Tác động của Nghệ thuật Tuyển chọn Dân số lên Dịch HIV và Hiệu quả của Các Can Thiệp Phòng Ngừa HIV

Yuqin Zhao1, Daniel T. Wood2, Hristo V. Kojouharov3, Yang Kuang4, Dobromir T. Dimitrov2
1School of Mathematics, University of Minnesota, Minneapolis, USA
2Statistical Center for HIV/AIDS Research and Prevention (SCHARP), Fred Hutchinson Cancer Research Center, Seattle, USA
3Department of Mathematics, The University of Texas at Arlington, Arlington, USA
4Department of Mathematics and Statistics, Arizona State University, Tempe, USA

Tóm tắt

Các mô hình toán học cơ chế đang ngày càng được sử dụng để đánh giá hiệu quả của các can thiệp khác nhau trong việc phòng ngừa HIV và cung cấp thông tin cho các quyết định về sức khỏe cộng đồng. Bằng cách chỉ tập trung vào tác động của các can thiệp, tầm quan trọng của các quy trình dân số trong các nghiên cứu này thường bị đánh giá thấp. Trong bài viết này, chúng tôi sử dụng các mô hình xác định đơn giản để đánh giá hiệu quả của dự phòng trước khi tiếp xúc (PrEP) trong việc giảm lây truyền HIV và khám phá ảnh hưởng của các cơ chế tuyển chọn đến dịch tễ học và các dự đoán hiệu quả. Chúng tôi sử dụng ba công thức phổ biến tương ứng với tuyển chọn không đổi, tỷ lệ và logistic, và so sánh các thuộc tính động học của các mô hình kết quả. Phân tích của chúng tôi cho thấy sự khác biệt đáng kể trong hành vi tạm thời và tiệm cận của các mô hình, dẫn đến sự thay đổi 47% về quy mô dân số và hơn 6 điểm phần trăm thay đổi về tỷ lệ HIV trong 40 năm giữa các mô hình sử dụng các cơ chế tuyển chọn khác nhau. Chúng tôi phác thảo ảnh hưởng mạnh mẽ của các giả định về tuyển chọn đối với tác động của các can thiệp phòng ngừa HIV và kết luận rằng dữ liệu dân số chi tiết nên được sử dụng để thông báo sự tích hợp của các quy trình tuyển chọn trong các mô hình trước khi suy nghĩ về việc phòng ngừa HIV.

Từ khóa

#HIV #phòng ngừa HIV #mô hình toán học #tuyển chọn dân số #dịch HIV

Tài liệu tham khảo

Abbas UL, Glaubius R, Mubayi A, Hood G, Mellors JW (2013) Antiretroviral therapy and pre-exposure prophylaxis: combined impact on HIV transmission and drug resistance in South Africa. J Infect Dis 208(2):224–234. doi:10.1093/infdis/jit150

Abbas UL, Anderson RM, Mellors JW (2007) Potential impact of antiretroviral chemoprophylaxis on HIV-1 transmission in resource-limited settings. PLoS ONE 2(9):e875

Andrew PC, Foss AM, Shafer LA, Nsubuga RN, Vickerman P, Hayes RJ, Watts C, White RG (2011) Attaining realistic and substantial reductions in HIV incidence: model projections of combining microbicide and male circumcision interventions in rural uganda. Sex Transm Infect 87(7):635–639

Auvert B, Taljaard D, Lagarde E, Sobngwi-Tambekou J, Sitta Rémi, Puren A (2005) Randomized, controlled intervention trial of male circumcision for reduction of HIV infection risk: the ANRS 1265 Trial. PLoS Med 2(11):e298

Bacaer N, Pretorius C, Auvert B (2010) An age-structured model for the potential impact of generalized access to antiretrovirals on the South African HIV epidemic. Bull Math Biol 72(8):2180–2198

Baeten JM, Donnell D, Ndase P, Mugo NR, Campbell JD, Wangisi J, Tappero JW, Bukusi EA, Cohen CR, Katabira E et al (2012) Antiretroviral prophylaxis for HIV prevention in heterosexual men and women. N Engl J Med 367(5):399–410

Bailey RC, Moses S, Parker CB, Agot K, Maclean I, Krieger JN, Williams CFM, Campbell RT, Ndinya-Achola JO (2007) Male circumcision for HIV prevention in young men in Kisumu, Kenya: a randomised controlled trial. Lancet 369(9562):643–656

Becquet R, Ekouevi DK, Arrive E, Stringer JSA, Meda Nicolas, Chaix Marie-Laure, Treluyer JM, Leroy V, Rouzioux C, Blanche S et al (2009) Universal antiretroviral therapy for pregnant and breast-feeding HIV-1-infected women: towards the elimination of mother-to-child transmission of HIV-1 in resource-limited settings. Clin Infect Dis 49(12):1936–1945

Berezovsky F, Karev G, Song B, Castillo-Chavez C (2005) A simple epidemic model with surprising dynamics. Math Biosci Eng 2(1):133–152

