Reflection on contextual factors associated with burden of infectious diseases in multi-country modelling approach: an example of Eastern Europe

Understanding socio-epidemiological background of infection disease dynamics is an extremely difficult task and this problem was professionally approached in a paper published in several Lancetlatest papers [1–3]. However, some concerns in interpretation and limitation need additional discussion. As authors used fit-all-size methodology, they could lose precision due to heterogeneity of given regions. Thus, estimated variation in the COVID-19 outcomes in geography on global scale could be far from reality on local scale.

Many scientists attempt to reveal the “epidemiological mystery” of COVID-19: why the coronavirus hit some regions so much harder than others and how it corresponds with measurable epidemiological indexes. This and a few other modelling and epidemiological paradoxes (in which different regions are compared on populational level) such as effectiveness of pharmaceutical intervention (e.g. vaccination) or NPI (e.g. lockdowns) need to be carefully assessed if they are interpreted correctly according to epidemiological knowledge. Unfortunately, even with a correct statistical model (without understanding underlying socio-epidemiological variables), by comparing incidences in different regions one could easily underestimate effectiveness of NPI [4] or vaccination [5] (even unintentionally) or it could also lead to manipulation (for instance one could pick up only these indexes, which support a given thesis).

Let us look closer into post-communistic, Slavic majority Eastern Europe countries as an example, because their public health systems, political transformations, alternative social capitals and second demographic transitions have similar patterns [6]. The red light should turn on, if we compare reported case notifications [7] with infection standardised estimates (in brackets [1]) per 1000 inhabitants for the same time period for Slovakia 147 (166), Poland 76 (469) and Russia 50 (1165). Thus, cumulative cases till the end of the so-called European 3rd wave (so called “dark figure”) were estimated to be from 1.13 in Slovakia to 23.3 in Russia fold greater than the confirmed cases. Even reminding that Slovakia performed all country cross-sectional studies on COVID-19 prevalence and Russia has been known since the HIV epidemic [8] to manipulate infection registries, such a difference is rather impossible to be true. Moreover, death toll (if no vaccination is applied) based on crude death registry as well as exceed death estimation (in bracket) per 1000 inhabitants for the first year of vaccination roll out were calculated [3] for Poland 7.9 (9.0), Russia 5.2 (12.8), Czechia 9.9 (10.0). Thus, the corrected death tolls using exceed death were estimated from 1.01 in Czechia to 2.46 in Russia fold greater than the crude deaths. One more time, death registries in Russia are known to be flawed [9] and on the other hand the Czech mortality registry is working relatively well [10], but again such a variation is extremely unlikely. This could lead to the conclusion that even a well performing estimation method on a global scale may be really poor in some particular regions. I guess that possibly Healthcare Access (sensu lato with affective and behavioural components [11]), which was found not to be associated with epidemiological outcomes [1] should be revisited.

Therefore, published models have a great advantage of modelling from a global perspective, but on the other hand, due limitations raised here, together with those already indicated by authors [1–3], more emphasis should be given on regional research, especially on intra-country variability.

References

1.   Bollyky TJ, Hulland EN, Barber RM, Collins JK, Kiernan S, Moses M, et al. Pandemic preparedness and COVID-19: an exploratory analysis of infection and fatality rates, and contextual factors associated with preparedness in 177 countries, from Jan 1, 2020, to Sept 30, 2021. The Lancet. 2022 Feb;S0140673622001726.

2.   Barber RM, Sorensen RJD, Pigott DM, Bisignano C, Carter A, Amlag JO, et al. Estimating global, regional, and national daily and cumulative infections with SARS-CoV-2 through Nov 14, 2021: a statistical analysis. The Lancet. 2022 Jun;399(10344):2351–80.

3.   Watson OJ, Barnsley G, Toor J, Hogan AB, Winskill P, Ghani AC. Global impact of the first year of COVID-19 vaccination: a mathematical modelling study. Lancet Infect Dis. 2022 Jun;S1473309922003206.

