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Modellierung kann in der Epidemiologie eine nützliche Alternative zur Realität darstellen, da es oft unmöglich ist, alle realen Interaktionen in hochkomplexen Systemen zu beobachten und aufzuzeichnen. Durch den Versuch, das System auf eine Reihe von Gleichungen oder wahrscheinlichkeitsbasierten Verteilungen zu reduzieren, können Ergebnisse erzielt werden, die in einem nützlichen Maße widerspiegeln, was unter bestimmten Bedingungen in der Natur passieren kann. Dies ist weitaus kostengünstiger und schneller als die Durchführung einer langfristigen Beobachtungsstudie in unterschiedlichen epidemiologischen Umgebungen.
Es ist offensichtlich, wie attraktiv es ist, jahrelange parallele Massenstudien in ein paar Sekunden Hochleistungsrechnen umzuwandeln. Da die Ergebnisse von Modellen jedoch vollständig von der Gestaltung des Programms und den Eingabeparametern abhängen, die das Programm berechnen soll, ähneln sie eher einem von Menschen gemalten Bild als einer filmischen Aufzeichnung eines Naturphänomens. Wie ein zweidimensionales Gemälde können sie eine nützliche Annäherung an die Realität liefern, wenn der Künstler dies wünscht und über ausreichende Fähigkeiten verfügt. Alternativ können sie ein Bild liefern, das den Betrachter dazu bringt, Dinge zu sehen, die in der Natur nicht vorkommen, indem bestimmte Aspekte übertrieben und andere minimiert werden, was absichtlich oder zufällig Emotionen oder Reaktionen hervorrufen kann, die bei direkter Beobachtung möglicherweise nicht auftreten. Obwohl sie wichtige Erkenntnisse liefern, sind sie bestenfalls eine grobe Nachahmung.
Die Modellierung menschlicher Krankheiten wird noch komplizierter, wenn man seltene Ereignisse auf Bevölkerungsebene vorhersagen will, da sich die Bedingungen und Reaktionen, die Krankheiten begünstigen oder abschwächen, im Laufe der Zeit stark ändern. Infektionskrankheiten töteten früher etwa die Hälfte aller Kinder vor dem 10. Lebensjahr, doch heute ist die Sterblichkeit in wohlhabenderen Ländern relativ selten, was vor allem auf Veränderungen in Hygiene, Lebensbedingungen, Ernährung und das Aufkommen von Antibiotika zurückzuführen ist. Massive Sterblichkeitsereignisse wie die Schwarzer Tod, wahrscheinlich aufgrund der Bakterien Yersinia pestis, sind heute äußerst unwahrscheinlich, da die Umweltbedingungen, die sie begünstigten, weniger verbreitet sind und die Infektion problemlos mit gängigen Antibiotika behandelt werden kann. Sich auf solche historischen Ereignisse zu verlassen, um die Wahrscheinlichkeit aktueller Gesundheitsrisiken vorherzusagen, wäre so, als würde man die Sicherheit des modernen Flugverkehrs anhand der Leistung der ursprünglichen Flugzeugentwürfe der Gebrüder Wright vorhersagen.
Seit Beginn des Covid-19-Ausbruchs und tatsächlich schon einige Jahre zuvor liegt der Fokus der internationalen öffentlichen Gesundheit verstärkt auf dem Risiko von Ausbrüchen und Pandemien. Dies mag angesichts der insgesamt stetigen globalen Abnahme der Sterblichkeit durch Infektionskrankheiten in den letzten Jahren unvereinbar erscheinen. 30 Jahrehat die Besorgnis zu Forderungen nach beispiellosen Finanzmitteln und einer umfassenden Neuausrichtung mehrerer internationaler Gesundheitsbehörden geführt. Ein 2024 vom REPPARE-Projekt der Universität Leeds veröffentlichter Bericht Rationale Politik statt Panik, zeigte, dass das Risiko in den Berichten mehrerer wichtiger internationaler Organisationen, die an der Entwicklung von Strategien zur Pandemieprävention, -vorsorge und -bekämpfung (PPPR) beteiligt sind, falsch dargestellt wurde. Ein wesentlicher Grund dafür war, dass Fortschritte in der Gesundheitsversorgung und technologische Fortschritte bei der Erkennung und Aufzeichnung von Krankheitsausbrüchen nicht berücksichtigt wurden.
