El martes 31 de diciembre de 2019, la Comisión Municipal de Salud de Wuhan, China, reportó  un extraño brote de neumonía. 44 personas tenían un virus desconocido. Un mes después, el 31 de enero de 2020, tres científicos de la Universidad de Hong Kong publicaron en The Lancet un estimado del tamaño de la epidemia en Wuhan basado en casos de COVID-19 exportados a otros países. 

Usaron casos detectados de personas infectadas en Wuhan que viajaron a otros países entre el 31 de diciembre de 2019 al 28 de enero de 2020. Con esos datos, aplicando modelos matemáticos y estadísticos, calcularon que había 78.815 infectados en Wuhan desde el 25 de enero y predijeron que era inevitable que grandes ciudades en otros países se convirtieran en epicentros de COVID-19.  

Una de las claves que usan los epidemiólogos para entender y predecir el tamaño de un brote de una enfermedad, es el número básico de reproducción. Es una ecuación creada por un investigador de malaria con afán por las matemáticas: George MacDonald. 

La idea nació por un brote de malaria en Sri Lanka, una pequeña isla-país al sureste de India. En ese entonces, Sri Lanka se llamaba Ceilán y era colonia inglesa. En 1934 estalló una epidemia de malaria que infectó a un tercio de la población. La isla tenía 5,5 millones de habitantes y un millón y medio de personas se contagiaron. Fue la peor en su historia.

En un solo día, el 22 de enero de 1934, más de 62.000 personas fueron a centros de salud a buscar atención. Y en seis meses murieron más de 69.000 personas por la epidemia. 

Pero la malaria era común en Ceilán, incluso endémica en tres cuartos del territorio. Algo cambió esta vez. 

En 1934 llovió poco. Fue un año récord de sequía. En la zona húmeda montañosa, donde nacen los ríos, cayó tan poca lluvia que estos se redujeron a hilos de agua. En vez de flujos continuos y grandes caudales, se crearon pequeñas piscinas entre las rocas y el agua se estancó. Los charcos eran ideales para que se reprodujeran los mosquitos en las aguas estancadas.  

George MacDonald trataba de entender por qué este brote había sido tan explosivo y mortal. Creía que pequeños cambios en los factores de transmisión, tales como la cantidad de mosquitos en una zona, la cantidad de veces que estos pican a un humano, el número de días que una persona infectada puede contagiar, entre otros, podían influir. Algunos factores eran constantes y se mantenían en cualquier contexto infeccioso, y otros, variables. 

Poco a poco creó ecuaciones para usar estos factores y explicar el brote. Buscó fórmulas que reflejaran su entendimiento sobre cómo interactúan las constantes y las variables entre sí, hasta que encontró una que funcionaba. 

MacDonald determinó que si la densidad usual del mosquito (Anopheles) en zonas no endémicas se multiplicaba por cinco, habría una epidemia. Y la sequía brindó esa oportunidad. Pero más importante: creó un número que llamó “índice de reproducción básico” (basic reproduction rate). Es un número que dice cuántos contagios secundarios, en promedio, surgen a partir de un infectado dentro de una población susceptible. 

MacDonald concluyó que si este número era menor a 1, es decir, si una persona contagiada solo transmite la enfermedad a menos de una persona, el virus desaparece. Pero si es más de 1, el brote crece. Y si es mucho más que 1,0, viene una epidemia. 

Desde entonces, este número es central en epidemiología. Se escribe “R0” y ayuda a entender qué tan contagiosa es una enfermedad, si el brote será pequeño o si puede convertirse en epidemia o pandemia. Es un índice que explica y, hasta cierto punto, predice.

El R0 se calcula con datos recogidos en campo. Se usan variables registradas dentro de poblaciones reales, y se introducen en modelos matemáticos. Por eso, más y mejores datos producen resultados más precisos. Y los consensos pueden cambiar. 

En términos muy resumidos, el R0 se calcula con tres variables. 

1. La transmisibilidad o probabilidad de que una persona enferma infecte a otra. 
2. La tasa promedio de contactos entre personas infectadas y personas susceptibles. 
3. La duración del periodo infeccioso, entendido como la cantidad de tiempo que un infectado es contagioso. 

Esas tres variables son diferentes para cada virus.     

En el caso de la COVID-19, todavía no se sabe con certeza la cantidad de tiempo en que un infectado es contagioso. Pero hay varios hallazgos que nos dan pistas. 

Carga viral y excreción viral

La carga viral es la cantidad específica de virus dentro de una muestra tomada del paciente. Refleja cuánto se está replicando el virus dentro de la persona. Una carga viral alta de COVID-19 significa que hay muchas partículas de virus en el cuerpo. Y si la muestra se recoge en nariz o garganta, significa que hay alta concentración de virus en los tractos respiratorios. 

