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집단 면역

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목차

1. 개요

집단 면역은 특정 질병에 대한 인구의 충분한 비율이 면역력을 갖게 되어 질병의 확산을 늦추거나 예방하는 현상을 의미한다. 이는 예방 접종이나 자연 감염을 통해 달성될 수 있으며, 면역력이 없는 사람들을 보호하는 효과가 있다. 집단 면역은 역사적으로 홍역과 천연두 퇴치에 기여했으며, 백신 접종을 통해 질병 발생률을 감소시키는 데 중요한 역할을 한다.

집단 면역의 효과는 백신 접종을 받지 못하는 사람들을 보호하고 질병의 확산을 억제하는 데 있다. 그러나 바이러스의 항원 변이나 혈청형 대체, 백신 거부 및 불신과 같은 한계점도 존재한다.

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집단 면역
개요
영어 명칭Herd immunity
다른 명칭Herd effect
Community immunity
Population immunity
Social immunity
설명집단 면역은 감염에 대한 면역력이 있는 개체(예: 예방 접종 또는 이전 감염을 통해)가 모집단에서 충분히 높은 비율로 존재할 때 감염 확산으로부터 면역이 없는 개체를 보호하는 현상이다.
집단 면역은 감염 확산을 늦추고, 질병의 영향을 줄이며, 사회 전체를 보호하는 데 도움이 된다.
집단 면역은 백신 접종률을 높여 달성할 수 있다.
백신 접종은 자신뿐만 아니라 지역 사회 전체를 보호하는 이타적인 행위이다.
집단 면역은 전염병의 확산을 막는 데 중요한 역할을 한다.
집단 면역은 공중 보건을 향상시키는 데 기여한다.
참고 사항
중요성집단 면역은 전염병으로부터 사회 구성원을 보호하는 데 필수적이다.
특히 면역 체계가 약한 사람, 만성 질환을 앓고 있는 사람, 어린이, 노인 등은 집단 면역을 통해 보호받을 수 있다.
달성 방법집단 면역은 백신 접종을 통해 달성하는 것이 가장 효과적이다.
충분히 높은 비율의 사람들이 백신을 접종하면, 바이러스나 세균이 더 이상 쉽게 퍼지지 못하게 된다.
백신 접종의 이점백신 접종은 개인의 건강을 보호하고, 전염병 확산을 막으며, 의료 시스템 부담을 줄이는 데 기여한다.
또한, 백신 접종은 경제 활동을 유지하고, 사회적 안정을 증진하는 데도 도움이 된다.
오해와 진실백신에 대한 오해와 거짓 정보는 백신 접종률을 낮추고 집단 면역 형성을 저해할 수 있다.
백신은 안전하고 효과적이며, 과학적 근거에 기반하여 개발되고 관리된다.
사회적 책임백신 접종은 개인의 선택이지만, 동시에 사회 구성원으로서의 책임이기도 하다.
백신 접종을 통해 자신뿐만 아니라 주변 사람들을 보호하고, 건강한 사회를 만드는 데 기여할 수 있다.

2. 역사

집단 면역 개념은 1930년대 A.W. Hedrich가 볼티모어의 홍역 역학에 관한 연구를 발표하면서 처음으로 인지되었다.[277] 많은 어린이들이 홍역에 대한 면역을 갖게 되면서 새로운 어린이 감염자가 일시적으로 감소하는 현상이 관찰되었다.[277] 1916년에는 "전염성 유산"이라고도 알려진 브루셀라증에 감염된 소의 회복 후에 발생하는 면역을 지칭하기 위해 "집단 면역"이라는 용어가 사용되었다. 1923년 영국 세균학자들은 생쥐를 대상으로 한 실험적 유행병을 설명하기 위해 이 용어를 사용했다.[78] 1920년대 말까지 이 개념은 디프테리아, 성홍열, 인플루엔자와 같은 질병에 대한 집단 내 면역력 구축을 설명하는 데 광범위하게 사용되었다.[78]

홍역 예방 접종이 시작되기 전과 후의 미국의 홍역 발생 건수.


이러한 초기 연구에도 불구하고, 홍역 백신을 사용한 대규모 백신 접종이 1960년대에 시작되기 전까지 홍역을 통제하지는 못했다.[277] 홍역 백신 도입 이후, 백신을 통한 집단 면역 형성이 본격화되었다.[277] 1970년대에는 질병의 집단 면역 역치를 계산하는 공식이 개발되었다.[263] 1960년대와 1970년대 천연두 퇴치 운동 기간 동안, 집단 면역이 필수적인 포위접종이 지속되었다.[278] 포위접종은 감염자 주위의 모든 감염 대상자에게 백신을 접종하여 2차 감염을 방지하는 방법이다.[278]

대량 예방 접종과 포위 접종을 채택한 이후 집단 면역에 대한 복잡성이 높아졌다.[263][279] 초창기에 제작된 전염병 확산 모델링은 현실에 존재하지 않는 가정을 포함했기 때문에 현실과는 차이가 있었다.[263] 이후 현실에서 집단 면역을 관찰하여 현재 시점에 맞는 집단 면역 공식을 제작하였다. 최근 수십년간 미생물의 지배적인 균주는 집단 면역에 의해 저지된다는 것으로 인식되었다.[274] 예방 접종을 통해 집단 면역을 얻은 집단은 질병을 예방 가능하게 만들어 지역 사회로 복귀할 수 있게 만들어 주었다.[275][276]

3. 효과

집단 면역은 취약한 공동체를 보호한다.


