsat, Smitsom, Gendannet (SEIR) model, et almindeligt anvendt matematisk værktøj til at forudsige spredning af infektioner. Denne dynamiske model gør det muligt for folk at blive flyttet mellem grupper kendt som rum, og for hver afdeling at påvirke den anden på skift.

På deres mest basale, disse modeller opdeler befolkningen i fire afdelinger:De, der er modtagelige, udsat, smitsom og rask. I en innovation til denne traditionelle model, Nehorais team inkluderede også inficerede, men asymptomatiske mennesker, under hensyntagen til den mest opdaterede forståelse af, hvordan transmission kan fungere forskelligt mellem dem, samt hvordan deres adfærd kan adskille sig fra mennesker med symptomer. Dette viste sig at have stor indflydelse på modellens resultater.

Folk blev derefter opdelt i forskellige "underafdelinger, " for eksempel alder (seniorer er dem, der er ældre end 60), eller efter produktivitet. Dette var et mål for en persons evne til at arbejde hjemmefra i tilfælde af karantæneforanstaltninger. At gøre dette, de så på universitetsgrader som en proxy for, hvem der kunne fortsætte med at arbejde i en periode med karantæne.

Så gik de på arbejde, at udvikle ligninger, som modellerede de måder, hvorpå mennesker bevægede sig fra et rum til et andet. Bevægelse var påvirket af politik såvel som de beslutninger, en person traf.

"For eksempel, " sagde Goldsztejn, "hvis økonomien er faldende, der er mere incitament til at forlade karantæne, ", som kan dukke op i modellen som mennesker, der bevæger sig fra det isolerede rum til det modtagelige rum. På den anden side, at gå fra smitsom til rask var mindre baseret på en persons handlinger og kan bedre bestemmes af helbredelse eller dødelighed. Derudover forskerne modellerede dødeligheden som faldende over tid, på grund af, at medicinsk viden om, hvordan man behandler COVID-19, bliver bedre over tid.

Holdet så på tre scenarier, ifølge Schwartzman. I alle tre scenarier, den givne tidslinje var 76 uger - på hvilket tidspunkt det antog, at en vaccine ville være tilgængelig - og seniorer forblev for det meste i karantæne indtil da.

• Hvis strenge isolationsforanstaltninger blev opretholdt hele vejen igennem.
• Hvis, efter at kurven blev flad, der skete en hurtig lempelse af isolationsforanstaltninger af yngre mennesker til normal bevægelse.
• Hvis, efter at kurven blev flad, isolationsforanstaltninger blev langsomt ophævet for yngre mennesker.

"Det tredje scenarie er det tilfælde, som var det bedste med hensyn til økonomisk skade og sundhedsmæssige resultater, " sagde han. "Fordi i scenariet med hurtig afslapning, der var en anden sygdom spredt, og restriktioner ville blive genindført."

Specifikt, de fandt i det første scenarie, der er 235, 724 dødsfald, og økonomien skrumper med 34%.

I det andet scenarie, hvor der var en hurtig lempelse af isolationsforanstaltninger, et andet udbrud forekommer for i alt 525, 558 dødsfald, og økonomien skrumper med 32,2 pct.

Med en gradvis afslapning, som i det tredje scenarie, der er 262, 917 dødsfald, og økonomien skrumper med 29,8 pct.

"Vi ønskede at vise, at der er en afvejning, " sagde Nehorai. "Og vi ønskede at finde, matematisk, hvor er det søde sted?" Som med så mange ting, det "sweet spot" var hverken ekstremt – total lockdown eller fortsatte, som om der ikke var nogen virus.

En anden vigtig konstatering var en, som ingen burde blive overrasket over at høre:"Folks følsomhed over for smitsomhed er relateret til de forholdsregler, de tager, " sagde Nehorai. "Det er stadig vigtigt at bruge forholdsregler - masker, social afstand, undgå menneskemængder og vaske hænder."