Spieghiamo cosa è l’ IMMUNITA’ DI GREGGE

Quanto scrivo non è strettamente legato al tema COVID19. E’ un articolo didattico che cerca di spiegare cosa si intende con Immunità di gregge. Osservo molto spesso scetticismo rispetto a questo semplice concetto; a volte per ignoranza, a volte per posizioni precostituite per supportare questa o quella posizione.

Per fare questo prima ne darò una descrizione concettuale e poi vi mostro qualche grafico che mostra da un punto di vista quantitativo il suo impatto epidemiologico.

Definizione

Iniziamo quindi dal primo punto. L’immunità di gregge non è altro che l’interpretazione macro (statistica) di come la risposta immunitaria (da infezione spontanea o da vaccino) acquisita dagli individui tende a contenere la propagazione epidemica.

In sostanza quando una persona viene infettata la sua risposta immunitaria determina l’abbattimento del livello virale; la risposta immunitaria ha due implicazioni:

  • la prima, ovvia, è che si abbatte la sintomatologia
  • la seconda è che la persona con risposta immunitaria attiva ha basse (ma non necessariamente nulle) probabilità di sviluppare la sintomatologia nelle successive esposizioni all’infezione; questo significa anche che, laddove la persona con risposta immunitaria attiva sia esposta a successive infezioni quando la risposta immunitaria è alta, essa ha probabilità molto basse (anche se non nulle) di trasmettere l’infezione ad altri

Ebbene l’immunità di gregge è semplicemente la descrizione a livello aggregato di cosa succede man mano che cresce il numero di persone con risposta immunitaria (e quindi non è una sorta di fenomeno che si aggiunge all’immunità naturale, e descritto da “astrusi” modelli matematici); in sostanza, man mano che aumentano le persone immuni, si inspessisce l’argine naturale alla ulteriore propagazione dell’infezione. Per questo motivo si usa la figura metaforica del gregge, intendendo che le persone immuni “scudano” quelle non infette un po’ come nei greggi gli animali più forti fanno cerchio e tutelano dalle intemperie quelle più deboli al centro del gregge.

Prima di passare alle valutazioni quantitative (per capire quanto pesa effettivamente questa immunità di gregge), faccio una precisazione sull’utilizzo in letteratura scientifica del termine “Immunità di Gregge”. Spesso, quando si parla di vera e propria immunità di gregge, ci si riferisce alla fenomenologia in cui “l’argine” immunitario è superiore al 75% cioè quando la percentuale media delle persone con risposta immunitaria efficace è superiore al 75%. In tali circostanze l’argine immunitario del gregge è così spesso che la probabilità di contrarre l’infezione per persone senza immunità è molto bassa, così bassa da essere comparabile a quella delle persone immuni; in sostanza il rischio statistico di infezione da parte delle persone non immuni “schermate” diviene comparabile (in termini di ordini di grandezza) con il rischio biologico delle persone immuni ma esposte all’infezione di divenire sintomatologiche.

Ciò premesso, ai fini didattici di questo articolo, con immunità di gregge intenderemo genericamente la percentuale di persone con immunità.

Valutazione quantitativa

Passiamo quindi ad alcune valutazioni quantitative. La valutazione quantitativa è importante perché altrimenti il concetto, sebbene possa essere stato compreso, potrebbe lasciare incertezze sull’effettiva rilevanza pratica dell’immunità di gregge.

Di seguito vengono descritti alcuni scenari epidemici; tutti questo scenari partono dall’ipotesi di un generico virus (le caratteristiche di questo virus le espongo alla fine dell’articolo per non appesantire la trattazione) e in assenza di intervento sanitario, per mettere in luce la pura “selezione naturale”. Il modello statistico sottostante è matematicamente rigoroso; ciò detto nessun modello può rappresentare in modo esaustivo le dinamiche reali di un’epidemia. In tutte le figure che troverete l’asse orizzontale rappresenta il numero di settimane dall’inizio della propagazione del virus in un arco temporale di 6 anni. La popolazione interessata è quella Italiana valutata in 60 milioni di persone.


SCENARIO 1: virus non stagionale senza mutazione favorevole e con immunità naturale

In questo caso il virus non è stagionale, cioè la sua infettività è costante durante tutto l’anno, e non muta in senso favorevole cioè la sua letalità è costante. Le persone infette acquisiscono nel 50% dei casi un immunità che dura 2 anni.

La figura sottostante mostra in giallo il numero di contagi attivi (cioè le persone in un dato momento che sono contagiose), in blu le persone che hanno acquisito l’immunità (che quindi non sviluppano sintomatologia quando esposte all’infezione) e in rosso il totale delle persone che sono state infettate almeno una volta.

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Come potete osservare dalla figura sopra man mano che la curva dei contagi attivi (gialla) cresce si sviluppa la curva degli immuni (blu), con un po’ di ritardo; quando la curva blu diviene significativa la curva dei contagi attivi decresce fino ai suoi minimi. Quando la curva d’immunità decresce, i contagi attivi tendono a ricrescere e quindi il processo si ripete; notare che, via via, i picchi della curva gialla tendono gradualmente ad abbassarsi.

Qualcuno (arguto) potrebbe domandarsi: “ma se siamo in un modello chiuso di popolazione, come è possibile che quando la curva dei contagi attivi raggiunge quasi lo zero, poi essa ricresca? Chi infetta chi?” Ebbene la fonte principale di contagio sono proprio gli immuni. Questa è un’annotazione molto importante, quindi fate attenzione. Le persone immuni sono tali perché hanno la risposta immunitaria attiva; tale risposta è attiva in presenza di virus e tende a decrescere quando il virus scompare. Questo significa che al decrescere delle sorgenti esterne d’infezione permane sempre una componente endogena d’infezione rappresentata proprio dagli immuni che sono in larga parte portatori sani; sebbene il tasso di infettività individuale dell’immune sia molto basso, quello collettivo è sufficiente ad alimentare nuove infezioni. Per questo motivo l’influenza è un virus endemico/sistemico; alcuni di noi se lo prendono, non se ne accorgono (perché immuni), e se lo portano dietro fino alla successiva stagione.

