Šíření infekčních nemocí a fyzika  
Pod mými články jste mne označili za „chřipečkáře“, nicméně k sepsání tohoto článku mne přivedly komentáře, které zdejším autorům - fyzikům, na můj vkus arogantně a povýšenecky, dávaly najevo, že když nejsou biologové, že o covidu nemají psát, neboť tomu nemohou rozumět a mají se držet své fyziky,… Podotýkám, že šlo o grafy, z nich vyvozované predikce dalšího šíření COVID-19 a o postoj k omezování kontaktů.

Příklad simulace šíření epidemie ukazuje pokles míry infekce v důsledku sociálního distancování se. Kredit: M.Vrugt et al. Nature Research.
Příklad simulace šíření epidemie ukazuje pokles míry infekce v důsledku sociálního distancování se. Kredit: M.Vrugt et al. Nature Research.

Možná to někoho překvapí, ale ve světě se nepozastavují nad tím, že po propuknutí nemoci COVID-19 způsobené novým koronavirem SARS-CoV-2, se do predikcí zapojují nejen virologové, ale i fyzikové. Ti druzí jmenovaní převládají. Důvod je prostý, jejich matematikou postižené mozky dokáží modelovat šíření epidemií tak, jak se pak do značné míry i děje. Zda je takové modelování opravňuje vyjadřovat podporu opatřením, jako jsou omezení kontaktů, nošení roušek apod. ponechme stranou a podívejme se na jednu z nejnovějších prací věnovaných predikcím šíření infekcí a kterou včera zveřejnil prestižní časopis Nature.


Fyzikové Michael te Vrugt, Jens Bickmann a prof. Raphael Wittkowski z Ústavu teoretické fyziky na univerzitě v Münsteru se věnují modelování šíření infekčních nemocí od počátku pandemie. Jejich predikce se ukazují být až příliš přesné a i imunologové přiznávají, že se od nich mnohému přiučili. Jde v podstatě o to, že na předpovídání šíření infekce v populaci se dá velmi dobře využít metoda označovaná DDFT, vycházející z tzv. „dynamical density functional theory“. Ta není žádnou novinkou, byla vyvinuta již v devadesátých letech a fyzikové podle ní popisují a predikují chování interagujících částic.

Michael te Vrugt, Institute of Theoretical Physics, Universität Münster  (Kredit: uni-muenster.de).
Michael te Vrugt, Institute of Theoretical Physics, Universität Münster (Kredit: uni-muenster.de).

 

Hlavní autor studie Michael te Vrugt se jejich práci snaží laikům přiblížit přirovnáním lidí k částicím. V jejich modelu tak osoby dodržující sociální odstup mají „váhu“ částic, které se navzájem odpuzují (třeba kvůli shodnému elektrickému náboji). V jejich novém modelu zkombinovali tradiční teorii popisující šíření infekce s fyzikálním přístupem DDFT. Výsledkem je něco, co predikuje chování infekce mezi těmi, kteří se mohou navzájem infikovat, ale udržují si odstup. Přičemž nová metoda dovoluje do předpovědního systému vpasovat chování osob v „hotspotech“, kde se vyskytují infikovaní jedinci, i zahrnout vliv tzv. „super-spreader events“ – jinak řečeno, jak s následným šířením nemoci zamává pořádání hromadných akcí, jakými jsou trhy, koncerty,.. Že jejich předpovědi fungují mohou doložit dopadem oslav v Heinsbergu nebo après-ski v Ischglu,...

 

Ať se to nám biologům líbí, nebo ne, fyziky jejich obor vystavil mnohem dříve potřebě předpovídat chování uspořádaných a neuspořádaných systémů a mají v tom směru řadu zkušeností. Už proto není tak docela správné upírat jim právo se vyjadřovat k predikcím v oblasti spadající tradičně do sféry lučby živé. Jinde ve světě to aspoň nedělají. Také proto, že jejich prognózy, vzešlé z chování částic ve fyzikální zoologické zahradě, se ukazují být té naší biologické realitě, hodně blízko.