4.   Herby J, Jonung L, Hanke SH. A Literature Review and Meta-Analysis of the Effects of Lockdowns on COVID-19 Mortality [Internet]. Available from: https://sites.krieger.jhu.edu/iae/files/2022/01/A-Literature-Review-and-Meta-Analysis-of-the-Effects-of-Lockdowns-on-COVID-19-Mortality.pdf

5.   Subramanian SV, Kumar A. Increases in COVID-19 are unrelated to levels of vaccination across 68 countries and 2947 counties in the United States. Eur J Epidemiol,2021 Dec;36(12):1237-40.   https://link.springer.com/10.1007/s10654-021-00808-7

6.   Jarynowski A. Phenomenon of participatory “guerilla” epidemiology in post-communist European countries. Balt Rim Econ. 2021;3:25–6. https://sites.utu.fi/bre/phenomenon-of-participatory-guerilla-epidemiology-in-post-communist-european-countries/

7.   Our World in data. Coronavirus (COVID-19) Cases [Internet]. 2022. Available from: https://ourworldindata.org/covid-cases

8.   Rechel B. HIV/AIDS in the Countries of the Former Soviet Union: Societal and Attitudinal Challenges. Cent Eur J Public Health. 2010 Jun 1;18(2):110–5.

9.   Danilova I, Shkolnikov VM, Jdanov DA, Meslé F, Vallin J. Identifying potential differences in cause-of-death coding practices across Russian regions. Popul Health Metr. 2016 Dec;14(1):8.

10. Kossarova L, Holland W, Mossialos E. ‘Avoidable’ mortality: a measure of health system performance in the Czech Republic and Slovakia between 1971 and 2008. Health Policy Plan. 2013 Aug 1;28(5):508–25.

11. Jarynowski A, Belik V. Access to healthcare as an important moderating variable for understanding geography of immunity levels for COVID-19 – preliminary insights from Poland [Internet]. Available from: http://medrxiv.org/lookup/doi/10.1101/2021.12.08.21267167 (accepted to EJTCM)

Związek między odpornością poinfekcyjną i poszczepienną a dynamiką zakażeń

Uwarunkowania społeczno-ekonomiczne szczepień

Wykorzystano analizę korelacyjną, regresje liniowe w modelu pełnym i selektywną, wielowymiarową przestrzenną typu DBSCAN w ramach modelu wyjaśniającego poziom wyszczepienia p/COVID-19 w Polsce z dokładnością do powiatu. Poza główną zmienną zależną będącą procentowym udziałem osób zaszczepionych pełnym schematem w przeliczeniu na liczbę mieszkańców w danym powiecie, uwzględniono wyjaśniające predyktory społeczne, polityczne, demograficzne, ekonomiczne i epidemiologiczne.

Nierówności społeczno-ekonomiczne i peryferyjność w dostępie podażowym i popytowym do ochrony zdrowia a geografia szczepień przeciw COVID-19 w Polsce

Uzyskane wyniki sugerują, że bariery systemowe (organizacyjne) wydają się być ważnym i czynnikiem decydującym o zróżnicowaniu poziomu wyszczepienie. Model z wykorzystaniem zaledwie kilku kluczowych zmiennych społeczno-epidemiologicznych wyjaśnia aż >75% zmienności w poziomie wyszczepienia między powiatami. Analiza korelacji cząstkowych czy przestrzennych nie pozwala na stwierdzenie związków przyczynowo-skutkowych jednak możemy zadać pytania, które można dalej weryfikować innymi metodami badawczymi: 1) Poparcie PiS (33% poziom wyjaśnionej zmienności poziomu wyszczepienia w powiatach) – Jak zinterpretować wpływ poziomu oraz charakteru dostępu do zasobów (kadrowy, infrastrukturalny, etc.) oraz kapitału (społecznego, politycznego, etc.) na organizację szczepień, czy akceptację szczepień przez mieszkańców? 2) Gęstość zaludnienia  i  wielkość populacji (22%) – Czy ludność zamieszkująca duże ośrodki miejskie i gęsto zaludnione obszary musi być uprzywilejowana poprzez lepszą dostępność do punktów szczepień? 3) Udział populacji senioralnej (2%) – Dlaczego wyludniające się obszary z największym odsetkiem osób starszych (najbardziej przecież zagrożonych ciężkim przejściem COVID-19) szczepią się wolniej? 4) Dostęp do ochrony zdrowia (3%) – Dlaczego tam gdzie jest mniejsza liczebność kadry medycznej mniej ludzi się szczepi? 5) Dochód (6%) – Jaki jest krańcowy koszt pozyskania kandydata do szczepienia w bogatym, a jaki w biednym obszarze?

