Modeling Anthrax with Optimal Control and Cost Effectiveness Analysis

Anthrax is an infection caused by bacteria and it affects both human and animal populations. The disease can be categorized under zoonotic diseases and humans can contract infections through contact with infected animals, ingest contaminated dairy and animal products. In this paper, we developed a mathematical model for anthrax transmission dynamics in both human and animal populations with optimal control. The qualitative solution of the model behaviour was analyzed by determining Rhv, equilibrium points and sensitivity analysis. A vaccination class was incorporated into the model with waning immunity. Local and global stability of the model’s equilibria was found to be locally asymptotically stable whenever Rhv Rhv. It was revealed that reducing animal and human interaction rate, would decrease Rhv. We extended the model to optimal control in order to find the best control strategy in reducing anthrax infections. It showed that the effective strategy in combating the anthrax epidemics is vaccination of animals and prevention of humans.

炭疽PasteurⅡ株芽孢气溶胶感染小鼠模型的构建与评价

目的构建炭疽PasteurⅡ株芽孢气溶胶感染小鼠模型并评价构建效果。方法选取补体成分C5缺乏的B10.D2-Hc^(0)H2^(d)H2-T18c/oSnJ小鼠,以气溶胶肺递送途径感染炭疽PasteurⅡ株芽孢(减毒株),研究感染后的疾病进展、细菌载量、组织病理学改变、细胞因子和急性反应蛋白水平。结果小鼠半数致死剂量为5×10^(3)CFU。炭疽芽孢肺部感染小鼠12 h后就出现多器官转移并引发菌血症;组织病理改变及炎症反应与其他物种(包括兔、非人灵长类及人类)相似;血清和肺泡灌洗液中的C反应蛋白和血清淀粉样蛋白P水平表明小鼠感染后可激发急性炎症反应。结论该模型可作为替代性的小动物模型,用于进一步阐明炭疽芽孢杆菌的发病机制和宿主对炭疽芽孢易感性的差异,为炭疽疫苗和治疗药物提供新方法。

炭疽疫苗及治疗药物筛选和评价模型研究进展

炭疽疫苗和治疗药物的研究是近年来国际上研究热点之一,由于对它们的有效性研究不能在人体进行,因此实验模型的选择就特别重要.目前常用的细胞模型主要包括CHO细胞和J774A.1细胞.动物模型种类较多,包括小鼠、大鼠、豚鼠、兔和猴等都被作为炭疽的动物模型加以研究.由于模型选择的差异,实验结果常出现较大差异,甚至得到相反的结果.回顾了以往在细胞和动物模型上进行的炭疽实验,分析选择炭疽研究模型的原则和依据.同时,为探讨不同模型之间产生实验结果差异的原因,简要介绍了炭疽杆菌的致病机理,以及炭疽疫苗和治疗药物的研究进展.

口岸炭疽事件危害范围的模拟研究

目的通过计算机模拟技术研究口岸生物恐怖事件中的炭疽因子扩散模拟和污染区域的划分,为突发公共卫生事件应急处置提供决策支持。方法运用高斯扩散模型对口岸中生物因子的扩散进行计算机模拟,结合典型的生物战剂炭疽的感染浓度对扩散后气溶胶的浓度和分布进行污染区域的划分。结果通过模拟运算,得到了炭疽在口岸的扩散规律以及浓度分布并划分出污染区域。结论利用高斯扩散模型可以精确模拟出口岸生物因子的扩散并划分污染区域,为口岸突发公共卫生事件应急响应提供决策支持。

具有时滞和季节性的炭疽模型的动力学分析

该文建立了一个关于炭疽的时滞传染病模型,该模型考虑了炭疽传播的季节性和潜伏期.给出了模型的基本再生数R_(0),研究表明模型的动力学行为完全由R_(0)来决定.当R_(0)<1时无病周期解全局吸引,疾病绝灭;当R_(0)>1时,系统存在一个正的周期解,疾病持久生存.对相应的自治系统,根据基本再生数得到了无病平衡点和地方病平衡点的全局渐近稳定性.最后数值模拟研究了R_(0)关于参数的敏感性及接种和尸体处理策略对炭疽传播的影响.