 

Literatura

Michael te Vrugt et al, Effects of social distancing and isolation on epidemic spreading modeled via dynamical density functional theory, Nature Communications (2020). DOI: 10.1038/s41467-020-19024-0



Datum: 05.11.2020
Tisk článku

Paralelní světy - Kaku Michio
 
 
cena původní: 499 Kč
cena: 419 Kč
Paralelní světy
Kaku Michio

Diskuze:

Model epidémie podľa modelu interagujúcich částic?

Z Z,2020-11-06 21:35:33

Ale v článkoch Osla nijaký takýto komplexnejší model od českých fyzikov predstavený nebol.
Len grafy vychádzajúce z toho, že sa bude nákaza šíriť podľa exponenciálnej funkcie.
Že keď na zvislú os budeme vynášať logaritmus nakazených, hospitalizovaných či zomrelých tak nám z toho vyjde priamka, čo je niečo oveľa jednoduchšie než "metoda označovaná DDFT".

Odpovědět

modely

Fabián Litoucký,2020-11-06 08:39:41

I sebelepší model bude potřeba neustále aktualizovat, čímž jeho predikativní hodnota rapidně klesá...

Odpovědět


Re: modely

Lukas Florner,2020-11-06 13:39:48

Proč? Pokud už je model kvalitní, pak přeci popisuje realitu/modelovanou oblast docela věrně. K čemu tedy aktualizace?

Odpovědět


Re: Re: modely

Fabián Litoucký,2020-11-06 14:11:57

Protože neexistuje model, který by dokázal popsat modelovanou oblast - sociální a ekonomické struktury lidské společnosti a jejich interakci dostatečně věrně.

Lidé nejsou částice.

Odpovědět


Re: Re: Re: modely

Lenka Svobodová,2020-11-08 23:25:31

V diskusi je velmi mnoho názorů nápadů. Přesto si nikdo nevšiml, že popis na grafu:

Příklad simulace šíření epidemie ukazuje pokles míry infekce v důsledku sociálního distancování se.

je chybný. Správně by měl popis znít:

Graf ukazuje, jak v důsledku sociální vzdálenosti se prodlužuje trvání epidemie tím, že klesá rychlost šíření infekce.

Všichni se příliš upínají ke splošťování křivky, že si přestávají uvědomovat, že zplošťování je negativní, nechtěný jev, který zvyšuje korupci. Prodlužováním infekce vzniká po delší dobu potřeba používat roušky, testovat nakažené a prodat víc vakcín.

Imunolog Václav Hořejší tady šíří dezinformaci, že tvrdšími restrikcemi je možné zničit, vyhubit vir a zkrátit dobu epidemie. To je pochopitelně nepravdivá konspirační teorie. Zeptal se někdo, proč ten graf po dosažení vrcholu klesá?

Klesá proto, že jakmile je v populaci více než 50% vyléčených, šíření se zpomaluje, neboť vyléčení působí v davu jako grafitové tyče v jaderném reaktoru. Přes vyléčené se infekce nešíří a tím jak jich přibývá, šíření se zpomaluje.

To ale také znamená, že když budete bránit nákaze roztodivnými restrikcemi, tak obyvatelstvo neonemocní, nevyléčí se a nebude působit jako brzda šíření viru. To také znamená, že po uvolnění se opětovně rychle zvýší nárůst hospitalizovaných a mrtvých. Chování viru bude dlouho turbulentní.

My vidíme podle dostupných informací, že nemocnice nejsou zahlcené ani při 8000 hospitalizovaných. Po propuštění simulantů a vyléčených zvládnou nemocnice přijmout o 50% více nemocných. To je také jediná z cest, která sníži / odstraní finanční ztráty z restrikcí a zkrátí pseudoepoidemii.

Důvod, proč v nemocnicích je málo místa, je zaviněn motivačními příspěvky za 1 hospitalizovaného 2300 Kč za den. Nemocnice by se daly uvolnit snadno snížením příspěvku na jednorázově 16.000 po propuštění vyléčeného pacienta. Má to ale háček, zdravotníci kladou odpor zaplňování nemocnic. To je jasné, když by se v nemocnicích léčilo 2x více chorých s kovidem, tak by nemocnice také opouštělo 2x více mrtvých za den, což mnohým nelíbí.