Boily MC, Bastos FI, Desai K, Masse B (2004) Changes in the transmission dynamics of the HIV epidemic after the wide-scale use of antiretroviral therapy could explain increases in sexually transmitted infections: Results from mathematical models sexually transmitted diseases. Sex Transm Dis 31(2):100–112

Boily MC, Baggaley RF, Wang L, Masse B, White RG, Hayes RJ, Alary M (2009) Heterosexual risk of HIV-1 infection per sexual act: systematic review and meta-analysis of observational studies. Lancet Infect Dis 9(2):118–129

Choopanya K, Martin M, Suntharasamai P, Sangkum U, Mock PA, Leethochawalit M, Chiamwongpaet S, Kitisin P, Natrujirote P, Kittimunkong S, Chuachoowong R, Gvetadze RJ, McNicholl JM, Paxton LA, Curlin ME, Hendrix CW, Vanichseni S (2013) Antiretroviral prophylaxis for HIV infection in injecting drug users in bangkok, thailand (the bangkok tenofovir study): a randomised, double-blind, placebo-controlled phase 3 trial. Lancet 381(9883):2083–2090. doi:10.1016/S0140-6736(13)61127-7

Cohen MS, Chen YQ, McCauley M, Gamble T, Hosseinipour MC, Kumarasamy N, Hakim JG, Kumwenda J, Grinsztejn B, Pilotto JHS et al (2011) Prevention of HIV-1 infection with early antiretroviral therapy. N Engl J Med 365(6):493–505

Cremin I, Alsallaq R, Dybul M, Piot P, Garnett G, Hallett TB (2013) The new role of antiretrovirals in combination HIV prevention: a mathematical modelling analysis. AIDS 27(3):447–458

Desai K, Sansom SL, Ackers ML, Stewart SR, Hall H Irene, Hu Dale J, Sanders Rachel, Scotton Carol R, Soorapanth S, Boily M-C, Garnett GP, McElroy PD (2008) Modeling the impact of HIV chemoprophylaxis strategies among men who have sex with men in the United States: HIV infections prevented and cost-effectiveness. AIDS 22(14):1829–1839

Dimitrov D, Boily MC, Mâsse BR, Brown ER (2012) Impact of pill sharing on drug resistance due to a wide-scale oral prep intervention in generalized epidemics. J AIDS Clin Res 5:2

Dimitrov DT, Masse B, Boily M-C (2010) Who will benefit from a wide-scale introduction of vaginal microbicides in developing countries? Stat Commun Infect Dis 2:1012 (Article 4)

Dimitrov DT, Boily MC, Baggaley RF, Masse B (2011) Modeling the gender-specific impact of vaginal microbicides on HIV transmission. J Theor Biol 288:9–20

Dimitrov DT, Kuang Y, Masse B R (2014) Assessing the impact of HIV interventions on public health: mathematic models must account for changing demographics. JAIDS J Acquir Immune Defic Syndr 66(2):60–62. doi:10.1097/QAI.0b013e3182785638

Dimitrov D, Boily M-C, Brown ER, Hallett TB (2013a) Analytic review of modeling studies of arv based prep interventions reveals strong influence of drug-resistance assumptions on the population-level effectiveness. PLoS ONE 8(11):e80927. doi:10.1371/journal.pone.0080927

Dimitrov DT, Mâsse BR, Boily M-C (2013b) Beating the placebo in HIV prevention efficacy trials: the role of the minimal efficacy bound. JAIDS J Acquir Immune Defic Syndr 62(1):95–101

Eaton JW, Hallett TB (2014) Why the proportion of transmission during early-stage HIV infection does not predict the long-term impact of treatment on HIV incidence. Proc Nat Acad Sci 111(45):16202–16207

Granich RM, Gilks CF, Dye C, De Cock KM, Williams BG (2009) Universal voluntary HIV testing with immediate antiretroviral therapy as a strategy for elimination of HIV transmission: a mathematical model. Lancet 373(9657):48–57

Grant RM, Lama JR, Anderson PL, McMahan V, Liu Albert Y, Vargas Lorena, Goicochea P, Casapía M, Guanira-Carranza JV, Ramirez-Cardich ME et al (2010) Preexposure chemoprophylaxis for HIV prevention in men who have sex with men. N Engl J Med 363(27):2587–2599

Gray RH, Kigozi G, Serwadda D, Makumbi F, Watya Stephen, Nalugoda F, Kiwanuka N, Moulton LH, Chaudhary MA, Chen MZ et al (2007) Male circumcision for HIV prevention in men in Rakai, Uganda: a randomised trial. Lancet 369(9562):657–666

Hews S, Eikenberry S, Nagy JD, Kuang Y (2010) Rich dynamics of a Hepatitis B viral infection model with logistic hepatocyte growth. J Math Biol 60:573–590

Hwang T-W, Kuang Y (2003) Deterministic extinction effect of parasites on host populations. J Math Biol 46(1):17–30

