از لحاظ محاسباتی، آستانه ایمنی جمعی به شکل 1-1/R0 (برای مثال اگر R0=4 باشد، استانه ایمنی جمعی آن برابر با 0.075 خواهد بود) محاسبه می‌شود (1). بنابراین هرچه قدرت انتقال یک پاتوژن بیشتر باشد، R0 مربوط به آن بزرگتر و نسبت جمعیتی که لازم است  ایمن شوند تا زنجیره انتقال را بلوکه کنند بیشتر خواهد بود (شکل 2B).

یک پارامتر مشابه مهم برای درک ایمنی در سطح جمعیت، عدد تکثیر پایه مؤثر (Re یا Rt) خواهد بود. Re تعداد متوسط موارد ثانویه ابتلا است که توسط یک مورد مبتلا در جمعیتی که تا حدودی ایمن است به دست می‌آید (2). برخلاف R0، Re فرض را بر یک جمعیت کاملاً مستعد نمی‌گیرد و وابسته به وضعیت ایمنی گله‍ای در زمان متغیر است و به دنبال رخداد یک شیوع و یا برنامه واکسیناسیون به شدت تغییر می‌کند. در نهایت، هدف برنامه‌های واکسیناسیون رساندن مقدار Re به زیر عدد یک است. این امر زمانی محقق می‌شود که نسبت جمعیت ایمن از آستانه ایمنی جمعی بالاتر رود. در این زمان، گسترش پاتوژن امکان پذیر نخواهد بود و  تعداد افراد مبتلا کاهش می‌یابد.

ایجاد ایمنی جمعی درون جمعیت‌ها

توضیحاتی که در بالا  در رابطه با R0 و ارتباط آن با آستانه ایمنی جمعی مطرح شد ساده‌ترین شکل مفهومی از این عبارات است و به چندین فرضیه کلیدی وابسته است.

از جمله ترکیب همگن از افراد یک جمعیت و اینکه تمام افراد پس از یک بار آلودگی و یا انجام واکسیناسیون ایمنی مصون ساز[1]، نوعی ایمنی که مصونیت مادام العمر در برابر آلودگی مجدد می‌دهد، را ایجاد کنند. در دنیای واقعی این فرضیات اپیدمیولوژیک و ایمونولوژیک محقق نمی‌شود و حجم مصونیت غیر مستقیم که در ایمنی جمعی حاصل می‌شود وابسته به عوامل متغیر در این فرضیات است. R0 هم با پاتوژن و هم با جمعیتی که پاتوژن در آن در حال گردش است مشخص می‌شود. بنابراین یک پاتوژن واحد، ممکن است چندین R0 بنا بر ویژگی‌ها و قدرت سرایت جمعیتی که در آن شیوع یافته است داشته باشد (2) و این حقیقتاً نشان می‌دهد که آستانه ایمنی جمعی در جوامع مختلف تفاوت دارد و کاملاً مستند است (2). 

برای هر بیماری عفونی، قابلیت حضور و تداوم آن در جامعه به عوامل زیادی بستگی دارد که قدرت انتقال را تحت تأثیر قرار می­دهند، از جمله تراکم جمعیت، ساختار جمعیت، تفاوت در میزان تماس گروههای جمعیتی مختلف. تمام این عوامل به صورت مستقیم و غیر مستقیم بر روی R0 و در نتیجه آستانه ایمنی جمعی اثر می‌گذارد (1).

برای ایجاد ایمنی جمعی، مصونتی که به واسطه واکسیناسیون و یا آلودگی طبیعی به وجود آمده نباید تنها مانع از ایجاد بیماری بالینی شود بلکه باید از سرایت پیشرونده جلوگیری کند. برای پاتوژن های خاصی مانند سارس کوی-2 تظاهرات بالینی به طور ضعیفی نشان دهنده سرایت پذیری آلودگی دارد زیرا میزبانان بدون علامت می‌توانند به شدت باعث انتقال آلودگی شوند و به گسترش اپیدمی کمک کنند. زمانی که آستانه ایمنی جمعی حاصل شد، تأثیر ایمنی جمعی به شدت وابسته به قدرت و مدت زمان ایمنی حاصل دارد. برای پاتوژن هائی که ایمنی مادام العمر ایجاد می‌کنند مانند آنچه برای سرخک روی می‌دهد، ایمنی جمعی تأثیر زیادی دارد و مانع از گسترش پاتوژن درون جمعیت می‌شود. با این حال، این وضعیت به شدت نادر است، همچنان که مصونیت برای بسیاری از بیماری‌های عفونی دیگر، مانند روتاویروس و سیاه سرفه به مرور زمان از بین می‌رود. در نتیجه آن ایمنی جمعی کمتر مؤثر بوده و شیوع دوره‌ای همچنان رخ می‌دهد. در کل، اگر مصونیت درون جمعیت رخ بصورت ناهمگن دهد، گروه‌های میزبانان مستعد مکرراً با یکدیگر تماس خواهند داشت. حتی اگر نسبت افراد ایمن شده در جمعیت به صورت کلی از آستانه ایمنی جمعی پیشی گیرد، در این حالت همچنان افراد مستعد به علت شیوع هائی که در مناطق مختلف جمعیت رخ می‌دهد، در خطر هستند.

