DS04 - Vie, santé et bien-être

Diffusion de pathogènes au sein des réseaux de soins : une étude de modélisation – SPHINx

Diffusion de pathogènes dans les réseaux de soins

Malgré les progrès de la biologie et de la médecine modernes, les infections associées aux soins se sont multipliées au cours des dernières décennies, devenant un problème majeur de santé publique. Ceci vient notamment de la (ré)émergence d'agents infectieux virulents capables de se propager dans des établissements de soins, incluant des bactéries multirésistantes (entérobactéries BLSE, staphylocoques résistants à la méticilline...), ainsi que des virus (grippe, SRAS, MERS-CoV, Ebola...).

Contexte et objectifs

La structuration des populations humaines à l'intérieur et à l'extérieur des hôpitaux, les transferts de patients entre services et entre hôpitaux, ainsi que l'exposition aux médicaments dans différents contextes, sont autant de facteurs à des échelles différentes qui interagissent avec l'échelle biologique de la transmission des agents pathogènes. Toutes ces échelles auront inévitablement des impacts interdépendants sur les stratégies d'intervention visant à contrôler la propagation d'agents pathogènes associés aux soins. <br />Les modèles mathématiques, développés conjointement avec les enquêtes épidémiologiques, constituent un outil puissant pour mieux comprendre les mécanismes de propagation des infections associées aux soins. Cependant, les études de modélisation publiées antérieurement se limitaient généralement à décrire la propagation de ces infections à une seule échelle, indépendamment des autres. Cette séparation d'échelle met au défi notre capacité à avoir une compréhension globale de ce phénomène. En outre, chaque échelle est caractérisée par des réseaux de contacts - contacts entre individus dus à la proximité, contacts entre établissements de santé en raison de transferts de patients, contacts entre groupes de populations en raison de la mobilité et des interactions communauté / hôpital -, qui sont rarement pris en compte dans les modèles. <br />Dans ce contexte, l'objectif principal de ce projet est de proposer un cadre de simulation unifié dans lequel chaque échelle (services hospitaliers, réseaux d'hôpitaux et d'établissements de santé, communauté) sera modélisée. Les différentes échelles modélisées seront intégrées les unes aux autres tout en préservant leur simplicité. Ce cadre servira ensuite à proposer et à évaluer des stratégies novatrices à plusieurs échelles pour contrôler l’incidence des infections associées aux soins du point de vue de la santé publique et de la rentabilité.

L’approche méthodologique proposée combine modélisation mathématique, analyse de données massives, épidémiologie et économie de la santé. Elle se divise en 5 work-packages (WP) :
WP1: Modélisation de la propagation de pathogènes dans les hôpitaux
Nous développerons un modèle de transmission permettant de simuler n'importe quel réseau de contact entre individus au sein d'un hôpital. Le modèle sera paramétré et validé à l'aide des données longitudinales issues de l'étude européenne MOSAR.
WP2: Modélisation de la propagation de pathogènes entre établissements de santé
Le réseau de transferts des patients français sera reconstruit et analysé à l'aide de la base de données nationale PMSI. Dans un 2ème temps, nous simulerons la propagation de pathogènes sur ce réseau.
WP3: Modélisation des interactions hôpital-communauté
L'analyse systématique de la base de données PMSI permettra de diviser le territoire français en zones connectées à des hôpitaux spécifiques. Un modèle de diffusion de patch calibré pour différents pathogènes sera ensuite développé.
WP4: Exploiter les modèles pour proposer des stratégies de contrôle
À terme, les différentes échelles seront intégrées dans un cadre unique. Nous utiliserons ce modèle pour mieux comprendre et quantifier le rôle joué par les phénomènes multi-échelles sur la diffusion globale des infections associées aux soins et évaluer des stratégies de contrôle, tout en tenant compte de l'incertitude.
WP5: Évaluer la vulnérabilité épidémique des systèmes de santé à différentes échelles
Nous utiliserons un nouveau cadre analytique pour calculer le seuil épidémique, c’est-à-dire le degré de vulnérabilité d’une population aux épidémies, tout en tenant compte de la variation temporelle des contacts. Cette approche permettra de synthétiser les résultats obtenus numériquement dans les WP1-3, d'identifier les mécanismes responsables de la vulnérabilité résultante et fournira un moyen alternatif d’évaluer les stratégies de contrôle du WP4.