Juusola JL, Brandeau ML, Owens DK, Bendavid E (2012) The cost-effectiveness of preexposure prophylaxis for HIV prevention in the United States in men who have sex with men. Ann Intern Med 156(8):541–550

Kalichman SC, Simbayi LC, Cain D, Jooste S (2009) Heterosexual anal intercourse among community and clinical settings in Cape Town, South Africa. Sex Transm Infect 85(6):411–415

Karim QA, Abdool SS, Karim JA, Frohlich AC, Grobler CB, Mansoor LE, Kharsany ABM, Sibeko S, Mlisana KP, Omar Z et al (2010) Effectiveness and safety of tenofovir gel, an antiretroviral microbicide, for the prevention of HIV infection in women. Science 329(5996):1168–1174

Kato M, Granich R, Bui DD, Tran HV, Nadol Patrick, Jacka David, Sabin K, Suthar AB, Mesquita F, Lo YR, Williams B (2013) The potential impact of expanding antiretroviral therapy and combination prevention in Vietnam: towards elimination of HIV transmission. JAIDS. J Acquir Immune Defic Syndr 63(5):e142–e149. doi:10.1097/QAI.0b013e31829b535b

Korobeinikov A (2006) Lyapunov functions and global stability for sir and sirs epidemiological models with non-linear transmission. Bull Math Biol 68(3):615–626

Morgan D, Mahe C, Mayanja B, Okongo JM, Lubega R, Whitworth JAG (2002) HIV-1 infection in rural Africa: is there a difference in median time to aids and survival compared with that in industrialized countries? AIDS 16(4):597–603

Nichols BE, Boucher CAB, van Dijk JH, Thuma PE, Nouwen Jan L, Baltussen R, van de Wijgert J, Sloot PMA, van de Vijver DAMC (2013) Cost-effectiveness of pre-exposure prophylaxis (prep) in preventing HIV-1 infections in rural Zambia: A modeling study. PloS ONE 8(3):e59549

Porter K, Zaba B (2004) The empirical evidence for the impact of HIV on adult mortality in the developing world: data from serological studies. AIDS 18:S9–S17

Sorensen SW, Sansom SL, Brooks JT, Marks G, Begier Elizabeth M, Buchacz Kate, DiNenno Elizabeth A, Mermin Jonathan H, Kilmarx Peter H (2012) A mathematical model of comprehensive test-and-treat services and HIV incidence among men who have sex with men in the United States. PloS ONE 7(2):e29098

Statistics South Africa (2012) Mid-year population estimates, 2011. Stats SA: Statistical release P0302:

Supervie V, García-Lerma JG, Heneine W, Blower S (2010) HIV, transmitted drug resistance, and the paradox of preexposure prophylaxis. Proc Natl Acad Sci 107(27):12381–12386

Supervie V, Barrett M, Kahn JS, Musuka G, Moeti TL, Busang L, Blower S (2011) Modeling dynamic interactions between pre-exposure prophylaxis interventions & treatment programs: predicting HIV transmission & resistance. Sci Rep 1:185

Thigpen MC, Kebaabetswe PM, Paxton LA, Smith DK, Rose CE, Segolodi TM, Henderson FL, Pathak SR, Soud FA, Chillag KL, Mutanhaurwa R, Chirwa LI, Kasonde M, Abebe D, Buliva E, Gvetadze RJ, Johnson S, Sukalac T, Thomas VT, Hart C, Johnson JA, Malotte CK, Hendrix CW, Brooks JT (2012) Antiretroviral preexposure prophylaxis for heterosexual HIV transmission in Botswana. N Engl J Med 367(5):423–434

UNAIDS (2009) AIDS epidemic update: December 2009. WHO Regional Office Europe

Vickerman P, Terris-Prestholt F, Delany S, Kumaranayake L, Rees H, Watts C (2006) Are targeted HIV prevention activities cost-effective in high prevalence settings? Results from a sexually transmitted infection treatment project for sex workers in Johannesburg, South Africa. Sex Transm Dis 30(Suppl 10):S122–S132

Wawer Maria J, Gray Ronald H, Sewankambo Nelson K, Serwadda David, Li Xianbin, Laeyendecker Oliver, Kiwanuka Noah, Kigozi Godfrey, Kiddugavu Mohammed, Lutalo Thomas et al (2005) Rates of HIV-1 transmission per coital act, by stage of HIV-1 infection, in Rakai, Uganda. J Infect Dis 191(9):1403–1409

Wilson David P, Coplan Paul M, Wainberg Mark A, Blower Sally M (2008) The paradoxical effects of using antiretroviral-based microbicides to control HIV epidemics. Proc Natl Acad Sci 105(28):9835–9840

Zhao Y, Dimitrov DT, Liu H, Kuang Y (2013) Mathematical insights in evaluating state dependent effectiveness of HIV prevention interventions. Bull Math Biol 75:649–675