어떤 개인은 예방 접종 후 면역력을 발달시키지 못하거나, 의학적 이유로 예방 접종을 받을 수 없다.[8][9][10] 신생아는 안전상의 이유나 수동 면역으로 인해 백신이 효과가 없기 때문에 많은 백신을 접종받기에는 너무 어리다.[11] HIV/AIDS, 림프종, 백혈병, 골수 암, 손상된 비장, 화학 요법 또는 방사선 치료로 인해 면역 결핍된 개인은 이전에 가지고 있던 면역력을 잃었을 수 있으며, 면역 결핍으로 인해 백신이 아무런 소용이 없을 수 있다.[9][10][11][12] 백신 금기로 인해 특정 개인은 예방 접종을 받지 못할 수 있다.[10]

백신 접종을 받은 사람 중 일부는 장기 면역력을 발달시키지 못할 수 있다.[2][13][14] 이러한 집단에 속한 개인은 면역력이 없을 뿐만 아니라 의학적 상태로 인해 감염으로 인한 합병증이 발생할 위험이 더 클 수 있지만, 인구의 충분한 비율이 면역력이 있다면 보호받을 수 있다.[9][10][14][15]

한 연령대에서 높은 수준의 면역력은 다른 연령대에 집단 면역을 생성할 수 있다.[7] 백일해에 대해 성인을 예방 접종하면, 질병으로 인한 합병증 위험이 가장 큰, 예방 접종을 받기에는 너무 어린 영아의 백일해 발병률을 줄일 수 있다.[16][17] 이것은 어린 영아에게 대부분의 전염을 차지하는 가까운 가족 구성원에게 특히 중요하다.[7][14] 같은 방식으로 폐렴구균에 대한 백신을 접종받은 어린이는 예방 접종을 받지 않은 어린 형제자매의 폐렴구균 질환 발병률을 줄인다.[18] 어린이의 폐렴구균 및 로타바이러스 예방 접종은 일반적으로 이러한 백신을 접종받지 않는, 더 나이 많은 어린이와 성인의 폐렴구균 및 로타바이러스 관련 입원 건수를 줄이는 효과가 있었다.[18][19][20] 인플루엔자 (독감)는 젊은 연령층보다 노인에게 더 심각하지만, 인플루엔자 백신은 나이가 들면서 면역 체계가 약해지기 때문에 이 인구 집단에서는 효과가 없다.[7][21] 노인 예방 접종보다 효과적인, 학교에 다니는 어린이를 우선적으로 계절성 독감 예방 접종을 실시하는 것은 노인에게 어느 정도의 보호를 생성하는 것으로 나타났다.[7][21]

성병 (STI)의 경우, 이성애자 중 한쪽 성별에서 높은 수준의 면역력은 양쪽 성별의 이성애자에게 집단 면역을 유도한다.[22][23][24] 한쪽 성별의 이성애자를 대상으로 하는 성병 백신은 대상 성별의 백신 접종률이 높을 경우 양쪽 성별의 이성애자에서 성병이 현저하게 감소한다.[23][24][25] 그러나 여성 백신 접종으로 인한 집단 면역은 남성과 성관계를 갖는 남성에게는 적용되지 않는다.[24] 고위험 행동은 성병을 제거하기 어렵게 만드는데, 이는 대부분의 감염이 중간 위험의 개인에게 발생하지만, 대부분의 전염은 고위험 행동을 하는 개인으로 인해 발생하기 때문이다.[22] 이러한 이유로, 특정 인구 집단에서는 성별에 관계없이 고위험 개인에게 예방 접종을 해야 할 수 있다.[22][24]

[[File:Charlotte_Cleverley-Bisman.jpg|thumb|샬롯 클레버리-비스만은 수막구균 감염증으로 생후 7개월에 사지 일부를 절단했다.[101] 주변의 많은 사람들이 예방 접종을 하여 유행을 막으면, 그녀와 같이 예방 접종을 할 수 없는 어린 아이나 약한 사람들을 질병으로부터 보호할 수 있다.[82]

3. 1. 면역력이 없는 개인 보호



어떤 개인은 예방 접종 후 면역력을 발달시키지 못하거나, 의학적 이유로 예방 접종을 받을 수 없다.[8][9][10] 신생아는 안전상의 이유나 수동 면역으로 인해 백신이 효과가 없기 때문에 많은 백신을 접종받기에는 너무 어리다.[11] HIV/AIDS, 림프종, 백혈병, 골수 암, 손상된 비장, 화학 요법 또는 방사선 치료로 인해 면역 결핍된 개인은 이전에 가지고 있던 면역력을 잃었을 수 있으며, 면역 결핍으로 인해 백신이 아무런 소용이 없을 수 있다.[9][10][11][12] 백신 금기로 인해 특정 개인은 예방 접종을 받지 못할 수 있다.[10]

백신 접종을 받은 사람 중 일부는 장기 면역력을 발달시키지 못할 수 있다.[2][13][14] 이러한 집단에 속한 개인은 면역력이 없을 뿐만 아니라 의학적 상태로 인해 감염으로 인한 합병증이 발생할 위험이 더 클 수 있지만, 인구의 충분한 비율이 면역력이 있다면 보호받을 수 있다.[9][10][14][15]

한 연령대에서 높은 수준의 면역력은 다른 연령대에 집단 면역을 생성할 수 있다.[7] 백일해에 대해 성인을 예방 접종하면, 질병으로 인한 합병증 위험이 가장 큰, 예방 접종을 받기에는 너무 어린 영아의 백일해 발병률을 줄일 수 있다.[16][17] 이것은 어린 영아에게 대부분의 전염을 차지하는 가까운 가족 구성원에게 특히 중요하다.[7][14] 같은 방식으로 폐렴구균에 대한 백신을 접종받은 어린이는 예방 접종을 받지 않은 어린 형제자매의 폐렴구균 질환 발병률을 줄인다.[18] 어린이의 폐렴구균 및 로타바이러스 예방 접종은 일반적으로 이러한 백신을 접종받지 않는, 더 나이 많은 어린이와 성인의 폐렴구균 및 로타바이러스 관련 입원 건수를 줄이는 효과가 있었다.[18][19][20] 인플루엔자 (독감)는 젊은 연령층보다 노인에게 더 심각하지만, 인플루엔자 백신은 나이가 들면서 면역 체계가 약해지기 때문에 이 인구 집단에서는 효과가 없다.[7][21] 노인 예방 접종보다 효과적인, 학교에 다니는 어린이를 우선적으로 계절성 독감 예방 접종을 실시하는 것은 노인에게 어느 정도의 보호를 생성하는 것으로 나타났다.[7][21]

성병 (STI)의 경우, 이성애자 중 한쪽 성별에서 높은 수준의 면역력은 양쪽 성별의 이성애자에게 집단 면역을 유도한다.[22][23][24] 한쪽 성별의 이성애자를 대상으로 하는 성병 백신은 대상 성별의 백신 접종률이 높을 경우 양쪽 성별의 이성애자에서 성병이 현저하게 감소한다.[23][24][25] 그러나 여성 백신 접종으로 인한 집단 면역은 남성과 성관계를 갖는 남성에게는 적용되지 않는다.[24] 고위험 행동은 성병을 제거하기 어렵게 만드는데, 이는 대부분의 감염이 중간 위험의 개인에게 발생하지만, 대부분의 전염은 고위험 행동을 하는 개인으로 인해 발생하기 때문이다.[22] 이러한 이유로, 특정 인구 집단에서는 성별에 관계없이 고위험 개인에게 예방 접종을 해야 할 수 있다.[22][24]

[[File:Charlotte_Cleverley-Bisman.jpg|thumb|샬롯 클레버리-비스만은 수막구균 감염증으로 생후 7개월에 사지 일부를 절단했다.[101] 주변의 많은 사람들이 예방 접종을 하여 유행을 막으면, 그녀와 같이 예방 접종을 할 수 없는 어린 아이나 약한 사람들을 질병으로부터 보호할 수 있다.[82]

3. 2. 질병 확산 억제

3. 3. 질병 근절

집단 면역이 인구 집단에서 충분한 시간 동안 확립되고 유지되면, 그 질병은 더 이상 풍토병적 전염이 발생하지 않아 제거된다.[5] 전 세계적으로 제거가 이루어지고 사례 수가 영구적으로 0으로 줄어든다면, 그 질병은 근절되었다고 선언될 수 있다.[6] 이는 전염병 확산을 통제하기 위한 공중 보건 이니셔티브의 최종 결과로 간주될 수 있다.[6][7]

근절의 이점은 질병으로 인한 모든 이환율과 사망을 종식시키고, 개인, 의료 제공자 및 정부의 재정적 절감을 가져오며, 질병 통제에 사용되던 자원을 다른 곳에 사용할 수 있게 한다는 것이다.[6] 현재까지 집단 면역과 예방 접종을 사용하여 우역과 천연두가 근절되었다.[2][7][38]
젖소 열병 자세의 우역을 앓고 있는 소, 1982년. 마지막으로 확인된 우역 사례는 2001년 케냐에서 발생했으며, 2011년에 공식적으로 이 질병이 근절되었다고 선언되었다.
특히 우역은 2001년 케냐에서 보고된 것을 마지막으로 2011년에 근절이 선언되었다.[92] 소아마비에 대한 근절 노력이 진행 중이지만, 사회 불안과 백신 불신으로 인해 어려움을 겪고 있다.[2][39]

4. 메커니즘

질병에 면역이 있는 개인은 질병 확산의 장벽 역할을 하여, 질병 전파를 늦추거나 예방한다.[51] 개인의 면역은 자연 감염이나 예방 접종과 같은 인공적인 수단을 통해 얻을 수 있다.[51] 인구의 일정 비율이 면역을 갖게 되면, 이를 ''집단 면역 역치''(HIT) 또는 ''집단 면역 수준''(HIL)이라고 하며, 질병은 더 이상 인구 내에서 지속되지 못하고 풍토병이 되지 않을 수 있다.[5][26]

