Pilier 6 du réseau CoVaRR-Net (Biologie et modélisation computationnelles) 1

Sommaire : Les données épidémiologiques, expérimentales et informatiques actuelles indiquent que le variant Omicron du SRAS-CoV-2 présente un avantage de croissance évident. Le Canada devrait donc se préparer à une autre vague pandémique importante au cours du prochain mois. Même si la sévérité de la maladie causée par Omicron reste la même ou est possiblement moins grave que celle des variants précédents (en raison de modifications virales ou d’une immunité accrue), la croissance exponentielle prévue se traduira par un grand nombre de cas en très peu de temps, ce qui imposera une charge extrême au système de soins de santé.

Le 26 novembre 2021, l’Organisation mondiale de la santé a désigné Omicron comme un variant préoccupant (VP), suite à l’augmentation alarmante des cas signalés par le ministère de la Santé d’Afrique du Sud 1. Omicron s’est propagé plus rapidement que tout autre VP précédent, avec des temps de doublement observés de deux à quatre jours dans un certain nombre de provinces et de territoires (Ontario2 : 3 jours, Royaume-Uni3 :  2 à 3 jours, Afrique du Sud4 :  3 jours). Une croissance aussi rapide d’un variant est sans précédent dans la pandémie, Omicron se propageant environ trois fois plus vite que les variants Alpha ou Delta.  On pense que l’avantage d’Omicron est dû à la combinaison d’une transmissibilité plus élevée ou d’une plus grande capacité à échapper à l’immunité chez les personnes qui ont déjà été infectées ou vaccinées4, mais l’importance relative de ces deux avantages est inconnue.  Les premières données suggèrent qu’Omicron pourrait également être moins sévère5 (mais voir 6), bien que l’on ne sache pas si cette sévérité moindre est vraie dans tous les cas, si elle ne se produit que chez les personnes déjà immunisées ou si elle est un artefact (p. ex., en raison du jeune âge des personnes infectées tôt et du temps limité pour que l’impact de la maladie se fasse pleinement sentir).

Les modèles peuvent aider à éclairer des futurs possibles à la lumière de cette incertitude en explorant différentes valeurs pour des paramètres inconnus et en projetant le nombre de cas et les taux d’hospitalisation.  À l’aide d’un modèle épidémiologique, nous suivons la propagation d’Omicron, en permettant aux individus de varier en termes de statut vaccinal, de taux de contact, de risque d’infection symptomatique et de risque d’hospitalisation en fonction de l’âge (voir Méthodes).

Nous commençons par un ensemble d’hypothèses, puis nous décrivons des scénarios alternatifs pour la propagation d’Omicron au Canada. Dans le principal ensemble de modèles, nous fixons le nombre initial de cas d’Omicron au sein de la communauté à une personne sur un million le 1er décembre. Nous supposons qu’Omicron a un taux de croissance de r = 20 % par jour (temps de doublement de 3,5 jours), ce qui est similaire à ce qui a été rapporté précédemment2,3,4. Nous explorons différentes hypothèses concernant la sévérité d’Omicron, en commençant par la même sévérité6 que les variants précédents chez les personnes non vaccinées, puis en explorant des niveaux de sévérité plus faibles.

Des estimations préliminaires du Royaume-Uni suggèrent une baisse marquée de l’efficacité du vaccin contre l’infection par Omicron (VEinfection), avec un VEinfection moyen d’environ 35 %, mais avec de larges intervalles de confiance allant d’environ 0 à 60 % pour les personnes se trouvant à > 15 semaines de la deuxième des deux doses Pfizer7.  Pour tenir compte de cette incertitude, nous avons fait varier le VEinfection d’un maximum de 90 % à un minimum de 10 %.  Le nombre de cas prévu augmente rapidement et dépasse le nombre maximal de cas précédent au Canada8 de 250 cas par million (ligne pointillée) au début de janvier (Figure 1).  Le taux de propagation étant maintenu constant (r = 20 %), des taux similaires de propagation rapide sont observés début janvier, que l’avantage d’Omicron provienne principalement d’une transmissibilité plus élevée (panneau de gauche avec VEinfection = 90 %) ou d’une plus grande évasion immunitaire (panneau de droite avec VEinfection = 10 %), bien que le pic soit atteint plus tôt si l’efficacité du vaccin reste élevée.  Un nombre disproportionnellement élevé de cas surviendrait parmi les personnes non vaccinées si l’avantage d’Omicron provient principalement d’une transmissibilité plus élevée (à gauche), mais moins si l’évasion immunitaire est plus élevée (à droite).

