L’apparition d’un temps plus froid dans de nombreuses régions du monde – en particulier dans l’hémisphère Nord – devrait entraîner de nouvelles flambées des taux d’infection, des hospitalisations et, en fin de compte, des décès de la maladie à coronavirus 2019 (COVID-19). Afin de contenir efficacement le virus, de nombreux modèles de transmission ont été explorés.
Une étude récente publiée sur le medRxiv * preprint server en novembre 2020 décrit deux modèles mathématiques différents de zones à forte infection, qui entraînent des effets différents sur la transmission virale. Cela souligne la nécessité de comprendre comment le virus se propage au sein d’une communauté ainsi qu’au sein de sous-groupes avec différents modèles d’interaction.
Les «zones chaudes» de transmission provoquent la pandémie de COVID-19. Crédit d’image: Optimarc / Shutterstock
La plupart des modèles de maladies infectieuses suivent les modèles SIS ou SIR. Le premier comprend les individus sensibles et infectés, et le second comprend les catégories sensibles, infectées et rétablies. Plusieurs chercheurs ont fondé leurs études sur l’hypothèse d’une structure et d’interactions communautaires homogènes. D’autres tiennent compte de schémas distinctifs basés sur les groupes d’âge, la destruction spatiale et les réseaux de contacts. Cependant, COVID-19 montre des modèles inhabituels qui ne correspondent pas aux modèles d’infection conventionnels.
En ce qui concerne le COVID-19, on pense que le virus se propage «en général» à mesure que les gens vaquent à leurs occupations quotidiennes, comme pour la grippe. Dans ce schéma normal d’interactions, il existe des événements spéciaux tels que la survenue d’événements de grande diffusion, caractérisés par la propagation du virus d’un individu à un grand nombre de personnes.
Les zones chaudes alimentent la pandémie
Dans la pandémie actuelle, la transmission virale semble être efficace dans certains milieux où de nombreuses personnes interagissent à l’intérieur pendant de longues périodes, comme dans les restaurants, les maisons de retraite médicalisées, les usines industrielles, les prisons et les dortoirs pour les travailleurs. Celles-ci sont appelées «zones chaudes» de transmission et peuvent entraîner beaucoup plus d’infections que celles qui se produisent à l’extérieur et entre les membres de la communauté en général.
Représentation schématique des hypothèses du modèle.
Ces zones chaudes peuvent être dues à des interactions récurrentes entre les mêmes personnes, conduisant à des contacts infectieux multipliés, provoquant une amplification virale. Des recherches antérieures basées sur ces deux types de zones ont montré qu’une propagation efficace de l’infection semble dépendre de la propagation des zones chaudes à des doses élevées. Ceci malgré le fait incontestable que la plupart des infections sont bénignes et peuvent survenir dans la communauté en général.
L’étude actuelle se concentre sur la formation et la propagation du virus dans deux types de zones chaudes: statique et dynamique.
Zones chaudes statiques
Le premier type est représenté par un grand compartiment, désignant la communauté dans son ensemble, et des zones chaudes individuelles, désignées par des parcelles de petite taille. Dans ces zones, y compris les prisons, les usines de transformation des aliments et les maisons de retraite, il y a des interactions répétées et régulières entre les mêmes personnes, conduisant à une fréquence de transmission élevée.
Le virus peut être amené par une personne de la communauté dans son ensemble dans cette zone chaude, provoquant une large chaîne de transmission. Ces individus sont vraisemblablement ceux qui ont une infection légère (car les individus gravement infectés ne viendront probablement pas dans ces zones), et proviendront d’un nombre relativement restreint de ces individus au sein de la communauté dans son ensemble.
L’infection se propage ensuite dans la zone chaude, mais ses membres la renvoient également à l’ensemble de la communauté. Plus la prévalence de l’infection est élevée, plus le pourcentage d’infections graves est élevé. Une fois que la prévalence franchit un seuil quelque peu élevé, toutes les infections sont graves.
Ceci est encore une fois très proche du schéma observé dans COVID-19, où les personnes exposées à une dose plus élevée du virus deviennent plus gravement malades. Aux États-Unis, des cas graves ont été détectés pour la première fois dans des maisons de retraite médicalisées, ce qui correspond à nouveau à ce modèle.
Les chercheurs supposent un faible taux de reproduction dans l’ensemble de la communauté, environ 1,25, mais plus élevé dans les zones chaudes, à 3,75, car ce dernier permet une vitesse de propagation plus rapide. Sans interventions, cela permettrait aux infections légères de se propager, ensemencant les zones chaudes.
Cela conduit à une augmentation rapide du taux d’infections légères dans la communauté, entraînée par et similaire à celle des zones chaudes. Des infections communautaires plus graves surviennent, marquant peut-être le début du dépistage communautaire à mesure que des cas plus symptomatiques apparaissent. Ceci est conforme à la situation précoce aux États-Unis, selon les chercheurs. Un temps de doublement rapide a d’abord été observé, avec un ralentissement progressif par la suite.
L’extinction de l’infection dans certaines zones chaudes est suivie d’un ensemencement dans d’autres. Le nombre d’infections communautaires culmine donc puis diminue, de sorte que la valeur R diminue lentement. Cela permet l’ensemencement de zones plus chaudes et la propagation rétrograde de la communauté. Ainsi, les infections fluctuent de haut en bas autour d’un niveau constant.
