Published November 1, 2023 | Version v1
Publication

A fractal-fractional sex structured syphilis model with three stages of infection and loss of immunity with analysis and modeling

  • 1. Lebanese American University
  • 2. Near East University
  • 3. Khwaja Fareed University of Engineering and Information Technology
  • 4. Siirt University
  • 5. Çankaya University
  • 6. Future University in Egypt

Description

Treponema pallidum, a spiral-shaped bacterium, is responsible for the sexually transmitted disease syphilis. Millions of people in less developed countries are getting the disease despite the accessibility of effective preventative methods like condom use and effective and affordable treatment choices. The disease can be fatal if the patient does not have access to adequate treatment. Prevalence has hovered between endemic levels in industrialized countries for decades and is currently rising. Using the Mittag-Leffler kernel, we develop a fractal-fractional model for the syphilis disease. Qualitative as well as quantitative analysis of the fractional order system are performed. Also, fixed point theory and the Lipschitz condition are used to fulfill the criteria for the existence and uniqueness of the exact solution. We illustrate the system's Ulam-Hyers stability for disease-free and endemic equilibrium. The analytical solution is supported by numerical simulations that show how the dynamics of the spread of syphilis within the population are influenced by fractional-order derivatives. The outcomes show that the suggested methods are effective in delivering better results. Overall, this research helps to develop more precise and comprehensive approaches to understanding and regulating syphilis disease transmission and progression.

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

Translated Description (Arabic)

اللولبية الشاحبة، وهي بكتيريا حلزونية الشكل، مسؤولة عن مرض الزهري الذي ينتقل عن طريق الاتصال الجنسي. يصاب ملايين الأشخاص في البلدان الأقل نمواً بالمرض على الرغم من إمكانية الوصول إلى طرق وقائية فعالة مثل استخدام الواقي الذكري وخيارات العلاج الفعالة وبأسعار معقولة. يمكن أن يكون المرض مميتًا إذا لم يتمكن المريض من الحصول على العلاج المناسب. لقد تأرجح معدل الانتشار بين المستويات المتوطنة في البلدان الصناعية لعقود من الزمن وهو آخذ في الارتفاع حاليًا. باستخدام نواة Mittag - Leffler، نطور نموذجًا كسريًا كسريًا لمرض الزهري. يتم إجراء تحليل نوعي وكمي لنظام الترتيب الكسري. أيضا، يتم استخدام نظرية النقطة الثابتة وشرط ليبشيتز للوفاء بمعايير وجود وتفرد الحل الدقيق. نوضح استقرار Ulam - Hyers للنظام من أجل توازن خالٍ من الأمراض ومتوطن. يتم دعم الحل التحليلي من خلال عمليات المحاكاة العددية التي توضح كيف تتأثر ديناميكيات انتشار مرض الزهري بين السكان بالمشتقات ذات الترتيب الكسري. تظهر النتائج أن الأساليب المقترحة فعالة في تحقيق نتائج أفضل. بشكل عام، يساعد هذا البحث على تطوير مناهج أكثر دقة وشمولية لفهم وتنظيم انتقال مرض الزهري وتطوره.

Translated Description (French)

Treponema pallidum, une bactérie en forme de spirale, est responsable de la syphilis, une maladie sexuellement transmissible. Des millions de personnes dans les pays moins développés contractent la maladie malgré l'accessibilité de méthodes préventives efficaces telles que l'utilisation du préservatif et des choix de traitement efficaces et abordables. La maladie peut être mortelle si le patient n'a pas accès à un traitement adéquat. La prévalence oscille entre les niveaux endémiques dans les pays industrialisés depuis des décennies et est actuellement en augmentation. À l'aide du noyau de Mittag-Leffler, nous développons un modèle fractal-fractionnel pour la maladie de la syphilis. Une analyse qualitative ainsi que quantitative du système d'ordre fractionnaire est effectuée. En outre, la théorie du point fixe et la condition de Lipschitz sont utilisées pour remplir les critères d'existence et d'unicité de la solution exacte. Nous illustrons la stabilité Ulam-Hyers du système pour un équilibre sans maladie et endémique. La solution analytique est étayée par des simulations numériques qui montrent comment la dynamique de la propagation de la syphilis au sein de la population est influencée par les dérivés d'ordre fractionnaire. Les résultats montrent que les méthodes suggérées sont efficaces pour obtenir de meilleurs résultats. Dans l'ensemble, cette recherche aide à développer des approches plus précises et complètes pour comprendre et réguler la transmission et la progression de la maladie de la syphilis.