Figure 1 : Projection du nombre de cas d’Omicron par million de Canadiens, compte tenu d’un taux de propagation de 20 % par jour. Le maximum précédent est indiqué par la ligne pointillée à 250 cas par million. La proportion projetée des cas d’Omicron parmi les personnes non vaccinées au cours de cette période est indiquée dans chaque panneau. Les couleurs indiquent le nombre de cas dans chaque catégorie d’âge (superposés selon la légende à droite).

Parmi les individus infectés, nous laissons la probabilité relative d’un cas sévère être Psevere pour les individus vaccinés par rapport aux individus non vaccinés, ce qui confère une protection vaccinale contre la maladie sévère de :

VEsévère = 1 – (1 – VEinfection) Psévère

Le terme « sévère » est utilisé ici pour désigner un cas qui nécessite une hospitalisation. Les rapports préliminaires du district de Tshwane en Afrique du Sud indiquent que les infections par Omicron sont plus bénignes, avec moins de cas hospitalisés nécessitant une oxygénation supplémentaire ou des soins intensifs5. La nature plus bénigne de ces cas peut toutefois refléter une protection immunitaire contre la maladie sévère, étant donné que de nombreux individus en Afrique du Sud ont déjà été exposés (on estime que >70 %4 d’entre eux ont été vaccinés ou se sont remis d’une infection antérieure).

Nous commençons par projeter l’occupation des hôpitaux dans la Figure 2 en supposant que les cas restent d’égale sévérité6 parmi les individus qui n’ont pas d’immunité préalable à la COVID-19 (c.-à.-d. qui ne sont pas vaccinés contre la COVID-19 et ne l’ont pas contractée). Le variant Omicron semblerait néanmoins plus bénin chez les individus vaccinés ou précédemment exposés (par Psévère), car ils bénéficient d’une certaine protection immunitaire.

Figure 2 : Projection du nombre de cas d’Omicron à l’hôpital par million de Canadiens, compte tenu d’un taux de propagation de 20 % par jour (le maximum précédent est indiqué par la ligne pointillée). Les couleurs indiquent le nombre de cas dans chaque catégorie d’âge (superposés selon la légende de la Figure 1). En comparant les personnes vaccinées aux personnes non vaccinées, les colonnes décrivent les différents niveaux de protection contre l’infection (VEinfection), les lignes décrivent la protection contre la maladie sévère parmi les personnes infectées (Psévère) et les chiffres dans l’encadré décrivent la protection contre la maladie sévère (VEsévère), ainsi que le pourcentage prévu de personnes non vaccinées nécessitant une hospitalisation au cours de cette période.

Quels que soient les paramètres étudiés, l’occupation des hôpitaux devrait dépasser le maximum précédent à la mi-janvier. Des projections similaires sont observées pour l’occupation des unités de soins intensifs (figure alternative 2a). Si les vaccins demeurent efficaces contre l’infection (panneaux de gauche) ou contre les maladies sévères (panneaux supérieurs), la majorité des patients hospitalisés seront des personnes non vaccinées ou incomplètement vaccinées, même si elles ne représentent actuellement que 24 % de la population canadienne9.

Bien que la sévérité du variant Omicron demeure incertaine, on s’attend à ce que les vaccins offrent une protection substantielle contre la maladie sévère, en modifiant peu les sites de reconnaissance des lymphocytes T10. De plus, des données préliminaires provenant d’Afrique du Sud indiquent que les personnes vaccinées conservent une protection modérée contre l’hospitalisation, avec un VEsevere = 70 %11 (comme dans les panneaux central et inférieur droit de la Figure 2).

