Effects of rodents’ behaviours on leptospirosis spread: an individual-based modeling approach

Abstract

Лептоспіроз — зоонозне захворювання, поширене в тропічних і субтропічних регіонах. Це інфекційне захворювання є ендемічним у Сараваку, Малайзія. Останніми роками загроза лептоспірозу в Сараваку зростає з 2010 року. Традиційні компартментальні моделі припускають, що популяція є однорідною та має однакові характеристики та поведінку. Проте кожна особина в популяції має різну та унікальну поведінку в реальному світі. Тому ця стаття має на меті змоделювати поширення лептоспірозу шляхом застосування індивідуального підходу до моделювання для усунення гетерогенності, яка впливає на передачу захворювання. Поведінка гризунів, така як тривалість активного періоду та діапазон руху, включена в модель. Результати аналізу чутливості показують, що діапазон руху гризунів має значний вплив на поширення хвороби порівняно з тривалістю активного періоду. Порівняння між результатами моделювання та фактичними даними поширеності в Сараваку виконується для перевірки моделі. Завдяки регресійному аналізу кореляція визначення для трьох спалахів у Сараваку за 2017 рік становить понад 90%. Крім того, графіки нормальної ймовірності для трьох спалахів вказують на те, що точки добре лягають на лінію та розподіляються нормально. Це показує, що запропонована індивідуальна модель може передбачити передачу лептоспірозу.

Leptospirosis is a zoonotic disease common in tropical and subtropical regions. This infectious disease is endemic in Sarawak, Malaysia. In recent years, the threat of leptospirosis is on an increasing trend in Sarawak since 2010. The traditional compartmental models assume that the population is homogeneous and shares the same characteristics and behaviours. However, each individual in the population has different and unique behaviour in the real world. Thus, this paper aims to model the leptospirosis spread by adopting the individual-based modeling approach to address the heterogeneity that affects the transmission of the disease. Rodents' behaviours such as active period duration and movement range are incorporated into the model. From the sensitivity analyses, the results show that the movement range of the rodents has a significant impact on the spread of the disease compared to the active period duration. The comparison between simulation results and the actual prevalence data in Sarawak is performed to validate the model. Through regression analysis, the correlations of determination for three outbreaks in Sarawak for the year 2017 are more than 90%. In addition, the normal probability plots for three outbreaks indicate the points follow the line well and are normally distributed. This shows that the proposed individual-based model can predict leptospirosis transmission.