For all questions:

+7 495 274-22-22

UDK: 616.921.5 DOI:10.33920/med-08-2112-04

Mathematical modeling of the epidemic of influenza and acute respiratory viral infections processes (ARVI) in the Yaroslavl region

Shirina Natalia Ur'evna candidate of technical Sciences, associate Professor of the Department of Medical Physics with the Course of Medical Informatics, Yaroslavl State Medical University of the Ministry of Healthcare of the Russian Federation, Revolyutsionnaya street, 5, Yaroslavl, 150000, E-mail: shirina-natasha@mail.ru, https://orcid.org/0000-0002-5999-3612
Druzhinina Tatiana Aleksandrovna doctor of medical Sciences, Professor of the Department of Infectious Diseases, Epidemiology and Children’s Infections, Yaroslavl State Medical University of the Ministry of Healthcare of the Russian Federation, Revolyutsionnaya street, 5, Yaroslavl, 150000, E-mail: druzhininata@gmail.com, https://orcid.org/0000-0002-8293-3896
Shirina Elizaveta Sergeevna student, Yaroslavl State Medical University of the Ministry of Healthcare of the Russian Federation, Revolyutsionnaya street, 5, Yaroslavl, 150000, E-mail: shirina-liza@mail.ru, https://orcid.org/0000-0002-6658-6855

In the structure of infectious diseases in the Yaroslavl region, more than 90 % are influenza and acute respiratory viral infections (ARVI). Influenza occupies a special place among human infectious diseases. This is due to its ability to epidemic and pandemic spread in a relatively short time. In this regard, scientific research on the analysis and forecasting of probable scenarios for the development of epidemic processes is of particular importance. The work used the data of the forms of the federal state statistical observation No. 2 “Information on infectious and parasitic diseases”. Fourier analysis was used to process time series. The significance of the mathematical model was checked using the Fisher test. The table of critical values of the Fisher criterion was used to assess the statistical significance, the significance level was taken equal to 0.05. Data processing was carried out using MS Excel 2013 software. During the study of the dynamics of the epidemic process, the trend of reducing the incidence of influenza and ARVI in the Yaroslavl region over the past 36 years has been determined. The dynamics of the incidence of influenza and ARVI in the Yaroslavl region over the past 36 years has a tendency to decrease. As a result of calculations, we obtained cyclical components with periods equal to 3 and 5 years. This is due to the accumulation of people who are not immune to these infections. Mathematical calculations have confirmed the values of seasonal fluctuations in 6 and 12 months. The maximum number of sick people is recorded in the winter-spring period (February — March). In accordance with the calculations, a decrease in the incidence of influenza and ARVI in the Yaroslavl region is expected in the period from 2020 to 2022: in 2020 the number of sick people (per 100 thousand population) is predicted to be 20 962.64, in 2021 — 18 138.58.

Эпидемии гриппа и ОРВИ наносят значительный экономический ущерб государству. По данным государственного доклада «О состоянии санитарно-эпидемиологического благополучия населения в Российской Федерации в 2019 году»1, стабильно высокий уровень рейтинга инфекционных болезней по величине экономического ущерба в РФ в течение 11 лет сохранялся по острым инфекциям верхних дыхательных путей множественной и неуточненной локализации (табл. 1). Экономический ущерб в 2019 г. только от 35 инфекционных болезней по ориентировочным расчетам превысил 646 млрд руб. Как и в течение последних 6 лет, в 2019 г. наибольшую экономическую значимость представляли острые респираторные вирусные инфекции (табл. 2).

В связи с этим особое значение приобретают научные исследования по анализу и прогнозу вероятных сценариев развития эпидемических процессов. Математические модели динамики эпидемий позволяют синтезировать данные предварительно проведенного анализа эпидемического процесса с целью подтверждения или опровержения выдвинутых на этом этапе гипотез об особенностях его регуляции во времени и возможных причинах его периодической активизации [1–3]. Математическое моделирование важно не только для прогнозирования развития эпидемии, но и для оценки эффективности проведения противоэпидемических мероприятий. Данная работа посвящена изучению этих актуальных вопросов.

Цель работы — изучение особенностей эпидемического процесса гриппа и ОРВИ в Ярославской области за период с 1983 по 2019 г. и подбор адекватной математической модели для прогнозирования динамики заболеваемости.

В первой части исследования в качестве исходных данных (временного ряда) используются ежемесячные показатели за период с января 2009 г. по декабрь 2019 г. по заболеваемости гриппом и ОРВИ (на 100 тыс. населения) в Ярославской области (рис. 1), а во второй части — ежегодные данные за период с 1983 по 2019 г. по заболеваемости гриппом и ОРВИ (на 100 тыс. населения) в Ярославской области (рис. 2).

For citation:
Shirina Natalia Ur'evna, Druzhinina Tatiana Aleksandrovna, Shirina Elizaveta Sergeevna, Mathematical modeling of the epidemic of influenza and acute respiratory viral infections processes (ARVI) in the Yaroslavl region. Sanitary Doctor. 2021;12.
The full version of the article is available for subscribers of the journal
Article language:
Actions with selected: