Modellierung der COVID-19-Pandemie: Strategien zur kontrollierten Rücknahme von Einschränkungen

Eine Arbeitsgruppe am Lehrstuhl für Informatik 7 (Rechnernetze und Kommunikationssysteme) erstellt Modelle, um den Verlauf der COVID-19-Pandemie nachzubilden und Auswirkungen von Strategien zur kontrollierten Rücknahme der gegenwärtigen einschränkenden Maßnahmen abzuschätzen (Exit aus dem Lockdown). Die Arbeitsgruppe wird von Prof. Reinhard German geleitet. Der Lehrstuhl kann auf eine langjährige Erfahrung in der Simulation komplexer Systeme in den Bereichen vernetzte Mobilität, intelligente Energiesysteme und Gesundheit verweisen. Es besteht ein intensiver Kontakt zu Medizinern zur Begleitung der Arbeit.

Es wurden in kürzester Zeit zwei Simulationsmodelle erstellt: Ein Modell basierend auf Differentialgleichungen mit einer aggregierten Sicht für die Ableitung von Tendenzen und ein agentenbasiertes Modell mit individuellem Verhalten für genauere Aussagen für einzelne Personengruppen. Das erste Modell ist bereits gegenüber dem vom Robert-Koch-Institut erstellten Modell für die SARS-CoV-2-Epidemie in Deutschland validiert.

Das Ziel beider Modelle besteht darin, die kontrollierte Rücknahme von Maßnahmen abzuschätzen. Hierbei muss auf der einen Seite eine Überlastung des Gesundheitssystems (z.B. Belegung von Betten auf Intensivstationen) vermieden werden und auf der anderen Seite müssen soziale Kontakte aus vielfältigen Gründen möglichst bald wieder erleichtert werden. In den Modellen kann z.B. untersucht werden, welche Auswirkungen eine baldige Rückkehr zum Zustand vor dem Lockdown hätte. Aussichtsreich erscheint eine adaptive Strategie, bei der abhängig von kritischen Kenngrößen wiederholte kurzfristige Kontaktreduktionen erfolgen. Dies kann durch Tragen von Mundschutz und den Einsatz von Antikörpertests verbessert werden. Hiermit können Personen erkannt werden, die nach einer Infektion vermutlich eine Immunität ausbilden konnten. Für diese Gruppe können Einschränkungen zur Kontaktreduktion aufgehoben werden. Dies ist besonders wichtig für Personen aus systemrelevanten Bereichen wie z.B. dem Gesundheitssystem oder vulnerable Personengruppen. Ein weiterer Ansatz besteht in einer digitalen Kontaktverfolgung durch Apps, um einen früheren Kontakt mit einer inzwischen erkrankten Person anzuzeigen. Die Modelle werden ständig erweitert, um auch das Zusammenspiel von mehreren Effekten wie PCR-Tests, digitaler Kontaktverfolgung, Altersabhängigkeit des Schweregrads der Erkrankung, Gefahr des Wiederanstiegs nach Lockerung von Maßnahmen und Herdenimmunität besser zu verstehen.

Modelle und erste Ergebnisse wurden als Preprint auf medRxiv veröffentlicht

Beteiligte Personen: Dr. Anatoli Djanatliev, Lisa Maile, Dr. Peter Bazan, Prof. Reinhard German, Lehrstuhl für Informatik 7 (Rechnernetze und Kommunikationssysteme), FAU.