Nous envisageons brièvement des scénarios alternatifs à ceux envisagés ci-dessus :

  • Si Omicron s’établit dans une région plus tôt ou plus tard, alors les dates des figures ci-dessus se décalent d’autant (nous avons supposé 1 cas par million dans la communauté le 1er décembre).
  • Si Omicron est moins sévère, avec une plus petite proportion x de tous les cas nécessitant une hospitalisation (vaccinés et non vaccinés), alors l’échelle du graphique d’occupation des hôpitaux est multipliée par x.
    • La figure alternative 2b suppose que tous les cas sont moitié moins sévères, mais même dans cette situation, l’occupation des hôpitaux et des unités de soins intensifs dépasse le maximum encore observé dans la pandémie quelques jours plus tard que ce qui est observé dans la Figure 2.
    • La figure alternative 2c suppose que tous les cas sont 1/10e aussi sévères, ce qui maintient l’occupation des hôpitaux en dessous du maximum pendant tout le mois de janvier, bien que cette réduction extrême de la sévérité ne soit pas cohérente avec les premières analyses de données6,11
  • Si le taux de croissance d’Omicron devait être ralenti à 10 % par jour (temps de doublement de 6,9 jours), alors, grosso modo, l’échelle de deux mois s’étend à une échelle de quatre mois (p. ex., figure alternative 2d avec r = 0,1). Au-delà du ralentissement de la vague Omicron, la hauteur du pic et le nombre total de cas Omicron sont diminués par le ralentissement du taux de croissance (voir la figure alternative 2e).
  • Toutefois, si Omicron croît à un rythme plus rapide au Canada, de 30 % par jour (temps de doublement de 2,3 jours, similaire à celui du Royaume-Uni), alors l’échelle de deux mois se réduit à une échelle de temps de cinq semaines.

Conclusions

Si Omicron se propage de manière incontrôlée au Canada à un rythme similaire à celui observé précédemment2,3,4 et si la sévérité des cas chez les personnes non vaccinées reste la même, le nombre de cas de COVID-19 hospitalisés devrait atteindre le maximum enregistré à ce jour dans la pandémie à la mi-janvier.  Même si le variant Omicron était deux fois moins sévère chez les personnes non vaccinées, ce maximum serait atteint quelques jours plus tard (figure alternative 2b). Ce n’est que dans le cas d’une réduction extrême de la sévérité parmi les cas d’Omicron (environ dix fois plus importante; figure alternative 2c) ou d’une combinaison de réduction de la sévérité et de séjours hospitaliers plus courts (figure alternative 2f) que le pic d’occupation des hôpitaux resterait inférieur au maximum précédent.

Pour éviter une surcharge du système de soins de santé, des efforts sont nécessaires pour réduire la transmission d’Omicron. Il existe de nombreuses mesures que les individus et les responsables de la santé publique peuvent prendre pour réduire le pic de charge d’Omicron (Figure 3). Les moyens possibles pour réduire substantiellement la charge d’Omicron sur le système de soins de santé sont les suivants :

