mathematical modelling of bacterial meningitis transmission dynamics with control measures

النمذجة الرياضية لديناميكيات انتقال التهاب السحايا البكتيري مع تدابير المكافحة

Clicks: 224
ID: 246798
2018
Free PDF
Article Quality & Performance Metrics
Overall Quality
Not rated
Combines reader engagement with the AI quality analysis. This article has not been analysed, so there is no overall score — reader engagement is measured and shown alongside.
AI Quality Assessment
Not analyzed
Readership in this journal
Emerging

Ranked #60 of 191 articles by views in advanced functional materials

Most read Least read

Bar heights use a square-root scale. Only the 120 most-read articles are drawn; the journal has 191 in total.

Mint this article as an NFT
Not yet minted

Create a permanent, verifiable on-chain record of this article on the Scimatic Network. The NFT is held in your Journament account, and you can withdraw it to your own wallet at any time.

5 SUSD one-off · no wallet required
Sign in to mint
Abstract
Vaccination and treatment are the most effective ways of controlling the transmission of most infectious diseases. While vaccination helps susceptible individuals to build either a long-term immunity or short-term immunity, treatment reduces the number of disease-induced deaths and the number of infectious individuals in a community/nation. In this paper, a nonlinear deterministic model with time-dependent controls has been proposed to describe the dynamics of bacterial meningitis in a population. The model is shown to exhibit a unique globally asymptotically stable disease-free equilibrium E0, when the effective reproduction number RVT≤1, and a globally asymptotically stable endemic equilibrium E1, when RVT>1; and it exhibits a transcritical bifurcation at RVT=1. Carriers have been shown (by Tornado plot) to have a higher chance of spreading the infection than those with clinical symptoms who will sometimes be bound to bed during the acute phase of the infection. In order to find the best strategy for minimizing the number of carriers and ill individuals and the cost of control implementation, an optimal control problem is set up by defining a Lagrangian function L to be minimized subject to the proposed model. Numerical simulation of the optimal problem demonstrates that the best strategy to control bacterial meningitis is to combine vaccination with other interventions (such as treatment and public health education). Additionally, this research suggests that stakeholders should press hard for the production of existing/new vaccines and antibiotics and their disbursement to areas that are most affected by bacterial meningitis, especially Sub-Saharan Africa; furthermore, individuals who live in communities where the environment is relatively warm (hot/moisture) are advised to go for vaccination against bacterial meningitis.
يُعد التطعيم والعلاج أكثر الوسائل فعالية للسيطرة على انتقال معظم الأمراض المعدية. فبينما يساعد التطعيم الأفراد القابلين للإصابة على بناء مناعة إما طويلة الأمد أو قصيرة الأمد، فإن العلاج يقلل من عدد الوفيات الناجمة عن المرض وعدد الأفراد الحاملين للعدوى في مجتمع ما أو دولة ما. تقترح هذه الورقة البحثية نموذجاً حتمياً غير خطي بمتغيرات تحكم معتمدة على الزمن لوصف ديناميكيات التهاب السحايا البكتيري بين السكان. وقد تبيّن أن النموذج يُظهر توازناً فريداً وخالياً من المرض ومستقراً تقاربياً على نحو شامل $E_0$ عندما يكون رقم التكاثر الفعلي $R_{VT} \le 1$، وتوازناً متوطناً ومستقراً تقاربياً على نحو شامل $E_1$ عندما يكون $R_{VT} > 1$؛ كما يُظهر تشعباً عبر حرج (transcritical bifurcation) عند $R_{VT} = 1$. وقد أظهرت النتائج (من خلال مخطط تورنادو) أن حاملي المرض لديهم احتمالية أعلى لنشر العدوى مقارنة بأولئك الذين يعانون من أعراض سريرية والذين قد يلزمون الفراش في بعض الأحيان خلال المرحلة الحادة من الإصابة. ومن أجل التوصل إلى أفضل استراتيجية لتقليل عدد حاملي المرض والمصابين به وتكلفة تنفيذ تدابير المكافحة، تمت صياغة مسألة تحكم أمثل من خلال تحديد دالة لاغرانج $L$ للتقليل منها إلى الحد الأدنى وفقاً لقيود النموذج المقترح. وتوضح المحاكاة العددية لمسألة التحكم الأمثل أن أفضل استراتيجية لمكافحة التهاب السحايا البكتيري هي الجمع بين التطعيم والتدخلات الأخرى (مثل العلاج والتثقيف الصحي العام). بالإضافة إلى ذلك، يوصي هذا البحث بضرورة ضغط أصحاب المصلحة بقوة لإنتاج اللقاحات والمضادات الحيوية الحالية أو الجديدة وتوزيعها على المناطق الأكثر تضرراً من التهاب السحايا البكتيري، لا سيما منطقة أفريقيا جنوب الصحراء الكبرى؛ علاوة على ذلك، يُنصح الأفراد الذين يعيشون في مجتمعات ذات بيئة دافئة نسبياً (حارة/رطبة) بالإقبال على التطعيم ضد التهاب السحايا البكتيري.
Reference Key
asamoah2018computationalmathematical Use this key to autocite in the manuscript while using SciMatic Manuscript Manager or Thesis Manager
Authors ;Joshua Kiddy K. Asamoah;Farai Nyabadza;Baba Seidu;Mehar Chand;Hemen Dutta
Journal advanced functional materials
Year 2018
DOI
10.1155/2018/2657461
URL
http://dx.doi.org/10.1155/2018/2657461
Keywords
medical informatics computer applications to medicine

Citations

No citations found. To add a citation, contact the admin at info@scimatic.org

Comments

No comments yet. Be the first to comment on this article.