Yhdistettyjen jaettujen tilojen malli COVID-19-tartunnoissa ja tartuntojen estäminen suljettujen sosiaalisten piirien avulla

Chen Shenin ja Yaneer Bar-Yamin essee

Chen Shen (oik.) ja Yaneer Bar-Yam (vas.)

Koronavirustautitartunta tapahtuu pääasiallisesti aivastusten (pisaratartunta), fyysisen kosketuksen, jaetun hengitysilman, ja virushiukkasten tavalla tai toisella saastuttamien kontaktipintojen fyysisten kosketuksen, kautta. Tämä kuvaus auttaa meitä ymmärtämään yksittäisiä tartuntatapauksia ihmisestä toiseen. Yksittäinen tartuntatapaus ei kuitenkaan sinänsä muodosta tartuntaverkkoa. Jokaisella yksilöllä yhteiskunnassa on päivittäin satoja mahdollisia yhteyksiä muihin yksilöihin eri tavoin — kyse voi olla fyysisestä etäisyydestä, saman ilman hengittämisestä tai muiden koskettelemista tartuntapinnoista. Jos tartunta tällaisten pintojen kautta olisi erittäin todennäköistä, tartuntoja ilmaantuisi huomattavasti havaittua nopeammin. Sen sijaan näyttää siltä, että tartuntanopeus ei riipu yksinomaan satunnaisista kohtaamisista, vaan laajoista altistumisista. Mikä siis kuvastaa populaation sairastumista? Ehdotamme “jaetun tilan” käsitettä keinona ajatella kahden henkilön välisen tartunnan todennäköisyyttä. Tämän ajatuksen mukaan kaksi yksilöä voivat todennäköisesti levittää sairauden toiselle, jos he jakavat toistuvasti tai kauan aikaa saman tilan. Tämä saa meidät pohtimaan tapaa, jolla tartunnat tapahtuvat toisiinsa yhdistettyjen jaettujen tilojen joukkona. Vastaavasti tartuntojen estämiseksi on tarkoituksenmukaista erottaa sosiaalisesti kytkeytyneet jaettujen tilojen saaret toisistaan ja luoda suljettuja “sosiaalisia piirejä”. On olemassa monia tilanteita, joissa kontakteja ei voida välttää, tämä ajatus auttaa ymmärtämään, miten tartuntoja voidaan huomattavasti vähentää. Tämän mallin validointi edellyttää yksittäisten tartuntatapausten laajamittaista tutkimusta. Yksi osoitus siitä, että tämä pitää paikkansa, on, että laajamittainen kontaktien jäljitys on mahdollista, joten tuntemattomat satunnaiset kontaktit eivät todennäköisesti johda tartuntoihin.

Pyrkiessämme torjumaan koronavirustaudin meille asettamia haasteita, eräs tärkeimmistä haasteista on sen leviämisen ymmärtäminen. Se, miten ymmärrämme tartunnat, vaikuttaa sekä sen matemaattiseen mallintamiseen että myös leviämisen pysäytystoimiin niin yksilöinä kuin myös laajemmin yhteiskunnallisesti. Epidemiologisissa malleissa oletetaan usein, että jokaisella yksilöllä on tyypillinen tartuntanopeus, joka on samanlainen yksilöiden välillä. Toinen malli on verkostotiede, jossa tartuntoja tarkastellaan sosiaalisen verkoston kautta, joka on riippuvainen yksilöiden yhteyksistä yhteiskunnassa. Tässä kuvassa henkilöllä voi olla korkea tai heikko yhteys. Tartuntoja hallitsevat keskipisteet eli solmukohdat, joilla on suuri määrä yhteyksiä muihin. Niiden yksilöiden, jotka ovat solmukohtia, tunnistaminen voi antaa mahdollisuuden vähentää tartuntoja. Solmukohtayksilöiden yhteyksien vähentäminen on tärkeä seikka epidemian hallitsemiseksi. Tarkemmin sanottuna verkon kartoittamisesta tulee tärkeä osa tartuntojen ymmärtämistä. Toinen kehys on dynaamisesti tapahtuvien tartuntojen ymmärtäminen. Kuvailemalla niiden luonnetta, jossa toinen kahdesta ihmisestä tartuttaa toinen toisensa esimerkiksi läheisen fyysisen kontaktin kautta, on tärkeää. Tätä lähestymistapaa voidaan yleensä soveltaa sukupuolitautiverkoissa, joissa kahden henkilön välillä on ajallisesti erillinen tartuntatapahtuma.

