L’immunità individuale è un aspetto importante che influenza sia la salute dell’ospite sia l’evoluzione dei patogeni; i suoi effetti permettono di influenzare le dinamiche di trasmissione dei patogeni e il successo delle campagne vaccinali rivolte a intere popolazioni ospitanti. Quando si raggiunge una data numerosità di individui immuni si parla di immunità a livello di popolazione, ovvero “immunità di gregge”.
A causa delle peculiari dinamiche delle malattie infettive, l’immunità individuale mostra dietro di sé un’ombra lunga, in quanto l’infezione di un individuo aumenta simultaneamente il rischio di infezione per altri individui nella popolazione aumentando la loro esposizione, ma riduce anche il numero di individui suscettibili che possono essere infettati dato che l’individuo infetto svilupperà l’immunità individuale.
In questo, esiste una percentuale soglia della popolazione che deve essere suscettibile affinché l’agente patogeno si diffonda con successo. Al contrario, se la proporzione della popolazione che è immune (per vaccinazione o infezione naturale) supera la soglia, l’incidenza del patogeno diminuirà.
Questo fatto è noto come “soglia di immunità di gregge” e si verifica in quanto un sottoinsieme della popolazione suscettibile beneficia della protezione indiretta mediante l’immunizzazione degli individui che li circondano. Tali soggetti avranno meno probabilità di essere esposti all’infezione dato che la maggior parte degli individui che incontrano lo sono già stati e sono quindi immuni e non saranno in grado di trasmettere l’infezione. Questa protezione indiretta altera le dinamiche di trasmissione dei patogeni nel corso di un’epidemia; di conseguenza, le epidemie rallentano e si trasformano.
Per quanto riguarda le infezioni fortemente immunizzanti, il parametro chiave che definisce la soglia di immunità di gregge è R0, ovvero il numero di nuove infezioni generate dal primo individuo infettivo in una popolazione completamente suscettibile. Per il morbillo, ad esempio, un individuo infettivo che è arrivato in una popolazione in cui nessun altro ha mai sperimentato il morbillo (o il vaccino contro il morbillo) dovrebbe infettare, in media, 15 individui durante la fase infettiva.
Per quanto riguarda la proporzione critica (pc) della popolazione che deve essere immunizzata per ottenere l’eliminazione, tale numero è definito dalla formula pc = 1 – 1/R0. Pertanto, più un agente patogeno è intrinsecamente trasmissibile, maggiore è la percentuale di popolazione che deve essere vaccinata per determinarne l’estinzione locale.
In realtà, una soglia unica per l’immunizzazione associata all’estinzione dei patogeni in tutte le popolazioni è improbabile, poiché il modello di base include ipotesi semplificative come la miscelazione omogenea all’interno della popolazione (piuttosto che i tassi di contatto dipendenti dall’età riportati durante e durante l’anno) e una copertura vaccinale omogenea (piuttosto che l’ineguaglianza generalmente osservata).
La soglia di immunità di gregge è influenzata anche dalle caratteristiche demografiche, con una necessaria maggiore copertura vaccinale in contesti ad alto tasso di natalità. Tuttavia, il concetto di immunità di gregge ha fornito un importante punto di riferimento per comprendere gli sforzi richiesti per il controllo di particolari agenti patogeni e per illuminare i successi passati come l’eliminazione del vaiolo. Naturalmente, la sterilizzazione dell’immunità - come si è visto nel morbillo - è relativamente rara in una varietà di agenti patogeni.
Ci sono numerose altre storie in cui, ad esempio, l’immunità può diminuire e gli individui ritornare a uno stato di suscettibilità, generando così diverse conseguenze sulla popolazione. Tuttavia, anche l’immunità imperfetta a seguito dell’infezione può manifestarsi tramite l’immunità di gregge a livello di popolazione.
Poiché raramente sono presenti osservazioni dettagliate delle catene di trasmissione (chi ha infettato chi) e ancor più raramente si conosce la suscettibilità di fondo delle persone che non sono state infettate durante un’epidemia, il rilevamento della protezione indiretta richiede un’attenta interpretazione dei modelli di incidenza su larga scala.
