Published June 15, 2021 | Version v1
Publication Open

Inhomogeneous Transmission and Asynchronic Mixing in the Spread of COVID-19 Epidemics

Description

The ongoing epidemic of COVID-19 first found 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 consider the inhomogeneous transmission of the spread arising from a variety of reasons, like the distribution of local epidemic onset times or of the transmission rates. We show that these contributions can be incorporated into a susceptible-infected-recovered framework through a time-dependent transmission rate. Thus, the reproduction number decreases with time despite the population dynamics remaining 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 COVID-19 using real data from different countries, with an emphasis in the case of Mexico, and show that it also correctly describes the longtime dynamics of the spread. The proposed model yet simple is successful at describing the onset and progression of the outbreak, and considerably improves the accuracy of predictions over traditional compartmental models. The insights given here may prove to be useful to forecast the extent of the public health risks of the epidemics, thus improving public policy-making aimed at reducing such risks.

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

Translated Description (Arabic)

عزز وباء COVID -19 المستمر الذي تم اكتشافه لأول مرة في الصين الحاجة إلى تطوير نماذج وبائية قادرة على وصف تطور المرض لتكون ذات فائدة في صياغة سياسات التخفيف. هنا، تتم معالجة هذه المشكلة باستخدام نهج ما وراء السكان للنظر في الانتقال غير المتجانس للانتشار الناجم عن مجموعة متنوعة من الأسباب، مثل توزيع أوقات ظهور الوباء المحلي أو معدلات الانتقال. نوضح أنه يمكن دمج هذه المساهمات في إطار عمل قابل للتعافي من الإصابة بالعدوى من خلال معدل انتقال يعتمد على الوقت. وبالتالي، يتناقص عدد التكاثر مع مرور الوقت على الرغم من بقاء الديناميكيات السكانية موحدة ونضوب الأفراد المعرضين للإصابة صغيرًا. 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، ونظهر أنه يصف أيضًا بشكل صحيح ديناميكيات الانتشار منذ فترة طويلة. النموذج المقترح ولكنه بسيط ناجح في وصف بداية وتطور التفشي، ويحسن بشكل كبير من 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)

L'épidémie actuelle de COVID-19 découverte pour la première fois 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 considérer la transmission inhomogène de la propagation résultant de diverses raisons, comme la distribution des temps d'apparition de l'épidémie locale ou des taux de transmission. Nous montrons que ces contributions peuvent être incorporées dans un cadre sensible-infecté-récupéré grâce à un débit de transmission dépendant du temps. Ainsi, le nombre de reproduction diminue avec le temps bien que la dynamique des populations reste uniforme et que l'épuisement des individus sensibles soit 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 de la COVID-19 à l'aide de données réelles provenant de différents pays, en mettant l'accent sur le cas du Mexique, et montrons qu'il décrit également correctement la dynamique de longue date 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 s'avérer utiles pour prévoir l'ampleur des risques pour la santé publique des épidémies, améliorant ainsi l'élaboration des politiques publiques visant à réduire ces risques.

Translated Description (Spanish)

La epidemia actual de COVID-19 detectada por primera vez en China ha reforzado la necesidad de desarrollar modelos epidemiológicos capaces de describir la progresión de la enfermedad para ser útiles en la formulación de políticas de mitigación. Aquí, este problema se aborda utilizando un enfoque de metapoblación para considerar la transmisión no homogénea de la propagación que surge de una variedad de razones, como la distribución de los tiempos de inicio de la epidemia local o de las tasas de transmisión. Mostramos que estas contribuciones se pueden incorporar a un marco susceptible-infectado-recuperado 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 permanece 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 también describe correctamente 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 sobre los modelos compartimentales tradicionales. Las ideas que se dan aquí pueden resultar útiles para pronosticar el alcance de los riesgos para la salud pública de las epidemias, mejorando así la formulación de políticas públicas destinadas a reducir dichos riesgos.

Files

pdf.pdf

Files (1.5 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
md5:711454bad0f350bb75e44e08c28293ba
1.5 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
الانتقال غير المتجانس والاختلاط غير المتزامن في انتشار أوبئة كوفيد-19
Translated title (French)
Transmission inhomogène et mélange asynchrone dans la propagation des épidémies de COVID-19
Translated title (Spanish)
Transmisión no homogénea y mezcla asincrónica en la propagación de epidemias de COVID-19

Identifiers

Other
https://openalex.org/W3170444657
DOI
10.3389/fphy.2021.683364

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Mexico

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/W2026613779
  • https://openalex.org/W2037486475
  • https://openalex.org/W2058963141
  • https://openalex.org/W2100776472
  • https://openalex.org/W2128436420
  • https://openalex.org/W2143523119
  • https://openalex.org/W2159064890
  • https://openalex.org/W2251352724
  • https://openalex.org/W2463079943
  • https://openalex.org/W2907092701
  • https://openalex.org/W2964299980
  • https://openalex.org/W2973755763
  • https://openalex.org/W3000586685
  • https://openalex.org/W3003668884
  • https://openalex.org/W3010131837
  • https://openalex.org/W3012734330
  • https://openalex.org/W3012916185
  • https://openalex.org/W3013188135
  • https://openalex.org/W3014866318
  • https://openalex.org/W3016545960
  • https://openalex.org/W3018782651
  • https://openalex.org/W3022887008
  • https://openalex.org/W3027791350
  • https://openalex.org/W3032971139
  • https://openalex.org/W3033201346
  • https://openalex.org/W3035706118
  • https://openalex.org/W3036188798
  • https://openalex.org/W3036381826
  • https://openalex.org/W3036604296
  • https://openalex.org/W3036932834
  • https://openalex.org/W3081262280
  • https://openalex.org/W3088410715
  • https://openalex.org/W3100347265
  • https://openalex.org/W3102505974
  • https://openalex.org/W3105018088
  • https://openalex.org/W3117593781
  • https://openalex.org/W3121079368