مقدمة: لماذا تنظر إلى الوراء؟ قوة النماذج التاريخية للأوبئة

فكيفية انتشار الأمراض من خلال السكان كانت تمثل جانباً حاسماً من جوانب الصحة العامة منذ قرون، فقبل المختبرات الحديثة والمراقبة في الوقت الحقيقي، واجهت المجتمعات موجات من الطاعون والكوليرا والأنفلونزا بأدوات محدودة، واليوم، يسخر الباحثون نماذج الوبائية الحاسوبية لإعادة طبقات التاريخ، وإعادة بناء ديناميات تفشي الأمراض التي حدثت في الماضي مع وجود ظواهر بارزة.

ويعالج هذا النهج، في جوهره، الأوبئة السابقة باعتبارها تجارب طبيعية، وعلى عكس حالات تفشي الأمراض الحديثة، حيث تبدأ التدخلات في وقت مبكر وتظهر عمليات جمع البيانات مباشرة، وتظهر الأوبئة التاريخية في ظروف غير خاضعة للسيطرة، ويمكن للباحثين أن يسألوا: ما إذا كانت قد اتخذت تدابير الصحة العامة في وقت سابق؟ ما إذا كانت هناك نماذج جديدة من قبيل:

The Foundations of Computational Epidemiology

وتحفز نماذج الأوبئة الحاسوبية انتشار الأمراض المعدية عن طريق إدراج عوامل مختلفة مثل الكثافة السكانية، وأنماط الحركة، والسلوك الاجتماعي، وعندما تطبق على البيانات التاريخية، تمكن هذه النماذج العلماء من إعادة بناء الأوبئة التي ظهرت في الماضي، وتوفير نظرة متعمقة لفعالية التدخلات والعوامل التي أسهمت في انتشارها، وتستند هذه النماذج إلى نماذج محصلة كلاسيكية استحدثت في أوائل القرن العشرين، مثل علماء الأوبئة.

فالنموذج التاريخي يواجه تحديات فريدة، وكثيرا ما تكون البيانات متفرقة أو مسجلة بصورة غير متسقة أو متحيزة نحو السكان ذوي النفوذ، ويجب أن تستخلص المنحنىات الوبائية من سجلات الدفن أو دخول المستشفيات أو تقارير الصحف، وأن تؤدي الدراسات المتعلقة بالأوبئة في المدن إلى ملء الخرائط الكمية للمدن وطرقها التجارية والجدول الزمني البحري - أخذ الأرقام الرقمية في الاعتبار، على الرغم من هذه العقبات، فإن أوجه عدم اليقين التي تُنشر في إحصاءات باييس لعام 2020.

وتشمل مصادر البيانات الرئيسية سجلات الأبرشية (الأوروبية)، والسجلات العسكرية (وباء الحرب)، ومظاهر السفن (مقدمة جماعية)، وحتى العينات الأساسية الجليدية (تجارات مسببات الأمراض المنقولة جواً) وقد أدى دمج علم الأوبئة الجيني إلى إضافة طبقة أخرى: عن طريق تسلسل الوصلات الوطنية للفيروسات الرجعية من الأنسجة المحمية في القرن الماضي، إلى تقدير التقارب غير المسبوق.

النماذج الأساسية وتطبيقاتها

النماذج المقارنة: تقارير الجرد، والسير، والتمديدات

٣- وتقسم النماذج المكملة بين السكان إلى فئات منفصلة على أساس حالة العدوى، وأبسطها، نموذج " FLT:0 " SIR]، وتعقّبها من الأفراد غير المتأثرين )أولا(، والمستردين )R( وتنظم مجموعة من المعادلات التفاضلية التدفق بين المقصورات، مع معايير لمعدل انتقال العدوى )بيتا( ومعدل التعافي )غاما(.

ويضيف نموذج " إيه " (SEIR) مقصورة مقترضة للأفراد المصابين لكنهم لم يكونوا معديين بعد، وهذا أمر حاسم بالنسبة للأمراض التي تدوم فترة حضانة طويلة، مثل الحصبة (10-12 يوما) أو COVID-19 (خمسة أيام) وقد كشفت عن تفشي الحصبة التاريخية في المدن السابقة على التكوين عن طريق نماذج.