I dati sulle fluttuazioni del numero dei casi osservati all’interno di un paese o città sono spesso disponibili attraverso la sorveglianza sanitaria pubblica e possono fornire indicazioni sull’azione di protezione indiretta. Una potente fonte di dati sono gli effetti a breve termine dopo l’introduzione della vaccinazione, in cui le coorti non vaccinate mostrano un’incidenza ridotta e quindi una prova della presenza di protezione indiretta. Un’altra fonte di evidenza sono i cambiamenti nei cicli di incidenza dei patogeni nel lungo termine.
Oltre a ciò, l’esaurimento e il rifornimento dell’ospite suscettibile sono due aspetti che dovrebbero influenzare fortemente la tempistica e l’entità dei focolai in cui opera la protezione indiretta. Di conseguenza, per il morbillo è stata osservata una transizione dalla dinamica annuale a quella biennale dopo la fine del Baby Boom, in linea con le aspettative per questo patogeno fortemente immunizzante: bassi tassi di natalità significano che i suscettibili si accumulano più lentamente e beneficiano anche della protezione indiretta derivante da un’alta percentuale di individui immuni dall’ultimo ciclo.
Per gli agenti patogeni parzialmente immunizzanti, la protezione indiretta sembra essere inizialmente meno probabile. Tuttavia, i cambiamenti osservati nelle dinamiche indicano che anche un breve periodo di riduzione dell’esposizione della popolazione provocato dall’immunità parziale potrebbe portare a una protezione indiretta. Per il rotavirus, ad esempio, il modello spaziale di tempistica delle epidemie negli Stati Uniti potrebbe essere collegato a un modello spaziale dei tassi di natalità, indicando l’azione di protezione indiretta; inoltre, è stato osservato il cambiamento previsto dalla dinamica annuale a quella semestrale a seguito della vaccinazione. Osservazioni simili possono essere fatte per il virus respiratorio sinciziale e la pertosse.
L’immunità derivata dall’infezione naturale o dalla vaccinazione può essere molto variabile e può andare dalla protezione contro la sola malattia clinica alla protezione contro la sola trasmissione o il solo essere vettore. Quando si considera come le dinamiche della risposta immunitaria a un particolare agente patogeno entrato all’interno dell’ospite potrebbero modellare l’immunità di gregge a livello di popolazione, probabilmente l’aspetto chiave è il grado in cui l’immunità acquisita limita la trasmissione in avanti.
In questo senso si deve immaginare un agente patogeno la cui l’immunità riduce considerevolmente i sintomi per le infezioni che si verificano dopo l’infezione primaria, ma che non ha alcun effetto sulla trasmissione. Dal punto di vista dell’agente patogeno, nessun individuo è stato rimosso dalla popolazione e di conseguenza non c’è protezione indiretta; dunque, nessuna immunità di gregge.
Alcuni recenti lavori suggeriscono persino che i vaccini in grado di bloccare solo la malattia potrebbero selezionare per l’evoluzione di una maggiore virulenza. Ancora una volta, i vaccini che bloccano la trasmissione forniscono potenzialmente i risultati più sicuri, il che suggerisce che proprio questo dovrebbe essere un obiettivo chiave nello sviluppo di un vaccino per massimizzarne l’impatto positivo.
È noto che le interazioni dei processi immunitari all’interno dell’ospite si traducono nel fatto che la dinamica di un patogeno possa essere in grado di alterare la protezione diretta sperimentata per altri patogeni; questo, a sua volta, può influenzare la trasmissione a livello di popolazione. Ciò è particolarmente chiaro per i patogeni immunosoppressori: ci sono prove che l’HIV possa influenzare l’acquisizione dell’immunità al morbillo e quindi il potenziale di trasmissione persistente nelle popolazioni con alta prevalenza di HIV.
Risultati recenti suggeriscono anche che l’infezione da morbillo possa esaurire la memoria di una serie di altri patogeni, indebolendo così l’immunità individuale e i potenziali effetti a livello di gregge. Le interazioni immunitarie all’interno dell’ospite potrebbero anche provocare effetti indiretti negativi: tramite il potenziamento dipendente dagli anticorpi, l’infezione da un ceppo di dengue può rendere gli individui più vulnerabili all’infezione con un altro, ma anche, potenzialmente, più infettivi, mettendo gli altri a maggior rischio di trasmissione.