집단 면역의 이론적 기반은 일반적으로 백신이 강력한 면역을 유도하고, 인구가 무작위로 섞이며, 병원체가 면역 반응을 회피하도록 진화하지 않으며, 질병에 대한 비인간적인 매개체가 없다고 가정한다.[2]

집단 면역 임계값 대 R0


특정 집단의 임계값은 질병이 유행 평형에 도달하는 지점이며, 이는 감염 수준이 지수적으로 증가하거나 감소하지 않음을 의미한다. 이 임계값은 유효 감염 재생산수 ''R''e로부터 계산할 수 있는데, 이는 기초 감염 재생산수 ''R''0, 즉 완전히 감수성이 있는 동질적이거나 잘 혼합된 집단에서 각 사례가 유발하는 새로운 감염의 평균 수와, 감염에 취약한 집단의 비율인 ''S''의 곱을 구하고, 이 곱을 1과 같게 설정하여 얻어진다.

: R_0 \cdot S=1.

''S''는 (1 − ''p'')로 다시 쓸 수 있는데, 여기서 ''p''는 면역된 집단의 비율이며, ''p'' + ''S''는 1과 같다. 그런 다음, 방정식을 재배열하여 ''p''를 다음과 같이 단독으로 배치할 수 있다.

: R_0 \cdot (1-p)=1,

: 1-p=\frac {1} {R_0},

: p_c=1 - \frac {1} {R_0}.

''p''가 방정식의 왼쪽에 단독으로 있으면, 질병의 전파를 막기 위해 면역되어야 하는 집단의 임계 비율을 나타내는 ''p''c로 이름을 바꿀 수 있으며, 이는 "집단 면역 임계값" HIT와 동일하다.[22] ''R''0는 전염성의 척도로 작용하므로, 낮은 ''R''0 값은 더 낮은 HIT와 관련이 있으며, 더 높은 ''R''0는 더 높은 HIT를 초래한다.[26][40] 예를 들어, ''R''0가 2인 질병의 HIT는 이론적으로 50%에 불과하지만, ''R''0가 10인 질병의 이론적 HIT는 90%이다.[26]

전염병의 유효 감염 재생산수 ''R''e가 감염당 1명의 새로운 개인 이하로 감소하고 유지될 때, 집단에서 발생하는 사례 수는 질병이 제거될 때까지 점차 감소한다.[22][26][52] 집단이 해당 질병의 HIT를 초과하여 면역되면, 사례 수는 더 빠른 속도로 감소하고, 발병은 발생할 가능성이 훨씬 낮으며, 발생하는 발병은 그렇지 않은 경우보다 더 작다.[2][22] 집단 면역이 집단 면역 임계값 이하로 떨어지면, 유효 감염 재생산수가 1 이상으로 증가하는 경우, 집단은 "면역 격차"를 갖는다고 하며,[53] 질병은 평형 상태에 있지도 않고 발생률이 감소하지도 않으며, 집단 전체에 적극적으로 퍼져나가 평소보다 더 많은 사람들을 감염시키고 있다.[41][52]

이러한 계산의 가정은 집단이 동질적이거나 잘 혼합되어 있다는 것인데, 이는 모든 개인이 다른 모든 개인과 접촉할 가능성이 동일하다는 것을 의미하지만, 실제로는 집단이 사회적 네트워크로 더 잘 설명되며, 개인이 함께 뭉쳐 제한된 수의 다른 개인과 비교적 가깝게 접촉하는 경향이 있다. 이러한 네트워크에서 전파는 지리적으로 또는 물리적으로 서로 가까운 사람들 사이에서만 발생한다.[2][40][41] 네트워크의 모양과 크기는 질병의 HIT를 변경하여 발생률을 더 일반적이거나 덜 일반적이게 만들 수 있다.[26][40]

이질적인 집단에서, ''R''0는 "전형적인" 전염성 있는 사람이 생성하는 사례의 수의 척도로 간주되며, 이는 네트워크 내의 개인들이 서로 어떻게 상호 작용하는지에 따라 달라진다.[2] 네트워크 내의 상호 작용은 네트워크 간의 상호 작용보다 더 일반적인데, 이 경우 가장 많이 연결된 네트워크가 질병을 더 쉽게 전파하여, 덜 연결된 네트워크에서 요구되는 것보다 더 높은 ''R''0와 더 높은 HIT를 초래한다.[2][41] 면역을 선택하지 않거나 충분히 예방 접종을 받지 않은 네트워크에서, 질병은 더 잘 면역된 네트워크에는 존재하지 않더라도 지속될 수 있다.[41]

기본 재생산수(R_0)는 1명이 감염시키는 평균 인원이다.R_0가 2인 경우, 감염된 1명은 평균 2명에게 감염시키고, 1→2→4명으로 증가한다.R_0가 4인 경우, 평균 4명에게 감염시키고, 1→4→16명으로 증가한다.


