05 сентября 2008 года

Преодоление разрыва: применение компьютерного моделирования в эпидемиологии

Дональд Берк

Дональд Берк, декан и заведующий аспирантурой на кафедре общественного здравоохранения Питсбургского университета

Два года я работал по гранту Национальных институтов здравоохранения США над компьютерными моделями эпидемий инфекционных заболеваний, которые могут иметь большое значение с точки зрения национальной безопасности. Моя группа сочла главным приоритетом грипп, поэтому мы провели два типа моделирования гриппа. Половину работы по моделированию мы выполнили в сотрудничестве с таиландскими учеными, имитировав гипотетическую эпидемию гриппа в Юго-Восточной Азии. Затем мы использовали эту модель для того, чтобы определить, могут ли стратегии вмешательства остановить эту эпидемию в Азии на ранней стадии - то есть произвести то, что мы назвали "тушение эпидемии", - до ее распространения по всему миру.

Для этого мы создали модель населения Юго-Восточной Азии, сосредоточив внимание на Таиланде. Наше моделирование распределило 85 млн. человек по карте в соответствии с плотностью населения. Мы поместили их в дома, учебные заведения и на рабочие места, искусственно воссоздав на компьютере общество. Компьютерными средствами мы запустили в население вирус гриппа и изучили последующие формы его передачи. Затем мы оценили, что произойдет, если Таиланд будет лечить заболевших и семьи, закроет школы или ограничит географические перемещения людей. Моделируя, мы изучаем варианты принимающихся мер: планы, процедуры и действия, направленные на достижение намеченной правительством цели, в данном случае контроля над эпидемией. И мы называем все это применение моделирования в эпидемиологии.

Невозможно разработать и проверить меры до того, как вспыхнет эпидемия, но, оперируя имитацией реальных процессов, можно говорить о вероятности того, что в определенных условиях такие-то меры будут более эффективными, а такие-то - менее эффективными. Мы опубликовали наши результаты в журнале "Нэйчур" (7 сентября 2005 года). Главный вывод заключался в том, что если отреагировать на зарождающуюся эпидемию на достаточно ранней стадии - менее 50 случаев - и использовать агрессивную стратегию лечения отдельных случаев и всех жителей данной географической области антивирусными препаратами, то можно сдержать или погасить вспышку, прежде чем она станет эпидемией.

Компьютерное моделирование вспышки инфекционного птичьего гриппа в Таиланде

Вторая часть нашей работы по моделированию, результаты которой опубликованы в журнале "Нэйчур" 26 июля 2006 года, заключалась в том, чтобы сделать то же самое применительно к Соединенным Штатам - создать имитационную модель плотности населения, схем перемещения, домохозяйств, рабочих мест, авиаперелетов и поездок. В случае Соединенных Штатов отличие состоит в том, что мы не рассчитываем суметь полностью остановить эпидемию. На пике глобальной эпидемии находиться в инкубационном периоде или болеть гриппом будет столь высокий процент потенциальных пассажиров, что прекращение даже 99 процентов воздушных поездок в Соединенные Штаты все же позволит большому числу инфицированных лиц попасть в страну на самолете.

Эти компьютерные модели требуют большого объема вычислений. Мы прогоняем модели тысячи раз, потому что во время каждого прогона в точности так же, как в жизни, случай может повлиять на исход, и мы получаем несколько иные результаты. Чтобы оценить эффективность той или иной меры, мы должны многократно моделировать ей. Это позволяет получить представление о том, какое влияние на эпидемию окажет, в среднем, тот или иной вариант стратегии вмешательства. В зависимости от модели каждый прогон на суперкомпьютере может занимать полчаса.

В середине 2005 года мы как раз завершали работу по моделированию "тушения" эпидемии в Юго-Восточной Азии, когда появилась возможность привлечь к работе таиландских ученых через Международный центр Фогарти. Таиландские специалисты были в высшей степени компетентны в части проведения мероприятий, но им не хватало опыта моделирования, поскольку большинство эпидемиологов в Таиланде не знают компьютерного моделирования и имитации. При поддержке центра Фогарти мы работали с таиландскими эпидемиологами через Министерство здравоохранения и научили их моделированию. Кумнуан Унгчусак, директор Бюро эпидемиологии Департамента по контролю заболеваний Министерства здравоохранения Таиланда, был ведущим специалистом в этой области.

Наша группа работает с таиландскими учеными на трех уровнях. Во-первых, они наши научные коллеги, с которыми мы разрабатываем модели. Здесь они оказали нам значительную помощь - без них мы не смогли бы завершить нашу первую работу по моделированию. Во-вторых, мы занимались и более академическими проектами, когда большие группы специалистов не только изучают саму технологию, но и знакомятся с вычислительными методами моделирования в эпидемиологии. В июне 2006 года таиландские студенты завершили курс опытной эпидемиологии. В дополнение к общему курсу эпидемиологии, мой коллега Дерек Каммингс провел цикл занятий по моделированию для аудитории из 25-30 студентов. В-третьих, - но это пока не достигнуто, мы ведь еще находимся на ранней стадии реализации программы - мы определим соискателей научных степеней для работы над проектами, которые отчасти связаны с моделированием и имитацией.

Мнения, высказываемые в данной статье, не обязательно отражают точку зрения или политику правительства США.

Из октябрьского выпуска электронного журнала