Um modelo epidêmico SIR difuso com caracterização de tipo

Abstract

Neste trabalho propomos um modelo epidemiológico para a disseminação de doenças infecciosas que simultaneamente considera a dinâmica evolutiva e epidêmica dos patógenos. Supomos que diferentes cepas do patógeno podem ser identificadas por alguma característica de interesse, representada por uma variável contínua x definida num intervalo [0, L] para algum L > 0. A característica pode sofrer mutação, modelada por um processo de caminhada aleatória unidimensional. Assumimos que a mutação ocorre no momento da transmissão, por influência ambiental por exemplo, de forma que coinfecção e superinfecção não foram considerados. A partir de um modelo epidemiológico básico SIR (suscetíveis-infectados-removidos), supomos que a característica x influencia as componentes epidemiológicas do patógeno. No nível da comunidade, diferentes valores de x são caracterizados por uma função de contato —(x), uma função de remoção “(x) e por uma função taxa de mortalidade induzida m(x), que substituem os parâmetros correspondentes considerados constantes no modelo básico. O processo de mutação introduz um novo termo que resulta em um modelo SIR com difusão, representada por uma equação diferencial parabólica com coeficientes variáveis. Usamos o modelo para estudar a evolução da virulência dos patógenos. No contexto da dinâmica adaptativa, a seleção natural favorece o patógeno que tem o maior número reprodutivo básico. Nós interpretamos essa hipótese como um problema de controle ótimo e usamos o princípio do máximo de Pontryagin para analisar qualitativamente as estratégias evolutivas ótimas do patógeno.