어떤 질병에 대해 감염이나 예방 접종으로 면역을 획득한 개인은 질병 전파의 장벽으로 작용하여 다른 사람에게의 질병 감염을 늦추거나 방지한다.[87]

기초 감염 재생산수 (R0)는 감염증에 걸린 1명이 몇 명의 감수성자(감염이나 예방 접종으로 인한 면역이 없고, 감염증에 걸릴 가능성이 있는 사람)에게 감염시켜 면역을 획득하거나 사망하게 하는가의 평균 인원을 나타내며, R0<1이면 감소, R0>1이면 증가한다.[96][199][200] 실효 재생산수 (R)는 감염이나 예방 접종으로 면역이 확산되고 있는 상황에서의 감염성 지표이며, R0와 마찬가지로 R<1이면 감염은 종식되어 간다.[199] 집단 면역 임계치 (HIT)는 어떤 집단에서 어느 정도의 비율의 사람이 항체를 가지면 감염이 확산되지 않는지를 나타내는 것으로, "집단 면역 임계치 = 1-1/R0(%)"의 식으로 산출할 수 있다.[96][92][224] 예를 들어 홍역의 기본 재생산수(R0)는 12-18로 매우 높아서 1명에서 12-18명에게 감염되므로, 1-1/18=0.94로 집단 면역 임계치 (HIT)는 94%이며, 유행을 막기 위해서는 높은 예방 접종률(95%)이 필요하다.[96][163][252]。이러한 생각은 어디까지나 이론적인 것이며, 실제 응용에는 더 복잡한 이론이 사용된다.[96]

집단 면역의 이론적 근거는 일반적으로 백신이 강력한 면역을 유도하고, 집단이 무작위로 혼합되며, 병원체가 면역 반응을 회피하는 진화를 하지 않으며, 질병에 대한 인간 이외의 매개체가 존재하지 않는다는 것을 전제로 한다.[82]

각 감염증의 기본 재생산수( ''R''0 )와 집단 면역 역치(HIT)의 추정치[201]
감염증감염 경로R0HIT
홍역에어로졸12–18[202][203]92–94%
수두에어로졸10–12[204]90–92%
볼거리호흡기 비말10–12[205]90–92%
코로나19 (오미크론주)호흡기 비말과 에어로졸9.5[206]90%
풍진호흡기 비말6–7[207][208][209][210]83–86%
코로나19 (델타주)호흡기 비말과 에어로졸5.1[211]80%
소아마비분변-경구 감염5–7[207]80–86%
백일해호흡기 비말5.5[212]82%
코로나19 (알파주)호흡기 비말과 에어로졸4–5[213]75–80%
천연두호흡기 비말3.5–6.0[214]71–83%
코로나19 (기원주)호흡기 비말과 에어로졸[215]2.9[216]65%
SARS호흡기 비말2–4[217]50–75%
디프테리아타액2.662%
감기 (예:라이노바이러스)호흡기 비말2–3[219]50–67%
에볼라 (2014년 유행)체액1.844%
독감 (2009년 팬데믹주)호흡기 비말1.637%
독감 (계절성주)호흡기 비말1.323%



질병 발생 과정에서 감염되는 개인의 누적 비율은 HIT를 초과할 수 있는데, 이를 '''오버슈트'''라고 한다.[55][56][57] HIT는 질병 확산이 멈추는 지점이 아니라, 각 감염자가 평균적으로 한 명 미만의 추가 감염자를 감염시키는 지점을 의미하기 때문이다.

4. 1. 집단 면역 역치 (HIT)

집단 면역 임계값(HIT)은 기초 감염 재생산수(''R''0)에 따라 달라지는데, ''R''0 값이 높을수록 HIT도 높아진다.[26][40] HIT는 다음 공식으로 계산할 수 있다.[22]

: p_c=1 - \frac {1} {R_0}.

예를 들어, ''R''0가 2인 질병의 HIT는 이론적으로 50%에 불과하지만, ''R''0가 10인 질병의 HIT는 90%이다.[26]

전염병의 유효 감염 재생산수(''R''e)가 1 이하로 유지되면, 집단에서 발생하는 사례 수는 점차 감소하여 질병이 제거될 수 있다.[22][26][52] 반대로, 집단 면역이 HIT 이하로 떨어져 ''R''e가 1 이상으로 증가하면, 질병은 집단 내에서 활발하게 퍼져나가 더 많은 사람들을 감염시킨다.[41][52]

이론적 계산에서는 집단이 동질적이고 잘 혼합되어 있다고 가정하지만, 실제로는 사회적 네트워크의 영향으로 HIT가 달라질 수 있다.[2][40][41] 네트워크의 모양과 크기에 따라 질병의 발생률이 달라질 수 있으며, 이질적인 집단에서는 네트워크 내 상호 작용 방식에 따라 ''R''0와 HIT가 달라진다.[26][40]

