COVID-19病毒感染的嵌套多尺度模型

在本研究中，我们建立并分析了一个整合宿主体内尺度与宿主间尺度子模型的COVID-19疾病嵌套多尺度模型。首先讨论了多尺度模型的适定性，随后对平衡点进行了稳定性分析。证明了当$R_0 < 1$时疾病自由平衡点全局渐近稳定。当$R_0$大于1时，存在唯一感染平衡点，且系统于$R_0=1$处发生前向（跨临界）分支。还绘制了双参数热图以寻找使平衡点稳定的参数组合。发现参数$\beta, \pi$和$\Lambda$对$R_0$最为敏感。数值说明了宿主体内子模型参数对宿主间子模型变量的影响。表明社区中感染的传播受宿主体内尺度子模型参数影响，如感染细胞产生病毒颗粒的速率$(\alpha)$、免疫系统清除感染细胞的速率$(x)$以及免疫系统清除病毒颗粒的速率$(y)$。使用有效再生数$R_E$作为干预措施有效性指标，检验了三种卫生干预（抗病毒药物、免疫调节剂和广义社交距离）对COVID-19感染的相对有效性。结果表明，抗病毒药物、免疫调节剂与广义社交距离相结合的策略将是遏制社区感染传播的最佳实施策略。