EU-yhteistyötä vasta-ainesuojan ja epidemioiden ennustamisessa

European Sero-Epidemiological Network (ESEN) on kahdeksan EU-maan muodostama verkosto, jossa pyritään luomaan menetelmiä ja standardeja väestön vasta-ainesuojan tutkimukseen tartuntatautien epidemiariskien varalta. Tarkasteltavia tauteja ovat tällä hetkellä tuhkarokko, tulirokko, vihurirokko, hinkuyskä ja kurkkumätä.

Suomi on mukana tarkkailujäsenenä, sillä verkosto aloitti toimintansa ennen kuin Suomi oli liittynyt EU:iin. Suomi on osallistunut rokotusjärjestelmiä ja tautien epidemiologiaa kuvaavaan organisaatioanalyysiin, muttei väestön immuniteettia kuvaavan seerumaineiston keruuseen, koska Suomessa näiden tautien epidemiariskejä ei pidetty kovin suurina. Verkostosta saatavia kokemuksia on pidetty hyödyllisinä; sen eri osaryhmissä olevien suomalaisten infektiotautien asiantuntijoiden määrä on myös vähitellen kasvanut.

ESEN:in matemaattisen mallittamisen ryhmän tavoitteena on pyrkiä ennustamaan vasta-aineiden esiintyvyyden ja rokotuksia koskevien tietojen avulla tautiepidemioiden riskiä tulevina vuosikymmeninä. Mallien avulla pyritään myös arvioimaan, miten rokotteita tulisi väestötasolla käyttää epidemioiden riskin pitämiseksi mahdollisimman pienenä.

ESEN:in matemaattisen mallittamisen ryhmän tavoitteena on pyrkiä ennustamaan vasta-aineiden esiintyvyyden ja rokotuksia koskevien tietojen avulla tautiepidemioiden riskiä tulevina vuosikymmeninä. Mallien avulla pyritään myös arvioimaan, miten rokotteita tulisi väestötasolla käyttää epidemioiden riskin pitämiseksi mahdollisimman pienenä.

Deterministiset infektiotautimallit

Deterministiset, differentiaaliyhtälöihin perustuvat populaatiomallit edustavat infektiotautimallien varhaista ja vieläkin elinvoimaista perinnettä. Niiden rakenteen määräävät "tilat", joissa yksilöt voivat sijaita kullakin hetkellä, ja näiden tilojen väliset siirtymäintensiteetit. Yksinkertaisimmassa mallissa tarkastellaan siirtymiä vain alttiiden ja sairaiden tilojen välillä. Samanlaisia malleja voidaan käyttää myös kroonisten tautien dynamiikan kuvaamiseen, mutta tartuntataudeissa tilanne on monimutkaisempi, sillä yksilöiden tai ryhmien sairastumisriski riippuu jo sairastuneiden eli mahdollisten tartuttajien määrästä ja sen muutoksista populaatiossa, jossa saattaa olla myös taudilta suojassa olevia, immuuneja yksilöitä. Sairastumisintensiteetit ovatkin siten ajassa muuttuvia funktioita jo infektoituneiden lukumäärästä ja ns. transmissioparametreistä, jotka kuvaavat alttiiden ja sairastuneiden vuorovaikutuksen ja tartuttamisen voimakkuutta. Vuorovaikutuksen voimakkuuksissa voi olla suuriakin eroja esimerkiksi eri ikäryhmien välillä. Näin on myös ESEN:in mielenkiinnon kohteena olevien tautien tapauksessa: lapset tartuttavat toisiaan tehokkaammin. Juuri tartuntadynamiikan kuvaaminen riittävän realistisesti onkin usein mallinrakentamisen vaikeimpia tehtäviä. Determinististen populaatiomallien epärealistisena olettamuksena on, että tunnettaessa alkutilanne (väestön ikärakenne, infektoituneiden ja alttiiden lukumäärä, rokotushistoria) ja mallin parametrit voidaan tartuntataudin käyttäytyminen ajassa kuvata täydellisesti ilman satunnaisvaihtelun huomioonottamista.

toisen palstan alkuun

Suurissa populaatioissa, kuten väestössä, tämä saattaa olla riittävää ja tähän perustunee determinististen mallien menestyksellinen käyttö esimerkiksi tuhkarokkoepidemioiden ehkäisyohjelmien suunnittelussa Englannissa. Itse asiassa ESEN:in ennustemallien pohjana onkin käytetty Roy Andersonin (Cambridge) työryhmässä kehitettyä determinististä populaatiomallia, jossa siirtymät tapahtuvat alttiiden, infektoituneiden, infektiivisten ja immuunien tilojen välillä. Muiden tilojen väliset siirtymäintensiteetit voidaan määritellä aikaisempien havaintojen perusteella, mutta siirtymisintensiteetti alttiista infektoituneiden tilaan joudutaan arvioimaan tässä tutkimuksessa kerättävistä aineistoista.

Tartuntatautimallien keskeinen suure on ns. perusuusiutumisluku (basic reproductive rate), joka kuvaa yhden tartunnan saaneen yksilön tartuttamispotentiaalia täysin alttiiden joukossa. Tämän perussuureen arvosta riippuu, onko laajan epidemian mahdollisuus väestössä olemassa. Mikäli luku on pienempi kuin yksi, häviävät infektiotapaukset ennen pitkää väestöstä, koska infektiot eivät pysty "uusiutumaan" riittävän tehokkaasti.

Vaihtoehtoisia rokotusstrategioita

Vaikka mallit ovat yksinkertaistuksia tartuntatautien dynamiikasta, niiden avulla voidaan ainakin karkeasti arvioida erilaisten rokotusstrategioiden vaikutusta. Mallia varten tarvitaan luotettavia arvioita eri ikäisten sairastumistodennäköisyydestä, transmissioparametreistä, taudin latentin ja infektiivisen vaiheen pituudesta sekä tietoja väestössä aikaisemmin toteutetuista rokotustoimenpiteistä kyseistä tautia vastaan, arviot niiden tehosta ja kattavuudesta. Mallin avulla voidaan ennustaa ikäryhmittäin infektioiden lukumääriä, uusiutumisluvun käyttäytymistä ja väestön immuniteettitason muutoksia eri ennustejaksoilla. Mallittaja voi myös testata vaihtoehtoisten rokotusstrategioiden teoreettista vaikutusta, kuten toisen tai kolmannen tuhkarokkorokotteen antoiän vaikutusta immuniteetin säilymiseen ja epidemiariskin häviämiseen.

Äskettäin pidetyssä ESEN-verkoston kokouksessa esitettiin malliin lukuisia parannustoivomuksia. Nykymuodossa väestö oletetaan mallissa suljetuksi systeemiksi: ikäryhmien dynamiikan muutosvaikutuksia ei voida ottaa huomioon, alueellisia eroja ei ole ja ulkoisten tartuntojen mahdollisuus on poissuljettu. Joissain taudeissa tulisi myös pystyä ottamaan huomioon se, ettei rokotteen antama suoja ole täydellinen: osa yksilöistä saa vain lievän infektion, joka puolestaan vaikuttaa muiden tilojen siirtymäintensiteetteihin. Immuniteetti ei myöskään ole täydellinen vaan vähenee ajan myötä. Näitä laajennuksia on tarkoitus pohtia jatkotapaamisissa.

Mervi Eerola, KTL ja Rolf Nevanlinna -instituutti

(09) 1912 2773, mervi.eerola@rni.helsinki.fi