  • Déployer rapidement l’administration des doses de rappel : Dans la mesure où l’avantage d’Omicron provient du fait qu’il échappe à l’immunité, le fait de déployer l’administration des doses de rappel aussi rapidement que possible ralentirait considérablement le taux de propagation d’Omicron. Par exemple, si le VEinfection tombe à 35 % après les deux doses standard, mais remonte à 75 % après un rappel, ce qui correspond aux données préliminaires du vaccin Pfizer au Royaume-Uni7, alors le taux de croissance quotidien de 20 % d’Omicron pourrait être ralenti à 10,5 % (soit un doublement de 6,6 jours), ce qui réduirait considérablement (×160 fois) le pic de demande hospitalière en janvier. L’administration de doses de rappel est toutefois nécessaire dès que possible (en quelques jours et non en quelques semaines), afin de laisser le temps aux anticorps neutralisants de se reconstituer et d’éviter un pic de demande hospitalière en janvier.
  • Cibler l’administration des doses de rappel sur les personnes les plus vulnérables : Si les personnes âgées de plus de 60 ans reçoivent rapidement des doses de rappel, le pic rapide de cas demeure (taux de croissance de 15,3 %), mais le pic de demande hospitalière en janvier diminue considérablement x17 fois).
  • Élaborer des interventions non pharmaceutiques (INP) : L’amélioration de la qualité des masques, l’amélioration de la ventilation, la restriction de la taille des rassemblements et la réalisation de tests à plus grande échelle, notamment à l’aide de tests antigéniques rapides, pour détecter et isoler les cas pourraient ralentir davantage la propagation du variant Omicron.  Il a été démontré que plusieurs INP réduisaient la propagation de la COVID-19 (p. ex., en réduisant le Rt de 0,0 à 0,4 par intervention12). En Colombie-Britannique, de vastes restrictions sur les rassemblements sociaux et la fermeture des restaurants ont permis de réduire le taux de croissance de ~5 à 6 %. Ces mesures ont l’avantage supplémentaire de gagner du temps pour la vaccination.
  • Déployer rapidement les vaccins chez les enfants : Les premières données provenant d’Afrique du Sud indiquant que les enfants sont hospitalisés 20 % plus souvent à cause d’Omicron que des variants précédents, la vaccination des enfants permet de les protéger contre les maladies sévères. L’effet sur la propagation d’Omicron est toutefois modeste, tant que l’avantage d’Omicron provient de l’évasion immunitaire. Par exemple, si la proportion des enfants de moins de dix ans qui sont vaccinés passe rapidement de ~4 % à 50 %, le taux de croissance quotidien d’Omicron ne diminue que légèrement de 20 % à 19,3 % avec VEinfection = 50 %, car cette catégorie d’âge représente une proportion relativement faible des cas dans lesquels Omicron échappe à l’immunité.
  • Restrictions de voyage : La restriction des voyages au Canada ne ferait pas de différence13 en raison de la forte prévalence d’Omicron déjà observée dans plusieurs régions du pays2. Les tests au point d’arrivée et les recommandations aux voyageurs de se faire tester, même au Canada, contribueraient à ralentir la propagation d’Omicron. Les mesures relatives aux voyages qui retardent l’établissement de quantités différentes dans différentes communautés pourraient échelonner dans le temps les pics de demande hospitalière, ce qui permettrait de répartir la charge sur le système de soins de santé entre les régions.

Le présent rapport explore la trajectoire potentielle d’Omicron et son impact sur la demande hospitalière à la lumière des principales sources d’incertitude qui subsistent. L’administration de doses de rappels s’avère être un mécanisme clé pour élever le « mur d’immunité » contre Omicron. La reconstruction de ce mur sera très importante si l’efficacité des vaccins contre l’infection par Omicron a diminué autant que ce qui a été observé au Royaume-Uni7. Au fur et à mesure que de nouveaux renseignements seront mis en lumière, les projections seront révisées pour nous aider à traverser la vague Omicron.

Figure 3 : Mesures pour aider le Canada à traverser la vague Omicron. Les différentes mesures sont représentées par un texte rouge et des « panneaux d’arrêt » pour indiquer où elles peuvent rompre les liens épidémiques. Les vaccins et les doses de rappel réduisent les infections des individus sensibles (S) et la sévérité de la maladie chez les individus infectés (I). L’amélioration de la ventilation et de la qualité des masques, la limitation de la taille des rassemblements et la généralisation des tests de dépistage (y compris les tests antigéniques rapides) pour détecter et isoler les cas réduisent le risque de transmission à partir des individus contagieux (P : présymptomatique, I : infections symptomatiques, A : asymptomatique). Plus la combinaison de mesures de santé individuelle et publique est puissante, plus la charge sanitaire d’Omicron devrait être faible.

