Эпидемия это быстрое распространение инфекции среди населения которое приводит к резкому увеличению

Когда в конкретной местности инфекция среди людей распространяется очень быстро, в значительной мере превышая обычный уровень заболеваемости, говорят об эпидемии. По мере своего прогрессирования она может привести к возникновению чрезвычайной ситуации как в конкретном населенном пункте, так и сразу в ряде стран. Несмотря на развитие науки и совершенствование мер профилактики распространения инфекции, борьба с эпидемиями вызывает сложности по сей день. Количество жертв эпидемии может достигать миллионов. Один из примеров вируса, в свое время поразившего всю планету – это ВИЧ.

Что такое эпидемия

Прогрессирующее во времени массовое распространение инфекции в пределах одного района, превышающее норму, называют эпидемией. В основе эпидемии, которая обусловлена социальными или биологическими факторами, лежит эпидемический процесс, при котором происходит передача возбудителя инфекции и возникает цепь инфекционных состояний, которые развиваются последовательно и взаимосвязаны межу собой (болезнь → носитель болезнетворных бактерий).

При определенных природных и социально-гигиенических условиях эпидемия может охватывать несколько стран и даже континентов. В таком случае речь идет о пандемии.

Форму эпидемии и пандемии могут принимать такие виды болезней:

В естественных условиях инфекция передается несколькими путями:

• фекально-оральный (кишечные инфекции);
• трансмиссивный (кровяные инфекции);
• аспирационный (дыхательные инфекции);
• контактный (инфекции наружных органов).

Эпидемический процесс может на протяжении долгого времени захватывать конкретную территорию.

Причины возникновения и правила поведения

Появлению эпидемии способствуют такие факторы, как наличие возбудителя болезни, путей его передачи между людьми и отсутствие сопротивляемости организма человека к данной инфекции.

Низкая сопротивляемость организма может быть следствием ослабленного иммунитета из-за отсутствия вакцины и способов борьбы с этим видом инфекции у медицины, а также плохих условий жизни людей.

Течение процесса распространения инфекции также зависит от климата, географии региона, бытовых и гигиенических условий жизни.

Понимая причины эпидемии, пути ее распространения, зная профилактические меры, распространение даже самых страшных болезней уже не является глобальной проблемой.

В процессе эволюции инфекций постоянно появляются новые вирусы. Американские ученые занимаются изучением 335 новых инфекций, 60% из которых – это возбудители неизвестных вирусов, частота возникновения которых за последние полсотни лет увеличилась в несколько раз. Чаще всего данные инфекции передаются человеку от животных, при этом иммунитета к ним у людей нет.

Причиной возникновения новых заболеваний также может быть мутация микробов под воздействием антропогенного изменения окружающей среды.

Основные процессы, из-за которых возникают и протекают такие процессы:

1. Разрушение коммуникаций (отопление, канализация, водоснабжение).
2. В зоне чрезвычайной ситуации резко ухудшилась санитарно-гигиеническая обстановка (появились в ближайшей близости гниющие трупы или продукты).
3. Массово размножились грызуны.
4. Меняется восприимчивость людей к инфекциям.
5. В зоне чрезвычайной ситуации не работают лечебно-профилактические и санитарно-гигиенические учреждения.

Распространению инфекций способствуют и сами люди, которые все больше путешествуют, перемещаясь с одного континента на другой.

Во время эпидемии нужно соблюдать определенные правила, которые помогут защититься от инфицирования:

1. Мыть руки как можно чаще.
2. Избегать контактов с больными.
3. Не трогать лицо.
4. Увлажнять воздух в помещении.
5. Принимать витамин С.

Для профилактики заражения нужно вести здоровый образ жизни: следует исключить вредные привычки и пересмотреть свой рацион питания.

Самые страшные эпидемии в истории

Человечество знает ряд страшных эпидемий, изменивших ход истории – они были очень длительными и забрали жизни множества людей по всей планете:

Чем отличается эпидемия от пандемии

Эти два понятия схожи и обозначают один и тот же процесс. Различия между эпидемией и пандемией заключаются в том, что первая из них имеет более узкую область распространения, к примеру, в пределах одного населенного пункта. При пандемии область распространения намного шире: инфекция может распространиться даже по всей планете. К примеру, пандемия оспы в XVIII веке или чумы в XIX веке, когда жертвами инфекции стали 15 млн жителей планеты, преимущественно Китая, Индии, Бангладеша и Гонконга.