Nämä käsitteet eivät kuitenkaan sovellu kovin hyvin koronavirustaudin leviämiseen niin kuin se tänään ymmärretään. Tartunta tapahtuu aivastusten, fyysisten kosketusten, saastuneiden pintojen ja saman hengitysilman kautta. [*] Se on siksi enemmän sidoksissa fyysiseen tilaan kuin erityiseen kontaktiprosessiin. Tämä tekee sekä tavanomaisista sosiaalisten verkkojen rakenteista että tietyistä parillisista kontakteista varsin rajallisia; niiden avulla ei voida ymmärtää riittävän hyvin koronavirustaudin leviämistä. On myös hyvin tiedossa, että tartuntatapahtumat voivat olla hyvinkin paksuhäntäisiä, kuten Wuhanin eksoottisilla eläinmarkkinoilla, Etelä-Korean uskonnollisissa tapahtumissa ja Bostonin biotekniikkatapahtumassa huomattiin. Tällaisia tartuntatapahtumia ei voi kuvailla olettamalla tyypillisiä tai keskimääräisiä tartuntanopeuksia (esim. gammajakaumat, joilla on eksponentiaalinen häntä, riippumatta siitä, kuinka vinoutuneita jakaumat ovat). Lisäksi matala tartuntanopeus suhteessa tyypillisen ihmisten kontaktimäärään osoittaa, että arkiset fyysiset kosketukset eivät riitä selittämään tartuntojen määrää. Itse asiassa kontaktien jäljittämispyrkimysten onnistuminen taudin leviämisen estämiseksi osoittaa, että tartuntojen käsitteleminen pienen todennäköisyyden yksittäisinä tapahtumina ja kokonaistodennäköisyyden kuvaaminen näiden pienen todennäköisyyden omaavien tapahtumien kasautumisena ei ole mielekästä. Tartunta tapahtuu tunnistettujen yksilöiden välillä sen sijaan, että ne tapahtuisivat pienen todennäköisyyden omaavien satunnaisten kohtaamisten tai tapahtumien vuoksi. Näin ollen tilastolliset populaatiomallit eivät kuvaa tartuntaprosessin keskeistä rakennetta. Tämä käsite on riittävän tärkeä toisella tavalla kuvattavaksi: alhainen todennäköisyys, mutta merkittävä satunnaisen tartunnan todennäköisyys (voidaan kuvata tilastollisella mallilla) poikkeaa hyvin alhaisen todennäköisyyden tartunnasta ja läheisen kontaktin tartunnasta (tilastolliset mallit kuvaavat tätä huonosti, koska tämä riippuu suoraan heterogeenisen sosiaalisen verkoston rakenteesta).

Yksinkertaisesti sanottuna tämä tarkoittaa, että toisen ihmisen ohittaminen kadulla ei johda tartuntaan. Tartunta tapahtuu, kun tartunnan saanut yksilö on lähellä, suorassa kosketuksessa tai epäsuorassa kosketuksessa terveen yksilön kanssa kauan aikaa samassa tilassa tai useita ketoja, vaikka jokainen yksittäinen kontaktikerta olisi ajaltaan rajallinen.

Näiden COVID-19-tartuntojen tunnettujen ominaisuuksien vuoksi erilainen käsitys tartunnoista voi olla tarpeen ja sitä on ainakin pohdittava. Tämän vuoksi ehdotamme “jaetun tilan” -tartuntamallia COVID-19-tartuntojen paremmaksi ymmärtämiseksi ja yksilöiden, tapahtumien ja tartuntaverkon tunnistamiseksi. Analyysimme on yhdenmukainen verkkojen ja järjestelmien modulaarisuuden kanssa yleisellä tasolla. Tämä tarjoaa mahdollisuuden vähentää taudinaiheuttajan haitallisen jatkoleviämisen vaikutuksia.

Jaetun tilan mallissa oletetaan, että kun tartunnan saanut henkilö, joka on säännöllisessä tai tiiviissä/intensiivisessä pidennetyssä aikajaksossa, jakaa yhteisen tilan muiden kanssa, tartunta tapahtuu todennäköisemmin. Huomaa, että tämä ei rajoitu kahden henkilön väliseen tartuntaan, joten tavanomainen verkostomalli ei välttämättä sovellu tähän.