ایمنی جمعی و سارس-کوی-2

همه گیری کنونی سارس-کوی-2  منجر به بیش از سه ونیم میلیون موارد قطعی ابتلا به کووید-19 شده است و جان بیش از دویست و پنجاه هزار نفر (4 ماه می سال 2020) را در سرتاسر دنیا گرفته است. کارآزمائی های بالینی متعددی برای ارزیابی واکسن‌های جدید و استفاده از داروهای موجود برای پیشگیری و درمان سارس کوی-2 در حال انجام هستند. با این حال، مشخص نیست آیا این کارآزمائی ها قاردند مداخله موثری ایجاد کنند و یا چه مدت طول خواهد کشید تا این مطالعات به صورت ایمن و مؤثر ارائه شوند زیرا برآورد خوشبینانه برای هر کارآزمائی واکسن بین 12 تا 18 ماه است. در غیاب یک واکسن، شکل گیری ایمنی جمعی سارس کوی-2 از راه آلوده شدن طبیعی افراد به صورت تئوری قابل دستیابی است. با این حال، مسیر مشخص و سر راستی برای دستیابی به این هدف وجود ندارد و عواقب اجتماعی دستیابی به آن مخرب است.

از زمان آغاز گسترش سارس کوی-2، مطالعات متعددی عدد تکثیر پایه (R0) ویروس سارس کو-2 را بین 2 تا 6 تخمین زده‌اند. در یک مطالعه گروهی (cohort) اولیه با 425 مورد قطعی کووید-19 در وهان چین، R0 با مقدار تقریبی 2.2 تخمین زده شد که بیانگر آن بود که به طور متوسط هر فرد مبتلا 2.2 فرد دیگر را مبتلا می­کند (3). در تخمین‌های جدیدتر R0 بیش از 5.7  نیز تخمین زده شده است، اگر چه اغلب تخمین‌ها در همین حدود بوده‌اند (4). تخمین‌های مختلف R0 نشان می­دهد دستیابی به عدد دقیق R0 یک پاندمی در حال گسترش سخت است  و اعداد محاسبه شده R0 احتمالاً تصویر کاملی از قدرت سرایت پذیری سارس کوی-2 در تمام کشورها نشان نمی‌دهد.

با فرض R0 برابر با 3 برای سارس کوی-2، آستانه ایمنی جمعی تقریباً 67% خواهد بود، این نشان می­دهد زمانی­که نسبت افراد ایمن شده به سارس کوی-2 در جمعیت از 0.67 تجاوز کند، روند ابتلا کاهش می‌یابد. همانگونه که در بالا توضیح داده شد، این مدل بر مبنای فرضیات بسیار ساده شده بنا شده است مانند ترکیب همگن جمعیت و "ایمنی مصون ساز" یکدست در افراد بهبود یافته در میان گروه‌های جمعیت، که البته که بعید است درست باشد. با این اوصاف، این مدل پایه بر اساس آستانه ایمنی جمعی و جمعیت یک کشور به طور تقریبی  تعداد افرادی را که لازم است مبتلا شوند تا در غیاب واکسن ایمنی جمعی ایجاد شود در اختیار قرار می‌دهد.