Стремительное развитие цивилизации и сопряженные с ней загрязнение воды, вырубка лесов, строительство дорог и дамб, создают благоприятные условия для быстрого распространения инфекций. Окружающая среда с каждым годом меняется, повышаются риски вспышек инфекций. И если человек не изменит свое отношение к природе, последствия будут самыми страшными: массовые вспышки эпидемий будут возникать снова и снова. Эпидемия – это настоящее стихийное бедствие, спасение от которого порой трудно найти даже в век современных технологий.

В профилактических целях следует улучшить очистку территорий, стоков и питьевой воды, следить за гигиеной, следить за правильность хранения и обработки продуктов, а также минимизировать общение носителей инфекций со здоровым населением.

[youtube.player]

Давайте не будем забывать о том, что история человечества это история борьбы с вирусами

В чем различия между пандемией и эпидемией?

Обновление 10 марта 2020 года:
ВОЗ объявила коронавирус пандемией. Об этом заявил генеральный директор Всемирной организации здравоохранения Тедрос Аданом Гебреисус: Теперь, когда коронавирус обосновался во многих странах, угроза пандемии стала очень реальной. Но это будет первая в истории пандемия, которую можно будет контролировать. Суть в следующем: мы не во власти этого вируса

Эпидемия специфична для города, региона или страны и возникает, когда число инфицированных превышает ожидаемое количество в пределах одной страны или ее части. Если инфекция широко распространена в нескольких странах одновременно, то она может перерасти в пандемию.

Будьте в курсе последних событий связанных с коронавирусом: мы собрали всю самую актуальную информацию в одном материале. Как защитить себя, каковы симптомы вируса, смертность, какие маски помогают, есть ли лекарства, болеют ли дети и животные и другие частые вопросы.

Наиболее распространенной причиной пандемии является новый штамм или подтип вируса, который легко передается от человека к человеку. Иногда пандемии вызваны просто новой способностью болезни быстро распространяться, как в случае с вспышкой чумы в 17 веке. Пандемия возникает когда новый штамм вируса мутирует, в результате чего приобретает способность передаваться от человека к человеку легко и быстро. Сезонные вспышки (или эпидемии) как правило вызваны подтипами вируса, который уже циркулирует среди нас. А пандемии, как правило, вызваны новыми подтипами вирусов. Эти подтипы раньше не были распространены среди людей. Более того, пандемия поражает больше людей и может быть более смертоносной, чем эпидемия. Она также может привести к новым социальным потрясениям, экономическим потерям и трудностям в целом.

Каждый год в России и в мире возникает эпидемия гриппа. Главное — вовремя сделать прививку!

После возникновения и распространения пандемии у людей развивается иммунитет. Затем подтип вируса может циркулировать среди людей в течение нескольких лет, что способно привести к эпизодическим эпидемиям (например, гриппа). Такие организации как ВОЗ и Центры по контролю и профилактике заболеваний (ЦКЗ), контролируют поведение и перемещение вирусов.

Когда эпидемия переходит в пандемию?

• Юстинианова чума: 540 — 541 г. н.э.
• Черная смерть (черный мор): 1346-1350
• Холера: 1899-1923 гг.
• Испанский грипп (H1N1): 1918-1920
• Грипп (H2N2): 1957-1958
• Гонконгский грипп: 1968-1969 гг.
• Птичий грипп (H1N1): 2009

Пандемия испанского гриппа с 1918 по 1920 год унесла 100 миллионов жизней, и справедливо считается самой страшной в истории. Сегодня же одной из главных проблем является устойчивость некоторых бактерий к антибиотикам, а также участившиеся случаи передачи вирусов от животных к человеку, как было в случае с тяжелым острым респираторным синдромом (SARS), Ближневосточным респираторным синдромом (MERS), эболой и 2019-nCoV.