Každého sabotéra, který brání naplnění nemocnic, je možno potrestat zpřísněnými tresty na základě nouzového stavu. Přesto si myslím, že by se zdravotníci měli motivovat po dobrém, aby z nás sňali tíhu restrikcí a finančních ztrát.

2 řešení pseudoepidemie
1) naplnit nemocnice nemocnými s covid
2) zrušit restrikce a zavést restrikce jen pro ohrožené osoby. Pro ohrožené občany by dále platily všechny restrikce a omezení a ostatní by mohli jít kamkoliv, otevřít podniky a obchody. Restrikce na ohrožené občany bych ještě zpřísnila zavedením segregace, vyhrazené stoly, vyhrazená nákupní doba v potravinářských obchodech, v dopravních prostředcích by ohrožené osoby získaly privilegovaná místa vpředu, aby na ně vítr nezavál kapenky od ostatních.

Odpovědět

model

Dalibor Štys,2020-11-05 18:27:16

Stahování pořád ještě funguje www.uschovna.cz/zasilka/EH3XIN9GHM3H6SZ8-JI5 .

Šíření viru a proti němu nárůst imunity je dynamický systém. Různé způsoby zpomalování nebpo zrychlování mění náběh křivky, ale faktu, že dojde k několika oscilacím, nezabrání. Systém se utlumí do malých oscilací, ale můžeme dlouhodobě čekal i jednotky procent nakažených v populaci a desítky procent imunizovaných. Pokud virus nezeslábne nebo nebude účinná vakcína nebo lék pro velkou část populace.

Náš problém nebylo málo roušek, to by v Rakousku měli problém větší, než my. Problém bylo urychlování náběhu tím, že se infekční včas nedostali do karantény díky zahlcení testů.

Odpovědět


Re: model

Radim Valenčík,2020-11-06 08:48:53

Ne. Hlavní problém byl, že jsme u nás připustili vznik velkého množství ohnisek vícenákazy, z nichž se šíří nepříznivě složené portfolia nákazy, což brání zklidnění hlavního kmene našeho viru. Proto se u nás tak s takovými potížemi s epidemií vyrovnáváme.

Odpovědět


Přidusili a přechránili to moc Re: Re: model

Lenka Svobodová,2020-11-09 01:48:47

Co když byl hlavní problém v tom, že to přidusili a přechránili to moc?. Chránili mládež a dospělé. Ohrožené osoby nezachránili. Takže stále máme málo vyléčených a jsme stále na začátku i přes 500 miliardové ztráty. Co bude dál? Dostanou rozum, nebo ztratíme dalších 500 miliard?

Odpovědět

Jak

Mojmir Kosco,2020-11-05 18:05:39

Přesný je ten model pri puvodnim ucelu chování částic? Jak pri využití pro fyziku musí byt presne zadání?

Odpovědět

Osy grafu

Jirka Slintak,2020-11-05 17:17:26

Dobry den,
Predne dekuji za nezaujaty clanek, chci se zeptat, zda svisla osa(fraction) je myslena pomer nakazenych v celku a jak to interpretujete. Mozna doplnkova otazka, zda autori ppdrobili model dalsi infekci, tzn necham dobehnout social distance model a pak nasledne vsadim dalsi infikovane a modeluju cervene. Vneposledni rade jakou celkovou umrtnost dosahovali pri obou modelacich

Odpovědět


Re: Osy grafu

Josef Pazdera,2020-11-05 17:54:43

DObře víte, že článek není nezaujatý. Je zaujatý a straní těm, kteří pod svým skutečným jménem píší články a tento, více než co jiného, je pokus, aby se zde do diskusí vrátila slušnost.
Interpretaci grafu a nejen jeho a vysvětlení jejich pohledu na predikování z pohledu teorie dynamické hustoty, najdete v přiloženém odkazu viz Literatura. Článek je veřejně dostupný. Další je možné vyčíst od povolanějších - a to v diskusi časopisu Nature. Připadné dotazy prosím směrujte na hlavního autora vědeckého pojednání. Na dotazy opravdu odpovídá, já bych byl jen zbytečný mezičlánek. Zde je e-mail: michael.tevrugt případně theoretische.physik zavináč uni-muenster.de

