Mathematical modeling of HBV-HDV transmission with superinfection: The role of vaccination and liver transplantation in disease dynamics.

چکیده اصلی

Hepatitis D virus (HDV) infection can substantially worsen the clinical outcomes of individuals infected with hepatitis B virus (HBV), making the prevention of HBV infection and the management of severe HBV-HDV cases important public-health priorities. This study introduces a novel mathematical model for Hepatitis B virus (HBV) and D virus (HDV) transmission, incorporating vaccination and liver transplantation as disease control strategies. In contrast to models that allow direct HDV infection or general coinfection pathways, the proposed model assumes that HDV occurs only through superinfection among individuals already infected with HBV. The model is constructed as a system of ordinary differential equations, where the human population is divided into susceptible, vaccinated, HBV-infected, recovered, chronic, and HDV-infected compartments. Model analysis reveals the existence and stability of the disease-free equilibrium, which exists and is asymptotically stable if the basic reproduction number (ℛ0) is less than one, and becomes unstable if it exceeds one. Two types of endemic equilibria are identified when ℛ0>1, corresponding to the absence and presence of HDV infection. Continuation analysis using MatCont reveals the existence of two branching points that govern the transition of stability between these equilibria, highlighting the conditions under which HDV emerges and persists. Global sensitivity analysis using Partial Rank Correlation Coefficient combined with Latin Hypercube Sampling indicates that vaccination coverage and vaccine efficacy play a dominant role in reducing ℛ0. Although liver transplantation does not affect the magnitude of ℛ0, it significantly influences the disease dynamics by reducing the outbreak size and delaying the timing of HBV and HDV outbreaks. These findings indicate that vaccination is essential for reducing transmission, whereas liver transplantation remains important for mitigating severe disease burden; thus, coordinated use of preventive and clinical interventions is needed for effective HBV-HDV control.

ترجمه فارسی چکیده

عفونت ویروس هپاتیت D (HDV) می‌تواند شدت نتایج بالینی افراد مبتلا به ویروس هپاتیت B (HBV) را به‌طور قابل توجهی بدتر کند. این مطالعه یک مدل ریاضی جدید برای انتقال HBV و HDV ارائه می‌دهد که واکسیناسیون و پیوند کبد را به عنوان استراتژی‌های کنترل بیماری در نظر می‌گیرد. در برابر مدل‌هایی که مسیرهای مستقیم یا عمومی عفونت را اجازه می‌دهند، مدل پیشنهادی فرض می‌کند که HDV تنها از طریق سرایت مجدد در افراد مبتلا به HBV رخ می‌دهد. مدل به صورت یک سیستم معادلات دیفرانسیل معمولی بنا شده است که جمعیت انسانی را به بخش‌های حساس، واکسینه، مبتلا به HBV، بهبود یافته، مزمن و مبتلا به HDV تقسیم می‌کند. تحلیل مدل وجود و پایداری تعادل بدون بیماری را آشکار می‌کند که زمانی که عدد بازتولید پایه (ℛ0) کمتر از یک باشد، وجود و پایداری آسیمپتوتیک دارد. دو نوع تعادل مزمن هنگامی که ℛ0>1 شناسایی می‌شوند. تحلیل ادامه‌ای نشان می‌دهد دو نقطه شاخه‌ای وجود دارد که گذار پایداری بین این تعادل‌ها را کنترل می‌کنند. تحلیل حساسیت جهانی نشان می‌دهد پوشش واکسیناسیون و اثربخشی واکسن نقش غالبی در کاهش ℛ0 دارند. پیوند کبد بر اندازه ℛ0 تأثیر نمی‌گذارد، اما دینامیک بیماری را از طریق کاهش اندازه شیوع و تاخیر زمان شیوع تأثیر می‌گذارد.

متن کامل اصلی