Representación de la dinámica de vectores y humanos en una epidemia de malaria mediante un modelo multi-agentes

Abstract

Esta tesis presenta un modelo basado en agentes que representa la dinámica de la transmisión de Malaria, considerando factores ambientales, espaciales y la introducción de distintas medidas de control. La presentación del modelo se realiza en dos capítulos: uno relacionado con el desarrollo del modelo de la dinámica de transmisión de la Malaria entre la población de humanos y mosquitos, y otro que describe la representación de medidas de control (IRS - insecticida de acción residual aplicado en interiores, ITN - mosquiteros impregnados con insecticida, drenaje y la introducción de mosquitos modificados genéticamente). Para el desarrollo del modelo que representa la dinámica de la transmisión de la Malaria, se tuvieron en cuenta aspectos del ciclo de vida del mosquito, la interacción entre mosquitos y humanos, variables ambientales y espaciales. Dentro del ciclo de vida de los mosquitos hembra, la ingestión de sangre es fundamental en el proceso de reproducción, concretamente, para el desarrollo de huevos. Cuando un mosquito pica a un humano, es posible que ocurra la transmisión del parasito si alguno de los individuos se encuentra infectado. Estos fenómenos se representan en el modelo a través de variables que definen una determinada condición de los individuos o agentes del modelo (humanos y mosquitos) y una base de reglas que establece los comportamientos secuenciales que estos siguen. De otro lado, el entorno físico se representó a través de una matriz conformada por un conjunto de unidades fundamentales (parches) que soportan la ubicación de los individuos y condicionan la ejecución de las reglas de comportamiento definidas para los agentes del modelo. Finalmente, variables ambientales como la temperatura y la disponibilidad de reservorios de agua, se representaron como variables del modelo que determinan el tiempo de maduración del mosquito (desarrollo desde la etapa de huevo hasta la etapa adulta) y la cantidad de parches en los que los mosquitos pueden realizar el proceso de ovoposición, respectivamente. Para este modelo, se realizaron simulaciones considerando condiciones iniciales endémicas y no endémicas, variaciones ambientales y variaciones espaciales. De otro lado, para el desarrollo del modelo que incluye medidas de control, se consideraron los efectos sobre la población de mosquitos y sobre las interacciones vector-humano, de la aplicación de estrategias de control tales como: insecticidas de acción residual, mosquiteros tratados con insecticida, drenaje y mosquitos modificados genéticamente. Tanto los insecticidas de acción residual como los mosquiteros tratados con insecticida, se representaron como medidas de control que tienen efectos de repelencia, inhibición de alimentación y toxicidad en la población de mosquitos que entra en contacto con estas medidas de control. La estrategia de drenaje se representó a través de la inhabilitación de parches como lugares para la ovoposición, mientras que los mosquitos modificados genéticamente se representaron por medio de un nuevo tipo de agente “mosquito” que es parcialmente incapaz de transmitir el parasito a los humanos. Para este modelo se plantearon escenarios de simulación considerando diferentes condiciones de cobertura y esquemas de aplicación de las medidas de control, acciones integradas de control y estrategias de control incluyendo variaciones ambientales. Finalmente se presentan los resultados de simulación obtenidos para estos escenarios junto con un análisis de sensibilidad del modelo.

Abstract. An agent based model was implemented to represent a Malaria epidemic including control measures. Malaria is a disease caused by parasites and transmitted to humans through bites of female mosquitoes. The proposed model represents the dynamics of humans and mosquito populations in a Malaria epidemic, considering spatial, environmental (temperature and water reservoirs) and biological (gonotrophic cycle and egg maturation) features. In the model, mosquitoes and humans were represented by agents, whereas the landscape was modeled through a grid, which supports movements and agent locations. The model mainly represents the mosquito blood feeding cycle (including reproduction and biting), the transmission of the parasite and the incidence of control strategies such as insecticide treated nets (ITN), indoor residual spraying (IRS), drainage and genetically modified mosquitoes (GMMs). Interactions of mosquito agents with the grid are used to represent the mosquito blood feeding cycle, while interactions among mosquitoes and humans determine the parasite transmission. ITN and IRS affect the contact between humans and mosquitoes, water reservoir drainage strategy reduces the number of mosquito breeding sites and GMMs modify the mosquito population, introducing a new type of mosquito that is impaired for transmission of the parasite. The impact on the Malaria epidemic of these control strategies was tested through model simulations. Control scenarios considering environmental variations and integrated control measures were also evaluated. In all cases, it was possible to determine application conditions in which a control strategy was successful in controlling Malaria transmission. Finally, local and global sensitivity analyses were performed to measure variations in the outcome variables of the model due to changes in model parameter values.