A multiscale cellular automata model for the pandemic of Dengue

O dramático ressurgimento e a emergência da epidemia de dengue e dengue hemorrágica nas últimas duas décadas claramente definem uma pandemia global. A dispersão do vírus da dengue combina infecções locais dos seres humanos picados por mosquitos infectados dentro de uma cidade com transmissões de longo alcance por vetores não-infecciosos que se alimentam do sangue de pessoas infectadas provenientes de outras zonas urbanas. No presente trabalho um modelo de autômatos celulares para epidemias de dengue é proposto e investigado através de siulação por computador, em larga escala. O modelo leva em conta as principais características relativas à dinâmica das populações de mosquitos e seres humanos e o ciclo de transmissão da doença. Além disso, o modelo é definido em uma rede livre de escala, em que cada nó é uma rede quadrada, a fim de descrever adequadamente o meio ambiente como os centros urbanos interligados através do sistema de transporte nacional. Um limiar epidêmico diferente de zero é encontrado e é aproximado com um comportamento tipo lei de potência pela densidade de indivíduos infectados, como observado na rede mundo-pequeno de Watts-Strogatz. Também, é estudada a importância de três parâmetros na dispersão da dengue: a difusividade do mosquito, a probabilidade do mosquito picar um ser humano, e a probabilidade de viagem de pessoas entre duas cidades conectadas. Por fim, mapas de indivíduos infectados são obtidos a fim de caracterizar a difusão da epidemia.The dramatic resurgence and emergence of epidemic dengue and dengue hemorragic fever in the last two decades neatly define a global pandemic. The dispersion of dengue viruses combines local infections of humans bited by infective mosquitoes inside a city with long-range transmissions to non-infective vectors that feed the blood of infected people arriving from other urban areas. In the present work a cellular automata model for dengue epidemic is proposed and investigated through large-scale computer simulations. The model takes into account the main features concerning the population dynamics of mosquitoes and humans and the disease transmission cycle. Furthermore, the model is defined on a scale-free network in which each node is a square lattice in order to properly describe the environment as urban centers interconnected through a national transportation system. A nonzero epidemic threshold is found and it is approached with a power law behavior by the density of infected individuals, as observed in the small-world network of Watts and Strogatz. Also, it is studied the importance of three parameters for the dengue spreading: the diffusivity of the mosquitoes, the probability of a mosquito bites humans, and the travel's probability of people between two interconnected cities. Finally, maps of infected individuals are obtained in order to caracterise the epidemic spreading.Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Minas Gerai