DOI: https://doi.org/10.1186/s12913-023-10487-7
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38267945
تاريخ النشر: 2024-01-24
المؤلف: Paula Götz وآخرون
الموضوع الرئيسي: دراسات وبائية حول COVID-19
نظرة عامة
تقدم هذه الدراسة نموذج محاكاة لإثبات المفهوم يهدف إلى تعزيز استعداد أنظمة الصحة لاكتساب المعدات الطبية الحيوية، وخاصة معدات الحماية الشخصية (PPE) وأجهزة التنفس الصناعي، خلال الأوبئة. من خلال دمج نموذج انتقال المرض (SEIR) مع نموذج توفر الإمدادات، تربط الأبحاث بين الطلب على رعاية المرضى في المستشفيات مع إمدادات المعدات الأساسية. يستخدم النموذج بيانات من المرحلة الأولية لجائحة COVID-19 في النظام الصحي الوطني الإنجليزي لاستكشاف استراتيجيات الإمداد المختلفة، بما في ذلك الشراء العالمي، والإنتاج المحلي، وطرق الإمداد المبتكرة.
يكشف التحليل الاستكشافي أن نقصًا مستمرًا في معدات الحماية الشخصية وأجهزة التنفس الصناعي من المحتمل أن يحدث عبر سيناريوهات مختلفة، حيث يعتبر الشراء العالمي والمناقصات المباشرة من أكثر الاستراتيجيات فعالية في التخفيف من النقص. ومع ذلك، تتأثر هذه الاستراتيجيات بشكل كبير بتأخيرات الشحن وأوقات الإعداد. تؤكد النتائج على ضرورة تطوير أنظمة الصحة لأطر عمل للأزمات تسهل عمليات الشراء، وتنويع مصادر الموردين، وتعزيز تبادل المعلومات بين الموردين وأنظمة الصحة، والحفاظ على مخزونات من المواد الخام للإنتاج المحلي. بشكل عام، تؤكد الدراسة على الدور الحاسم لاستراتيجيات سلسلة الإمداد في تعزيز مرونة نظام الصحة خلال الأزمات.
مقدمة
تسلط مقدمة هذه الورقة البحثية الضوء على الدور الحاسم لأنظمة الصحة في الحفاظ على الصحة واستعادتها، خاصة خلال الاضطرابات مثل جائحة COVID-19. كشفت الجائحة عن نقاط ضعف كبيرة في أنظمة الصحة في جميع أنحاء العالم، خاصة في إدارة الإمدادات الطبية الحيوية مثل معدات الحماية الشخصية (PPE) وأجهزة التنفس الصناعي. يؤكد المؤلفون أنه بينما تعطي استراتيجيات سلسلة الإمداد الحالية الأولوية غالبًا للكفاءة من خلال تقليل التكاليف والممارسات الرشيقة، يمكن أن تعيق هذه الأساليب الاستعداد والاستجابة خلال الطوارئ. تحدد الدراسة استراتيجيتين رئيسيتين تستخدمهما أنظمة الصحة في الشمال العالمي: استراتيجيات الاستعداد، التي تشمل التخزين لاستيعاب صدمات الطلب، واستراتيجيات الاستجابة، التي تركز على الإجراءات الفورية خلال الأزمة، مثل زيادة الإنتاج المحلي واستغلال الحلول الإمدادية المبتكرة.
تشير الورقة إلى وجود فجوة في الأدبيات الحالية بشأن آثار هذه الاستراتيجيات الشرائية والإمدادية على أنظمة الصحة خلال الأوبئة. بينما تناولت الدراسات السابقة اضطرابات سلسلة الإمداد بشكل أوسع، هناك أبحاث محدودة حول الآثار المحددة للاستراتيجيات الوطنية لاكتساب الإمدادات الطبية الحيوية. لمعالجة ذلك، يقترح المؤلفون نهج ديناميات النظام الاستكشافية لتقييم آثار نظام الصحة لاستراتيجيات الشراء الوطنية المختلفة لمعدات الحماية الشخصية وأجهزة التنفس الصناعي عند بداية الأوبئة. تهدف الدراسة إلى تقديم رؤى حول عدم اليقين الذي يؤثر على استراتيجيات الإمداد والمساهمة في فهم أكثر نظامية لإدارة المخاطر في سلاسل إمداد الصحة.