Odpovědět


Re: Re: Osy grafu

Jirka Slintak,2020-11-05 19:15:54

Pane pazdera, ja se ptal, protoze vami pouzity obr v clanku nebyl a nejsem si jist,
Zda autor uvedl, co myslel tim -20/-30, obecne to chapu, ale nikde jsem to nenasel(popravde jsem prosel do 3/4 a nebudu vam lhat, ze se snazim pochopit ka,dy vzorec)
Pokud autori argumentuji zrychlenim vypoctu proti CIR, vas nenapadla myslenka, co by se stalo, kdyz se v prubehu modelace c prejde do b nebo a?
Prvni otazka tedy byla, abych pochopil o cem je rec(neb u sars-cov 2 bych ocekaval konec v3/4 nikoliv uplne nahore) a interpretaci jejich vysledku(s ohledem na to, jak celkem detailne popisuji, ze se snazi jejich model prizpusobit modelovani a vyuzivaji existujici komponenry). Doplnkova byla pouze uvaha(skoncil jsem po 30 min)

Odpovědět


Re: Re: Re: Osy grafu

V. Leitner,2020-11-05 21:13:35

K Vasemu dotazu - kouknete na fazove diagramy. Potom (tady jim to vzorce nebere) tak na ty oznacene 7, 8 a 9. Na rozdil od standardniho modelu tady lip makaji difuzni koeficienty.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Osy grafu

Jirka Slintak,2020-11-06 10:04:49

dobry den,
pokud bych Vam tvrdil,ze tem rovnicim rozumim,tak bych Vam lhal, nicmene jsem pochopil vysvetleni pod tim a difuzni koeficienty pomahaji "generovat" nehomogenity(velice zjednodusene, na vic nemam).
V textu bylo dale uvedeno, ze jejich model umoznuje pridat compartmenty(vekove skupiny atd). Zkusim preformulovat otazku co jsem se ptal pana Pazdery - ma tento nastroj pro Vas jako biologa smysl, jak hodnite jeho nynejsi stav(tj bez compartmentu), potrebujete vedet detailnejsi informace o strukture nebo to jsou pouze matematicke otazky. Co si predstavujete pod temi parametry -20/-30(self isolation, social distancing). Ano v textu je to zhruba vysvetleno,ale dava Vam to jako biologovi smysl?
To,ze to neni jasne dokladal dotaz pode mnou, kde se nekdo pta pro model pro plne obsazenou tramvaj, to preci neni predmetem modelace(zavrete lidi na 20 dni do tramvaje,nebo se mylim?)
Ja se ridim ,ze neni dulezite co prace rika,ale co predikuje, a v clanku jsem hledal odpoved na otazky coby-kdyby(coz mi elektotechnici milujeme, nebo nas to navraci do labim a overovani black-box modelu a snaha ten obvod rozkmitat a pokud mozno znicit,at ma vyucujici "radost")
napriklad(coz byl smer, ktery jsem oznacil jako doplnujici a pouze se ptam biologa,zda mu to dava smysl):
kdyz vidim dva grafy-modry a cerveny(v praci FIG 1), co se stane s modelem, kdyz z modre v urcite fazi prejdu na cervenou, zastabilizuje se to
vemu data z prvniho modelu a prozenu je znova tim samym modelem(v elektrotechnice seriove razeni), se stejnymi parametry nebo s jinymi
nebo kdyz vidim nastup epidemie a ja jim dam 4-5 nahodnych vzorku, jsou schopni urcit fraktal, ke kteremu se to bude blizit nebo potrebuji vedet neco dalsiho(napr priblizne promoreni v populaci formou sondou, coz mimochodem do ted nedelame)
v neposledni rade bych se zeptal,zda plocha pod cervenym a modrym grafem je stejna nebo ruzna