Переполненные больницы во время пандемии испанского гриппа

Чем опасна пандемия

Пандемия в современном мире может стать источником большого количества проблем. Дело в том, что у вирусов появилось куда больше возможностей для распространения, чем в прошлом. Более того, возникновение паники, когда люди пытаются покинуть эпицентр вспышки, может привести к еще большему распространению болезни. Изготовление вакцины может занять месяцы или годы, так как пандемические вирусы являются новыми агентами. Медицинские учреждения будут перегружены и может возникнуть нехватка персонала для оказания экстренной помощи как из-за пандемии, так и по другим причинам

Напомним, что мы собрали всю самую главную информацию о вирусе в одном материале.

Кто объявляет пандемию

Решение о переводе эпидемии в разряд пандемии принимается на основании распространенности вируса, а также его влиянии на организм. Свою роль играют и волнения среди населения. Решение о появлени пандемии объявляет ВОЗ. Однако во Всемирной организации здравоохранения пока заявляют, что ситуацию с новым коронавирусом все еще можно назвать эпидемией со множественными очагами.

Несмотря на значительные успехи в медицине, эпидемиологи считают возникновение пандемии лишь вопросом времени. Надеемся, их предположения окажутся ошибочными.

[youtube.player]

Эпидемия — это распространение инфекционной болезни, значительно превышающее уровень обычной заболеваемости в данной местности. Для возникновения эпидемии необходим ряд предпосылок: нарушение санитарных правил, наличие источников инфекции, переносчиков для трансмиссивных инфекций и восприимчивого населения, недостаточная профилактическая работа органов здравоохранения и др.

Обычная (минимальная) заболеваемость для данной местности и в данных исторических условиях называется спорадической. Это чаще всего не имеющие связи между собой единичные случаи заболеваний. Только в отношении отдельных инфекционных болезней, например гриппа, спорадическая заболеваемость выражается достаточно большим числом случаев.

Повышение заболеваемости, ограничивающееся небольшой территорией [один населенный пункт, часть города (поселка), общежитие, казарма и т. д.] и протекающее короткое время, принято называть эпидемической вспышкой.

Распространение инфекционного заболевания на большой территории, иногда в нескольких странах или на нескольких континентах с массовым поражением населения, называется пандемией.

В тех случаях, когда инфекционная заболеваемость на определенной территории регистрируется постоянно, в течение многих лет, принято говорить об эндемии или эндемичности определенного заболевания. Если заболеваемость на определенной территории регистрируется длительно в связи с плохими санитарными условиями (брюшной тиф, дизентерия при плохой постановке водоснабжения и очистки, сыпной тиф при вшивости), то говорят о так называемой статистической эндемичности. Если эта заболеваемость связана с наличием определенных природных условий (постоянная циркуляция возбудителя чумы среди сурков, сусликов или песчанок, наличие в данной местности таких хранителей инфекции, как клещ при энцефалите или клещевом возвратном тифе и т. д.), то говорят об истинной эндемичности данного заболевания.

Инфекционные болезни, несвойственные, необычные для данной местности (страны) и завозимые из других, чаще отдаленных мест, называют экзотическими (для СССР — натуральная оспа и др.).

В движении инфекционной заболеваемости наблюдаются количественные колебания по времени года (сезонность). Они обусловлены влиянием природных условий. Так, сезонные подъемы заболеваемости могут определяться сезонным колебанием активности переносчиков (малярия, клещевой энцефалит, москитная лихорадка и др.), некоторыми особенностями жизни животных — источников инфекции, например при зимней спячке сусликов, сурков обрывается возможный контакт с ними человека и тем самым предупреждается возможность появления чумы; массовое размножение мышевидных в осенне-зимний период и появление среди них туляремийной эпизоотии вызывают массовую заболеваемость туляремией среди людей. Появление овощей и фруктов, потребление их без соблюдения правил гигиены влечет за собой рост кишечных инфекций и т. д.

Эпидемия (греч. epidemia, от epi — среди и demos — народ) — это высокая степень интенсивности эпидемического процесса.