الطرق
في هذا القسم، يصف المؤلفون الطرق المستخدمة لمحاكاة وتحليل استراتيجيات الإمداد المختلفة لمعدات الحماية الشخصية (PPE) وأجهزة التنفس الصناعي خلال جائحة COVID-19. استخدموا نمذجة ديناميات النظام (SD) بالتزامن مع النمذجة والتحليل الاستكشافي (EMA) لتقييم انتشار SARS-CoV-2 والطلب الناتج على الإمدادات الطبية، مستندين إلى بيانات من خدمة الصحة الوطنية الإنجليزية (NHS). تم إجراء المحاكاة على مدى 210 أيام مع خطوة زمنية قدرها 0.0078125 يوم، باستخدام طريقة تكامل أويلر وإصدار Vensim DSS 9.2.4 جنبًا إلى جنب مع إصدار EMA Workbench 2.3.
شمل التصميم التجريبي ثلاث مراحل رئيسية. في البداية، تم اختبار استكشاف مفتوح لأربع سياسات إمداد عبر 800 سيناريو، مما أسفر عن 3200 تجربة؛ ومع ذلك، لم تحقق هذه السياسات تحسينات كبيرة. وبالتالي، تم إجراء بحث موجه لتحديد السياسات المثلى تحت أسوأ السيناريوهات، مما أسفر عن ست سياسات مرشحة بعد 4000 تقييم لأجهزة التنفس الصناعي و5000 للقفازات والأقنعة. تم مراقبة عملية التحسين باستخدام قيمة ϵ قدرها 0.05. بعد ذلك، تم إجراء تحليل عدم اليقين مع 1000 سيناريو لأجهزة التنفس الصناعي و6000 للأقنعة والقفازات، مع التركيز على عدم اليقين الذي أثر بشكل كبير على انتشار COVID-19. أخيرًا، استخدم اكتشاف السيناريوهات طريقة PRIM لتحديد المتغيرات الرئيسية التي تؤثر على الأداء، مع تحديد عتبة عند قيم تقل عن 35% من إجمالي التغطية الأسوأ للإمدادات. سمح هذا النهج الشامل بفهم دقيق للعوامل التي تؤثر على فعالية استراتيجية الإمداد خلال الجائحة.
النتائج
في هذا القسم، يتم تقديم نتائج المحاكاة من خلال ثلاث تجارب متميزة. تركز التجربة الأولى، المعنونة بالاستكشاف المفتوح، على دراسة سلوك النظام في بيئة غير مقيدة. تقيم التجربة الثانية نتائج السياسات البديلة المختلفة، مما يوفر رؤى حول فعاليتها. أخيرًا، تقيم التجربة الثالثة هذه السياسات تحت مجموعة من السيناريوهات المستقبلية غير المؤكدة، مما يسمح بفهم شامل لصلابتها وقدرتها على التكيف في ظروف متغيرة. تسهم هذه التجارب مجتمعة في فهم أعمق لديناميات النظام وآثار خيارات السياسات.
المناقشة
تؤكد قسم المناقشة في الورقة البحثية على فائدة نمذجة ديناميات النظام (SD) في فهم تعقيدات سلاسل إمداد COVID-19، خاصة للإمدادات الطبية الحيوية مثل معدات الحماية الشخصية (PPE) وأجهزة التنفس الصناعي. يلتقط نهج SD، الذي يتضمن معادلات تفاضلية وتمثيلات بصرية، بشكل فعال السلوكيات غير الخطية وحلقات التغذية الراجعة المتأصلة في أنظمة الصحة. تسلط الدراسة الضوء على أهمية استراتيجيات الإمداد المختلفة، بما في ذلك التخزين، والشراء من السوق العالمية، والإنتاج المحلي، في التخفيف من النقص خلال الأزمات الصحية. تشير النتائج إلى أن التخزين يمكن أن يمتص صدمات الطلب الأولية، بينما تقلل استراتيجيات الشراء بشكل كبير من النقص مع مرور الوقت. ومع ذلك، فإن فعالية هذه الاستراتيجيات تعتمد على أوقات إعداد قصيرة والقدرة على إدارة عدم اليقين مثل تأخيرات الشحن وقيود التصدير.
يدعو المؤلفون إلى تعزيز الاستعداد من خلال أطر العمل للأزمات التي تسهل عمليات الشراء، مما يقلل من أوقات الإعداد لاستراتيجيات الإمداد. يجادلون من أجل إعادة تقييم مستويات التخزين لتحقيق توازن بين اعتبارات التكلفة وضرورة الاستعداد، مشيرين إلى أن مستويات التخزين الأعلى يمكن أن تخفض في النهاية التكاليف الإجمالية خلال الطوارئ. بالإضافة إلى ذلك، تؤكد المناقشة على ضرورة تنويع شبكات الموردين لتخفيف عدم اليقين وضمان تسليم موثوق. تختتم الدراسة بالإشارة إلى أنه بينما يمكن أن تؤثر عدم اليقين بشكل كبير على توفر الإمدادات، يمكن تنفيذ تدابير استباقية لتخفيف آثارها، مما يحسن من مرونة أنظمة الصحة في الأزمات المستقبلية.