Translated Description (Spanish)

Treponema pallidum, una bacteria en forma de espiral, es responsable de la sífilis, una enfermedad de transmisión sexual. Millones de personas en países menos desarrollados están contrayendo la enfermedad a pesar de la accesibilidad de métodos preventivos efectivos como el uso del condón y opciones de tratamiento efectivas y asequibles. La enfermedad puede ser mortal si el paciente no tiene acceso a un tratamiento adecuado. La prevalencia ha oscilado entre los niveles endémicos en los países industrializados durante décadas y actualmente está aumentando. Usando el núcleo de Mittag-Leffler, desarrollamos un modelo fractal-fraccional para la enfermedad de la sífilis. Se realizan análisis cualitativos y cuantitativos del sistema de orden fraccional. Además, la teoría del punto fijo y la condición de Lipschitz se utilizan para cumplir con los criterios de existencia y singularidad de la solución exacta. Ilustramos la estabilidad de Ulam-Hyers del sistema para un equilibrio libre de enfermedades y endémico. La solución analítica está respaldada por simulaciones numéricas que muestran cómo la dinámica de la propagación de la sífilis dentro de la población está influenciada por derivados de orden fraccional. Los resultados muestran que los métodos sugeridos son efectivos para ofrecer mejores resultados. En general, esta investigación ayuda a desarrollar enfoques más precisos e integrales para comprender y regular la transmisión y progresión de la enfermedad de la sífilis.

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
نموذج مرض الزهري الهيكلي الجنسي الكسري مع ثلاث مراحل من العدوى وفقدان المناعة مع التحليل والنمذجة
Translated title (French)
Un modèle de syphilis à structure sexuelle fractale-fractionnelle avec trois stades d'infection et de perte d'immunité avec analyse et modélisation
Translated title (Spanish)
Un modelo de sífilis fractal-fraccional estructurada sexualmente con tres etapas de infección y pérdida de inmunidad con análisis y modelado

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4388035989
DOI
10.1016/j.rinp.2023.107098

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Egypt

References

  • https://openalex.org/W2010994671
  • https://openalex.org/W2011825300
  • https://openalex.org/W2035998588
  • https://openalex.org/W2112680994
  • https://openalex.org/W2146082879
  • https://openalex.org/W2158180767
  • https://openalex.org/W2190914384
  • https://openalex.org/W2315810684
  • https://openalex.org/W2317446831
  • https://openalex.org/W2609978083
  • https://openalex.org/W2777837339
  • https://openalex.org/W3030631368
  • https://openalex.org/W3033857534
  • https://openalex.org/W3089894679
  • https://openalex.org/W3126850697
  • https://openalex.org/W3165975903
  • https://openalex.org/W3198747064
  • https://openalex.org/W3201434870
  • https://openalex.org/W3202834833
  • https://openalex.org/W3215346376
  • https://openalex.org/W4224041242
  • https://openalex.org/W4255760427
  • https://openalex.org/W4299921657
  • https://openalex.org/W4313586115
  • https://openalex.org/W4313627310
  • https://openalex.org/W4317821187
  • https://openalex.org/W4322390949
  • https://openalex.org/W4361026651
  • https://openalex.org/W4366494159
  • https://openalex.org/W4376870585
  • https://openalex.org/W4379537031
  • https://openalex.org/W4380033687
  • https://openalex.org/W4380359289
  • https://openalex.org/W4380738106
  • https://openalex.org/W4381191492
  • https://openalex.org/W4385429336
  • https://openalex.org/W4385634204