Modellierung des Gesundheitswesens und Entscheidungsfindung bei Pandemien: Eine Fallstudie

Bereits 2001 wies einBericht der John Hopkins Bloomberg School of Public Health darauf hin, wie unvorbereitet die Welt auf einen globalen Ausbruch von Infektionskrankheiten war. Der Bericht wies auf die Belastung hin, die eine Pandemie für die Gesundheitssysteme der Welt bedeuten würde, und darauf, wie schwer sie es haben würden, eine angemessene Versorgung zu gewährleisten. Zwei Jahrzehnte später hat die COVID-19-Epidemie gezeigt, dass dies der Fall ist, denn die Gesundheitsversorgung und die medizinischen Einrichtungen haben Mühe, den Zustrom von Patienten bei begrenzten Ressourcen zu bewältigen.

Die ersten Zahlen des Seuchenausbruchs zeigten, dass die Länder krampfhaft versuchten, mehr Ressourcen wie Beatmungsgeräte, Masken, Handschuhe oder persönliche Schutzausrüstung (PSA) zu beschaffen, um sicherzustellen, dass das medizinische Personal mit der Krankheit umgehen kann. Obwohl die Auswirkungen dieses reaktiven Ansatzes im Umgang mit Pandemien noch untersucht werden, hat der Ausbruch bewiesen, dass ein präventiver Ansatz bei Pandemien mehr Leben rettet.

Ein gutes Beispiel dafür ist das Hochfahren der Produktion von Testkits, der Verfügbarkeit von PSA und der allgemeinen Versorgungskapazitäten in Deutschland und der Schweiz. Statistiken der Weltgesundheitsorganisation (WHO) zeigen, dass diese Länder bei der Versorgung während der Pandemie besser abgeschnitten haben und noch immer abschneiden. Diese relativen Erfolge wurden auf eine angemessene Kapazitätsplanung und Entscheidungsfindung auf der Grundlage von Entscheidungs- und Simulationsmodellen zurückgeführt.

Als Reaktion auf den COVID-19-Ausbruch und die Notwendigkeit, den Bedarf an kritischen Gesundheitsressourcen während Pandemien zu analysieren, hat das Simio-Team ein analytisches Modell für die Ressourcenplanung entwickelt.

Simio’s Modell für Infektionskrankheiten und Ressourcenplanung

Die Fähigkeit eines Gesundheitsdienstleisters und/oder einer Einrichtung, Infektionskrankheiten zu bekämpfen, hängt direkt von der Anzahl der zur Verfügung stehenden kritischen Ressourcen ab. Das Simio ‚Infektionskrankheiten- und Ressourcenplanungsmodell‘ verwendet die diskrete Ereignissimulation (DES), um den Bedarf an kritischen Ressourcen zu antizipieren, darunter:

• Platz zum Schlafen
• Beatmungsgeräte
• Masken
• Handschuhe

Zweck:

Das ‚Infectious Diseases and Resource Planning Model‘ (Modell zur Planung von Infektionskrankheiten und Ressourcen) wurde entwickelt, um Gesundheitsdienstleistern, Regierungsbehörden und Nichtregierungsorganisationen zu helfen, besser für Pandemien zu planen. Das Modell analysiert den Bedarf an den oben aufgeführten kritischen Ressourcen anhand der Bevölkerung einer Gemeinde und der Infektionsrate innerhalb der angegebenen Bevölkerung.

Ansatz:

Um Genauigkeit zu gewährleisten, verwendet das Modell Echtzeitdaten wie den Ansteckungsfaktor (R0) von COVID -19 und die von der WHO empfohlenen sozialen Distanzierungsmaßnahmen. Das Modell verwendet auch Näherungswerte wie die Bevölkerung, die eine Gesundheitseinrichtung versorgt, die Anzahl der infizierten Fälle und die Ressourcen, die der Einrichtung zur Verfügung stehen. Innerhalb des Modells sind also die folgenden Parameter verfügbar:

• Bevölkerung des Versorgungsgebiets – Die Bevölkerung für das Modell wird diversifiziert, um alle Altersgruppen zu berücksichtigen. Die Wahrscheinlichkeit, dass jede Altersgruppe einen Krankenhausaufenthalt oder intensive Pflege benötigt, wird ebenfalls berücksichtigt.
• Ansteckungsfaktor – Die erwartete Anzahl von Folgeerkrankungen, die ein infizierter Fall in einer anfälligen Population hervorruft.
• Gemeldete Erstfälle – Die „gemeldeten Erstfälle“ berücksichtigen sowohl symptomatische als auch asymptomatische Patienten, was sich auf die Berichterstattung auswirkt.
• Faktor der sozialen Distanzierung – Ein Wert zwischen 0 und 1 steht für den Faktor der sozialen Distanzierung. Ein Wert von 0 bedeutet, dass in der Population keine soziale Distanzierung beobachtet wurde. Ein Wert von 0,5 bedeutet, dass etwa 50% der Bevölkerung soziale Distanzierung beobachtet haben, während 1 bedeutet, dass die gesamte Bevölkerung soziale Distanzierung beobachtet hat.

Das Modell umfasst auch die folgenden Metriken zur Verfügbarkeit von Ressourcen für den Gesundheitsdienstleister und/oder die Einrichtung:

• Bettenkapazität im Krankenhaus
• Anfangskapazität des Beatmungsgeräts

*Es ist wichtig zu beachten, dass die Systemannahmen und Echtzeitdaten geändert werden können, um den Ressourcen und der Situation bestimmter Gesundheitsdienstleister, Bevölkerungsgruppen und verschiedener Stämme von Infektionskrankheiten gerecht zu werden.