وتشمل عمليات التمديد الأخرى نماذج التكاثر التي تربط المدن المتعددة (مثل شبكات السكك الحديدية التي تنتشر الطاعون من الموانئ إلى المدن الداخلية)، والنماذج التي تسودها الأعمار (الأطفال ضد الكبار)، ونماذج الحصانة المخففة (التحليل)) وتسمح هذه التمديدات للباحثين، فيما يتعلق بالتحليل التاريخي، باختبار ما إذا كان من الممكن أن تؤدي تدخلات مثل حظر الحجر أو السفر إلى تغيير المسارات المتعددة إلى ظهور قيود شديدة.

النماذج القائمة على أساس العميل: القدرة على التوحيد الفردي

وتحفز نماذج قائمة على العملاء كل فرد على أنه عامل مستقل ذي خصائص (العمر، المهنة، تكوين الأسرة المعيشية، الحركات اليومية) وقواعد التفاعل مع الآخرين، وعلى عكس النماذج المقارنة، يمكن أن تلتقط تدابير بناء الثقة السلوك المغذي: وهو عامل متسوق في سوق مزدحم مقابل مزارع في قرية نائية، وبالنسبة للأوبئة التاريخية، فإن عمليات التكاثر الجيني تكون قوية بشكل خاص لأنها يمكن أن تتضمن بيانات ضريبية غنية.

وقد استخدمت دراسة بارزة واحدة في هذا الصدد " إيتبلس " ، وهي عبارة عن " إيتبولز " ، وهي عبارة عن مخططات للثكنات، واستخدامات للجرائم، وحركة الجنود بين الوحدات، وأظهرت النتائج أن الاكتظاظ وسوء التهوية هما العاملان الرئيسيان في نقل المواد، مما يدعم الافتراض بأن الوباء ناشئ في مخيمات عسكرية، وأن افتراضات أخرى تتعلق بحجم الوفيات في لندن الكبرى قد استعملت.

كما تسمح تدابير بناء الثقة ] بإجراء محاكاة في المحاسبات ، ماذا لو كانت الأقنعة قد صدر بها تكليف في عام 1918؟ ماذا لو تم إنفاذ الحجر الصحي في القرن الرابع عشر لميناء راغوسا (دوبروفنيك) قبل أسبوع؟ وتوفر هذه التجارب الرقمية أدلة على أن تدابير الصحة العامة يمكن أن تعمل على مدى قرون.

نماذج الشبكات: هيكل الاتصال

وتمثل نماذج الشبكات الأفراد كمراكز اتصال واتصالات كحواف، وتشكل رسما بيانيا، وخلافا لافتراضات الخلط المتجانسة بين النماذج المقارنة، فإن نماذج الشبكة تجسد حقيقة أن الجميع لا تتاح لهم فرصة متساوية للاتصال، وبالنسبة للتحليل التاريخي، يعتمد إعادة بناء الشبكات على بيانات مثل سجلات الزواج (الربط بين الأسرة) وقوائم الأعضاء الغالية (اتصالات العمل) وسجلات حضور الكنائس (العلاقة الزوجية).

ومن الأمثلة التقليدية انتشار وباء الكوليرا في مقاطعة سوهو بلندن عام 1854، الذي رسمه الدكتور جون سنو بشكل مشهور، وقد أعادت نماذج الشبكة الحديثة فحص البيانات وأظهرت أن تلوث مضخة مياه عامة واحدة في شارع برود كان مركزها، ولكن شبكة الزيارات المنزلية وعادات الشرب المشتركة قد زادت من تفشي الوباء إلى ما هو متوقع لنموذج بسيط من حيث المصدر.

دراسة حالة: إنفلونزا بانديميك عام 1918

مصادر البيانات ونهج النماذج

وقد أصاب وباء الأنفلونزا لعام 1918 (الإنفلونزا الإسبانية) نحو ثلث سكان العالم وقتلوا 50 إلى 100 مليون شخص، استخدم الباحثون نماذج حاسوبية لتحليل هذا الانتشار من خلال جمع بيانات عن الحرق العسكري ونشرات الصحة العامة والإحصاءات الحيوية، وتظهر بيانات الوفيات الأسبوعية للعديد من المدن في الولايات المتحدة وأوروبا وأستراليا.

نماذج قائمة على العملاء لمدن مثل سانت لويس وسان فرانسيسكو ونيويورك تم موازنةها مع منحنىات الوفيات الملاحظه النماذج تضبط معالم معدل الإرسال و فترة الاحتضان وتوقيت التدخل بالنسبة لسانت لويس، إغلاق المدارس المبكرة وحظر التجمعات العامة قد أوقفت الموجة الأولى، والنموذج يبين أن تأخير هذه التدابير بأسبوع واحد قد أدى إلى سقوط الوفيات بثلاث مرات.

