Published April 18, 2024 | Version v1
Publication Open

Mathematical modeling and dynamics of immunological exhaustion caused by measles transmissibility interaction with HIV host

  • 1. University of Sharjah
  • 2. University of Karachi
  • 3. Lebanese American University
  • 4. Gulf University for Science & Technology
  • 5. Near East University
  • 6. King Abdulaziz University

Description

This paper mainly addressed the study of the transmission dynamics of infectious diseases and analysed the effect of two different types of viruses simultaneously that cause immunodeficiency in the host. The two infectious diseases that often spread in the populace are HIV and measles. The interaction between measles and HIV can cause severe illness and even fatal patient cases. The effects of the measles virus on the host with HIV infection are studied using a mathematical model and their dynamics. Analysing the dynamics of infectious diseases in communities requires the use of mathematical models. Decisions about public health policy are influenced by mathematical modeling, which sheds light on the efficacy of various control measures, immunization plans, and interventions. We build a mathematical model for disease spread through vertical and horizontal human population transmission, including six coupled nonlinear differential equations with logistic growth. The fundamental reproduction number is examined, which serves as a cutoff point for determining the degree to which a disease will persist or die. We look at the various disease equilibrium points and investigate the regional stability of the disease-free and endemic equilibrium points in the feasible region of the epidemic model. Concurrently, the global stability of the equilibrium points is investigated using the Lyapunov functional approach. Finally, the Runge-Kutta method is utilised for numerical simulation, and graphic illustrations are used to evaluate the impact of different factors on the spread of the illness. Critical factors that effect the dynamics of disease transmission and greatly affect the rate and range of the disease's spread in the population have been determined through a thorough analysis. These factors are crucial in determining the expansion of the disease.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

تناولت هذه الورقة بشكل أساسي دراسة ديناميكيات انتقال الأمراض المعدية وحللت تأثير نوعين مختلفين من الفيروسات في وقت واحد والتي تسبب نقص المناعة لدى المضيف. المرضان المعديان اللذان ينتشران غالبًا بين السكان هما فيروس نقص المناعة البشرية والحصبة. يمكن أن يسبب التفاعل بين الحصبة وفيروس نقص المناعة البشرية مرضًا شديدًا وحتى حالات المرضى المميتة. تتم دراسة آثار فيروس الحصبة على المضيف المصاب بفيروس نقص المناعة البشرية باستخدام نموذج رياضي وديناميكياته. يتطلب تحليل ديناميكيات الأمراض المعدية في المجتمعات استخدام النماذج الرياضية. تتأثر القرارات المتعلقة بسياسة الصحة العامة بالنمذجة الرياضية، والتي تسلط الضوء على فعالية تدابير الرقابة المختلفة وخطط التحصين والتدخلات. نحن نبني نموذجًا رياضيًا لانتشار المرض من خلال انتقال السكان العمودي والأفقي، بما في ذلك ست معادلات تفاضلية غير خطية مقترنة بالنمو اللوجستي. يتم فحص رقم التكاثر الأساسي، والذي يعمل كنقطة فاصلة لتحديد درجة استمرار المرض أو موته. ننظر إلى نقاط توازن الأمراض المختلفة ونبحث في الاستقرار الإقليمي لنقاط التوازن الخالية من الأمراض والمتوطنة في المنطقة الممكنة من نموذج الوباء. وفي الوقت نفسه، يتم التحقيق في الاستقرار العالمي لنقاط التوازن باستخدام نهج ليابونوف الوظيفي. أخيرًا، يتم استخدام طريقة Runge - Kutta للمحاكاة العددية، ويتم استخدام الرسوم التوضيحية الرسومية لتقييم تأثير العوامل المختلفة على انتشار المرض. تم تحديد العوامل الحاسمة التي تؤثر على ديناميكيات انتقال المرض وتؤثر بشكل كبير على معدل ونطاق انتشار المرض بين السكان من خلال تحليل شامل. هذه العوامل حاسمة في تحديد انتشار المرض.

Translated Description (French)

Cet article a principalement abordé l'étude de la dynamique de transmission des maladies infectieuses et analysé l'effet de deux types différents de virus simultanément qui provoquent une immunodéficience chez l'hôte. Les deux maladies infectieuses qui se propagent souvent dans la population sont le VIH et la rougeole. L'interaction entre la rougeole et le VIH peut causer des maladies graves et même des cas mortels chez les patients. Les effets du virus de la rougeole sur l'hôte infecté par le VIH sont étudiés à l'aide d'un modèle mathématique et de leur dynamique. L'analyse de la dynamique des maladies infectieuses dans les communautés nécessite l'utilisation de modèles mathématiques. Les décisions concernant la politique de santé publique sont influencées par la modélisation mathématique, qui met en lumière l'efficacité de diverses mesures de contrôle, plans de vaccination et interventions. Nous construisons un modèle mathématique pour la propagation des maladies par transmission verticale et horizontale de la population humaine, y compris six équations différentielles non linéaires couplées à la croissance logistique. Le nombre fondamental de reproduction est examiné, ce qui sert de seuil pour déterminer le degré auquel une maladie persistera ou mourra. Nous examinons les différents points d'équilibre de la maladie et étudions la stabilité régionale des points d'équilibre sans maladie et endémiques dans la région réalisable du modèle épidémique. Parallèlement, la stabilité globale des points d'équilibre est étudiée à l'aide de l'approche fonctionnelle de Lyapunov. Enfin, la méthode Runge-Kutta est utilisée pour la simulation numérique, et des illustrations graphiques sont utilisées pour évaluer l'impact de différents facteurs sur la propagation de la maladie. Les facteurs critiques qui affectent la dynamique de la transmission de la maladie et affectent considérablement le taux et l'étendue de la propagation de la maladie dans la population ont été déterminés grâce à une analyse approfondie. Ces facteurs sont cruciaux pour déterminer l'expansion de la maladie.