각 감염증의 기본 재생산수( ''R''0 )와 집단 면역 역치(HIT)의 추정치[201]
감염증감염 경로R0HIT
홍역에어로졸12–18[202][203]92–94%
수두에어로졸10–12[204]90–92%
볼거리호흡기 비말10–12[205]90–92%
코로나19 (오미크론주)호흡기 비말과 에어로졸9.5[206]90%
풍진호흡기 비말6–7[207][208][209][210]83–86%
코로나19 (델타주)호흡기 비말과 에어로졸5.1[211]80%
소아마비분변-경구 감염5–7[207]80–86%
백일해호흡기 비말5.5[212]82%
코로나19 (알파주)호흡기 비말과 에어로졸4–5[213]75–80%
천연두호흡기 비말3.5–6.0[214]71–83%
코로나19 (기원주)호흡기 비말과 에어로졸[215]2.9[216]65%
SARS호흡기 비말2–4[217]50–75%
디프테리아타액2.662%
감기 (예:라이노바이러스)호흡기 비말2–3[219]50–67%
에볼라 (2014년 유행)체액1.844%
독감 (2009년 팬데믹주)호흡기 비말1.637%
독감 (계절성주)호흡기 비말1.323%



질병 발생 과정에서 감염되는 개인의 누적 비율은 HIT를 초과할 수 있는데, 이를 '''오버슈트'''라고 한다.[55][56][57] HIT는 질병 확산이 멈추는 지점이 아니라, 각 감염자가 평균적으로 한 명 미만의 추가 감염자를 감염시키는 지점을 의미하기 때문이다.

4. 2. 기초 감염 재생산수 (R0)

기초 감염 재생산수(영어: basic reproduction number, '''R0''')는 감염병의 전염력을 나타내는 지표이다. R0는 완전히 감수성이 있는 동질적이거나 잘 혼합된 집단에서 각 사례가 유발하는 새로운 감염의 평균 수를 의미한다.[22][26][40] R0 < 1이면 감염병 확산이 감소하고, R0 > 1이면 감염병 확산이 증가한다.[22][26][52]

R0 값은 백신 효과, 인구 밀도, 사회적 접촉 패턴 등 다양한 요인에 따라 달라진다. 집단 면역 임계값(HIT)은 R0 값에 따라 달라지는데, R0가 낮을수록 HIT는 낮아지고, R0가 높을수록 HIT는 높아진다.[26][40] 예를 들어 R0가 2인 질병의 HIT는 이론적으로 50%이지만, R0가 10인 질병의 HIT는 90%이다.[26]

특정 집단의 임계값은 질병이 유행 평형에 도달하는 지점이며, 이는 감염 수준이 지수적으로 증가하거나 감소하지 않음을 의미한다. 유효 감염 재생산수 ''R''e가 감염당 1명의 새로운 개인 이하로 감소하고 유지될 때, 집단에서 발생하는 사례 수는 질병이 제거될 때까지 점차 감소한다.[22][26][52]

이러한 계산은 집단이 동질적이라는 가정하에 이루어지지만, 실제로는 사회적 네트워크에 의해 집단이 구성되는 경우가 많다. 이러한 네트워크에서는 지리적 또는 물리적으로 가까운 사람들 사이에서만 전파가 발생한다.[2][40][41] 네트워크의 모양과 크기는 질병의 HIT를 변경할 수 있다.[26][40]

각 감염증의 기본 재생산수( ''R''0 )와 집단 면역 역치(HIT)의 추정치[201]
감염증감염 경로R0
홍역에어로졸12–18[202][203]
수두에어로졸10–12[204]
볼거리호흡기 비말10–12[205]
코로나19 (오미크론주)호흡기 비말과 에어로졸9.5[206]
풍진호흡기 비말6–7[207][208][209][210]
코로나19 (델타주)호흡기 비말과 에어로졸5.08[211]
소아마비분변-경구 감염5–7[207]
백일해호흡기 비말5.5[212]
코로나19 (알파주)호흡기 비말과 에어로졸4–5[213]
천연두호흡기 비말3.5–6.0[214]
코로나19 (기원주)호흡기 비말과 에어로졸[215]2.87[216]
SARS호흡기 비말2–4[217]
디프테리아타액2.6[218]
감기 (예:라이노바이러스)호흡기 비말2–3[219]
에볼라 (2014년 유행)체액1.78[220]
독감 (2009년 팬데믹주)호흡기 비말1.58[221]
독감 (계절성주)호흡기 비말1.3[222]


5. 백신

인구의 면역력을 높이는 주요 방법은 예방 접종이다.[2][58] 예방접종은 처음에는 우두에 노출된 젖 짜는 여성이 천연두에 면역력이 있다는 관찰에 기초하여, 천연두를 예방하기 위해 우두 바이러스를 사람에게 접종하는 것으로 시작되었다.[39] 잘 개발된 백신은 자연 감염보다 훨씬 안전한 방식으로 보호를 제공한다. 백신은 일반적으로 예방하려는 질병을 일으키지 않으며 심각한 부작용은 자연 감염으로 인한 합병증보다 훨씬 덜 흔하다.[59][60]

면역 체계는 자연 감염과 백신을 구별하지 않고 둘 다에 능동적인 반응을 형성하므로, 예방접종을 통해 유도된 면역은 질병에 걸려 회복된 것과 유사하다.[61] 예방접종을 통해 집단 면역을 달성하기 위해, 백신 제조업체는 낮은 실패율의 백신을 생산하는 것을 목표로 하며, 정책 입안자들은 그 사용을 장려하는 것을 목표로 한다.[58] 백신의 성공적인 도입과 광범위한 사용 이후, 백신이 예방하는 질병의 발생률이 급격히 감소하는 것을 관찰할 수 있으며, 이는 이러한 질병으로 인한 입원 및 사망자 수를 감소시킨다.[62][63][64]

백신이 100% 효과적이라고 가정하면, 집단 면역 역치를 계산하는 데 사용되는 방정식을 질병을 제거하는 데 필요한 예방접종 수준, 즉 ''V''c를 계산하는 데 사용할 수 있다.[2] 그러나 백신은 보통 불완전하므로 백신의 효과, ''E''를 고려해야 한다.