Эпидемический процесс — непрерывный процесс передачи инфекции от больных людей или больных животных (источники инфекции) здоровым людям. По Л. В. Громашевскому, эпидемический процесс — непрерывная цепь следующих одно за другим инфекционных состояний. Интенсивность эпидемического процесса, т. е. степень динамичности передачи инфекции, зависит от срока инкубации болезни (чем короче этот срок, тем быстрее идет процесс новых заражений), активности и характера факторов передачи инфекции, восприимчивости населения к инфекции. Все эти элементы составляют биологическую сущность эпидемического процесса и определяют его интенсивность.

К социально-биологическим факторам, влияющим на динамичность передачи инфекции, относится число людей, подвергающихся опасности заражения. При единичных заболеваниях в семье или квартире вероятность новых заражений более или менее ограничена. Если заболевание возникло в общежитии, школе, детском саду, детском доме и т. п., эта вероятность значительно больше. Бактериальное загрязнение водопроводной системы угрожает здоровью и жизни неизмеримо большего числа людей и т. п.

Многочисленные другие причины, представляющие сочетание биологических и социальных факторов, также влияют на динамичность передачи инфекции. Их можно разделить на две группы. Первую группу составляют факторы, сдерживающие, замедляющие передачу инфекции: малая населенность местности; отсутствие природных очагов трансмиссивных инфекций; стабильность местного населения; коммунальное благоустройство населенных мест; благоприятные жилищные условия и свободное размещение в жилищах; достаточно хорошие санитарные условия на производстве; высокий уровень санитарной культуры населения, в том числе работников детских учреждений, предприятий пищевой индустрии, общественного питания и торговли продовольственными товарами; возможность проведения плановой массовой специфической профилактики инфекций; высокий уровень клинического и лабораторного обслуживания населения; хорошо организованная и проводимая гигиеническая и противоэпидемическая работа среди населения (контроль над санитарным состоянием, условиями труда и быта населения, коммунальными, детскими учреждениями, общественным питанием и продажей пищевых продуктов; хорошо проводимые обследования эпидемических очагов, работа в очагах инфекции, выявление и обезвреживание носителей инфекции, мероприятия против заноса инфекций из-за рубежа и др.) и т. д.

Различают следующие степени интенсивности эпидемического процесса: спорадическая заболеваемость, очаговость, эпидемическая вспышка, сезонная эпидемия, эпидемия местная или более широко распространенная, пандемия. Различные степени интенсивности эпидемического процесса имеют определенную биологическую и социальную основу.

Спорадическая заболеваемость характеризуется регистрацией в данной местности единичных инфекционных заболеваний, несомненно имеющих между собой подчас весьма далекие эпидемиологические связи, почему источники инфекции при них очень часто обнаружить не удается. Спорадическая заболеваемость может свидетельствовать о затухании эпидемического процесса, что может зависеть от многих причин, среди которых — истощение восприимчивых контингентов населения, широкое применение средств специфической профилактики, прогрессивное уменьшение числа длительных носителей инфекции, рост санитарной культуры населения и коммунально-санитарного благоустройства жилищ и населенных мест, активное выявление первичных очагов инфекции и своевременное и надежное их обезвреживание и т. д. При этих благоприятных условиях затухание эпидемического процесса может стать устойчивым и прогрессировать до полного исчезновения заболеваний. Но оно может быть и временным — до периода очередной активизации соответствующих факторов передачи инфекции, до нарушений режима специфической профилактики или санитарного режима в широком смысле.

Очаговость — характеризует интенсивность эпидемического процесса в очаге заразной болезни. Степень очаговости определяется числом заболеваний в эпидемическом очаге (см.). Иногда в эпидемическом очаге возникает одновременно или в течение короткого времени несколько однородных заболеваний. В других случаях заболевания в очаге возникают последовательно, одно за другим, через промежутки времени, равные инкубационному периоду данной болезни. Могут быть и другие варианты возникновения заболеваний в очагах. При современном уровне противоэпидемической работы заболеваемость в очагах чаще ограничивается одним случаем. При одновременных заболеваниях можно думать об общем для всех заболевших источнике инфекции и пищевом или водном пути передачи инфекции. Во втором случае <последующие заболевания) источником инфекции является первый больной в очаге при бытовых факторах передачи инфекции. Последовательное увеличение числа заболевших в одном и том же очаге характеризует работу эпидемиолога с неблагоприятной стороны.