النتائج الرئيسية والدروس المستفادة

وتسفر عن ظهور العديد من الأفكار العملية التي يمكن أن تُعدّها أوبئة عام 1918، أولاً، غير الصيدلانية، التدخلات غير الصيدلانية - المياه، الأقنعة، إغلاق المدارس - كانت فعالة حتى بدون لقاحات أو مضادات للفيروسات، ولم يكن توقيت ومدة هذه الأنشطة أكثر من مجرد قيود على الارتداد.

ثانياً، يؤدي هيكل العمري ] دوراً، ويفترض أن الحدة غير العادية في الشباب تعزى إلى التعرض المسبق لفيروس مماثل من فيروس H1N1 (من وباء عام 1890) يمنح الحصانة في الفئات الأكبر سناً، في حين أن الشباب لا يتمتعون بحماية شاملة، وأن النماذج التي تتضمن قابلية التأثر بالسن تستنسخ الشعار الذي يُعرض للخطر في المستقبل (W-shaped)، وتقترح أن تُختلُختلَقَعْه.

ثالثا، إن الديناميات المكانية حرجة، وحركات القوات خلال الحرب العالمية الأولى تنشر الفيروس في جميع أنحاء العالم في غضون أسابيع، وتظهر نماذج السكان التي تربط بين مدن الموانئ وشبكات السكك الحديدية أن القيود المفروضة على السفر يمكن أن تبطئ من الانتشار، ولكن فقط إذا سُنّت قبل وصول القضية الأولى، وبعد أن ظهرت، تهيمن ديناميات النقل المحلي.

وقد أبلغت هذه النتائج منظمة الصحة العالمية ولجنة مكافحة التصحر عن التخطيط لوباء H1N1 لعام 2009 وهي أساس لأطر التأهب الحالية للأوبئة.() وتشير صفحة الاحتفال التي أعدتها لجنة مكافحة التصحر في عام 1918() إلى دراسات نموذجية صراحة().

دراسة حالة: اكتشاف شُعبة لندن لعام 1854

التحليل المكاني المبكر

وفي حين أن الانفلونزا لعام 1918 توضح نماذج الأوبئة، فإن تفشي الكوليرا في حي لندن سوهو عام 1854 يمثل علامة بارزة في التحقيق الوبائي.و خريطة الزنجية التي وضعها الدكتور جون سنو والتي تبين الوفيات في الكوليرا المتجمعة حول مضخة الشارع الواسع تُدرس في كثير من الأحيان كمولد لعلم الأوبئة المكانية، واليوم، قامت النماذج الحاسبية بتوسيع نطاق عمله عن طريق رقمنة للوفيات المكانية، وتجميع النماذج الجغرافية الكم 616.

ويضم النموذج الحديث ليس فقط مواقع مضخات المياه، بل أيضا مصادر إمدادات المياه المنزلية )بعضها يستخدم شركة مياه مختلفة(، وارتفاع )تدفيع المياه الجوفية(، وكثافة السكان من تعداد عام ١٨٥١، وتؤكد النتائج فرضية سنو بثقة إحصائية عالية: وكانت مضخة شارع برود المصدر الرئيسي، وعلاوة على ذلك، فإن النموذج يصف أثر تدخله - وهو إزالة مقبض الضخ - مما يدل على انخفاض عدد الحالات في غضون أيام)٣(.

دروس لمكافحة الأمراض المنقولة عن طريق المياه

ويعلم نموذج الكوليرا لعام 1854 أنه يمكن تحديد التلوث من مصادر محددة [(FLT:0)] ) وتعطيل حتى دون معرفة بالمسبب المرضي (في عام 1854، لم تقبل نظرية الجرث بعد على نطاق واسع)، كما يؤكد أهمية [(FLT:2]) الشفافية في البيانات ورسم الخرائط .

وهذه الأفكار ذات صلة مباشرة بتفشي الكوليرا الحديث في هايتي واليمن وبنغلاديش حيث تظل مصادر المياه الملوثة محركاً رئيسياً.() وتؤكد صحيفة وقائع منظمة الصحة العالمية بشأن الكوليرا أهمية الدروس التاريخية لاستراتيجيات الرقابة الحالية.