PROJET EN COURS

PROJET EN COURS

* Duval A., Smith D., Guillemot D., Opatowski L., Temime L. (2019) CTCmodeler: An Agent-Based Framework to Simulate Pathogen Transmission Along an Inter-individual Contact Network in a Hospital. In: Rodrigues J. et al. (eds) Computational Science – ICCS 2

Malgré les progrès de la biologie et de la médecine, les infections associées aux soins (IAS) surviennent à une incidence et une gravité accrues depuis les dernières décennies, devenant un enjeu majeur de santé publique. Un large éventail de stratégies de contrôle est déjà disponible, incluant des mesures d'hygiène, des précautions de barrière, la gestion des antimicrobiens, la vaccination, l'isolement des patients, le cohortage, etc., et s'appuyant sur des programmes de dépistage et des systèmes de surveillance. Cependant, face à la propagation des IAS, la mise en œuvre de ces stratégies doit être optimisée et de nouvelles stratégies de contrôle doivent être envisagées et évaluées. La modélisation mathématique et les simulations informatiques sont des outils puissants pour aider les décideurs de santé publique à mieux comprendre la diffusion des IAS et à évaluer l'efficacité des stratégies de contrôle.
La diffusion d'un agent pathogène dans un système de santé résulte d'une combinaison de processus opérant à différentes échelles. La façon dont les populations humaines sont structurées au sein de et en dehors des établissements de santé, et les réseaux de transferts de patients entre services de soins et entre les établissements sont autant de strates qui interagissent de manière intrinsèque avec la strate biologique de la transmission inter-individuelle d'agents pathogènes et avec la strate microbiologique de la dynamique de sélection de pathogène au sein de l'hôte.
Les processus opérant à ces différentes échelles peuvent avoir des effets opposés, ce qui rend la prédiction de la dissémination des IAS et de l’impact de stratégies de contrôle difficile si l’on ne considère qu’une seule échelle. Pourtant, les travaux de modélisation publiés précédemment se sont pour la plupart limités à décrire une seule de ces échelles, séparément des autres. Cette séparation limite notre capacité à comprendre globalement la propagation des IAS.
Dans ce contexte, l'objectif du projet SPHINx est de proposer une approche globale pour mieux comprendre et contrôler la propagation des IAS intégrant différentes échelles (services hospitaliers, établissements de soins, réseaux d'établissements de soins, communauté), en développant un modèle mathématique et informatique multi-échelles. Dans un premier temps, nous développerons pour chaque échelle considérée un modèle dynamique afin de mieux comprendre comment les IAS peuvent émerger, être sélectionnées et se diffuser en milieu de soins. Ensuite, nous intégrerons ces différents modèles dans un modèle multi-échelles. Les paramètres des modèles seront estimés en utilisant à la fois des données publiées dans la littérature et des données originales dont, en particulier, des données sur les transferts de patients entre les hôpitaux et la communauté au niveau national français, ainsi qu'un jeu de données détaillées sur le réseau de contacts, le portage de bactéries de patients et de soignants ainsi que l’exposition aux antibiotiques dans un hôpital sur une période de 4 mois. Enfin, nous utiliserons le cadre multi-échelle développé pour évaluer et comparer l'impact potentiel de différentes stratégies de contrôle sur la propagation et l'incidence des IAS.
En améliorant notre connaissance de la dynamique des IAS à différentes échelles, les résultats de ce projet contribueront à concevoir des mesures efficaces de contrôle des infections intégrant les niveaux individuel, local, régional et national.

Coordinateur du projet

Cnam - MODÉLISATION, EPIDEMIOLOGIE ET SURVEILLANCE DES RISQUES SANITAIRES (Laboratoire public)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

Cnam - MODÉLISATION, EPIDEMIOLOGIE ET SURVEILLANCE DES RISQUES SANITAIRES
Institut Pierre Louis d'épidémiologie et de santé publique
CCLIN Paris Nord
Quantitative methods in public health
Biostatistique, Biomathématique, Pharmacoépidémiologie et Maladies infectieuses (B2PHI)

Aide de l'ANR 572 126 euros
Début et durée du projet scientifique : - 48 Mois

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