Эпидемическая вспышка характеризуется одновременным или последовательным появлением заболеваний среди людей, связанных между собой общим питанием, водоснабжением, пунктом продовольственного снабжения, одновременным контактом с больными при воздушно-капельном механизме передачи инфекции и пр., но имеющих ограниченное, местное значение.

Сезонные эпидемии характеризуются ежегодным нарастанием в определенные месяцы года уровня заболеваний до максимума с последующим более или менее медленным их снижением до уровня, наблюдаемого в межсезонный период. Периодичность сезонных эпидемий связана с биологическими, климатическими и социальными причинами, определяющими активизацию факторов передачи инфекции, возможно, с повышением восприимчивости к инфекции населения или его отдельных возрастных групп, возникновением условий для более частого нарушения гигиенических требований и санитарного режима, особенно при неудовлетворительной санитарной культуре значительной части населения.

Таким образом, при сезонных эпидемиях наблюдается периодическое увеличение интенсивности эпидемического процесса. Ведущие причины сезонных эпидемий могут быть устранены путем направленного воздействия на факторы передачи инфекции, восприимчивость населения и на факторы социального порядка.

Эпидемии — высокий уровень распространения инфекционных заболеваний среди населения, связанный с действием биологических и социальных факторов. В числе последних — войны, голод, стихийные бедствия, приводящие к ухудшению санитарных и экономических условий труда и жизни населения, увеличивающие миграцию населения. В этих условиях инфекционные заболевания могут распространиться на обширные территории и появиться там, где до того они были малочисленными или не наблюдались вовсе. Наряду с такими могут наблюдаться и местные эпидемии, связанные обычно с чрезвычайными причинами (аварии канализационной и водопроводной сети, загрязнение фекальными стоками открытых водоемов, служащих источниками питьевого водоснабжения, спуск в общественные водоемы необеззараженных сточных вод из инфекционных больниц, занос особо опасных инфекций и т. д.). Местные эпидемии при соответствующих условиях могут распространиться далеко за пределы территории первоначального появления.

Высокая степень интенсивности эпидемического процесса в период эпидемий определяется множественностью источников инфекции, высокой восприимчивостью к инфекции населения, отсутствием надежных средств специфической профилактики, повышением вероятности встречи с инфекцией при передвижении на транспорте, в общественных помещениях и зависит от характера ведущих факторов передачи инфекции.

Пандемическое распространение свойственно инфекциям, к которым чрезвычайно высока восприимчивость населения, преимущественно с коротким сроком инкубации и воздушно-капельным механизмом передачи, особенно инфекциям, не оставляющим прочного постинфекционного иммунитета. Типичным примером такой инфекции является грипп, пандемии которого повторяются периодически.

[youtube.player]

Эпидемический процесс –это возникновение и распространение среди населения специфических инфекционных состояний, от бессимптомных носителей до манифестных заболеваний, вызванных циркуляцией возбудителя в коллективе.

Манифестная форма заболевания – клиническая форма заболевания с полным набором характерных для него симптомов.

Бессимтомная форма –скрытая инапарантная.

По длительности взаимодействия микроорганизмов и организмов инфекции делят на 2типа:

1. Непродолжительное пребывание микробов в организме до 6 месяцев.

Так проявляется острая продуктивная и скрытая инфекция.

2. Длительное сохранение микробов в организме без выделения в окружающую среду.

Персистенция –форма носительства латентной инфекции, хронической инфекции с периодами рецидивов и ремиссий.

Суперинфекция –повторное заражение с усилением клиники.

Реинфекция –заражениепри выздоровлении.

Условия и механизмы формирования эпидемического процесса, методы его изучения, а также совокупность противоэпидемических мероприятий, направленных на предупреждение и снижение инфекционных болезней, является предметом изучения специальной науки – эпидемиологии.

Эпидемический процесс обусловливает непрерывное взаимодействие трёх элементов:

1. источник инфекции;

2. восприимчивый коллектив;

3. механизм передачи.

Выключение любого из звеньев приводит к прерыванию эпидемического процесса.

1. Источник инфекции –живой или абиотический объект, являющийся местом естественной жизнедеятельности патогенных микробов, благодаря которому происходит заражение людей и животных.

