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[인류와 질병]판데믹 시나리오 '이벤트201'이 주는 교훈

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[인류와 질병]판데믹 시나리오 '이벤트201'이 주는 교훈

2020.02.22 09:59
넷플릭스 다큐시리즈 ′판데믹′의 대표이미지. 출처 넷플릭스 공식사이트
넷플릭스 다큐시리즈 '판데믹'의 대표이미지. 출처 넷플릭스 공식사이트

2019년 10월 18일 미국 존스홉킨스 보건안전센터는 세계 경제 포럼, 빌 앤 멜린다 게이츠 재단과 함께 높은 수준의 판데믹(세계적 유행)상황에 대한 도상 훈련을 시행했다. 이벤트 201로 불리는 이 훈련은 코로나19 상황이 벌어지기 이전에 진행된 가상 시뮬레이션이지만, 일반적인 판데믹 상황이 미치는 다양한 사회경제적 현상에 대한 전문가의 다양한 의견을 잘 정리하고 있다. 


세계적으로 매년 200건의 감염병이 유행하고 있는데, 이러한 추세는 점점 악화되고 있다. 세계화는 이미 거스를 수 없는 거대한 흐름으로 국가 간의 국제적인 공조와 사회적 협력의 중요성을 강조하고 있다. 물론 이벤트 201은 중국 우한에서 발생한 코로나19(COVID-19·코비드19)의 상황을 예측한 것은 아니다. 이러한 한계를 깊이 유념하면서, 의료 부문에 한정하여 이벤트 201의 결과를 자세하게 톺아보자. 

 

원인 병원체


이 훈련에서는 원인균으로 코로나바이러스를 상정했다. 코로나바이러스 급성폐증후군(CAPS 캡스)은 폐렴이나 급성호흡곤란증후군(ARDS)으로 진행할 수 있다. 가상의 바이러스는 중증급성호흡기증후군(SARS·사스)나 중동호흡기증후군(MERS·메르스)과 같은 과에 속하지만 항원의 차이가 있고 수년간 과일박쥐에 상존하고 있다가 가축인 돼지로 옮겨오는 것으로 설정했다. 돼지에서는 가벼운 질병을 일으키는 것으로 가정했다. 변이가 일어나 인간 감염이 일어나게 되어 남미의 한 농부에게 감염이 되었지만, 사람 간 전파는 제한적인 것으로 했다. 그러다가 추가적인 변이가 발생하면서 사람 간 전파가 더욱 쉽게 일어나는 것으로 가정했다. 


사스-코로나바이러스(SARS-CoV)에 비해서 가벼운 증상을 보이는 사람도 전파가 가능하고 전파는 주로 비말을 통한 호흡기 경로를 따라 일어나는 것으로 가정했다. 일부는 에어로졸을 만드는 의학적 처치 동안 공기 전파가 되는 것으로 설정했다. 


현재 사스나 메르스 백신이 개발 중이지만, 아직 코로나바이러스에 대한 공식적인 백신은 없다. 코로나바이러스 치료에 적응증이 있는 항바이러스제제도 아직 없다. 하지만 항 에이즈바이러스(HIV) 약물을 비롯한 몇몇 약물이 효과적인 것으로 보인다. 이 시뮬레이션에서는 단 하나의 항 HIV 약물, 엑스트라나비어(extranavir)가 캡스의 치료와 예방에 효과적인 것으로 간주했다. 물론 실제 존재하는 약은 아니다. 

 

 

시나리오

 

 

신종 코로나바이러스(코로나 19)의 충격이 확대되고 있는 가운데 18일 일본 도쿄의 직장인들이 대거 마스크를 착용하고 걸어가고 있다. 도쿄AP/연합뉴스 제공
신종 코로나바이러스(코로나 19)의 충격이 확대되고 있는 가운데 18일 일본 도쿄의 직장인들이 대거 마스크를 착용하고 걸어가고 있다. 도쿄AP/연합뉴스 제공

남미의 한 양돈장에서 발생한 전염병은 초기에 천천히 진행하다가, 의료 시설에서 급격히 전파된다. 기본적으로 완전히 취약한 인구 집단에서 중등도의 전파력을 가진 병원체의 유행을 시뮬레이션하고 있다. 소득이 낮고 인구가 밀집된 지역에서 빠르게 전파되는데, 주로 남미의 거대 도시들이다. 지역적 유행병이 폭발적으로 퍼진다. 


해외여행 등 비행기를 통해서 포르투갈과 미국, 중국으로 전파되고 이후 300개의 대도시를 포함한 여러 국가로 전파된다. 시간이 지나면서 새로운 도시가 모델에 추가되었는데, 각 도시당 1~4명의 환자가 유입되는 것으로 가정했다. 다수의 심각한 환자에 대한 높은 수준의 의학적 관리를 제공할 수 있는 의료 시스템 수준의 차이를 반영한 것이다. 감염력(β)은 기초 재생산 지수 혹은 재생산지수(R0)를 평균 1.7로 가정했다. 각 도시에 따라 1.1에서 2.6 사이에 분포하고, 정규 분포를 그리는 것으로 상정했다. 지역사회에서 감염력이 있는 개체를 두 종류로 나누었는데(모델은 감염의 단계에 따라 총 여섯 영역으로 나뉜다), 절반은 가벼운 질병(IM)으로 진행하고, 절반은 심각한 질병으로 진행한다(IS).