پیامدهای دستیابی به

آستانه ایمنی جمعی سارس کوی-2 در غیاب واکسن

یک مقیاس مهم برای ارزیابی گسترش سارس کوی-2،  نرخ مرگ و میر [2](CFR) است. CFR میزان مرگ نسبت داده شده به یک بیماری مشخص در میان تمام افراد قطعی مبتلا به آن بیماری در یک دوره زمانی مشخص است. این نکته قابل ذکر است که CFR مربوط به کووید-19 به دلیل  تفاوت در ظرفیت تست هر کشور، اختلافات در انتخاب افرادی که باید تست شوند، و اینکه چگونه مرگ‌ها به طور رسمی به کووید-19 نسبت داده شوند، دقت لازم را ندارد. علاوه بر این، CFR به تفاوت در ساختار سنی و بیماری‌های زمینه‌ای مشترک در جمعیت حساس است. از این رو، CFR در طول زمان و در میان کشورها تفاوت خواهد داشت. در مورد کووید-19، CFR در یک گروه شامل 41 فرد مبتلا قطعی بر پایه داده‌های آزمایشگاهی 15% بود (5). با این حال این عدد با افزایش داده‌های قابل دسترس به شدت کاهش یافت. با استفاده از تمام داده‌های قطعی آزمایشگاهی و بالینی در مینلند چین، وریتی و همکاران، با در نظر گرفتن اثر سانسورهای احتمالی،  عدم اطمینان و جمعیت شناسی چین CFR برابر با 1.38% بدست آمد مشابه با تخمین‌هایی که از گروه‌های دیگر گزارش شد (6, 7).  مانند بسیاری از بیماریهای عفونی دیگر، CFR متفاوت غیر یکدست برای گروه‌های سنی مختلف گزارش شد و عمده مرگ‌ها در میان افراد 60 ساله و بالاتر بوده است.

رایج‌ترین مقیاس برای ارزیابی هزینه اجتماعی دستیابی به ایمنی جمعی جهانی سارس کوی-2، نرخ مرگ و میر آلودگی [3](IFR) است. IFR نسبت مرگ و میر یک بیماری مشخص به کل افراد آلوده است. از انجا که برخی از موارد ابتلا قابل شناسائی نیستند مانند میزبانان بدون نشانه یا با نشانه‌های خفیف، IFR ذاتاً از CFR کمتر خواهد بود. اگر ما داده مرگ و میر ناشی از آلودگی را با عدد تخمینی تعداد افرادی که ایمنی لازم برای ایجاد آستانه ایمنی جمعی را فراهم می­کنند، ترکیب کنیم، می‌توانیم میزان مرگ‌های مورد انتظار برای رسیدن به آستانه ایمنی جمعی را به دست آوریم.

به علت عدم قطعیت IFR کووید-19، ما برای آنالیز خود از سه IFR استفاده می‌کنیم: 1- IFR برابر 0.2%، 2- IFR برابر با 0.06% که در مطالعه وریتی و همکاران به دست آمد  و 3- IFR برابر 1% (شکل 2C). با در نظر گرفتن یک آستانه ایمنی جمعی مشترک 0.67% (R0=3) و IFR برابر 0.6%، تعداد مرگ و میر های مورد انتظار در جهان بیش از 30 میلیون نفر خواهد بود (شکل 2C). این آنالیز به طور ویژه، فرض می‌کند که IFR ها در بین کشورهای مختلف زیاد فرقی نکند و عواملی که باعث ناهمگونی IFR ها می‌شوند مانند تفاوت در دسترسی به منابع مراقبت‌های بهداشتی و تفاوت در میزان بیماری‌های زمینه‌ای مشترک را در نظر نمی‌گیرد.  

در واقع، CFR ها و IFR ها در بین کشورها به طور چشمگیری تغییر می‌کند، به طوری که بر طبق برآوردهای کنونی CFR بدون تعدیل[4] شاخص در جهان مشخص شده است (ایتالیا 13.7%، ایالات متحده 5.77%، کره جنوبی 2.33%)  (8). علی رغم آنکه اختلافات در تست‌ها و تفاوت ساختار سنی جمعیت در میان کشورها باعث بالابودن میزان CFR در این مناطق شده است، احتمالاً فاکتورهای دیگری از جمله فشار بر سیستم محلی مراقبت‌های بهداشتی نقش خواهند داشت. در ایتالیا، ورود ناگهانی بیماران کووید-19 در ماه مارچ 2020 منجر به کاهش تخت‌های مراقبت ویژه و سایر منابع ضروری پزشکی  و فشار قابل ملاحظه به بیمارستانها شد. این شیوع اهمیت محدودیت زیر ساخت بهداشت محلی را نشان داد و اینکه چگونه تشدید این محدودیت‌ها عواقب منفی کووید-19 را تشدید می‌کند.

ملاحظه منابع مراقبت‌های بهداشتی نمی‌تواند در مورد دستیابی به ایمنی جمعی سارس کوی-2 مورد توجه قرار گیرد زیرا ایمنی جمعی اجازه می‌دهد تا بخش بزرگی از جمعیت مبتلا شوند. بدون اعمال کنترل، گسترش سارس کوی-2 سیستم مراقبت‌های بهداشتی را در هم خواهد کوبید. هر گونه خلاء در منابع بهداشتی و سلامت نه تنها منجر به افزایش مرگ آوری کووید-19 می‌شود بلکه تعداد کلی مرگ و میر[5] به هر دلیلی را نیز  بالا می‌برد.  این مساله در کشورهائی با ظرفیت محدود بیمارستانی و حداقل زیرساخت‌های مراقبت‌های بهداشتی، در میان جوامع آسیب پذیر مانند زندان و جمعیت بی خانمان‌ها ویرانگر خواهد بود.