Источником инфекции может быть организм человека и животного, абиотические объекты окружающей среды (вода, пища).

2. Механизм передачи –способ перемещения возбудителей инфекции и инвазивных заболеваний из заражённого организма в восприимчивый.

Включает 3 фазы:

а) выведение возбудителя из организма хозяина в окружающую среду;

б) пребывание возбудителя в объектах окружающей среды (биотических и абиотических);

в) внедрение возбудителя в восприимчивый организм.

Механизмы передачи различают: фекально-оральный, аэрогенный, трансмиссивный, контактный

Факторы передачи–элементы внешней среды, обеспечивающие перенос микробов из одного организма в другой.

Пути передачи–элемент внешней среды, обеспечивающий попадание возбудителя из одного организма в другой, в определённых внешних условиях.

Для фекально-орального механизма существуют пути: алиментарный (пищевой), водный и контактно-бытовой. Для аэрогенного механизма существуют пути: воздушно- капельный и воздушно-пылевой.

4. Восприимчивый коллектив,если иммунная прослойка в популяции составляет 95% и выше, то в данном коллективе достигается состояние эпидемического благополучия.

Поэтому задачей по предупреждению эпидемий является создание в коллективах иммунной прослойки путём вакцинации.

Русский учёный – эпидемиолог Л.В. Громашевскийсформулировал закон соответствия механизма передачи с локализацией возбудителя в организме.

По этому закону все инфекционные заболевания по механизмам и путям передачи можно представить следующим образом:

1. кишечные инфекции

2. инфекции дыхательных путей

3. трансмиссивные инфекции

4. инфекции кожных покровов.

Для каждой из групп присущи пути передачи: кишечной-алиментарный путь, респираторной - воздушно-капельный путь, инфекции наружных покровов - раневой путь.

Противоэпидемические мероприятия:

1. Изоляция источника инфекции –

а) выявление больных, их изоляция и лечение;

б) выявление носителей, санация и постановка на учёт;

в) уничтожение больных животных;

г) карантинные мероприятия.

2. Разрыв механизмов и путей передачи, включающий в себя комплекс санитарно-гигиенических мероприятий:

а) благоустройство населённых мест (создание центрального освещения, отопления, канализации)

б) разукрупнение организованных коллективов;

в) санитарный эпидемиологический надзор над объектами пищевой промышленности и общественного питания;

г) соблюдение правил асептики, антисептики, санитарно-эпидемического режима в больничных учреждениях;

д) уничтожение кровососущих эктопаразитов.

Мероприятия, направленные на второе звено эпидемического процесса наиболее эффективны при ВБИ.

3. Мероприятия, направленные на третье звено эпидемического процесса включают в себя повышение невосприимчивости населения. Интенсивность эпидемического процесса выражается в показателях заболеваемости и смертности (10 на 100 тысяч населения).

Различают 3 степени интенсивности эпидемического процесса:

I - Спорадическая заболеваемость –уровень заболеваемости данной нозологической формы на данной территории в определённый исторический отрезок времени;

II - Эпидемия –уровень заболеваемости данной нозологической формы на определённой территории в конкретный отрезок времени, резко превышающий уровень спорадической заболеваемости;

III - Пандемия –уровень, резко превышающий эпидемический. Пандемия очень быстро распространяется, захватывает страну, континент, весь мир. Эпидемия менее масштабная, чем пандемия, охватывает город, регион, страну.

Эндемия – характеризует не интенсивность эпидемического процесса, а частоту заболеваемостиданной нозологической формы на конкретной географической территории.

Различают эндемию природно - очаговую, связанную с природными условиями, распространения и резервуарами инфекции.

Социально – экономическая эндемия связана с социальными факторами и уровнем экономики.

По распространению инфекционные заболевания различают:

1. Кризисные - заболеваемость более 100 случаев на 100 тысяч населения;

2. Массовые - 100 случаев на 100 тысяч населения;

3. Распространённые управляемые - от 20 случаев на 100 тысяч населения;

4. Неуправляемые - менее 20 случаев на 100 тысяч населения;

5. Спорадические – первичные случаи 100 тысяч населения.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

[youtube.player]

Как математика помогает бороться с эпидемиями

Эпидемии издавна угрожали человечеству, и только в ХХ веке были разработаны эффективные средства борьбы с инфекциями. К числу этих средств принадлежат и системы дифференциальных уравнений — математика помогает моделировать распространение эпидемий и помогает понять, как следует с ними бороться. Это наш третий материал о самых интересных дифференциальных уравнениях и о том, где и как они применяются (предыдущие материалы можно прочитать здесь и здесь). Если вы читаете нас с телефона, переключайте страницу на десктопную версию, так вы сможете увидеть интерактивный график целиком.