Większość dotychczasowych badań społecznych  skupiało się na poziomie akceptacji szczepień a w mniejszym stopniu na nierównościach w dostępności do opieki medyczne. Zidentyfikowane obszary peryferyjne, które słabiej sobie radzą z kampanią szczepień, należy wzmocnić przede wszystkie zwiększając transfery doświadczonej kadry medycznej, w celu ograniczenia wykluczenia w dostępie do usług medycznych.

Dynamika zakażeń a nierówności w dostępie do ochrony zdrowia

Poziom immunizacji jest istoty w predykcji rozwoju zakażeń. Podażowy i popytowy dostęp do ochrony zdrowia jest bardzo ważną zmienną pośredniczącą w dynamice zakażeń.

Access to healthcare as an important moderating variable for understanding geography of immunity levels for COVID-19 – preliminary insights from Poland


Projekcje przyszłości rozprzestrzeniania się SARS-CoV-2

W sumie to niewiele wiemy jak będzie wyglądała przyszłość i rozwój epidemii. Mamy dobre modele amerykańskie i brytyjskie oraz kilka zabawek polskich o czym było w poprzednich postach.

Zakładając prosty model SEIR dla Polski oraz parametry: czas inkubacji: 4.5 dni, czas trwania infekcji/czas do izolacji: 6.5 dni, średnia dzienna liczba kontaktów kończących się zakażeniem: 0.39 oraz 40 zakażonych z zagranicy. W takim wypadku stopa reprodukcji wynosi 2.5.

Załóżmy, że klimat (pogoda) ma wpływ na zakażalność i niech będzie ona mniejsza latem np. przez podatność wirusa na wysokie temperatury i inną strukturę kontaktów fizycznych) i niech liniowo zmniejsza się zakaźność docelowo do 50% latem.

Załóżmy, że dystansowanie społeczne również wpływa na zakażalność (w naszym przypadku np. o 30%).

Taki wybór czynników korygujących (klimat i dystansowanie) dobrze dopasowuje się do przebiegu rejestrowanych zakażeń w Polsce (do 22.03). Należy zwrócić uwagę, że modelu mamy rzeczywiste zakażenia, a w rejestrach mamy tylko wyłapane przypadki (raz że z opóźnieniem, dwa że zapewne znaczne niedoszacowane np. przez małą liczbę wykonanych testów i przypadki asymptomatyczne).

Scenariusz bez słabnącego dystansowania. To I(czerwony) – zapadalność surowa z modelu; To IPL(zielony) – rejestrowane nowe przypadku w Polsce od 04.03; cli (żółty) – współczynnik modyfikacyjny klimatu, dis (bordowy) – współczynnik modyfikujący roli dystansowania.

Dla takiego prostego modelu i układu parametrów oraz warunków początkowych można uzyskać nie tylko spłaszczenie krzywej epidemicznej, ale również przeniesienie głównego piku zakażeń na jesień (może coś nauka wymyśli do tego czasu).

Jednak, czy da się zatrzymać gospodarkę na pół roku? W inny scenariuszu, w którym luzujemy stopniowo społeczne dystansowanie po świętach Wielkanocnych, niestety nawet latem przyrost liczby zakażeń może nie nastąpić i może dojść do masowej epidemii.

Scenariusz ze słabnącym dystansowaniem. To I(czerwony) – zapadalność surowa z modelu; To IPL(zielony) – rejestrowane nowe przypadku w Polsce od 04.03; cli (żółty) – współczynnik modyfikacyjny klimatu, dis (bordowy) – współczynnik modyfikujący roli dystansowania.