ملاحظات

اپیدمیولوژیک در ایمنی جمعی سارس کوی-2

از انجا که سارس کوی-2 یک پاتوژن جدید است جنبه‌های مختلف قدرت  سرایت و آلودگی آن به خوبی مشخص نشده است. آنالیز هائی که در بالا اشاره شد به صورت بالقوه سناریوئی که تحت آن ایمنی جمعی با آلودگی طبیعی افراد حاصل می‌شود را مطرح می­کند.  ما پیچیدگیهای متعدد گسترش ویروس و آلودگی را مانند تغییر R0 به نسبت جمعیت و زمان، ناهمگنی جمعیت، نرخ تماس گروه­های مختلف در جمعیت، تفاوت فردی در ابتلا و شدت بیماری را که قطعاً در درک تصویر کامل گسترس سار کوی-2 ضروری هستند را در نظر نگرفتیم. هر چند این عوامل در ایمنی جمعی موثرند اما محاسبه این عوامل با توجه به دسترسی محدود به داده‌ها مشکل است.

تفاوت در تراکم جمعیت، رفتارهای فرهنگی، ساختار سنی جمعیت، نرخ بیماری‌های مشترک زمینه‌ای و میزان تماس گروه‌های مختلف، قدرت انتقال بین جوامع را تحت تأثیر قرار می‌دهد، بنابراین فرض یک R0 واحد در میان جمعیت‌ها واقع گرایانه نخواهد بود. به علاوه تفاوت در قدرت انتقال فردی نقش مهمی در گسترش سارس کوی-2 دارد. گسترش فراگیر زمانی اتفاق می افتد که شرایط برای میزان بالای انتقال فراهم شود.  این رویدادها شامل یک مورد ابتلا است که می‌تواند گروه بزرگی از تماس‌های غیر مستقیم را آلوده کند که برای پیشروی شیوع بیماریهای عفونی از جمله سارس و سندرم تنفسی خاورمیانه[6] مهم هستند (9). گزارشات ثبت شده گسترش فراگیر سارس کو-2 پیشنهاد می‌کند ناهمگونی در آلودگی بطور معنی داری در قدرت سرایت پذیری اثر دارد (10). در نهایت، فاکتورهایی که ناهمگونی بین افراد در استعداد ابتلا به کووید-19، آسیب شناسی بالینی و عواقب بیماری را تحت تأثیر قرار می‌دهد به خوبی درک نشده‌اند. تفاوت‌های گزارش شده از CFR های ویژه جنسیت و قومیت پیشنهاد می‌کند عوامل اپی ژنتیکی،  محیطی و اجتماعی احتمالاً در استعداد ابتلا به کووید-19 و شدت عوارض کووید-19 نقش دارند هر چند نیاز است در آینده مطالعاتی به بررسی این عوامل بپردازد (11).

ملاحظات

ایمونولوژیک برای ایمنی جمعی سارس کوی-2

قابلیت ایجاد ایمنی جمعی بر علیه سارس کو-2 بر پایه این فرض است که آلودگی با ویروس، ایمنی کافی و حفاظتی ایجاد می­کند. در حال حاضر اینکه انسانها به چه میزان قادرند "ایمنی مصون ساز" در برابر سارس کوی-2 ایجاد کنند مشخص نیست. اخیراً احتمال آلودگی مجدد با سارس کوی-2 در یک مطالعه گروهی کوچک در گونه‌ای از میمونها[7] نشان داد آلودگی مجدد تا یک ماه بعد از اولین آلودگی رخ نمی‌دهد که این خود نشان می‌دهد ایمنی از بین برنده کوتاه مدت در این حیوان یک ماه است (12). در یک مطالعه گروهی از 175 بیمار بهبود یافته کووید-19، پادتن‌های خنثی کننده[8] به میزان قابل توجه اما متغیر در اغلب افراد (165 نفر) مشاهده شد (13) که نشان  می‌دهد تولید آنتی بادی بر علیه سارس کو-2 نسبتاً رایج است.