Da die akute Phase der Covid-19-Pandemie vorüber ist, überprüfen viele Länder ihre Maßnahmen im Bereich der öffentlichen Gesundheit sowie die Priorität und Art und Weise, mit der künftige Pandemierisiken angegangen werden sollen. Die Mitgliedstaaten der Weltgesundheitsorganisation diskutieren weiterhin über die vorgeschlagenen Pandemie-Vereinbarung und Annahme von aktuelle Änderungen zu den Internationalen Gesundheitsvorschriften. Gleichzeitig wurden bereits mehrere neue PPPR-Institutionen gegründet, darunter eine neue Pandemiefonds, Internationales Netzwerk zur Überwachung von KrankheitserregernUnd eine Plattform für medizinische Gegenmaßnahmen, die alle ihre Investitionsfälle und Finanzanforderungen aktualisieren.
Prädiktive Modellierung durch Metabiota, ein Unternehmen, das inzwischen von Ginkgo Bioworkshat wesentlich zur Diskussion über das Pandemierisiko und die Notwendigkeit einer verstärkten Finanzierung beigetragen. Es war eine der beiden Hauptquellen zur Risikobewertung im High Level Independent Panel (HLIP) der G20. berichten im Juni 2021, der maßgeblich zur Information der G20-Gruppe der Nationen beitrug. Support für die PPPR-Agenda der WHO. REPPARE zuvor angesprochen Bedenken hinsichtlich der Interpretation von Modellergebnissen auf Grundlage eines Papiers von Wiesen et al. (2023) die die Urheberschaft von Metabiota (Ginkgo Bioworks) beinhaltete. Ginkgo Bioworks hat nun eine ausführlicherer Bericht an die neuseeländische Royal Commission on COVID-19 Lessons Learned – Geschätzte zukünftige Mortalität durch Erreger mit epidemischem und pandemischem Potenzial – im Folgenden „Bioworks-Bericht“ genannt.
Der Bioworks-Bericht zielt darauf ab, die Bedrohung der menschlichen Gesundheit durch Epidemien und Pandemien vorherzusagen. Das Risiko wird mithilfe von computergestützten Epidemiologie- und Extremwettermodellsimulationen geschätzt, um die Sterblichkeit durch Epidemien und Pandemien mit „niedriger Häufigkeit und hohem Schweregrad“ aufgrund von Atemwegserkrankungen, insbesondere pandemischer Influenza, neuen Coronaviren und viralen hämorrhagischen Fiebern (VHFs), abzuschätzen.
Die relative Häufigkeit und Größe der vorhergesagten Ausbrüche kann der nachstehenden Grafik aus dem Bioworks-Bericht entnommen werden. Während fast alle Ereignisse eine relativ geringe Sterblichkeitsrate aufweisen, wie dies bei allen modernen Pandemien nachgewiesenermaßen natürlichen Ursprungs der Fall ist, sind die Hauptursache für die durchschnittlichen jährlichen „erwarteten“ Todesfälle seltene, aber massive Ereignisse in einem Ausmaß, wie es sie seit der Entwicklung der modernen Medizin nicht mehr gegeben hat.
Der Bioworks-Bericht kommt zu dem Schluss, dass jährlich durchschnittlich 2.5 Millionen Todesfälle auf diese akuten Atemwegserkrankungen zurückzuführen sind (1.6 Millionen allein bei der Pandemie-Grippe). Viele werden diese Ergebnisse für unplausibel halten. So viele jährliche Todesfälle durch Grippe gab es seit einem Jahrhundert nicht mehr, und nur zweimal im vergangenen Jahrhundert, in den Jahren 1957-8 und 1968-9, erreichte die Sterblichkeitsrate den vom Modell angegebenen Durchschnitt. Die WHO geht davon aus, dass Covid-19, wenn man es als natürlichen Ausbruch betrachtet, eine gemeldete Sterblichkeit von etwas über sieben Millionen über drei Jahre aufweist.
Für VHF schätzt der Bericht, dass es weltweit durchschnittlich 26,000 Fälle gibt, davon 19,000 in Afrika südlich der Sahara. Das ist mehr als in jedem anderen Jahr zuvor. Der größte Ausbruch der jüngeren Geschichte, der Ebola-Ausbruch 2014, verursachte nur 11,325 Todesfälle. Es wird geschätzt, dass die Sterblichkeitsrate bei hämorrhagischem Fieber alle 100,000 Jahre bei über 25 liegt, mit einer Wahrscheinlichkeit von 48 %, ein Ereignis, das in der Menschheitsgeschichte möglicherweise nie eingetreten ist.
Zu diesen Ergebnissen führen zwei große Versäumnisse. Erstens übersieht das Modell Veränderungen in der Gesellschaft und Medizin in den letzten hundert Jahren, die zu durchschnittlichen globalen Lebenserwartung von unter 30 Jahren auf über 70 Jahre und in einigen wohlhabenderen Ländern auf über 80 Jahre ansteigen (siehe unten). So können bakterielle Infektionen wie die Pest (Y. Pestis), und Krankheiten wie Cholera und Typhus, die mit mangelnder Hygiene in Zusammenhang stehen, werden mit einer Wiederkehrrate und einem Ausmaß gerechnet, das für massive historische Ausbrüche relevant ist. Die Spanische Grippe von 1918-19 führte zu einer beträchtlichen Sterblichkeit aufgrund von sekundäre bakterielle Infektionen, deren Rückfallwahrscheinlichkeit seit der Einführung moderner Antibiotika deutlich geringer ist.