심각한 질병을 앓는 환자는 α의 확률로 10일 후에 죽거나(D), 회복했다(R). 입원 환자의 치명률(CFR)은 평균 14%의 정규 분포를 그리는 것으로 가정했다. 가벼운 증상을 보이는 환자는 δ의 확률로 회복하였다. 가벼운 증상을 보이는 환자의 치명률(CFR)은 0%로 가정하였다. 증상은 경중과 무관하게 5일의 잠복기(k1, k2)를 가정하고, 발병부터 회복까지의 시간(γ)은 7일로 정했다. 심각 영역에 속하는 환자만 보고되는 것으로 설정했다. 가벼운 증상을 보이는 환자는 감시 체계를 벗어날 것으로 간주했다.


상황은 개별 도시에 차례로 적용되었고, 유행의 추계적 성질을 시뮬레이션 하기 위해서 실제 분포로부터 무작위로 각 도시의 파라미터를 선택했다. 초기 몇 달 동안 누적 환자는 매주 갑절로 늘어난다. 처음에는 일부 국가에서 통제에 성공하지만, 전파와 재유입이 지속하면서 결국 어떤 국가도 통제에 성공하지 못한다. 사회경제적 상황은 점점 악화된다. 첫 일 년 동안은 백신 개발에 실패한다. 


시나리오에 따르면 18개월 후 대략 6500만 명이 사망했다. 감염되지 않은 사람이 감소하면서 점점 유행 속도가 느려지는데, 전체 인구의 80~90%가 노출될 때까지 판데믹이 진행된다. 이후 유년기에 호발하는 풍토병으로 변하게 된다. 이 모델은 적절한 통제 방법이 부재할 경우, 신종 감염병이 어떻게 세계적 대유행으로 진행하는지에 대해 잘 보여주고 있다. 


모델은 몇몇 제한점을 가지고 있다. 총 300개의 세계 도시와 총 300개의 미국 도시만을 포함했다. 따라서 시나리오의 환자 건수는 실제보다 과소 반영될 가능성이 있다. 그러나 본 모델은 유행이 지속한다는 핵심적 전제로 설계되어 있으므로(εM), 실제로는 사람들이 집단적 행동 변화를 일으키면서 유행 속도가 느려지는 경향으로 인해 이러한 제한점이 상쇄될 것으로 보인다. 

 

 

의학적 개입


현재 백신 이외에도 혈청 치료나 항바이러스 제제 치료가 연구 중이다. 본 시나리오에서는 엑스트라나비어를 가상의 항바이러스제제로 선정하였다. 엑스트라나비어는 현재 HIV 치료에 사용하고 있으나 캡스에 효과적인 것으로 보인다. 또한, 바이러스 노출 기간 중 투여될 경우 예방 효과를 가지는 것으로 보인다. 치료 목적으로 사용될 경우 질병의 심각성과 바이러스 배출 기간을 줄여준다. 현재 미국과 중국을 포함하여 총 5개의 복제약이 출시되어 있으며, HIV 치료 목적으로 매일 100만 명의 환자가 복용하고 있다. 현재의 생산 시설로는 2600만 명분을 감당할 수 있으며, 기존의 생산능력을 확충하고 다른 시설을 동원할 경우 5200만 명분을 양산할 수 있을 것으로 추정하였다. 그러나 이러한 생산능력 향상에는 대략 1년이 걸릴 것으로 예상되었다. 예방 목적으로 쓰일 경우 치료 목적에 따른 요구 수준보다 훨씬 많은 양이 필요할 것으로 추정됐다. 


현재는 코로나바이러스에 대한 백신이 없다. 사스와 메르스에 대한 백신 개발은 다양한 기술적 난점이 있으며, 현재 임상 단계를 모두 통과한 백신은 없다. 시뮬레이션에서는 백신 개발에 성공하는 것으로 하였지만, 단지 가정일 뿐이다. 아마 백신 개발에는 수년이 걸릴 것으로 보인다. 대개의 백신 개발은 10년 이상의 긴 시간이 필요하다. 판데믹 상황에서 이를 단축할 수 있겠지만, 판데믹을 저지할 수 있는 단계에 백신이 개발되어 공급될 가능성은 낮다. 


사스와 메르스에 대한 백신이 설령 개발된다고 해도, 새로운 코로나바이러스에 대해서는 효과가 없을 것으로 추정된다. 게다가 일부 연구에 따르면 특정 코로나바이러스에서 발생하는 면역은 짧은 기간 유지될 뿐이라서 오히려 백신은 더 강화된 질병을 일으킬 가능성도 있다. 사스와 메르스 백신이 뜻밖의 부작용을 낳을 수 있다는 것이다.  