В XXI веке мир уже успел столкнуться с эпидемией птичьего гриппа в Юго-Восточной Азии (в 2013 году) и вспышкой заболеваний лихорадкой Эбола в Африке (2015). Но в истории человечества бывали и куда более масштабные эпидемии.

В 551-580 годах нашей эры в Восточной Римской империи разразилась первая задокументированная пандемия чумы, получившей название Юстиниановой, в результате которой погибло около 100 миллионов человек (по другим данным, жертв могло быть значительно меньше). Спустя еще 800 лет в Евразию и Северную Африку пришла Черная смерть — пандемия чумы, сразившая от трети до половины тогдашнего населения этих регионов.

В результате Первой мировой войны, вызвавшей перемещение большого количества людей, в 1918 году распространился испанский грипп, охвативший более 500 миллионов человек и погубивший каждого десятого заболевшего. Эта пандемия стала самой масштабной за всю историю человеческой цивилизации, коснувшись до 30 процентов населения Земли.

В медицинской классификации эпидемией называют прогрессирующее распространение инфекционного заболевания на уровне выше среднего на данной территории. В случае распространения эпидемии на большие территории или территории многих стран говорят о пандемии.

Для эпидемии среди животных применяется термин эпизоотия, а среди растений — эпифития. Этим явлениям ученые также уделяют большое внимание, поскольку они, в свою очередь, помогают понять механизм распространения инфекций.

Изучение механизмов развития и распространения эпидемий является важным способом борьбы с заболеваниями наряду с поиском новых лекарств, вакцинацией и профилактическими мерами. На помощь медикам пришли математики — для этого им пришлось объединить дифференциальные уравнения и теорию вероятности.

Первую попытку использовать математический аппарат для исследования механизмов распространения заболеваний предпринял Даниил Бернулли, ранее открывший первые законы гидродинамики. Следующий шаг сделал Уильям Фарр, применивший в 1840 году нормальное распределение к анализу смертности от оспы.

В рамках этой модели с помощью систем дифференциальных уравнений (при условии непрерывности времени и большой популяции) или разностных уравнений (при дискретном времени и ограниченной популяции) описывается динамика распространения заболевания.

SIR–модель получила заслуженную популярность в силу простоты построения и использования. Ее применение позволяет точно моделировать эпидемии гриппа и других заболеваний в больших городах, вводить новые параметры и анализировать разные сценарии.

Система уравнений SIR:

• S(t) — численность восприимчивых индивидов в момент времени t;
• I(t) — численность инфицированных индивидов в момент времени t;
• R(t) — численность переболевших индивидов в момент времени t;
• β — коэффициент интенсивности контактов индивидов с последующим инфицированием;
• γ — коэффициент интенсивности выздоровления инфицированных индивидов.

Первое уравнение системы означает, что изменение числа здоровых (и при этом восприимчивых к заболеванию) индивидуумов уменьшается со временем пропорционально числу контактов с инфицированными. После контакта происходит заражение, восприимчивый переходит в состояние инфицированного.

Второе уравнение показывает, что скорость увеличения числа заразившихся растет пропорционально числу контактов здоровых и инфицированных и уменьшается по мере выздоровления последних.

Третье уравнение демонстрирует, что число выздоровевших в единицу времени пропорционально числу инфицированных. Иначе говоря, каждый заболевший через некоторое время должен поправиться.

описывает неизменность численности популяции (и не учитывает случаи смерти от заболевания).

Графики решения выглядят так (это интерактивный график, в нем можно регулировать параметры β и γ):

Здесь синяя линия — число восприимчивых индивидов, красная — инфицированных, зеленая — переболевших.