: V_c=\frac {1 - \frac {1} {R_0}}{E}.

이 방정식에서, 만약 ''E''가 (1 − 1/''R''0)보다 작으면, 전체 인구가 예방접종을 받더라도 질병을 제거하는 것이 불가능하다는 것을 알 수 있다.[2] 마찬가지로, acellular 백일해 백신과 같이 백신으로 유도된 면역이 약해지면 집단 면역을 유지하기 위해 더 높은 수준의 추가 접종이 필요하다.[2][16] 질병이 인구에 풍토병이 아닌 경우, 자연 감염은 더 이상 감염되기 쉬운 인구의 비율을 줄이는 데 기여하지 않는다. 예방접종만이 이러한 감소에 기여한다.[22] 백신 보급률과 효과 및 질병 발생률 간의 관계는 다음과 같이 집단 면역 역치 방정식에서 백신의 효과와 예방접종을 받은 인구의 비율, ''p''v의 곱을 빼서 나타낼 수 있다.

동지중해 국가의 홍역 백신 보급률 및 보고된 홍역 환자 수. 보급률이 증가함에 따라 환자 수가 감소했다.


: \left(1 - \frac {1} {R_0}\right) - (E \times p_v).

이 방정식에서, 다른 모든 조건이 동일할 때 ("''ceteris paribus''"), 백신 보급률 또는 백신 효과의 증가는 질병의 HIT를 초과하는 증가를 포함하여, 질병 환자 수를 더욱 감소시킨다는 것을 알 수 있다.[22] 환자 수 감소율은 질병의 ''R''0에 따라 다르며, ''R''0 값이 낮은 질병은 더 급격한 감소를 경험한다.[22]

백신은 보통 의학적 이유로 특정 인구에 대해 최소한 하나의 금기 사항을 가지지만, 효과와 보급률이 충분히 높으면 집단 면역이 이러한 개인을 보호할 수 있다.[8][12][15] 백신 효과는 종종, 항상 그런 것은 아니지만, 수동 면역에 의해 부정적인 영향을 받으므로,[65][66] 일부 백신에 대해서는 추가 접종이 권장되는 반면 다른 백신은 개인이 수동 면역을 잃을 때까지 투여되지 않는다.[11][15]

5. 1. 백신 접종의 중요성

백신 접종은 개인의 건강을 보호할 뿐만 아니라, 사회 전체의 감염병 확산을 막는 데 기여하여 공중 보건을 증진시킨다.[90][136][137][138][139] 특히 영유아, 고령층, 면역 저하자 등 감염병 취약 계층에게 중요하며,[90][95] 의료비 절감, 사회 경제적 손실 감소 등 긍정적 외부 효과를 창출한다.[73][74]

면역 체계는 자연 감염과 백신을 구별하지 않고 둘 다에 능동적인 반응을 형성하므로,[61][239] 예방접종을 통해 유도된 면역은 질병에 걸려 회복된 것과 유사하다.[61] 잘 개발된 백신은 자연 감염보다 훨씬 안전한 방식으로 보호를 제공하며,[59][60][82][236] 심각한 부작용은 자연 감염으로 인한 합병증보다 훨씬 덜 흔하다.[59][60][237][238]

백신 접종을 통해 집단 면역을 달성하기 위해, 백신 제조업체는 낮은 실패율의 백신을 생산하는 것을 목표로 하며, 정책 입안자들은 그 사용을 장려하는 것을 목표로 한다.[58][236] 백신의 성공적인 도입과 광범위한 사용 이후, 백신이 예방하는 질병의 발생률이 급격히 감소하는 것을 관찰할 수 있으며, 이는 이러한 질병으로 인한 입원 및 사망자 수를 감소시킨다.[62][63][64][240][241][242]

백신이 100% 효과적이라고 가정하면, 집단 면역 역치를 계산하는 데 사용되는 방정식을 질병을 제거하는 데 필요한 예방접종 수준, 즉 ''V''c를 계산하는 데 사용할 수 있다.[2][82] 그러나 백신은 보통 불완전하므로 백신의 효과, ''E''를 고려해야 한다.

: V_c=\frac {1 - \frac {1} {R_0}}{E}.