Translated Description (Spanish)

Este trabajo abordó principalmente el estudio de la dinámica de transmisión de enfermedades infecciosas y analizó el efecto de dos tipos diferentes de virus simultáneamente que causan inmunodeficiencia en el huésped. Las dos enfermedades infecciosas que a menudo se propagan en la población son el VIH y el sarampión. La interacción entre el sarampión y el VIH puede causar enfermedades graves e incluso casos fatales de pacientes. Los efectos del virus del sarampión en el huésped con infección por VIH se estudian mediante un modelo matemático y su dinámica. Analizar la dinámica de las enfermedades infecciosas en las comunidades requiere el uso de modelos matemáticos. Las decisiones sobre la política de salud pública están influenciadas por modelos matemáticos, que arrojan luz sobre la eficacia de diversas medidas de control, planes de inmunización e intervenciones. Construimos un modelo matemático para la propagación de enfermedades a través de la transmisión vertical y horizontal de la población humana, que incluye seis ecuaciones diferenciales no lineales acopladas con crecimiento logístico. Se examina el número de reproducción fundamental, que sirve como punto de corte para determinar el grado en que una enfermedad persistirá o morirá. Analizamos los diversos puntos de equilibrio de la enfermedad e investigamos la estabilidad regional de los puntos de equilibrio libres de enfermedad y endémicos en la región factible del modelo epidémico. Al mismo tiempo, se investiga la estabilidad global de los puntos de equilibrio utilizando el enfoque funcional de Lyapunov. Finalmente, el método Runge-Kutta se utiliza para la simulación numérica, y se utilizan ilustraciones gráficas para evaluar el impacto de diferentes factores en la propagación de la enfermedad. Los factores críticos que afectan la dinámica de la transmisión de la enfermedad y afectan en gran medida la tasa y el alcance de la propagación de la enfermedad en la población se han determinado a través de un análisis exhaustivo. Estos factores son cruciales para determinar la expansión de la enfermedad.

Files

journal.pone.0297476&type=printable.pdf

Files (2.6 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:9248952e1792f8364f5a1a0555348724
2.6 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
النمذجة الرياضية وديناميكيات الإرهاق المناعي الناجم عن تفاعل قابلية انتقال الحصبة مع مضيف فيروس نقص المناعة البشرية
Translated title (French)
Modélisation mathématique et dynamique de l'épuisement immunologique causé par l'interaction de la transmissibilité de la rougeole avec l'hôte du VIH
Translated title (Spanish)
Modelado matemático y dinámica del agotamiento inmunológico causado por la interacción de transmisibilidad del sarampión con el huésped del VIH

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4394933553
DOI
10.1371/journal.pone.0297476

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Pakistan

References

  • https://openalex.org/W1548037568
  • https://openalex.org/W1991351957
  • https://openalex.org/W2015301566
  • https://openalex.org/W2036442409
  • https://openalex.org/W2041572706
  • https://openalex.org/W2054889970
  • https://openalex.org/W2114383896
  • https://openalex.org/W2116805677
  • https://openalex.org/W2223252359
  • https://openalex.org/W2319193381
  • https://openalex.org/W2958194529
  • https://openalex.org/W2990714382
  • https://openalex.org/W3013227458
  • https://openalex.org/W3036369651
  • https://openalex.org/W3082328357
  • https://openalex.org/W3089690626
  • https://openalex.org/W3114752041
  • https://openalex.org/W3135709622
  • https://openalex.org/W3151941575
  • https://openalex.org/W3173107236
  • https://openalex.org/W3176179721
  • https://openalex.org/W3217556094
  • https://openalex.org/W4200091524
  • https://openalex.org/W4200188493
  • https://openalex.org/W4200217566
  • https://openalex.org/W4200354154
  • https://openalex.org/W4205419932
  • https://openalex.org/W4205489436
  • https://openalex.org/W4207021006
  • https://openalex.org/W4214650806
  • https://openalex.org/W4223896045
  • https://openalex.org/W4281660708
  • https://openalex.org/W4286901529
  • https://openalex.org/W4288039215