Красный график интенсивности эпидемии, показывающей количество одномоментно болеющих индивидов, определяется параметром:

В 2012 году британская компания Ndemic Creation выпустила игру “Plague Inc.”, биологический симулятор эпидемий. По сценарию игры необходимо развить одно из выбранных заболеваний настолько, чтобы оно уничтожило жизнь на Земле.

На базовых уровнях игры распространение заболевания происходит в точном соответствии с моделью SIR. Если принять, что вместо выздоровления происходит гибель организма, то зеленый график становится графиком числа умерших — каждый игрок может увидеть его при успешном прохождении уровня.

“Plague Inc.” является одной из лучших стратегий среди существующих на рынке и на протяжении многих лет пользуется популярностью у десятков миллионов поклонников.

SIR-модель перестает работать в случае необходимости учитывать неоднородность популяции (например, различную плотность населения в разных районах), разные пути передачи инфекции и факторы случайности, значимые в малых популяциях и на начальной фазе распространения заболевания.

Развитием модели SIR стали, в частности, следующие модели:

Именно по этой модели развиваются по-настоящему опасные эпидемии, поскольку длительный инкубационный период может препятствовать своевременному обнаружению заболевания. В этом случае есть риск, что заболевание охватит значительное число индивидуумов в популяции.

• μ — уровень смертности;
• α — величина, обратная среднему инкубационному периоду заболевания;
• E(t) — численность индивидов — носителей заболевания в момент времени t.

Как и в модели SIR, первое уравнение системы означает, что изменение числа здоровых (и при этом восприимчивых к заболеванию) индивидуумов уменьшается со временем пропорционально числу контактов с инфицированными. После заражения здоровый индивид переходит в состояние контактного по данному заболеванию, или носителя инфекции.

Второе уравнение вносит задержку по времени при переходе из состояния контактного в состояние инфицированного (больного). Это происходит через время, равное инкубационному периоду болезни.

Четвертое уравнение демонстрирует, что число выздоровевших в единицу времени пропорционально числу инфицированных. При этом в каждом состоянии индивидуум может погибнуть, что учитывает коэффициент μ в каждом уравнении.

Иначе говоря, в каждый момент времени каждый индивидуум с определенной вероятностью может заразиться, через некоторое время — заболеть, а затем поправиться либо погибнуть.

Численность популяции N = S + E + I + R при этом не является постоянной с течением времени.

Интенсивность эпидемии описывает базовый коэффициент воспроизведения:

Например, построим симуляцию, использовав следующие параметры:

• На площади 20 × 20 размещены 100 индивидуумов (заполнение 25 процентов);
• Индивидуумы на каждом шаге перемещаются с вероятностью 80 процентов, в случае контакта здорового индивидуума (зеленая точка) с инфицированным (красная точка) происходит заражение с вероятностью 50 процентов;
• Заражение длится 6 дней, в течение которых возможна смерть организма с вероятностью 50 процентов либо полное выздоровление с приобретением иммунитета;
• В момент начала эпидемии примем, что инфицированы 5 процентов организмов и еще 5 процентов имеют иммунитет;
• Модель дискретная, один день = один шаг модели.

С помощью моделирования мы видим, что 49 организмов из 100 погибнут в результате эпидемии длительностью в 29 дней.

Симуляция эпидемии с заданными параметрами

Epidemic Simulator позволяет моделировать результаты эпидемий при различных плотности популяции, заразности, летальности и устойчивости заболеваний.

Вместе первое и второе уравнение означают, что число здоровых и больных в сумме не меняется, а число заражений пропорционально числу контактов здоровых и больных.

Второе уравнение описывает изменение числа заболевших в единицу времени, которое пропорционально числу заражений (числу контактов здоровых и инфицированных индивидуумов) за вычетом числа выздоровлений.

График развития заболевания в соответствии с этой моделью выглядит так (график интерактивный, можно регулировать параметры β и γ):

Синяя линия — число восприимчивых индивидов, красная — инфицированных в текущий момент.

Эта модель, построенная для заболевания с инкубационным периодом и учитывающая иммунитет детей, приобретенный внутриутробно, — одна из самых сложных для анализа в силу наличия большого числа независимых параметров. Система уравнений для нее выглядит так:

[youtube.player]