La carga viral cambia durante la enfermedad. Entender esa evolución es importante porque la persona puede expulsar virus (viral shedding), dependiendo de cuánto tenga dentro de su cuerpo. La expulsión de virus se llama excreción viral. Si la carga viral es alta, un enfermo puede expulsar muchas partículas de virus al toser o estornudar, lo que significa que probablemente sea más eficiente contagiando a otros. 

El momento de mayor carga viral parece ser justo antes de que aparezcan los primeros síntomas y justo después. Una investigación que siguió la patrones de carga viral y de excreción viral (viral shedding) de 94 pacientes confirmados de COVID-19, encontró que el paciente tiene la carga viral más alta uno o tres días antes de que aparezcan los síntomas. Otro estudio que monitoreó a 23 pacientes en Hong Kong, encontró algo similar: las cargas virales más altas de COVID-19 se presentan al comienzo de la enfermedad, durante la primera semana de síntomas. Después de esa semana la carga viral bajó. 

Esto significa que la enfermedad COVID-19 se puede transmitir durante el periodo de incubación, cuando la persona es presintomática. El virus tiene una incubación de 1 a 14 días, pero el promedio es de 5 días. Entonces, en promedio, alguien puede comenzar a contagiar dos días después de infectarse. Gabriel Leung, el decano de la Escuela de Medicina de la Universidad de Hong Kong, explicó a la periodista Helen Branswell, que a partir de sus estudios encontró que 40% de los casos se transmitían antes de que los infectados desarrollaran síntomas; cuando eran presintomáticos. 

En contraste, SARS, un virus de la misma familia, era transmisible sólo cuando las personas mostraban síntomas. Entonces era más fácil detectar a personas contagiosas, y así, controlar la transmisión. En el caso del SARS-CoV-2 que produce la COVID-19, los que lo están transmitiendo quizás no saben que están infectados; no tienen síntomas. 

Sobre los enfermos que sólo desarrollan síntomas leves, un estudio que monitoreó patrones de excreción viral de nueve personas en Alemania, y que todavía no ha sido editado por publicaciones académicas (peer-reviewed), encontró que estas personas dejan de ser contagiosas diez días después de que aparecen los síntomas. 

Esta investigación dirigida por científicos alemanes trató de reproducir el virus a partir de fragmentos virales que encontró en muestras de esputo, sangre, orina y heces, de pacientes. Además, lo hizo con muestras tomadas en diferentes etapas de la enfermedad. Este tipo de investigación es crucial para entender cuándo una persona es contagiosa. Los científicos no pudieron reproducir el virus de pacientes con infecciones leves, 8 días después de que aparecieron los síntomas. 

Sobre los casos severos, un estudio que siguió la carga viral de 76 pacientes en Nanchang, China, encontró que tenían cargas virales más altas que los casos moderados, y también expulsaban partículas de virus por períodos más largos. El estudio hecho en Alemania encontró algo similar: las personas que desarrollan señales de neumonía expulsan altas cantidades de virus (“shed high levels of virus”) hasta el día 10 u 11 de la enfermedad. 

Sobre los casos asintomáticos (que nunca desarrollan síntomas), y su capacidad para transmitir la enfermedad, hay poca información. Un estudio publicado en Science Magazine, que evaluó la transmisión en Wuhan, estima que 86% de los infectados fueron contagiados por personas asintomáticos o con síntomas leves. Y un ensayo publicado en el Diario de Medicina de Nueva Inglaterra el 19 de marzo, que estudió la carga viral de 18 pacientes, encontró que la carga viral de un paciente asintomático era similar a la de otros pacientes sintomáticos. 

Es altamente probable que los casos asintomáticos puedan transmitir la enfermedad, pero hay discusión sobre cuán contagiosos son.

Este patrón de excreción viral es diferente al del SARS, donde el pico de excreción ocurría más adelante en la enfermedad, cuando el virus entraba en los pulmones. En COVID-19 ocurre al comienzo de la enfermedad. 

Pero además de la carga y excreción viral, hay otra consideración. 

Cada virus requiere una dosis infecciosa diferente, una cantidad de virus mínima para desencadenar una infección en otra persona. Los virus con baja dosis infecciosa son muy contagiosos; requieren poca cantidad de virus para infectar. Esto significa que personas con carga viral baja son muy contagiosas. 

El COVID-19 se transmite a través de pequeñas gotas de secreciones respiratorias que se expulsan al toser o estornudar. Segundos después de que alguien infectado tose o estornuda, el virus viaja una corta distancia en el aire hasta caer en alguna superficie. Alguien que esté suficientemente cerca en ese instante o que toque la superficie con virus, se puede infectar. El virus puede viajar un metro y sobrevive por 72 horas en superficies de plástico, 48 horas en acero y 24 horas en cartón. 