در حالی که این یافته‌ها امیدوار کننده هستند، سؤالات مهم دیگری باید در نظر گرفته شود از جمله اینکه آیا تیتر پادتن‌ها به مرور زمان کاهش می‌یابد و چه مدت ایمنی حاصل دوام دارد؟ مطالعات قبلی در بیماران قطعی سارس ثابت کرده است که پاسخ پادتن‌های خنثی بر علیه سارس کوی برای چندین ماه تا دو سال دوام دارد، اگر چه اغلب افراد تیتر پائین پادتن را بعد از حدود 15 ماه نشان دادند (14). به علاوه غلظت افزایش یافته برخی از پادتن‌ها علیه کروناویروس 229E، یکی از ویروس‌های سرماخوردگی رایج، یک سال بعد از آلودگی مشاهده شد هر چند که این تیترها برای حفاظت از آلودگی مجدد در تمام افراد کافی نبود (15). در مجموع این مطالعات پیشنهاد می‌کند حفاظت در برابر آلودگی مجدد با گونه‌های کروناویروس بعد از مدت معینی کاهش می‌یابد هر چند مطالعات طولی سرولوژیک برای ارزیابی مدت زمان مصونیت با سارس کوی-2 نیاز است. اگر این مساله در مورد سارس کوی-2 هم اثبات شود، احتمالاً ایمنی جمعی دائمی در غیاب واکسیناسیون مکرر امکان پذیر نخواهد بود. با این حال، بر طبق مدل سازی قدرت سرایت سارس کو-2، پیش بینی می‌شود مصونیت کوتاه مدت  (10 ماهه) منجر به شیوع سالانه و مصونیت بلند مدت (2 ساله) منجر به شیوع دو سالانه می‌شود (16).  هم اکنون انبوهی از تست‌های سرولوژیک نیاز است تا مشخص شود چند نفر مبتلا شده‌اند، چتد نفر ایمن شده‌اند و چقدر تا آستانه ایمنی جمعی فاصله داریم. همانطور که گفته شد، حتی اگر آلودگی مجدد بعد از افول "ایمنی از بین برنده" رخ دهد، سلول‌های حافظه دار سیستم ایمنی اکتسابی احتمالاً کنترل ایمنی ویروس را تسهیل و بیماری زائی ویروس را محدود می‌کند که خوشبختانه شدت بالینی و آلودگی‌های  متعاقب را کاهش می‌دهد.

مروری بر آنچه گفته شد

در جمعیتی که به قدر کفایت ایمن شده است، ایمنی جمعی از راه به حداقل رساندن احتمال تماس مؤثر بین افراد مستعد و یک فرد آلوده منجر به حفاظت غیرمستقیم افراد مستعد می‌شود. در ساده‌ترین شکل ممکن، اثر ایمنی جمعی زمانی آغاز می‌شود که جمعیت به آستانه ایمنی جمعی رسیده باشد، به عبارتی  نسبت افرادی که به پاتوژن ایمن هستند از 1-1/R0 عبور کند. در این مرحله، سرایت مداوم رخ نخواهد داد، بنابراین شیوع کمتر خواهد شد. با این حال در جمعیت جهان واقعی، شرایط پیچیده‌تر است. عوامل همه‍گیری شناسانه و ایمنی شناختی مانند ساختار جمعیتی، تنوع در قدرت سرایت بین جمعیت‌ها و افول ایمنی حاصل شده، منجر به تفاوت‍هائی در حفاظت غیرمستقیم ایمنی جمعی خواهد شد. در نتیجه به هنگام بحث در رابطه با ایجاد ایمنی جمعی تمامی این موارد باید لحاظ شود. دو راهکار برای ایجاد ایمنی گسترده علیه سارس کوی-2 وجود دارد: 1 - یک واکسیناسیون گسترده که نیازمند تولید یک واکسن مؤثر و ایمن است؛ 2- مصون شدن طبیعی جوامع جهانی در برابر ویروس در طول زمان. عواقب راهکار دوم جدی است و دور از دسترس، زیرا بخش بزرگی از جمعیت انسانی باید به ویروس آلوده شوند و میلیون‌ها نفر در این میان تسلیم ویروس خواهند شد و جان خود را از دست خواهند داد. بنابراین در غیاب یک برنامه واکسیناسیون، ایجاد ایمنی جمعی نباید هدف اصلی باشد. در عوض، تاکید باید بر سیاست‍هائی باشد که از قشر آسیب پذیر محافظت کند به این امید که ایمنی جمعی نهایتاً در کنار چنین اقداماتی رخ دهد اگر چه خود هدف اصلی نیست.

این مقاله ترجمه ای است از:

Herd Immunity: Understanding COVID-19, Haley E. Randolph and Luis B. Barreiro, Immunity, May 2020.