Mathematical analysis of a two-strain tuberculosis model in Bangladesh.
Mathematical analysis of a two-strain tuberculosis model in Bangladesh.
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孟加拉国两型结核模型的数学分析。
DOI：
10.1038/s41598-022-07536-2
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发表时间：
2022-03-07
影响因子：
4.6
通讯作者：
Meehan MT
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Kuddus MA;McBryde ES;Adekunle AI;White LJ;Meehan MT
结核病是一种空气传播传染病，每年在全球造成数百万人死亡（2019年有120万人死亡）。令人震惊的是，几种病原体结核分枝杆菌（MTB）菌株——包括药敏菌株（DS）和耐药菌株（DR）——已经在大多数发展中国家和发达国家传播，特别是在孟加拉国，完全耐药菌株开始出现。在这项研究中，我们建立了一个双菌株DS和DR结核病传播模型，并对系统特性和解决方案进行了分析。分析和数值结果表明，耐药感染的流行率随着药物使用的增加而增加。分析结果和数值模拟都表明，如果DS（）和DR（）结核病的基本繁殖数都小于1，即无病平衡是渐近稳定的，这意味着该疾病自然消亡。此外，如果，那么DS结核病会消失，但耐药结核病会在人群中持续存在，如果DS结核病和DR结核病都在人群中持续存在。此外，对模型参数的敏感性分析发现，这两种菌株的传播率对DS和DR结核病患病率的影响最大。我们还调查了治疗率和扩增对DS和DR结核病患病率的影响；结果表明，不充分或不适当的治疗使共存的可能性更大，并增加了耐多药结核病感染的相对丰度。
Tuberculosis (TB) is an airborne infectious disease that causes millions of deaths worldwide each year (1.2 million people died in 2019). Alarmingly, several strains of the causative agent, Mycobacterium tuberculosis (MTB)—including drug-susceptible (DS) and drug-resistant (DR) variants—already circulate throughout most developing and developed countries, particularly in Bangladesh, with totally drug-resistant strains starting to emerge. In this study we develop a two-strain DS and DR TB transmission model and perform an analysis of the system properties and solutions. Both analytical and numerical results show that the prevalence of drug-resistant infection increases with an increasing drug use through amplification. Both analytic results and numerical simulations suggest that if the basic reproduction numbers of both DS () and DR () TB are less than one, i.e. the disease-free equilibrium is asymptotically stable, meaning that the disease naturally dies out. Furthermore, if , then DS TB dies out but DR TB persists in the population, and if both DS TB and DR TB persist in the population. Further, sensitivity analysis of the model parameters found that the transmission rate of both strains had the greatest influence on DS and DR TB prevalence. We also investigated the effect of treatment rates and amplification on both DS and DR TB prevalence; results indicate that inadequate or inappropriate treatment makes co-existence more likely and increases the relative abundance of DR TB infections.
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