Jaetun tilan tartunta

Luodaksemme kartan mahdollisesta tai todellisesta tartuntaprosessista, meidän on kyettävä tunnistamaan henkilöt, ryhmät ja tapahtumat — ja tietysti erotettava niiden ominaisuudet — muodostaaksemme tartuntaprosessikaavion yksittäisissä, ketjumaisissa tai moninkertaisissa tartuntatapahtumissa. Tartuntadynamiikan on pidettävä sisällään myös tartuntamahdollisuuksien historia itämisajan kuluessa. Jos yksi tartuntatapahtuma voi tapahtua kaksi henkilöä yhdistävien olosuhteiden vuoksi, ja seuraava tapahtuu itämisajan kuluessa, tartuntaketju saattaa syntyä, koska tähän tapahtumaan sisältyvät yksilö eivät tunnista oireitaan, jonka vuoksi he eivät myöskään välttämättä eristäydy. Tunnistamme tässä seuraavat tartuntatapaukset:

1. Kotona (yksi ryhmä). Vaikka tartunnat kotona ovat erittäin todennäköisiä, niin tämä ei ole laajennettu verkko, joten se ei johda laajennettuihin tartuntaketjuihin. Yhdelläkään yksilöllä ei kuitenkaan pidä tässä tapauksessa olla ylimääräisiä jaettuja tiloja.
2. Ihmisillä, joilla on kaksi jaettua kotitilaa, luo tartuntaketjun mahdollisuuden, esimerkiksi heidän siirtyessään kodista toiseen, koska he oleskelevat:
   a) vanhempiensa ja puolisonsa asunnoissa
   b) puolisonsa ja “kaverinsa asunnoissa
   c) kämppiksensä asunnossa työpaikalla ja vanhempiensa luona muutoin
   d) tai yleisemmin: muiden kuin itsensä kanssa missä tahansa tilassa ja siirtyvät tästä tilasta muiden kuin itsensä asuttamaan tilaa.
3. Yhteisö- tai laitostilat luovat mahdollisuudet lukuisille tartunnoille. Tämä ei periaatteessa eroa tavanomaisista asunnoista siinä mielessä, että erillislaitos ei mahdollista laajennettua tartuntaa, mutta se johtaa laajennettuihin tartuntaketjuihin, jos yksi henkilö on sairastunut. Laitostilat ovat erityisen haavoittuvassa asemassa, koska tartunnan saaneen eristäminen edellyttää, että yhdelläkään ihmisellä ei ole jaettua tilaa muiden asukkaiden kanssa.
4. Ajallisesti pitkät joukkokokoontumiset luovat mahdollisuuden supertartuttajatapahtumille, jotka yhdistävät jaettuja tiloja omaavat henkilöt lukuisiin muihin tiloihin.
5. Yksilöt, joilla on monia läheisiä (jaetun tilan) kontakteja synkronisesti tai sarjassa. Tämä voi johtua esimerkiksi
   a) ammatista, esimerkiksi sairaanhoitajat, fysioterapeutit, hierojat, seksityöntekijät, ravintola- ja majoitusalan työntekijät. Ei ole lainkaan selvää, missä määrin tällaisten sarjakosketusten pitää olla läheisessä tai toistuvassa kontaktissa muiden kanssa, mutta jos he tartuttavat useita ihmisiä, niin heidän tartutusmahdollisuutensa ovat suuret
   b) Henkilökohtaiset tai ammatilliset seikat, jotka saavat ihmiset siirtymään kokouksesta toiseen tai osallistumaan kokoontumisiin ja juhliin.

Tämän jaettujen tilojen käsitteen seuraus on se, että tartuntavektoreina toimivat ne yksilöt, joilla on useita jaettuja tiloja. Henkilöt, jotka jakavat tilaa vain yhden ihmisjoukon kanssa, ovat suhteellisen turvassa. Jos yhdellä heistä on kuitenkin useampia jaettuja tiloja, kaikki muutkin ovat vaarassa.

Johtopäätökset

Epidemian pysäyttämiseksi meidän on tunnistettava ne ihmiset, jotka jakavat tiloja useampien ihmisten kanssa. Meidän on valittava tarkoin, kenen kanssa jaamme tilaa. Ja näiden terveiden yksilöiden on muodostettava “sosiaalisia piirejä”: ryhmiä, jotka eivät muodosta yhteyksiä muihin ryhmiin.