 

의료자원의 배분

 

중국 후베이성 우한의 한 병원에서 16일 한 의료인이 신종 코로나바이러스(코로나19) 감염증 환자들을 돌보던 중 벽에 기대 선 채로 쪽잠을 자고 있다. 우한AP/연합뉴스 제공
중국 후베이성 우한의 한 병원에서 16일 한 의료인이 신종 코로나바이러스(코로나19) 감염증 환자들을 돌보던 중 벽에 기대 선 채로 쪽잠을 자고 있다. 우한AP/연합뉴스 제공

현재 백신과 다른 의료 보호 물자(MCMs)을 배분하는 공급 체인은 일상적인 소요량에 맞추어 있다. 판데믹 상황에 대처할 수 있는 확장 가능한 집중 공급 시스템은 없다. 공공 보건 위기에 보다 작은 규모에서 의료 보호 물자 배분을 촉진하는 복수의 시스템과 정책 결정 기구가 있는데, 판데믹 상황에서 작동할 수 있을 것으로 보인다. 


국제백신준비협력단체(ICG)는 글로벌 건강 정책 결정의 핵심적 역할을 하고 있다. 이외 세계보건기구(WHO)나 유니세프, 국경없는의사회, 국제 적십사단 등의 기구가 작동할 수 있다. WHO는 응급 상황을 위한 비상 기급으로 24시간 이내에 미화 50만 달러를 지출할 수 있고, 초기 긴급 대처를 위한 자원을 제공할 수 있다. 미국의 여러 기금도 활용될 수 있다. 백신동맹도 저소득 국가를 위한 예산을 집행할 수 있을 것이다. 


일반적으로 백신이나 필요한 자원 공급량을 급격하게 늘리는 것은 기술적인 어려움이 많다. 이해 경합이나 생산 시설 전환에 드는 비용, 규제 장벽, 지속적인 시장의 부재 등이 주요 어려움이다. 

 

덧붙이는 말. 본 글은 존스 홉킨스 보건 안전 센터에서 공개한 자료를 정리한 것이다. 가상의 시뮬레이션 결과에 따른 대응 능력을 점검하려는 목적에서 시행됐고 현재의 코로나19에 관해 예측한 것이 아니라는 점을 다시 밝힌다. 자세한 원문은 홈페이지(http://www.centerforhealthsecurity.org/event201)에서 찾을 수 있다. 

 

※참고문헌

-http://www.centerforhealthsecurity.org/event201
-Zhang N, Tang J, Lu L, Jiang S, Du L. Receptor-binding domain-based subunit vaccines against MERS-CoV. Virus Res 2015;202:151-159.
-Song Z, Xu Y, Bao L, et al. From SARS to MERS, thrusting coronaviruses into the spotlight. Viruses 2019;11(1):E59.
-US Food and Drug Administration. Vaccines Licensed for Use in the United States. Updated May 9, 2019. http://www.fda.gov/vaccines-blood-biologics/vaccines/vaccines-licensed-use-united- states. Accessed October 9, 2019.
-Gouglas D, Thanh Le T, Henderson K, et al. Estimating the cost of vaccine development against epidemic infectious diseases: a cost minimisation study. Lancet Glob Health 2018;6(12):e1386- e1396.
-Menachery VD, Graham RL, Baric RS. Jumping species—a mechanism for coronavirus persistence and survival. Curr Opin Virol 2017;23:1-7.
-Cho H, Excler JL, Kim JH, Yoon IK. Development of Middle East Respiratory Syndrome Coronavirus vaccines—advances and challenges. Hum Vaccin Immunother 2018;14(2):304-313.
-Honda-Okubo Y, Barnard D, Ong CH, Peng B-H, Tseng C-TK, Petrovsky N. Severe acute respiratory syndrome-associated coronavirus vaccines formulated with delta inulin adjuvants provide enhanced protection while ameliorating lung eosinophilic immunopathology. J Virol 2015;89(6):2995-3007.
-Gillim-Ross L, Subbarao K. Emerging respiratory viruses: challenges and vaccine strategies. Clin Microbiol Rev 2006;19(4):614-636.
-National Institutes of Health. Safety and Immunogenicity of a Candidate MERS-CoV Vaccine (MERS001). ClinicalTrials.gov. Updated May 10, 2019. https://clinicaltrials.gov/ct2/show/NCT03399578. Accessed October 8, 2019.
 

※필자소개 
박한선 정신건강의학과 전문의, 신경인류학자. 서울대 인류학과에서 진화와 인간 사회에 대해 강의하며, 정신의 진화과정을 연구하고 있다. 《행복의 역습》, 《여성의 진화》, 《진화와 인간행동》를 옮겼고, 《재난과 정신건강》, 《정신과 사용설명서》, 《내가 우울한 건 다 오스트랄로피테쿠스 때문이야》, 《마음으로부터 일곱 발자국》을 썼다.

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