Méthodes :

Pour modéliser la dynamique du SRAS-CoV-2, nous utilisons le modèle SEAPIR de Day et al. (2021)14, qui prend en compte les individus sensibles (S), exposés mais non contagieux (E), asymptomatiques (A), pré-symptomatiques (P), symptomatiques (I) et guéris (R) (Figure 4). Les individus asymptomatiques, pré-symptomatiques et symptomatiques sont tous contagieux, mais peuvent différer dans leur infectiosité (Tableau 1). Chaque catégorie d’hôtes est structurée en 10 catégories d’âge (0-9, 10-19,…90+) et deux catégories immunitaires, naïf et sensibilisé. Les individus naïfs n’ont jamais eu la COVID-19 et ne sont pas complètement vaccinés, et les individus immunologiquement sensibilisés ont été complètement vaccinés ou ont eu la COVID-19 (des résultats très similaires sont observés si les individus partiellement vaccinés sont également inclus dans l’ensemble immunologiquement sensibilisé, figure alternative 2g). L’âge peut influencer la sévérité des cas et la probabilité qu’un individu infecté demeure asymptomatique (f), les jeunes présentant généralement des symptômes plus légers. Le modèle permet également des taux de transmission plus faibles chez les cas asymptomatiques (par un facteur g).

La proportion d’individus de chaque catégorie d’âge, les taux d’hospitalisation par âge et le statut vaccinal par âge ont été obtenus en utilisant des données de la Colombie-Britannique9,15 comme population de référence (à noter que cela est similaire aux autres régions du Canada). Les taux de contact ont été modélisés comme dans Mulberry et al. (2021)16, qui se caractérise par des taux de contact plus élevés chez les personnes plus jeunes. La durée moyenne du séjour à l’hôpital a été fixée à 12 jours; la durée du séjour aux soins intensifs a été fixée à 10 jours17. D’autres valeurs de paramètres pour le modèle illustré à la Figure 4 sont indiquées au Tableau 1.

Figure 4 : Le modèle SEAPIR pour le SRAS-CoV-2 de Day et al. (2020), qui tient compte des différents taux d’infection et de sévérité de la maladie chez les personnes non vaccinées (en haut) et vaccinées (en bas). Les individus sont affectés à une catégorie d’immunité et d’âge (0-9, 10-19,…,90+), selon le statut vaccinal enregistré au Canada le 4 décembre 20219. Tous les individus sont supposés être initialement sensibles à Omicron, mais les individus vaccinés sont protégés de l’infection par un VEinfection et de la maladie sévère par un VEsévère. Les individus sensibles (S), une fois infectés, deviennent exposés (E : non contagieux) jusqu’à ce que la charge virale augmente suffisamment pour devenir contagieux (P : présymptomatique, I : infections symptomatiques, A : asymptomatique). Les individus qui ont développé une immunité contre Omicron entrent dans la catégorie des résistants (R).

Tableau 1 : Paramètres du modèle

Paramètre Signification
κE = 1/3.1 Taux de sortie de la catégorie exposée (moyenne = 3,1 jours)
κP = 1/2.3 Taux de sortie de la catégorie présymptomatique (moyenne = 2,3 jours)
κA = 1/7.6 Taux de sortie de la catégorie asymptomatique (moyenne = 7,6 jours)
κI = 1/4.7 Taux de sortie de la catégorie contagieuse symptomatique (moyenne = 4,7 jours)
βP = βI = β Infectiosité des individus contagieux présymptomatiques et symptomatiques.  est ajustée pour correspondre au taux de croissance quotidien d’Omicron.
βA = g β = 0.2 β On suppose que les individus asymptomatiques sont 20 % plus contagieux que les cas présymptomatiques et symptomatiques.
f = 0.4 (jeunes)
= 0.2 (adultes)
La proportion des cas qui sont asymptomatiques est fixée à 40 % pour les jeunes (0-19) et à 20 % pour les adultes.
mj,k Taux de contact entre un individu de la catégorie d’âge j et k (voir 11).
VEinfection Réduction proportionnelle de l’infection chez les personnes vaccinées
VEsévère Réduction proportionnelle de l’infection sévère chez les personnes vaccinées
Psévère La probabilité relative qu’une infection entraîne un cas sévère nécessitant une hospitalisation chez les personnes vaccinées par rapport aux personnes non vaccinées.

