Inhomogeneous mixing and asynchronic transmission between local outbreaks account for the spread of COVID-19 epidemics
Description
Abstract The ongoing epidemic of COVID-19 originated in China has reinforced the need to develop epidemiological models capable of describing the progression of the disease to be of use in the formulation of mitigation policies. Here, this problem is addressed using a metapopulation approach to show that the delay in the transmission of the spread between different subsets of the total population, can be incorporated into a SIR framework through a time-dependent transmission rate. Thus, the reproduction number decreases with time despite the population dynamics remains uniform and the depletion of susceptible individuals is small. The obtained results are consistent with the early subexponential growth observed in the cumulated number of confirmed cases even in the absence of containment measures. We validate our model by describing the evolution of the COVID-19 using real data from different countries with an emphasis in the case of Mexico and show that it describes correctly also the long-time dynamics of the spread. The proposed model yet simple is successful at describing the onset and progression of the outbreak and considerably improves accuracy of predictions over traditional compartmental models. The insights given here may probe be useful to forecast the extent of the public health risks of epidemics and thus improving public policy-making aimed at reducing such risks.
Translated Descriptions
Translated Description (Arabic)
عزز الوباء المستمر لـ COVID -19 الذي نشأ في الصين الحاجة إلى تطوير نماذج وبائية قادرة على وصف تطور المرض لتكون ذات فائدة في صياغة سياسات التخفيف. هنا، يتم معالجة هذه المشكلة باستخدام نهج metapopulation لإظهار أن التأخير في انتقال الانتشار بين مجموعات فرعية مختلفة من إجمالي السكان، يمكن دمجه في إطار SIR من خلال معدل انتقال يعتمد على الوقت. وبالتالي، فإن عدد التكاثر يتناقص مع مرور الوقت على الرغم من أن الديناميكيات السكانية لا تزال موحدة ونضوب الأفراد المعرضين للإصابة صغير. تتوافق النتائج التي تم الحصول عليها مع النمو الأسي المبكر الملحوظ في العدد التراكمي للحالات المؤكدة حتى في حالة عدم وجود تدابير احتواء. نحن نتحقق من صحة نموذجنا من خلال وصف تطور COVID -19 باستخدام بيانات حقيقية من بلدان مختلفة مع التركيز في حالة المكسيك ونوضح أنه يصف بشكل صحيح أيضًا ديناميكيات الانتشار منذ فترة طويلة. النموذج المقترح ولكنه بسيط ناجح في وصف بداية وتطور التفشي ويحسن بشكل كبير دقة التنبؤات مقارنة بالنماذج الحجرية التقليدية. قد تكون الرؤى المقدمة هنا مفيدة للتنبؤ بمدى مخاطر الأوبئة على الصحة العامة وبالتالي تحسين صنع السياسات العامة التي تهدف إلى الحد من هذه المخاطر.Translated Description (French)
Résumé L'épidémie de COVID-19 en cours en Chine a renforcé la nécessité de développer des modèles épidémiologiques capables de décrire la progression de la maladie et de les utiliser dans la formulation de politiques d'atténuation. Ici, ce problème est abordé en utilisant une approche de métapopulation pour montrer que le retard dans la transmission de la propagation entre différents sous-ensembles de la population totale peut être incorporé dans un cadre SIR par le biais d'un débit de transmission dépendant du temps. Ainsi, le nombre de reproduction diminue avec le temps malgré la dynamique de la population reste uniforme et l'épuisement des individus sensibles est faible. Les résultats obtenus sont cohérents avec la croissance sous-exponentielle précoce observée dans le nombre cumulé de cas confirmés même en l'absence de mesures de confinement. Nous validons notre modèle en décrivant l'évolution du COVID-19 à l'aide de données réelles de différents pays en mettant l'accent sur le cas du Mexique et montrons qu'il décrit correctement également la dynamique à long terme de la propagation. Le modèle proposé, pourtant simple, réussit à décrire l'apparition et la progression de l'épidémie et améliore considérablement la précision des prédictions par rapport aux modèles compartimentaux traditionnels. Les informations fournies ici peuvent être utiles pour prévoir l'ampleur des risques d'épidémies pour la santé publique et améliorer ainsi l'élaboration des politiques publiques visant à réduire ces risques.Translated Description (Spanish)
Resumen La actual epidemia de COVID-19 originada en China ha reforzado la necesidad de desarrollar modelos epidemiológicos capaces de describir la progresión de la enfermedad para ser de utilidad en la formulación de políticas de mitigación. Aquí, este problema se aborda utilizando un enfoque de metapoblación para mostrar que el retraso en la transmisión de la propagación entre diferentes subconjuntos de la población total puede incorporarse a un marco SIR a través de una tasa de transmisión dependiente del tiempo. Por lo tanto, el número de reproducción disminuye con el tiempo a pesar de que la dinámica de la población sigue siendo uniforme y el agotamiento de los individuos susceptibles es pequeño. Los resultados obtenidos son consistentes con el crecimiento subexponencial temprano observado en el número acumulado de casos confirmados incluso en ausencia de medidas de contención. Validamos nuestro modelo describiendo la evolución del COVID-19 utilizando datos reales de diferentes países con énfasis en el caso de México y demostramos que describe correctamente también la dinámica a largo plazo de la propagación. El modelo propuesto, aunque simple, tiene éxito al describir el inicio y la progresión del brote y mejora considerablemente la precisión de las predicciones en comparación con los modelos compartimentales tradicionales. Las ideas que se dan aquí pueden ser útiles para pronosticar el alcance de los riesgos de salud pública de las epidemias y, por lo tanto, mejorar la formulación de políticas públicas destinadas a reducir dichos riesgos.Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- الاختلاط غير المتجانس والانتقال غير المتزامن بين حالات التفشي المحلية يمثلان انتشار أوبئة كوفيد-19
- Translated title (French)
- Le mélange inhomogène et la transmission asynchrone entre les épidémies locales expliquent la propagation des épidémies de COVID-19
- Translated title (Spanish)
- La mezcla no homogénea y la transmisión asincrónica entre brotes locales explican la propagación de las epidemias de COVID-19
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W3047148285
- DOI
- 10.1101/2020.08.04.20168443
References
- https://openalex.org/W1803487032
- https://openalex.org/W1974900022
- https://openalex.org/W1977470776
- https://openalex.org/W1998590186
- https://openalex.org/W2002822413
- https://openalex.org/W2008344748
- https://openalex.org/W2015689817
- https://openalex.org/W2037486475
- https://openalex.org/W2058963141
- https://openalex.org/W2100776472
- https://openalex.org/W2128436420
- https://openalex.org/W2159064890
- https://openalex.org/W2463079943
- https://openalex.org/W2964299980
- https://openalex.org/W2973755763
- https://openalex.org/W3008840293
- https://openalex.org/W3010131837
- https://openalex.org/W3012734330
- https://openalex.org/W3012916185
- https://openalex.org/W3013188135
- https://openalex.org/W3018782651
- https://openalex.org/W3022887008
- https://openalex.org/W3032971139
- https://openalex.org/W3033201346
- https://openalex.org/W3036188798
- https://openalex.org/W3036381826
- https://openalex.org/W3036932834
- https://openalex.org/W3100347265
- https://openalex.org/W3102505974
- https://openalex.org/W3105018088
- https://openalex.org/W4242416801