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A dengue epidemic model highlighting vertical–sexual transmission and impulsive control strategies
Applied Mathematical Modelling ( IF 4.4 ) Pub Date : 2021-02-16 , DOI: 10.1016/j.apm.2021.02.008
Karunia Putra Wijaya , Joseph Páez Chávez , Thomas Götz

Together with emerging infectious diseases, dengue fever continues to ravage tropical and subtropical countries amidst weak health systems. Vertical and sexual transmission have been shown to exhibit synergism in the endemic maintenance during inter-epidemics. This work presents a SISUV model modulating horizontal transmission, also vertical and sexual transmission in mosquitoes. Mendel’s law applied to non-genetic reproduction is the key tool in the model derivation. Our finding on time scale separation reveals that certain solution trajectories approach a slow manifold before advancing toward the critical manifold and finally confining to a stable equilibrium. Equilibria in the critical manifold disclose a supercritical bifurcation around the threshold of the basic reproductive number, where the latter is shown to exhibit high sensitivity to the vertical transmission. Further extension of the model includes seasonal effects inspired by periodically varying meteorological factors. We then study how awareness campaigns and pesticide spraying contribute to compromising the disease spread, brought within toward-realistic impulsive mechanisms. The final format of the model is then numerically analyzed via path-following methods for hybrid dynamical systems, which allows to gain deeper insight into the effect of key model parameters on the system behavior. Furthermore, the proposed control scheme is optimized for efficient use of limited resources, in terms of reduction of the dengue spread among the population.



中文翻译:

登革热流行模型,突出了性传播和冲动控制策略

登革热与新兴传染病一起,在卫生系统薄弱的情况下继续肆虐热带和亚热带国家。垂直传播和性传播已显示出在流行病之间的地方性维持中显示出协同作用。这项工作提出了一个SISUV模型,可调节蚊子的水平传播,垂直传播和性传播。适用于非遗传复制的孟德尔定律是模型推导中的关键工具。我们在时间尺度分离上的发现表明,某些解决方案轨迹在向临界流形前进之前最终趋向于缓慢的流形,最终限制在一个稳定的平衡点上。关键流形中的平衡揭示了基本生殖数阈值附近的超临界分叉,其中后者显示出对垂直传输的高灵敏度。该模型的进一步扩展包括受周期性变化的气象因素影响的季节性影响。然后,我们研究了提高意识的运动和喷洒农药如何在逼真的冲动机制内带动危害疾病传播。然后通过混合动力系统的路径跟踪方法对模型的最终格式进行数值分析,从而可以更深入地了解关键模型参数对系统行为的影响。此外,就减少登革热在人群中的传播而言,为有效利用有限的资源,对所提出的控制方案进行了优化。该模型的进一步扩展包括受周期性变化的气象因素影响的季节性影响。然后,我们研究了提高意识的运动和喷洒农药如何在逼真的冲动机制内带动危害疾病传播。然后通过混合动力系统的路径跟踪方法对模型的最终格式进行数值分析,从而可以更深入地了解关键模型参数对系统行为的影响。此外,就减少登革热在人群中的传播而言,为有效利用有限的资源,对所提出的控制方案进行了优化。该模型的进一步扩展包括受周期性变化的气象因素影响的季节性影响。然后,我们研究了提高意识的运动和喷洒农药如何在逼真的冲动机制内带动危害疾病传播。然后通过混合动力系统的路径跟踪方法对模型的最终格式进行数值分析,从而可以更深入地了解关键模型参数对系统行为的影响。此外,就减少登革热在人群中的传播而言,为有效利用有限的资源,对所提出的控制方案进行了优化。然后通过混合动力系统的路径跟踪方法对模型的最终格式进行数值分析,从而可以更深入地了解关键模型参数对系统行为的影响。此外,就减少登革热在人群中的传播而言,为有效利用有限的资源,对所提出的控制方案进行了优化。然后通过混合动力系统的路径跟踪方法对模型的最终格式进行数值分析,从而可以更深入地了解关键模型参数对系统行为的影响。此外,就减少登革热在人群中的传播而言,为有效利用有限的资源,对所提出的控制方案进行了优化。

更新日期:2021-03-01
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