Zweitens berücksichtigt das Modell nicht die Einführung moderner Diagnoseverfahren wie PCR, Point-of-Care-Antigen- und Serologietests und Gensequenzierung sowie die verbesserten Möglichkeiten, solche Informationen aufzuzeichnen und zu übermitteln. Daher wird angenommen, dass die Zunahme der Meldungen eine tatsächliche Zunahme der Ausbruchshäufigkeit widerspiegelt und nicht hauptsächlich auf verbesserte Erkennungsmöglichkeiten zurückzuführen ist. Das Modell geht dann davon aus, dass sich dieser Anstieg in den kommenden Jahren fortsetzt.
Angesichts der enormen Veränderungen in der Medizin in den letzten 100 Jahren und der weiterhin stetigen verringern bei der Sterblichkeit durch Infektionskrankheiten erscheinen die Annahmen, die den Vorhersagen des Modells zugrunde liegen, unplausibel. Während zukünftige Fortschritte in der Medizin schwer zu messen sind, scheint es vernünftig anzunehmen, dass die Fortschritte in Hygienepraktiken, Ernährung, Wohnen, Diagnostik, Antibiotika und Impfstoffen im letzten Jahrhundert anhalten und das Risiko in den kommenden Jahren weiter verringern werden. Obwohl antimikrobielle Resistenzen auftreten können, sind sie vor allem bei endemischen Infektionen ein Problem und weniger bei Epidemien, und die Fortschritte bei antimikrobiellen Gegenmaßnahmen werden weitergehen.
Modellierungen dieser Art haben einen großen Einfluss auf die Politikgestaltung. Mit zunehmender Rechenleistung ist man versucht zu glauben, dass die Vorhersagegenauigkeit zunimmt. Ein Modell mit unrealistischen Annahmen und Eingabeparametern kommt jedoch in kürzerer Zeit einfach zu einem unglaubwürdigen Ergebnis.
Als akademische Übung kann die Modellierung dazu beitragen, Fragen aufzuwerfen, die durch ernsthafte Forschung beantwortet werden müssen. Wenn sie jedoch falsch angewendet und als Leitfaden für die Politik überbewertet wird, besteht die Gefahr, dass finanzielle und personelle Ressourcen von der tatsächlichen Krankheitslast auf eine unechte umgeleitet werden. Dies wird zu einer erhöhten Sterblichkeit führen, da die Folgen der derzeit hohen Belastung durch endemische Infektionskrankheiten wie Malaria und Tuberkulosesind nach wie vor stark von der Verfügbarkeit öffentlicher Entwicklungshilfe (ODA oder „Auslandshilfe“) abhängig. Die ODA für die Ernährungshilfe, die für die Verbesserung der Gesundheitsergebnisse von grundlegender Bedeutung ist, ist in den letzten vier Jahren um 20 % gesunken. Basierend auf Vorhersagen, einschließlich der hier diskutierten, entspricht das Äquivalent von fast 50 % der ODA vor Covid wird zur Vorbereitung auf eine Pandemie und zur Reaktion darauf vorgeschlagen. Dadurch werden notwendige Eingriffe an anderer Stelle reduziert.
Technologische Fortschritte haben zur Verringerung der Infektionskrankheiten und der pandemischen Sterblichkeit beigetragen. Ein Missbrauch der Technologie durch die unangemessene Verwendung von Modellen könnte viele dieser wichtigen Erfolge zunichte machen. Analog dazu beurteilen wir die Überlebenswahrscheinlichkeit transatlantischer Flugreisen nicht anhand der Wahrscheinlichkeit, dass die Segeltuchabdeckungen reißen. Ebenso wenig sollten wir die Überlebenswahrscheinlichkeit künftiger Pandemien anhand der Medizin des Mittelalters beurteilen.
Anmerkungen:
Den vollständigen Bericht finden Sie unter: https://essl.leeds.ac.uk/downloads/download/254/when-models-and-reality-clash-a-review-of-predictions-of-epidemic-and-pandemic-mortality
REPPARE-Berichte zum Pandemierisiko und zur Finanzierung der Pandemievorsorge- und -reaktionsagenda finden Sie unter: https://essl.leeds.ac.uk/directories0/dir-record/research-projects/1260/reevaluating-the-pandemic-preparedness-and-response-agenda-reppare
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