Oczywiści to tylko prosty model i nie wiadomo gdzie w przestrzeni fazowej parametrów jesteśmy i jakie ją inne czynniki wpływające na rozwój epidemii. Jednak jeśli nie znajdziemy szczepionki, czy farmakoterapii/farmakoprofilaktyki lub wirus nie zmutuje (oczywiście w stronę łagodniejszą) to w większości scenariuszy będzie w Polsce źle.

ASF za 4 lata w Niemczech, za 3 lata w Wielkopolsce

Ostatnie nasze predykcje zostały szeroko cytowowane w mediach. Poza jednym artykułem, wszystkie zawierają jakieś (na szczęście niewielkie) błędy, bądź nadinterperacje, ale przekaz poszedł w swiat:)

https://www.agropolska.pl/produkcja-zwierzeca/trzoda-chlewna/asf-dotrze-do-niemiec-za-cztery-lata,1437.html

https://www.topagrar.pl/articles/afrykanski-pomor-swin-asf/asf-za-trzy-lata-w-wielkopolsce/

http://warchlaki.com.pl/2018/06/19/asf-moze-byc-w-niemczech-w-ciagu-4-lat/

https://www.cenyrolnicze.pl/wiadomosci/asf/12634-asf-w-niemczech-juz-za-cztery-lata

https://www.euromeatnews.com/Article-Harsh-prediction:-Germany-will-be-hit-by-ASF-in-a-few-years/1459

http://www.maskinbladet.dk/svinebrug/artikel/svinepesten-kan-vaere-i-tyskland-om-fire-ar

http://www.jawina.de/tag/afrikanische-schweinepest-asp/

https://www.pigprogress.net/Health/Articles/2018/6/African-Swine-Fever-can-be-in-Germany-in-4-years-298425E/

https://twitter.com/ina_toppari/status/1007060422392889344

http://magyarmezogazdasag.hu/2018/07/02/negy-even-belul-az-afrikai-sertespestis-eljut-nemetorszagba

https://www.boerderij.nl/Varkenshouderij/Nieuws/2018/6/AVP-binnen-4-jaar-in-Duitsland-298834E/

https://www.agrotrend.hu/hireink/evente-200-km-t-is-megtehet-a-veszelyes-betegseg

https://landbrugsavisen.dk/svin/tyskland-kan-rammes-af-afrikansk-svinepest-om-fire-år

http://www.vet.info.pl/asf-moze-dosiegnac-niemiec-w-ciagu-4-lat,2239

Paradoks transformacji technologicznej w służbie zdrowia o ograniczonych zasobach

Nawiązując do poprzedniego postu Mołdawia otrzymała ok 2 miliony EUR na zmianę wytycznych metod mitygacji konsekwencji zakażeń HPV. Wcześniej zajmowaliśmy się kosztową efektywnością szczepień, a teraz zajeliśmy się badaniami przesiewowymi. Podstawowym celem naszych analiz było sprawdzenie na ile droższe, ale o wyższej specyficzności testy cytologiczne Pap (w stosunku do obecnie stosowanej metody Romanowskiego) będą obciążeniem dla budżetu Mołdawii. Niestety operacyjne koszty związane z nową technologią w perspektywie 10-20 lat nie tylko przewyższą koszty leczenie chorób wywoływanych przez HPV, ale koszty prewencji osiągną 0,5% wszystkich wydatków państwowych na służbę zdrowia. Nie ulega wątpliwości, że transformacja Romanowski->Pap jest kosztowo-efektywna, ale nie jest wystraczająco wydajna. Pozostaje pytanie czy Mołdawię stać na taką zmianę?

Plakat na ten temat zaprezentowaliśmy na konferencji Mat-bio w Sydney:

math_biop

a nasz udział współfinansował projekt ENJECT– zajmujący się właśnie konsekwencjami zmian technologicznych w służbie zdrowia.