الآثار الحديثة والاتجاهات المستقبلية

Informing Pandemic Preparedness

ويقدم تحليل الأوبئة السابقة بالنماذج الحاسوبية دروساً قيِّمة لاستراتيجيات الصحة العامة الحالية والمقبلة، ومن خلال فهم كيفية انتشار الأمراض تاريخياً، يمكن للموظفين الصحيين أن يصمموا بشكل أفضل تدابير احتواء الأوبئة، وحملات التطعيم، واستراتيجيات الاتصال، وتبين النماذج أن إطار احتواء ضيق للغاية؛ وقد يكون هذا الإطار قصيراً بعد أسبوعين من عام 2009().

ومن النتائج المفاجئة التي خلصت إليها النماذج التاريخية دور في الإشباع العام ] وخلال وباء 1918، شهدت بعض المدن موجة ثانية بعد أن تعب السكان من الانفصال الاجتماعي، وقد تضمنت النماذج القائمة على العملاء التي تشمل التكيف السلوكي (يحد الناس من الاتصالات عندما تكون الحالات مرتفعة ويزيدونها عند هبوط الحالات) تكرار هذا النمط.

علم الأوبئة وعلم الأوبئة

أما الحدود التالية فهي تدمج علم الأوبئة المحوسب مع بيانات التلقيم المغناطيسي من مسببات الأمراض التاريخية () وقد استخرج الباحثون من الناجين الفلوري البالغ 1918 ضحية مدفونة في البرمفروس ومن عينات الأنسجة المحفوظة، ومن خلال مقارنة المعالم التي تتخللها الأمواج المتعاقبة، يمكن أن يقدروا معدلات التمرد وأن يتطابق مع التغيرات الوراثية في دراسة كوبنهاغن لعام 2020(23).

وبالمثل، تم تسلسل جينوم Yersinia pestis] (البكتريوم الطاعون) من أسنان القرن الرابع عشر، مما يتيح نماذج لتقدير أن الموت الأسود قتل حوالي 60 في المائة من سكان أوروبا، وتشير النماذج أيضا إلى أن الكثافة السكانية وشبكات التجارة تحدد الوفيات الإقليمية، مع بعض القرى المنعزلة التي تفلت كليا.

الاستخبارات الأثرية وتعدين البيانات التاريخية

وتستخدم الآن خوارزميات التعلم الماكنة لاستخراج البيانات تلقائيا من النصوص التاريخية، مثل سجلات الأبرشية أو المجلات الطبية، ويمكن أن تحدد معالجة اللغة الطبيعية ذكر أعراض الأمراض، والدفن، وأوامر الحجر الصحي، وتظهر هذه البيانات نماذج تبث الأوبئة التي لم يسبق لها مثيل، مع حلول مؤقتة ومكانية، وعلى سبيل المثال، مشروع تعاوني بين جامعة أوكسفورد والخريطة النموذجية لخليج ساسكاتشوان.

وتبرز المؤلفات الأكاديمية ] أن هذه الأدوات ليست فقط لحالات تفشي المرض في الماضي؛ وتختبر البيانات التاريخية ثم تطبق على التهديدات الناشئة، فعلى سبيل المثال، تم تكييف النموذج نفسه المستخدم في وباء 1918 في غضون أيام عمل لجنة مكافحة المخدرات في عام 2020، مع بيان قيمة الأطر المستقرة قبل البناء.

خاتمة

إن نماذج الأوبئة الحاسوبية تشكل أدوات قوية لكشف تعقيدات انتشار الأوبئة على امتداد التاريخ، وهي تسد الفجوة بين الماضي والحاضر، وتقدم معلومات عن التطورات التي تساعد على حماية المجتمعات في جميع أنحاء العالم، ومن معادلة تقارير الإبلاغ عن حالات الوفاة في عام ١٩٢٠ إلى المحاكاة القائمة على عوامل معينة في الوقت الحاضر، كشف كل جيل من النماذج عن مستويات جديدة من ديناميات الأمراض التاريخية، وتبين دراسة حالة السكان الذين يعانون من الفلور لعام ١٩١٨ أن التدخلات غير المؤذية.

إن استمرار التقدم في تقنيات النماذج - بما في ذلك تقدير البارامترات القائمة على أساس آي، والاختبار الشبكي، وإدماج البيانات في الوقت الحقيقي - زيادة فهم الأزمات الصحية في المستقبل، وزيادة فعالية الاستجابات، وبإعطاء الدروس المستفادة من تجربتنا التاريخية الجماعية، نجهز أنفسنا لمواجهة أي مسببات للأمراض التي تنشأ في وقت لاحق، وبما أن العنان العالمي بمقاومة مضادة للأوبئة، فإن نماذج الحياة المتغيرة للفيروسات الوبائية هي نماذج حديثة.