Le rôle des interventions
L’étude explore également les effets des NPI, de sorte que sans aucune intervention, l’infection atteindrait d’abord son pic, ensemencant une zone chaude après l’autre. Chaque zone chaude montre une propagation croissante de l’infection, suivie d’une baisse de la prévalence vers l’extinction, à quel point la zone chaude suivante est ensemencée. Ce processus prend fin lorsque l’infection communautaire est éteinte.
Avec les IPN très précoces, l’infectivité dans la communauté diminue rapidement, une fois que le pourcentage total tombe en dessous de 0,01%, et entre sur un plateau, comme en Californie, où aucun pic distinct n’a été observé. Les zones chaudes sont ensemencées à partir de la population générale et peuvent donc héberger le virus. Chaque zone chaude n’a qu’une présence virale temporaire suivie d’une extinction, mais des zones chaudes supplémentaires sont créées au fil du temps. Cet équilibre maintient les taux d’infection fluctuants à un niveau plus ou moins constant jusqu’à ce que toutes les zones chaudes soient finalement infectées; plus le NPI est fort, plus le niveau stable est bas.
Si l’intervention est retardée jusqu’à un niveau d’infection communautaire de 1%, le taux d’infection diminue plus fortement mais s’arrête par la suite. Cela ressemble à l’image de l’État de New York. Si les INM ne sont mis en œuvre qu’à un taux d’infection communautaire de 15%, la dynamique ressemble à celle d’un scénario de non-intervention, avec une extinction rapide du virus. Les zones chaudes ne sont donc pas ensemencées et aucune phase de plateau n’est observée sur le long terme.
Ce schéma est reproduit dans les zones de R élevé, la différence étant un pic de niveau d’infection cumulatif beaucoup plus élevé de 40% à 60%, en raison d’un taux de transmission basale plus élevé.
Zones chaudes dynamiques
Le deuxième type de zone chaude est la zone chaude dynamique, qui se forme spontanément puis se dissout. Ceux-ci sont composés de personnes de la communauté en général qui se réunissent pendant une courte période puis se dispersent à nouveau. Ceci est représenté par des rassemblements dans les cinémas, les bars et les restaurants. Ce modèle aboutit à un modèle différent de propagation du virus qui est conforme aux modèles de propagation standard, mais n’explique pas les changements uniques observés dans la transmission observés dans la pandémie actuelle. La propagation du virus est beaucoup plus rapide mais concorde avec les modèles SIR standard, mais ne montre pas de plateaux d’infection
Le spread dynamique des points chauds représente des taux de transmission supérieurs à la moyenne et doit donc faire l’objet d’une attention particulière. Cependant, ils ne prédisent pas les modèles de propagation uniques de la pandémie actuelle et ne peuvent pas provoquer son plateau à long terme. Ils nécessiteraient également différents NPI, comme la restriction des rassemblements dans ces lieux.
Quelles sont les implications?
La transmission statique de la zone chaude peut donner lieu à des schémas d’infection spécifiques au COVID-19, ce qui indique qu’elle pourrait être un facteur important de cette dynamique. Le schéma de la dynamique de l’infection est donc sous-exponentiel, des plateaux d’infection sont observés et la propagation de la communauté est due à la propagation des zones chaudes.
La valeur R réelle de la communauté de 1,25 est estimée à 2-3 en raison uniquement de la transmission des points chauds. Sans intervention, le pic d’infection est à 20% de la population, à la valeur R inférieure. Cela serait très improbable à la valeur R la plus élevée. Des recherches supplémentaires sont donc nécessaires dans ce domaine.
Ces zones chaudes servent de réservoirs d’infection qui maintiennent l’infection à des niveaux élevés après la propagation naturelle ou après la mise en place d’interventions non pharmaceutiques (INP). La présence de la transmission statique des points chauds peut prédire le type de schémas épidémiologiques qui ont été signalés dans de nombreuses études, tels que des plateaux infectieux prolongés et une croissance sous-exponentielle. De plus, cela montre également les difficultés d’estimation du nombre de reproduction de base à l’aide de données de transmission au niveau communautaire.
Avec des interventions spécifiques dans la zone chaude, la valeur R descend en dessous de 1 et l’infection s’éteint. La propagation communautaire se poursuit jusqu’à ce qu’environ un cinquième soit infecté, puis diminue. Si les interventions dans les zones chaudes s’arrêtent avant l’extinction, en revanche, la transmission communautaire se poursuit au même rythme et davantage de zones chaudes sont ensemencées, conduisant à un état stationnaire.
À l’inverse, les auteurs soulignent que «si le R0 dans la communauté est inférieur à celui des zones chaudes, la poursuite des interventions dans les zones chaudes, après l’arrêt des interventions dans la communauté en général, pourrait contribuer à réduire l’étendue des vagues d’infection ultérieures. «
L’étude conclut: «Cette classification des zones chaudes d’infection en deux groupes mérite une enquête plus approfondie, en particulier dans le contexte de la détermination des types de zones chaudes qui devraient être ciblés par les interventions pour obtenir une suppression maximale du virus.»
*Avis important
medRxiv publie des rapports scientifiques préliminaires qui ne sont pas évalués par des pairs et, par conséquent, ne doivent pas être considérés comme concluants, guider la pratique clinique / le comportement lié à la santé ou être traités comme des informations établies.