القيود
تسلط القيود المفروضة على نموذج ديناميات النظام (SD) المطور وتحليل النمذجة الاستكشافية (EMA) الضوء على عدة مجالات للتحسين في الأبحاث المستقبلية. يفتقر إطار القرار الحالي إلى اعتبار التسليمات المخطط لها ولا يعالج بشكل كافٍ تعقيدات التنبؤ، مما قد يؤدي إلى نتائج مبسطة للغاية. بالإضافة إلى ذلك، قد يؤدي اعتماد النموذج على أسوأ السيناريوهات لاختيار السياسات إلى تدخلات عدوانية للغاية غير مناسبة للمواقف الأكثر احتمالًا. يجب أن تتضمن الأبحاث المستقبلية مجموعة أوسع من السيناريوهات لتوليد سياسات مرشحة أكثر توازنًا، فضلاً عن النظر في عوامل إضافية مثل قيود التصدير والطيف الكامل لمنتجات معدات الحماية الشخصية (PPE).
علاوة على ذلك، يركز النموذج على النظام الصحي الإنجليزي ككيان معزول، مما يتجاهل الفوائد المحتملة للتعاون الدولي في تبادل الموارد. يجب أن تتضمن النسخ المستقبلية اعتبارات التكلفة كنتيجة، مما يحسن السياسات ليس فقط لتقليل نقص الإمدادات الطبية ولكن أيضًا لتقليل النفقات. يُوصى أيضًا بإدراج احتياجات القوى العاملة الصحية، خاصة في سياق جائحة COVID-19، لتعزيز قابلية تطبيق النموذج. أخيرًا، هناك حاجة إلى فحص أكثر تفصيلاً لاستراتيجيات الإمداد المحددة، حيث قد لا تلتقط النمذجة الحالية على مستوى عالٍ تعقيدات التطبيقات الواقعية. تعتبر هذه الدراسة إثباتًا للمفهوم، ويجب أن تهدف النماذج اللاحقة إلى التحقق من صحة البيانات لدعم اتخاذ قرارات فعالة في حالات الأزمات.
DOI: https://doi.org/10.1186/s12913-023-10487-7
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38267945
Publication Date: 2024-01-24
Author(s): Paula Götz et al.
Primary Topic: COVID-19 epidemiological studies
Overview
This study presents a proof-of-concept simulation model aimed at enhancing health systems’ preparedness for acquiring critical medical equipment, specifically personal protective equipment (PPE) and ventilators, during pandemics. By integrating a disease transmission model (SEIR) with a supply availability model, the research connects patient care demand in hospitals with the supply of essential equipment. The model utilizes data from the initial phase of the COVID-19 pandemic in the English national health system to explore various supply strategies, including global purchasing, domestic production, and innovative supply methods.
The exploratory analysis reveals that a persistent shortage of PPE and ventilators is likely across different scenarios, with global purchasing and direct tendering being the most effective strategies for mitigating shortages. However, these strategies are significantly impacted by delays in shipment and setup times. The findings underscore the necessity for health systems to develop crisis frameworks that streamline procurement processes, diversify supplier sources, enhance information exchange between suppliers and health systems, and maintain stockpiles of raw materials for domestic production. Overall, the study emphasizes the critical role of supply chain strategies in bolstering health system resilience during crises.
Introduction
The introduction of this research paper highlights the critical role of health systems in maintaining and restoring health, particularly during disruptions such as the COVID-19 pandemic. The pandemic exposed significant vulnerabilities in health systems worldwide, particularly in the management of critical medical supplies like personal protective equipment (PPE) and ventilators. The authors emphasize that while current supply chain strategies often prioritize efficiency through cost minimization and lean practices, these approaches can hinder preparedness and responsiveness during emergencies. The study identifies two primary strategies employed by health systems in the Global North: preparedness strategies, which include stockpiling to absorb demand shocks, and responsiveness strategies, which focus on immediate actions during a crisis, such as ramping up domestic production and leveraging innovative supply solutions.
The paper notes a gap in the existing literature regarding the effects of these purchasing and supply strategies on health systems during pandemics. While previous studies have addressed broader supply chain disruptions, there is limited research on the specific impacts of national strategies for acquiring critical medical supplies. To address this, the authors propose an exploratory System Dynamics approach to assess the health system effects of different national purchasing strategies for PPE and ventilators at the onset of pandemics. The study aims to provide insights into the uncertainties affecting supply strategies and contribute to a more systemic understanding of risk management in health supply chains.