Ja si pana Pazdery velice vazim, a nikoliv proto,ze zastava stejny nebo opacny nazor,ale pouze informuje a predklada ctenari moznost dalsiho studia, ja se jen snazil zjistit jeho nazor. To je presne ucel osla(teda jak ja ho chapu poslednich min 15 let). Jeho zavery davaji smysl...
V neposledni rade bych si dovolil mensi vsuvku, pokud si zadate ve vyhledavaci COVID19 forecast models, vyplivne vam to relativne velke mnozstvi praci, kde se zabyvaji re-infekci, neni ze statistickeho hlediska snadnejsi vysvetleni,ze se jedna pouze o doplne k citlivosti testu(napr 2% pro citlivost 98%?). Ne vse, co se dnes pise ma mozna (z dlouhodobeho hlediska) smysl.

mejte se hezky a dekuji za odpoved
js

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Re: Osy grafu

Eva M,2020-11-06 14:04:18

(dobrý den, jen odbočka: "zavrete lidi na 20 dni do tramvaje" - tak jsem to skutečně nemyslela ani já. myslela jsem to tak, že přinejmenším v jistém období bylo cílem virus pokud ne eliminovat, pak alespoň marginalizovat - bylo to tvrzeno. k tomuto účelu bylo potřeba podniknout nějaké praktické kroky, a k těmto praktickým krokům se vztahoval graf v tomto článku (snažil se jako prakt. řešení prosadit ten distancing). nicméně tento graf v poměrně běžné situaci - jízda obsazenou hromadnou dopravou - patrně - a podle mne zjevně - "nefunguje" - viz "komunitní šíření".

o cílech zvládání epidemiol. situace se zde mnoho diskutuje - já si myslím,že nechat volně řádit virus neznámých vlastností /zrovna teď se "předvedl" na těch norcích/ není dobrý nápad - nicméně pokud zůstanou nefungujícími ta řešení běžných situací, konec bude stejně jen jeden (byť i v současnosti neznámý - p. Štys to má spočítáno, ovšem za 20 let ta "rovnováha" nemusí vypadat podle jeho současných predikcí)... )

:)konec nevyžádaného vstupu.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Re: Re: Osy grafu

Jirka Slintak,2020-11-06 19:11:51

Pokud jsem vas mylne uvedl, tak se omlouvam.
Autor clanku mne poslal navazujici praci:
https://arxiv.org/abs/2010.00962
Ja jsem si druhou pulku zari taky hral s grafy, sledoval prognozy a dokazal si,ze mrtvy koreluji s novymi pacienty. Na rozdil od pana wagnera jsem se mentalne dostal do stavu pana prof. Styse, protoze to v kratkosti nikam nevede. Nas problem je nedostupnost dat, pak se muzem mezi sebou donekonecna hadat skoly jo skoly ne.
Tramvaj mne vubec netrapi, znam min 3 pripady, kdy v rodine nebyly pozitivni vsichni
Mejte se hezky a pokud jsem se vas jakkoliv dotkl, tak se jeste jednou omlouvam.

Odpovědět

Eva M,2020-11-05 17:01:14

supr graf; nemohl by to pan te Vrugt spočítat pro plně obsazenou tramvaj s - dejme tomu - 30 - 50 stojícími pasažéry?

Odpovědět


Re:

Eva M,2020-11-05 19:12:52

...víte, on ten "social distancing" ´je taková "hraběcí rada", pokud k němu nejsou podmínky (proto se možná v ČR, kde se dost jezdí hromadnou dopravou, zas tolik nepropaguje; ono by asi bylo nějak řešitelné, ale byly by s tím nepříjemnosti).

Státy obecně jeví tendence švindlovat dle svých preferencí, takže cesty a podmínky šíření nejsou až tak dobře zmapovány.

K mému překvapení mělo Buenos Aires přes (jejich) zimu 200 dní tzv. lockdown a rostli.
teprve nyní na jaře klesají, a to poměrně zřetelně. chvíli to vypadalo jako efekt sluneční dezinfekce (co na to fyzici?) - jenže naopak roste montevideo, které je přibližně ve stejné zem. šířce...

No a dánové vybíjejí 17mil. norků, že se jim nakazili nějakou nebezpečnou mutací, asi se nedistancují ... (a když norci, tak zdalipak i jiná zvířátka...třebas kočky, kunovití,a co třeba potkani... a trus, prach...)

S ohledem na tzv. komunitní šíření vč. venkova to na kardinální průlom s tím distancingem moc nevypadá.