En el caso de COVID-19 no se sabe todavía cuánto es esa dosis infecciosa, pero los investigadores sospechan que es baja. “El virus se transmite por contacto interpersonal muy, muy casual”, dijo W. David Hardy, profesor de enfermedades infecciosas de la universidad de Johns Hopkins, a STAT, un medio norteamericano especializado en salud. 

Si la dosis infecciosa es baja y el modo de transmisión permite enviar partículas de virus a muchas personas en poco tiempo, entonces controlar la transmisión de la enfermedad será difícil. Si se requieren pocas partículas de virus para infectar a otro, los enfermos con coronavirus podrían ser contagiosos en momentos de carga viral baja y alta.

El número de reproducción básico de COVID-19

En el artículo publicado en enero por los tres científicos de la Universidad de Hong Kong, donde estimaban el tamaño de la epidemia en Wuhan, calcularon que el número básico de reproducción de COVID-19 era 2,6 personas. Un infectado podía transmitir la enfermedad a 2,6 personas en promedio. Un trabajo que recopila resultados de 14 investigaciones publicadas hasta finales de enero, lista resultados desde 2,2 a 6,49. Imperial College London, coloca el R0 entre 2 y 2,6. A medida que existan más y mejores datos, el consenso puede cambiar. 

Neil Ferguson, director del Centro de Análisis de Enfermedades Infecciosas Globales del Imperial College London, actualizó el número de reproducción básica de 2, calculado en enero, a 3 y 4,7 publicado a finales de marzo. Ferguson dice que el virus “es más transmissible de lo que pensábamos inicialmente”. 

2/4 -This is not the case. Indeed, if anything, our latest estimates suggest that the virus is slightly more transmissible than we previously thought. Our lethality estimates remain unchanged.

— neil_ferguson (@neil_ferguson) March 26, 2020

Otro estudio publicado el 7 de abril por el Centro de Control de Enfermedades (CDC) de Estados Unidos, coloca el R0 en 5,7.

Tomando el R0 = 2, si una persona infectada tiene contacto con otra susceptible y la infecta, y esa infecta a otro, y ese a otro, y a otro, y hay 10 rondas de infección, se habrán infectado 2.047 personas. Porque cada una infectó a dos adicionales. Aunque dos parece poco, el crecimiento es exponencial. 

Un detalle importante es que el R0 se usa para entender la transmisión en etapas tempranas de una enfermedad. Habla de infecciones dentro de una población susceptible, donde cualquiera se puede infectar. Se trata de una población que no tiene defensas inmunológicas contra el virus. A medida que más personas se enferman, se curan y desarrollan anticuerpos, la enfermedad se puede volver menos contagiosa en una población específica porque se reduce la población susceptible.  

A partir del R0 podemos hacer comparaciones entre enfermedades. 

El COVID-19 es más contagioso que la influenza, donde cada caso produce 1,28 casos secundarios en promedio, que H1N1, con 1,4 casos secundarios, y de ébola en 2014 que generó de 1,3 a 1,9 casos secundarios en Sierra Leona y en Liberia, respectivamente. Pero es similar o menos contagioso que el SARS, que tiene un R0 de 3, y menos contagioso que el sarampión, donde cada caso produce de 12 a 18 infecciones secundarias, en promedio, o polio con 5 a 7 infecciones secundarias. 

El R0 también es fundamental para diseñar políticas de control de la enfermedad. Al saber qué tan contagiosa es el virus, se pueden tomar medidas de contención o mitigación. Las medidas de contención controlan el contagio de la enfermedad, confinando al paciente y evitando que se propague el virus. Cuando la transmisión se ha extendido, se implementan medidas para mitigar su impacto: reducir la mortalidad por la enfermedad, garantizar el acceso a servicios médicos para los afectados y reducir los efectos sobre la economía y sociedad. 

Como COVID-19 es bastante contagioso, muchas medidas se concentran en controlar las cadenas de transmisión para evitar que se propague; reducir el valor de R0, para que sea menor a 1. Cerrar espacios públicos, cancelar eventos, restringir vuelos o prohibir reuniones de grupos de personas, son parte de esa estrategia. Reducen las oportunidades para que el virus se transmita entre muchas personas. Por eso el distanciamiento social y la cuarentena son claves.  

Lo que descubrió George MacDonald hace más de cincuenta años, además de darnos respuestas, nos ayuda a trazar un mapa de soluciones. Si por medio de aislamiento físico y cuarentena, logramos que cada enfermo con COVID-19 contagie a menos de una persona, la enfermedad desaparecerá