Methods
In this section, the authors describe the methods employed to simulate and analyze various supply strategies for personal protective equipment (PPE) and ventilators during the COVID-19 pandemic. They utilized System Dynamics (SD) modeling in conjunction with Exploratory Modelling and Analysis (EMA) to assess the spread of SARS-CoV-2 and the resulting demand for medical supplies, drawing on data from the English National Health Service (NHS). The simulation was conducted over a 210-day period with a time step of 0.0078125 days, employing the Euler integration method and Vensim DSS version 9.2.4 alongside EMA Workbench release 2.3.
The experimental design involved three main phases. Initially, an open exploration tested four supply policies across 800 scenarios, resulting in 3200 experiments; however, these policies did not yield significant improvements. Consequently, a directed search was performed to identify optimal policies under worst-case scenarios, resulting in six candidate policies after 4000 evaluations for ventilators and 5000 for gloves and masks. The optimization process was monitored using an ϵ-value of 0.05. Following this, an uncertainty analysis was conducted with 1000 scenarios for ventilators and 6000 for masks and gloves, focusing on uncertainties that significantly impacted the spread of COVID-19. Finally, scenario discovery using the PRIM method identified key variables influencing performance, with a threshold set at values below 35% of worst-case total coverage for the supplies. This comprehensive approach allowed for a nuanced understanding of the factors affecting supply strategy effectiveness during the pandemic.
Results
In this section, the results of the simulations are presented through three distinct experiments. The first experiment, labeled as open exploration, focuses on examining the behavior of the system in an unconstrained environment. The second experiment evaluates the outcomes of various alternative policies, providing insights into their effectiveness. Finally, the third experiment assesses these policies under a range of uncertain future scenarios, allowing for a comprehensive understanding of their robustness and adaptability in varying conditions. These experiments collectively contribute to a deeper understanding of the system’s dynamics and the implications of policy choices.
Discussion
The discussion section of the research paper emphasizes the utility of System Dynamics (SD) modeling in understanding the complexities of COVID-19 supply chains, particularly for critical medical supplies like personal protective equipment (PPE) and ventilators. The SD approach, which incorporates differential equations and visual representations, effectively captures the non-linear behaviors and feedback loops inherent in health systems. The study highlights the importance of various supply strategies, including stockpiling, purchasing from the world market, and domestic production, in mitigating shortages during health crises. The findings indicate that stockpiling can absorb initial demand shocks, while purchasing strategies significantly reduce shortages over time. However, the effectiveness of these strategies is contingent upon short setup times and the ability to manage uncertainties such as delayed shipments and export restrictions.
The authors advocate for enhanced preparedness through crisis frameworks that streamline procurement processes, thereby reducing setup times for supply strategies. They argue for a reevaluation of stockpile levels to balance cost considerations with the necessity for readiness, noting that higher stock levels could ultimately lower overall costs during emergencies. Additionally, the discussion underscores the need for decision-makers to diversify supplier networks to mitigate uncertainties and ensure reliable deliveries. The research concludes by suggesting that while uncertainties can severely impact supply availability, proactive measures can be implemented to alleviate their effects, thereby improving the resilience of health systems in future crises.
Limitations
The limitations of the developed System Dynamics (SD) model and Exploratory and Modelling Analysis (EMA) highlight several areas for improvement in future research. The current decision framework lacks consideration for planned deliveries and does not adequately address the complexities of forecasting, which could lead to oversimplified outcomes. Additionally, the model’s reliance on worst-case scenarios for policy selection may result in overly aggressive interventions that are not suitable for more likely situations. Future research should incorporate a broader range of scenarios to generate more balanced candidate policies, as well as consider additional factors such as export restrictions and the full spectrum of personal protective equipment (PPE) products.
Moreover, the model’s focus on the English health system as an isolated entity overlooks the potential benefits of international collaboration in resource sharing. Future iterations should include cost considerations as an outcome, optimizing policies not only for reducing medical supply shortages but also for minimizing expenses. The inclusion of healthcare workforce needs, particularly in the context of the COVID-19 pandemic, is also recommended to enhance the model’s applicability. Lastly, a more detailed examination of specific supply strategies is necessary, as the current high-level modeling may not capture the intricacies of real-world applications. This study serves as a proof-of-concept, and subsequent models should aim for data-driven validation to support effective decision-making in crisis situations.