Odpovědět


Re: Re:

Jaromil Jarecký,2020-11-05 21:11:30

Tak já fakt nevím - co není pochopitelného na tom, že když objekty budou od sebe na správnou vzdálenost virus nepřeskočí. Chápete? Takže asi logicky ten "social distancing" lidi nedodržují .... Ergo - není chyba v distancingu....

Odpovědět


Re: Re: Re:

Michal Taraba,2020-11-05 22:41:36

Já bych to vysvětlováním rozdílů v distribuci starého Gause , ani fázovými diagramy nekomplikoval. Panu Slintákovi bych to zjednodušil na to, že: „graf je ukázkou něčeho, co nám ukazuje, že ať si budeme se vstupními hodnotami manipulovat v hodně širokých mantinelech, vždy se ukáže, že snížení sociálních interakcí má vliv před šířením epidemie". Takže SIR-DDFT model je na straně rouškařů.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re:

Michal Taraba,2020-11-05 22:43:39

pardo, to patřilo kolegovi Leitnerovi, čímž ho zdravím :)

Odpovědět


Re: Re: Re:

Martin Svoboda,2020-11-06 05:24:06

Opravdu si myslíte, že je schopná nějaká lidská společnost dodržovat sociální distanc? Všichni tvrdí, že 10 kontaktů týdně je tak maximum, co by mělo být. Druhou větou to ale potřou, mělo by to být 7.

Jak to chceme udělat? To je jeden člověk denně! Já toho schopný jsem, mám tak pět kontaktů a to ještě ne rizikových. Jenže jsem výjimka a i mě výjimce to leze naprosto šíleně na mozek.

Jediné řešení je nechat umřít polovinu, dvě třetiny lidí. Pak to asi půjde. Samozřejmě, bude nutné opustit průmyslovou civilizaci, tam jsou ty skupiny dost velké. Ale to přijde asi tak nějak samo.

Odpovědět


Re: Re: Re:

Eva M,2020-11-06 06:28:58

:) neříkám, že nutně musí být chyba v teoretické koncepci distancingu, ale (nejen) v té narvané tramvaji se to dodržuje fakt blbě.... jak Vám pan autor jistě hravě vymodeluje


...navíc Vám zůstávají další otázky, k nimž se distancing nevyjadřuje: např. "je bezpečné, abych se svezl výtahem, když všude řádí záhadný virus?" (pokud je pater 10, je to celkem i dilema...).... "fakt se kolegové v kanceláři při distancingu vzájemně nenakazí?" atd..... .... já vím, on se vyhlásil ten "nutný 15minutový kontakt"... tož ale máme ten masový komunitní přenos, tak ono nám asi některý předpoklad neplatí...

Berte to tak, že když si dnes člověk přečte v lidovkách titulek "Nákaza od norků v Česku nehrozí. Chovy jsou už vybité a ve volné přírodě jde o velmi plaché zvíře", podepsána autorita z ministerstva zemědělství, řekne sí -- a jóoo, no, to už jsme slyšeli, a jak to dopadlo....

... a tohle - oprávněná nedůvěra k některým autoritám včetně vědců - bude jeden z důsledků

Odpovědět


Re:

Radim Valenčík,2020-11-06 08:49:38

Ohleduplnost a použití rozumu. Tramvaj – i v zimě (zatím ještě mrazy nejsou) jedno či raději dvě otevřená horní okénka mnohonásobně snižují riziko přenosu nákazy. Výtah do 10 patra? No prostě nemačkat se. Počkat. On se mj. i „propláchne“ vzduchem po cestě dolů. A požadovat, aby správě umožnil lepší větrání výtahu.

Odpovědět


Re: Re:

Eva M,2020-11-06 10:57:19

Na druhou stranu Vám mohou otevřená okénka roznést nachrchlané kapénky i k těm, na něž by se jinak nedostalo…tady by to modelování mohlo být zajímavé a možná i přínosné… leč

Odpovědět


Re: Re: Re:

Eva M,2020-11-06 10:57:44

...:) jak známo, vytváří se pouze ty modely, které vyhovují názoru modeláře; tož že to dosud nikdo nemodeloval, může znamenat že a) modeláři jezdí autem b) model by nedopad…

Odpovědět



Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace