Publication:
An estimate of the basic reproductive number, R0, for the 2015-2016 zika virus outbreak in Puerto Rico
An estimate of the basic reproductive number, R0, for the 2015-2016 zika virus outbreak in Puerto Rico
Authors
Pabón Rodríguez, Félix M.
Embargoed Until
Advisor
Ríos Soto, Karen R.
College
College of Arts and Sciences - Sciences
Department
Department of Mathematics
Degree Level
M.S.
Publisher
Date
2018-05
Abstract
In recent years, vector-borne diseases are taking serious attention from researchers
and health specialist across the world. The emergence of vector-borne
diseases, such as Chikungunya and Zika, coupled with outbreaks of both diseases
in the Americas are of great interest to the scientific community since there is still
very much to learn about their transmission, risks and effects.
The Zika virus (ZIKV) is primarily transmitted by infected females Aedes aegypti
mosquitoes, but there is also confirmed evidence that it can be transmitted
directly (human to human) by sexual contacts and from mother to fetus. The apparent
effects in the neurological system through the Guillain-Barré syndrome and the
neonate microcephaly are of great concern. In Puerto Rico, 66% of the confirmed
cases were females, and since the Zika disease is usually asymptomatic, pregnant
women may not even know that they have the virus. At the end of December 2016,
the Puerto Rico Department of Health estimated 37,500 cases.
In this work, we focus on the 2015-2016 Zika virus (ZIKV) outbreak in Puerto
Rico and use the data of confirmed Zika cases by laboratory obtained from the weekly reports published by the Puerto Rico Department of Health. To analyze the behavior
of the Zika virus in Puerto Rico, a mathematical model that takes into account
vector and sexual transmission is considered. Using the data and the epidemic
model, the initial exponential growth rate of the epidemic is estimated, (defined
as the force of infection), by different statistical methods, in order to estimate the
basic reproductive number (R0) of the Zika epidemic in Puerto Rico. In addition,
the Ordinary Least Squares (OLS) and Generalized Least Squares (GLS) methods
were considered to minimize the point-by-point distances between the predicted data
by the mathematical model and the observed data for the Zika epidemic in Puerto
Rico. The optimization procedure was performed to estimate the transmission rates
Bh and k (that are unknown) in order to estimate and generate a distribution for
R0, using the parameters from the model through a sampling process.
En la actualidad, las enfermedades transmitidas por vectores están tomando mucha atención por parte de los investigadores y especialistas de la salud, de distintas partes del mundo. Enfermedades emergentes como Chikungunya y Zika, y situaciones donde ambos virus circulan al mismo tiempo, en las Américas, son de gran interés para la comunidad científica, dado que aún hay mucho por aprender acerca de la transmisión, riesgos y efectos. El virus del Zika (ZIKV) es transmitido principalmente, por la picada de un mosquito hembra, del tipo Aedes Aegypti, pero existe evidencia que confirma que el virus también puede ser transmitido de forma directa, es decir, de humano a humano, como por ejemplo, por transmisión sexual o de la madre al feto, en caso de un embarazo. Los efectos aparentes en el sistema neurológico por medio del Síndrome de Guillain-Barré y la Microcefalia en los bebés, causa mucha preocupación. En Puerto Rico, durante la epidemia del 2016, 66% de los casos confirmados fueron f_eminas, y debido a que el virus del Zika es usualmente asintomático, las mujeres embarazadas podrían tener el virus, sin estar conscientes de que lo tienen. A finales de diciembre 2016, el Departamento de Salud de Puerto Rico estimó una incidencia acumulada aproximada de 37,500 casos. En este trabajo, nos enfocamos en el brote de Zika ocurrido entre 2015 y 2016, en Puerto Rico, utilizando los datos obtenidos de los reportes del Departamento de Salud de Puerto Rico. Para analizar el comportamiento del virus del Zika en Puerto Rico, se considera un modelo matemático que toma en cuenta la transmisión vectorial y de forma directa (sexual). Utilizando los datos y el modelo de la epidemia, la tasa de crecimiento exponencial inicial de la epidemia (definida como la fuerza de infección) es estimada por diversos métodos estadísticos, con el propósito de estimar el número reproductivo básico, R0, para la epidemia 2015-2016 del Zika en Puerto Rico. En adición, para minimizar las distancias punto-a-punto, entre los valores que predice el modelo matemático y los datos observados para la epidemia de Zika en Puerto Rico, los métodos de Mínimos Cuadrados Ordinarios y Mínimos Cuadrados Generalizados fueron considerados. Este procedimiento de optimización permitiría obtener estimados para las tasas de transmisión Bh y k (que son desconocidas) con el propósito de estimar y generar una distribución de R0, utilizando los parámetros del modelo, a través de un proceso de muestreo.
En la actualidad, las enfermedades transmitidas por vectores están tomando mucha atención por parte de los investigadores y especialistas de la salud, de distintas partes del mundo. Enfermedades emergentes como Chikungunya y Zika, y situaciones donde ambos virus circulan al mismo tiempo, en las Américas, son de gran interés para la comunidad científica, dado que aún hay mucho por aprender acerca de la transmisión, riesgos y efectos. El virus del Zika (ZIKV) es transmitido principalmente, por la picada de un mosquito hembra, del tipo Aedes Aegypti, pero existe evidencia que confirma que el virus también puede ser transmitido de forma directa, es decir, de humano a humano, como por ejemplo, por transmisión sexual o de la madre al feto, en caso de un embarazo. Los efectos aparentes en el sistema neurológico por medio del Síndrome de Guillain-Barré y la Microcefalia en los bebés, causa mucha preocupación. En Puerto Rico, durante la epidemia del 2016, 66% de los casos confirmados fueron f_eminas, y debido a que el virus del Zika es usualmente asintomático, las mujeres embarazadas podrían tener el virus, sin estar conscientes de que lo tienen. A finales de diciembre 2016, el Departamento de Salud de Puerto Rico estimó una incidencia acumulada aproximada de 37,500 casos. En este trabajo, nos enfocamos en el brote de Zika ocurrido entre 2015 y 2016, en Puerto Rico, utilizando los datos obtenidos de los reportes del Departamento de Salud de Puerto Rico. Para analizar el comportamiento del virus del Zika en Puerto Rico, se considera un modelo matemático que toma en cuenta la transmisión vectorial y de forma directa (sexual). Utilizando los datos y el modelo de la epidemia, la tasa de crecimiento exponencial inicial de la epidemia (definida como la fuerza de infección) es estimada por diversos métodos estadísticos, con el propósito de estimar el número reproductivo básico, R0, para la epidemia 2015-2016 del Zika en Puerto Rico. En adición, para minimizar las distancias punto-a-punto, entre los valores que predice el modelo matemático y los datos observados para la epidemia de Zika en Puerto Rico, los métodos de Mínimos Cuadrados Ordinarios y Mínimos Cuadrados Generalizados fueron considerados. Este procedimiento de optimización permitiría obtener estimados para las tasas de transmisión Bh y k (que son desconocidas) con el propósito de estimar y generar una distribución de R0, utilizando los parámetros del modelo, a través de un proceso de muestreo.
Keywords
Bayesian statistical decision theory,
Zika virus - Data analysis,
Zika epidemic model - Statistical methods
Zika virus - Data analysis,
Zika epidemic model - Statistical methods
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Cite
Pabón Rodríguez, F. M. (2018). An estimate of the basic reproductive number, R0, for the 2015-2016 zika virus outbreak in Puerto Rico [Thesis]. Retrieved from https://hdl.handle.net/20.500.11801/1916