Modell-Annahmen:

Das Modell trifft auch einige wichtige Annahmen, die auf Echtzeit-Ereignissen basieren. Zu diesen Annahmen gehören die folgenden:

• Die Eingabe für die Krankenhausbettenkapazität bezieht sich auf die Anzahl der Betten, die das Krankenhaus für die während der Pandemie infizierten Patienten bereitstellen kann. Reservierte Betten für andere Notfälle werden dabei nicht berücksichtigt.
• Wenn in der Einrichtung keine freien Betten mehr zur Verfügung stehen, werden die infizierten Patienten in eine andere Einrichtung gebracht oder zu Hause behandelt, um die Ausbreitung der Krankheit zu verhindern.
• Die erholte Bevölkerung kehrt nicht in die Einrichtung zurück und es wird angenommen, dass sie immun gegen die Krankheit ist und andere nicht anstecken kann.
• Bei Patienten, die ein Beatmungsgerät benötigen, wird davon ausgegangen, dass sie sich auf der Intensivstation befinden und für die gesamte Dauer ihres Krankenhausaufenthalts ein Beatmungsgerät benötigen.
• Patienten, die ein Beatmungsgerät benötigen und keins zugewiesen bekommen können, werden in andere Einrichtungen geschickt.

Verwendung des Modells für Infektionskrankheiten und Ressourcenplanung

Das Modell wurde vereinfacht, um sicherzustellen, dass es von den Beteiligten und allen, die während einer Pandemie Gesundheitsdienstleistungen erbringen oder dies planen, problemlos verwendet werden kann. Der zentrale Bereich stellt die Einrichtung dar und die Objekte sind die im Krankenhaus aufgenommenen Fälle.

Um das Modell auszuführen und zu bearbeiten, stehen Schaltflächen zur Verfügung, mit denen Sie Änderungen in Echtzeit vornehmen können. Dazu gehören:

• Schaltfläche Betten: Wenn Sie auf die Schaltfläche ‚+1‘ klicken, wird ein Bettplatz hinzugefügt, während ‚-1‘ einen Bettplatz entfernt. Dies gilt auch für die anderen Schaltflächen, da sie die entsprechende Anzahl von Betten hinzufügen oder abziehen, für die sie stehen.
• Schaltfläche Ventilatoren: Mit den Ventilator-Schaltflächen können Sie auch die Anzahl der verfügbaren Ventilatoren innerhalb der Modelle addieren und subtrahieren.
• Steuerelemente – Systemannahmen: Im Fenster Systemannahmen können Sie die Metriken der Systemannahmen ändern, um bestimmte Situationen abzubilden, bevor Sie das Modell ausführen. Im Gegensatz zu den Schnellstart-Schaltflächen stellen die Steuerelemente die Ausgangssituation zu Beginn einer Pandemie dar.

Mit diesen Schaltflächen und Kontrollen können dynamische Experimente mit dem Modell durchgeführt werden, während sich die Pandemie entfaltet.

Die Gemeinde Springfield als Fallstudie

Die fiktive Stadt Springfield, die als Fallstudie dient, hat 30.000 Einwohner. Die Altersstruktur dieser Bevölkerung setzt sich zusammen aus:

• Alter 50 und älter – 25%
• Alter 30 bis 50 – 35%
• Alter 1 bis 30 – 40%

Das Krankenhaus in Springfield verfügt über eine Bettenkapazität von 100 Plätzen, 20 Beatmungsgeräte und tausend PSA und hat seiner Gemeinde schon immer hervorragende Gesundheitsdienste geboten. Mit dem erwarteten Ausbruch von COVID-19 müssen sich die Beteiligten auf einen verstärkten Zustrom von infizierten Patienten einstellen.

Das Modell integriert die Bevölkerung und ihre Altersdemografie, die verfügbaren Ressourcen und die Ausbreitung der Krankheit. Mit dem Modell können die Beteiligten experimentieren und mehr darüber erfahren, wie die Bereitstellung zusätzlicher Betten und Beatmungsgeräte dazu beitragen kann, eine angemessene Versorgung der Gemeinschaft zu gewährleisten.

Das Modell liefert auch Echtzeit-Schätzungen, die Defizite bei der Verfügbarkeit von Betten, Beatmungsgeräten und PSA aufzeigen, wenn die Zahl der infizierten Fälle zunimmt. Als Interessenvertreter können Sie auf die Schaltflächen „Bett hinzufügen“ und „Beatmungsgerät hinzufügen“ klicken, um abzuschätzen, wie das Hinzufügen von 10, 100 oder 200 zusätzlichen Betten zur Bewältigung der Pandemie beitragen wird. Diese zusätzlichen Betten werden auch dazu führen, dass mehr PSA benötigt wird, und das Modell verfolgt die Anzahl der zusätzlichen PSA, die die Gesundheitsdienstleister aufgrund der erhöhten Pflegekapazität benötigen werden.

Die Beteiligten der Gesundheitseinrichtung können in Echtzeit abschätzen, wie sich eine Woche, ein Monat, zwei Monate oder mehr der Eindämmung der Pandemie auf die Ressourcen der Einrichtung auswirken wird. Die Ergebnisse des Modells helfen der Einrichtung und der Gemeinschaft, einen präventiven Ansatz im Umgang mit Infektionskrankheiten zu verfolgen, indem sie rechtzeitig kritische Ressourcen beschaffen.

Hier können Sie ein Video von Simios ‚Infektionskrankheiten und Ressourcenplanungsmodell‚ in Aktion sehen. Das Video besteht aus einem einfachen Experiment, in dem gezeigt wird, wie sich eine Änderung der Systemsteuerung auf die Anzahl der fehlenden kritischen Geräte auswirkt, die eine Gesundheitseinrichtung während einer Pandemie benötigt.