Bifurcation analysis and global dynamics of a mathematical model of antibiotic resistance in hospitals
Bifurcation analysis and global dynamics of a mathematical model of antibiotic resistance in hospitals
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医院抗生素耐药性数学模型的分岔分析和全局动力学
DOI：
10.1007/s00285-017-1128-3
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发表时间：
2016-09
影响因子：
1.9
通讯作者：
Zhao Yulin
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Cen Xiuli;Feng Zhilan;Zheng Yiqiang;Zhao Yulin
抗生素耐药菌已对公共卫生构成严重威胁，导致医院感染。应用数学模型研究医院内耐药菌的传播动力学和控制医院内病原菌耐药性的措施。Lipstich等人（Proc Natl Acad Sci 97（4）：1938-1943，2000）和Lipstich和Bergstrom（Infection control in the ICU environment. Kluwer，Boston，2002）在了解医院中耐药性细菌的传播方面提供了有价值的见解。然而，他们的结果仅限于几个不同的情况下的数值模拟，没有分析分析的模型在更广泛的参数区域，是生物学上可行的。分叉分析和全局稳定性条件的识别对于评估旨在限制医院感染和阻止耐药细菌传播的干预措施非常有帮助。在本文中，我们研究了Lipstich等人的医院抗生素耐药性数学模型的全局动力学。（2000）以及Lipstich和Bergstrom（2002）。推导了耐药菌的侵入繁殖数，建立了敏感菌和耐药菌的侵入繁殖数与两个控制繁殖数（和）之间的关系。更重要的是，我们证明了当模型包含超感染时，在点处可能出现反向分支，这是Lipstich和Bergstrom（2002）中没有提到的。更具体地说，存在一个新的阈值，使得如果，则系统可以有两个正的内部平衡点，这导致了一个有趣的现象。这可能对控制医院中的抗生素耐药性具有重要意义。
Antibiotic-resistant bacteria have posed a grave threat to public health by causing a number of nosocomial infections in hospitals. Mathematical models have been used to study transmission dynamics of antibiotic-resistant bacteria within a hospital and the measures to control antibiotic resistance in nosocomial pathogens. Studies presented in Lipstich et al. (Proc Natl Acad Sci 97(4):1938–1943, 2000) and Lipstich and Bergstrom (Infection control in the ICU environment. Kluwer, Boston, 2002) have provided valuable insights in understanding the transmission of antibiotic-resistant bacteria in a hospital. However, their results are limited to numerical simulations of a few different scenarios without analytical analyses of the models in broader parameter regions that are biologically feasible. Bifurcation analysis and identification of the global stability conditions can be very helpful for assessing interventions that are aimed at limiting nosocomial infections and stemming the spread of antibiotic-resistant bacteria. In this paper we study the global dynamics of the mathematical model of antibiotic resistance in hospitals considered in Lipstich et al. (2000) and Lipstich and Bergstrom (2002). The invasion reproduction numberof antibiotic-resistant bacteria is derived, and the relationship betweenand two control reproduction numbers of sensitive bacteria and resistant bacteria (and) is established. More importantly, we prove that a backward bifurcation may occur atwhen the model includes superinfection, which is not mentioned in Lipstich and Bergstrom (2002). More specifically, there exists a new threshold, such that if, then the system can have two positive interior equilibria, which leads to an interesting bistable phenomenon. This may have critical implications for controlling the antibiotic-resistance in a hospital.
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DOI：
10.1007/978-1-4615-0781-9_18
发表时间：
2001
期刊：
--
影响因子：
--
作者：
M. Lipsitch;Carl T. Bergstrom
通讯作者：
M. Lipsitch;Carl T. Bergstrom
影响因子：
2.8
作者：
Chow, Karen;Wang, Xiaohong;Castillo-Chavez, Carlos
通讯作者：
Castillo-Chavez, Carlos
DOI：
10.1515/9781400875955
发表时间：
2016
期刊：
--
影响因子：
--
作者：
T. Burton
通讯作者：
T. Burton
DOI：
10.1090/mmono/066
发表时间：
2009-02
期刊：
--
影响因子：
--
作者：
Yen-chʿien Yeh;Suihua Cai
通讯作者：
Yen-chʿien Yeh;Suihua Cai
DOI：
10.1073/pnas.97.4.1938
发表时间：
2000-02-15
影响因子：
11.1
作者：
Lipsitch, M;Bergstrom, CT;Levin, BR
通讯作者：
Levin, BR