Esimerkki 1: Korkeakoulujen päätös opiskelijoiden etäopetuksesta oli tehokas tapa välttää supertartuttajatapahtumia esimerkiksi asuntoloissa ja luentosaleissa, jotka ovat yhteisiä tiloja. Tämä prosessi kuitenkin yhdistää opiskelijoiden jaetun tilan heidän jokaisen vanhempien yhteiseen tilaan. Tämä vaarantaa sekä opiskelijat että vanhemmat — luennoitsijoista puhumattakaan. Olisi paljon parempi, jos opiskelijat asettaisivat itsensä karanteeniin tai siirtyisivät erillistiloihin vanhemmistaan 14 päivän ajaksi. Tämä siksi, että oireiden pitäisi alkaa vähintään 14 päivän kuluessa.

Tämä tekee myös selväksi sen, että tartuntaverkkoon kuuluu sekä henkilökohtaisia että ammatillisia yhteisiä tiloja. Laitoksien ja yritysten, mukaan lukien sairaaloiden ja muiden terveydenhuoltolaitosten, osalta on tärkeää tunnistaa, ketkä työntekijöistä ja asukkaista ovat yhteydessä toisiinsa yhteisessä tilassa, jotta tartuntariski voidaan ymmärtää.

Esimerkki 2: Monista ihmisistä huolta pitävien laitosten työntekijöiden kannalta on tärkeää ymmärtää, että hän saattaa jakaa tilan kotona puolisonsa tai kämppiksensä kanssa. Puoliso tai kämppis, jos hän tekee töitä kotoa, ei aiheuta välitöntä tartuntauhkaa muille. On kuitenkin merkittävä leviämisriski, jos asuinkumppani jakaa tilaa (a) jonkun muun kanssa, (b) käy töissä, jossa on yhteisiä tiloja muiden kanssa tai © on äskettäin käynyt tai tulee käymään monipäiväisessä tapahtumassa ystävien tai kollegoiden kanssa. Mikä tahansa näistä laajentaa niiden yksilöiden määrää, joilla on yhteyksiä jaettuun tilaan. Tartuntojen pysäyttämiseksi ihmisjoukon, jotka jakavat yhteisen tilan, on muodostettava yhteisöllinen saari, suljettu sosiaalinen piiri. Työnantajien pitäisi luoda kyselylomakkeet ja tiedustella työntekijöiden yhteisistä tiloista, jotta varmistetaan se, että tartuntaketju ei ulotu työntekijöiden ensimmäisiä kontakteja pidemmälle. Jos näin ei kuitenkaan ole, heille tulee suositella vaihtoehtoista asumisjärjestelyä ja varmistettava, että he eivät työtehtävässään ulota tartuntariskiä jaettuihin tiloihin.

Tämän siirtomallin hyödyllisyys on siinä, että yksilöiden välisiä kontakteja ja jaettuja tiloja on loppu viimein mahdotonta täysin poistaa. Tunnistamalla tartuntaverkon voimme kuitenkin huomata, mitkä kontaktit on poistettava tartuntanopeuden hidastamiseksi tai painamiseksi nollaan. Vaikka kaikkia kontakteja ei poistettaisi, suljettujen turvallisten piirien avulla tartuntanopeuden pitäisi merkittävästi alentua. On tärkeää huomata, että itämisjakson aikana esiintyvät kontaktit on otettava huomioon. Niillä alueilla, joilla on aktiivisia tartuntatapauksia, on tärkeää käynnistää mahdollisimman täydellinen 14 vuorokauden mittainen eristysprosessi. Tämän eritysprosessin jälkeen, kun tartunnan saaneet henkilöt on tunnistettu ja poistettu tartuntaverkosta joko karanteeniin tai sairaalaan, on mahdollista lisävarotoimenpiteiden avulla kehittää kasvavia suljettuja sosiaalisia piirejä.

—

Huomautukset

[*] Kosketuksia ulosteisiin ja eritteisiin on vältettävä mahdollisimman paljon.

Suomennos Chen Shenin ja Yaneer Bar-Yamin (Twitter) esseestä “A linked shared space model for COVID-19 transmission and its prevention by forming closed social circles”. Essee ilmestyi New England Complex Systems Instituten verkkosivuilla 20.3.2020.

Chen Shen työskentelee tutkijana New England Complex Systems Institutessa Bostonissa Yhdysvalloissa. Hän on opiskellut tietojenkäsittelytiedettä (insinööri) ja viestintää, kulttuuria ja teknologiaa (FM).

Yaneer Bar-Yam on fyysikko, järjestelmätieteilijä ja New England Complex Systems Instituten perustaja. Hän on erikoistunut monimutkaisten järjestelmien tutkimukseen ja tehnyt tutkimusta lukuisilla eri tieteenaloilla aina materiaalitieteistä neuraaliverkkoihin.

Kirjoituksen on suomentanut Thomas Brand (Twitter).