Références :

  1. Pearson et al. (3 décembre 2021) Omicron spread in South Africa: Growth, transmissibility, & immune escape estimates https://drive.google.com/file/d/1hA6Mec2Gq3LGqTEOj35RqSeAb_SmXpbI/view
  2. Ontario Science Table dashboard (12 décembre 2021) https://covid19-sciencetable.ca/ontario-dashboard/
  3. BBC news (8 décembre 2021) « Covid: Early signs Omicron spreads more easily, says No 10 » https://www.bbc.com/news/uk-59563939
  4. Scientific Advisory Group for Emergencies UK (7 December 2021) « SPI-M-O: Consensus Statement on COVID-19 » https://www.gov.uk/government/publications/spi-m-o-consensus-statement-on-covid-19-7-december-2021/spi-m-o-consensus-statement-on-covid-19-7-december-2021
  5. South African Medical Research Council (4 décembre 2021) https://www.samrc.ac.za/news/tshwane-district-omicron-variant-patient-profile-early-features
  6. Ferguson et al. (2021) Report 49 – Growth, population distribution and immune escape of Omicron in England https://www.imperial.ac.uk/mrc-global-infectious-disease-analysis/covid-19/report-49-omicron/
  7. Andrews et al. (2021) Effectiveness of COVID-19 vaccines against the Omicron (B.1.1.529) variant of concern. https://www.medrxiv.org/content/10.1101/2021.12.14.21267615v1.full.pdf
  8. Santé infobase Canada (consulté 12 décembre 2021) Mise à jour quotidienne sur l’épidémiologie de la COVID-19. https://sante-infobase.canada.ca/covid-19/resume-epidemiologique-cas-covid-19.html
  9. Agence de la santé publique du Canada. (10 décembre 2021) Rapport sur la couverture vaccinale COVID-19 au Canada. Ottawa : Agence de la santé publique du Canada (statut vaccinal jusqu’au 4décembre 2021). https://sante-infobase.canada.ca/covid-19/couverture-vaccinale/
  10. Sette (2021) « Further studies on SARS-CoV-2 variants »​ (présentation OMS) https://www.who.int/news-room/events/detail/2021/12/15/default-calendar/who-global-consultation—what-evidence-do-we-have-that-omicron-is-evading-immunity-and-what-are-the-implications
  11. Discovery Health (2021) Real-world analysis of Omicron outbreak based on 211,000 COVID-19 test results in South Africa. https://www.discovery.co.za/corporate/news-room#/documents/press-release-dot-pdf-417948
  12. Haug et al. (2020) Ranking the effectiveness of worldwide COVID-19 government interventions. Nature Human Behaviour 4: 1303–1312 https://www.nature.com/articles/s41562-020-01009-0.pdf
  13. Hurford et al. (2021) Travel restrictions and the Omicron variant (CANmod report). https://canmod.net/public-health
  14. Day et al. (2020). On the evolutionary epidemiology of SARS-CoV-2. Current Biology, 30(15), R849-R857
  15. British Columbia Centre for Disease Control (9 December, 2021) Situational Report. http://www.bccdc.ca/Health-Info-Site/Documents/COVID_sitrep/Week_47_2021_BC_COVID-19_Situation_Report.pdf
  16. Mulberry et al. (2021). Vaccine rollout strategies: The case for vaccinating essential workers early. PLOS Global Public Health, 1(10), e0000020.
  17. Institut canadien d’information sur la santé (12 décembre 2021) Statistiques sur les hospitalisations et les visites au service d’urgence liées à la COVID-19 https://www.cihi.ca/en/covid-19-hospitalization-and-emergency-department-statistics