Qua sotto lo scenario dei decessi in questo scenario. I numeri sono enormi ma ricordatevi che siamo in uno scenario di pura selezione naturale (niente cure e niente isolamento).

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Qui sotto un dettaglio dell’immunità di gregge. In giallo la percentuale di immuni e in blu la curva tendenziale (media mobile) che mostra l’assestamento del livello d’immunità di gregge intorno al 50% (cioè mediamente durante l’anno il 50% delle persone è immune).

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SCENARIO 2: virus non stagionale senza mutazione favorevole e senza immunità naturale

Come nel caso precedente il virus non è stagionale, cioè la sua infettività è costante durante tutto l’anno, e non muta in senso favorevole cioè la sua letalità è costante. Le persone infette non acquisiscono immunità.

Questo è il caso in cui non c’è immunità di gregge. Assenza d’immunità di gregge significa assenza d’immunità individuale. Come da figura sottostante, il virus infetterebbe rapidamente il 100% della popolazione, non essendoci argine alla progressiva propagazione. La popolazione si estinguerebbe nel giro di pochi anni.


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SCENARIO 3: virus stagionale con mutazione favorevole e con immunità naturale

In questo caso il virus è stagionale, cioè la sua potenzialità ha periodi di bassa infettività e periodi di alta infettività (dovuti a motivi ambientali), e muta leggermente e lentamente in senso favorevole cioè la sua letalità diminuisce del 10% ogni anno. Come nello scenario 1, le persone infette acquisiscono nel 50% dei casi un immunità che dura 2 anni.

Dalla figura sotto potete notare come l’infezione (e di conseguenza anche il numero di immuni) cresce più lentamente. E’ possibile notare come la curva d’infezione (e anche quella d’immunità) siano ben più ampie nella seconda ondata rispetto alla prima. Poi, gradualmente le curve tendono ad abbassarsi nelle successive ondate. Perché accade questo? L’aspetto positivo determinato dalla stagionalità del virus implica anche un aspetto negativo, e cioè che la percentuale di immuni è scarsa; di conseguenza alla successiva stagione di picco stagionale una larga percentuale della popolazione è scoperta da un punto di vista immunitario. Qualcosa del genere probabilmente accadde con l’influenza del 1918-1921, con una seconda ondata ben più pesante della prima.


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Di seguito la curva dei decessi, ben più bassa dello scenario 1. Ciò è dovuto solo in forma minore per l'”imbonimento” del virus; il motivo principale della minore gravità del fenomeno è dovuto alla stagionalità che rende il virus meno “virale” in termini assoluti.

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Infine due parole sulla curva dell’immunità di gregge (qua sotto); l’effetto della stagionalità del virus implica una curva dell’immunità di gregge che si attesta (mediamente) alla fine dei 6 anni attorno al 25% contro circa il 50% del caso 1.

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SCENARIO 4: virus stagionale con mutazione favorevole, con immunità naturale e con azioni di isolamento

Questo è l’ultimo esempio, e l’unico in cui la società fa qualcosa per arginare la selezione naturale. Come nel caso 3, il virus è stagionale, muta leggermente e lentamente in senso favorevole, e le persone infette acquisiscono immunità. Inoltre la società provvede a forme di quarantena generalizzata tale da dimezzare il tasso di propagazione del virus nel primo anno fino all’arrivo del periodo di bassa sopravvivenza/infettività del virus. 

L’evoluzione è simile al caso precedente con la sola principale differenza che che curve epidemiche sono spostate (ritardate) nel tempo. Anche in questo caso la seconda ondata è ben più ampia della prima. E’ bene notare che in questo ipotetico virus l’azione di contenimento sociale potrebbe essere utile a ritardare i picchi epidemici in attesa di cure o vaccini ma non avrebbero impatto significativo sulla persistenza del virus.


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Qui sotto la curva dei decessi che è leggermente migliorativa rispetto al caso precedente (scenario 3) con circa il 10% in meno delle vittime al sesto anno.

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Infine (vedi sotto) la curva dell’immunità di gregge che cresce ancora meno rapidamente dello scenario 3, per motivi che adesso dovrebbero apparire ovvi. Le azioni di contenimento (quarantena, distanziamento eccetera) permettono di guadagnare tempo ma ritardano la costruzione di un’immunità generale.

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Un caro saluto.

 


MODELLO MATEMATICO

Per chi fosse interessato qui riporto alcuni dettagli sul modello matematico che simula il fenomeno epidemico di cui gli scenari descritti sopra.

POPOLAZIONE

  • POPOLAZIONE INIZIALE: 60 milioni
  • POPOLAZIONE A RISCHIO INIZIALE: 5%

VIRUS

  • letalità (reale): 0,5% (morte sopraggiunge 1 settimana dalla sintomatologia)
  • incubazione: 2 settimane
  • periodo di infettività: 4 settimane
  • percentuale delle persone che risultano sintomatiche: 20%
  • tasso d’infettività media da immuni: 1000 volte inferiore al tasso di  persone infette e non immuni
  • tasso di propagazione: nei periodi di massima contagiosità un infetto infetta 2 persone
  • percentuale delle persone sintomatiche che non guariscono e divengono a rischio: 5%
  • contagi iniziali: 10,000
  • durata immunità: 2 anni
  • percentuale di infetti che divengono immuni: 50%