抗炭疽人源化单抗在炭疽芽孢致死小鼠模型中的治疗效力评价

目的:建立炭疽芽孢(疫苗株A16R)攻击DBA/2J小鼠的致死模型,并使用该模型评价抗炭疽人源化单抗5E11的治疗效力。方法:用不同剂量A16R芽孢背部皮下攻击小鼠,计算半数致死剂量(LD_(50));ELISA定量检测5E11在小鼠体内的药代动力学参数;用100倍LD_(50)的芽孢攻击小鼠,攻毒后不同时间用不同剂量的5E11单抗治疗小鼠,观察小鼠存活等情况。结果:A16R芽孢攻击DBA/2J小鼠的LD50为7.8×10～3CFU;5E11在小鼠体内的平均消除半衰期约为7 d;攻毒后1 d给药的几个剂量组能够完全保护,攻毒后2～3 d给药能够提供40%～80%的保护。结论:抗炭疽人源化单抗5E11在芽孢攻击致死小鼠模型中表现出良好的保护效果,具有紧急治疗炭疽芽孢感染导致的急性炭疽的潜力。

城市炭疽气溶胶恐怖事件医学处置效果评估方法

目的构建一种炭疽气溶胶恐怖事件医学处置效果的量化评估方法。方法首先构建炭疽暴露后医学干预的决策树模型、关键资源消耗配置模型及不同干预措施下人群状态转移模型,从而形成一个资源约束下炭疽事件医学处置效果的评估框架。然后基于离散事件仿真技术,以我国大城市遭受炭疽恐怖袭击为情景,分析评估52种干预策略对发病人数、峰值、死亡人数的影响。结果干预效果对介入延迟时间和资源储备量2个因素均敏感。在仿真案例中,当介入延迟时间为事发后1 h时,将资源储备量从25%提高到100%可减少约59.91%的死亡人数;当介入延迟时间为事发后145时,将资源储备量从25%提高到100%只能减少约7.33%的死亡人数。干预策略对发病人数达到峰值的时间影响很小,最大值为10.52 d,最小值为9.67 d;对峰值人数影响较大,最大值为255 072人,最小值为103 943人。结论建立了一种炭疽气溶胶恐怖事件医学处置效果的定量评估方法,在医学救援能力建设、应急策略选择方面具有一定的参考价值。

城市小区建筑对炭疽气溶胶扩散的影响

应用AERMOD模型,模拟城市居民小区内有建筑物和无建筑物时炭疽气溶胶的扩散情况,研究建筑物及释放方式对炭疽气溶胶扩散的影响。结果表明:炭疽气溶胶的扩散受小区建筑阻挡,在建筑物迎风面和侧面形成气溶胶滞留区;炭疽气溶胶在小区通道中扩散时,通道内瞬时强风使气溶胶快速向下风向蔓延,下风向污染区域面积更大,但通道外气溶胶浓度较低;炭疽气溶胶在楼顶释放时,气溶胶沉降形成滞留区,污染区比无建筑时小,但小区内气溶胶浓度更高。研究结果可为生物恐怖袭击应急响应提供参考。

炭疽恐怖事件人员危害定量评估研究状况和前瞻

2001年美国炭疽邮件恐怖事件发生后,相关学者对生物恐怖,特别是对炭疽恐怖事件的危害评估,展开了深入研究。本文从确定炭疽芽孢杆菌芽孢浓度分布的扩散模型和确定发病率同芽孢剂量关系的剂量响应模型两个方面,对目前炭疽恐怖事件的人员危害的定量评估研究状况和前瞻作一综述。

炭疽恐怖袭击直接经济损失评估方法

以炭疽杆菌芽孢气溶胶恐怖袭击为例,对城市地区遭受非传染性生物剂攻击的直接经济损失评估方法进行研究。将经济损失分为死亡损失、医疗损失、环境洗消、经济活动停顿4个方面构建评估模型,最后以北京某商业区为例,对遭受炭疽杆菌芽孢气溶胶恐怖袭击的经济损失进行计算和分析。相关评估方法可以对生物恐怖袭击后政府资源调配、经济援助等决策提供支持和依据。