이 방정식에서, 만약 ''E''가 (1 − 1/''R''0)보다 작으면, 전체 인구가 예방접종을 받더라도 질병을 제거하는 것이 불가능하다는 것을 알 수 있다.[2][82] 마찬가지로, acellular 백일해 백신과 같이 백신으로 유도된 면역이 약해지면 집단 면역을 유지하기 위해 더 높은 수준의 추가 접종이 필요하다.[2][16][82][114]

질병이 인구에 풍토병이 아닌 경우, 자연 감염은 더 이상 감염되기 쉬운 인구의 비율을 줄이는 데 기여하지 않는다. 예방접종만이 이러한 감소에 기여한다.[22][261] 백신 보급률과 효과 및 질병 발생률 간의 관계는 다음과 같이 집단 면역 역치 방정식에서 백신의 효과와 예방접종을 받은 인구의 비율, ''p''v의 곱을 빼서 나타낼 수 있다.

: \left(1 - \frac {1} {R_0}\right) - (E \times p_v).

이 방정식에서, 다른 모든 조건이 동일할 때 ("''ceteris paribus''"), 백신 보급률 또는 백신 효과의 증가는 질병의 HIT를 초과하는 증가를 포함하여, 질병 환자 수를 더욱 감소시킨다는 것을 알 수 있다.[22][261] 환자 수 감소율은 질병의 ''R''0에 따라 다르며, ''R''0 값이 낮은 질병은 더 급격한 감소를 경험한다.[22][261]

백신은 보통 의학적 이유로 특정 인구에 대해 최소한 하나의 금기 사항을 가지지만, 효과와 보급률이 충분히 높으면 집단 면역이 이러한 개인을 보호할 수 있다.[8][12][15][90] 백신 효과는 종종, 항상 그런 것은 아니지만, 수동 면역에 의해 부정적인 영향을 받으므로,[65][66] 일부 백신에 대해서는 추가 접종이 권장되는 반면 다른 백신은 개인이 수동 면역을 잃을 때까지 투여되지 않는다.[11][15][104][108]

집단 면역은 백신 접종 프로그램의 비용-편익 분석을 수행할 때 자주 고려된다. 이는 높은 수준의 면역의 긍정적 외부 효과로 간주되며, 인구 집단에서 집단 면역이 생성되지 않았다면 발생하지 않았을 질병 감소의 추가적인 이점을 발생시킨다.[73][74][256][257] 따라서 집단 면역을 비용-편익 분석에 포함시키면 비용 효율성 또는 비용-편익 비율이 더 유리해지고 백신 접종으로 예방되는 질병 사례 수가 증가한다.[74][257]

집단 면역의 이점을 추정하기 위해 수행된 연구 설계에는 백신 접종을 받은 구성원이 있는 가구에서 질병 발생률 기록, 단일 지리적 영역의 인구를 무작위로 백신 접종 여부로 나누기, 백신 접종 프로그램 시작 전후의 질병 발생률 관찰 등이 있다.[75][258] 이를 통해 질병 발생률이 직접적인 보호만으로 예측할 수 있는 수준 이상으로 감소할 수 있으며, 이는 집단 면역이 감소에 기여했음을 나타낸다.[75][258] 혈청형 대체를 고려하면 백신 접종의 예상 이점이 감소한다.[74][257]

일본에는 정기 접종을 대상으로 하는 "예방 접종 건강 피해 구제 제도"라는, 국가가 건강 피해를 구제하기 위한 제도가 있지만, 이 제도는 집단 면역에 의한 "질병의 만연을 예방한다"라는 필요성을 배경으로 하는 것이며, "자신을 위해서 뿐만 아니라 다른 사람을 위해" 접종한 예방 접종에 대한 공중 보건 기여에 대한 보상이다.[144][145][146]

5. 2. 백신 거부 및 불신 문제

백신 거부 및 불신은 집단 면역 형성을 저해하고, 감염병 유행을 초래할 수 있다.[155][156] 백신 안전성에 대한 우려, 잘못된 정보, 음모론 등이 백신 거부의 주요 원인으로, 백신에 대한 신뢰 회복과 정확한 정보 제공이 중요하게 여겨진다.[157][158]

몇몇 국가에서는 접종률을 높이기 위해 백신 의무화 정책이나 인센티브 프로그램을 시행하고 있다.[159][160] 그러나 이러한 강제적인 백신 접종은 시민의 자유를 침해한다는 반발을 일으키기도 한다.[161] 백신 미접종자는 질병에 취약하고, 유아, 고령자, 면역 저하자 등에게 질병을 전파할 위험이 있어, 백신 접종 정책은 "공중 보건"과 "개인의 자유"라는 윤리적인 문제를 야기한다.[162][163]

감염병 유행 방지를 위해서는 높은 접종률(홍역 95%, 풍진 85% 이상)이 필요하다.[164] 미국에서는 디프테리아, 파상풍, 백일해, 소아마비, MMR(홍역, 볼거리, 풍진), 수두, A형 간염, B형 간염, 수막염 등의 예방 접종이 공립학교 입학 요건이다.[165] 그러나 2022년, 미국의 공립학교 백신 의무화에 반대하는 학부모가 증가하고 있다는 조사 결과가 보고되었다.[166] 이는 COVID-19 백신을 둘러싼 공화당의 "건강의 자유" 정책과 공중 보건 당국에 대한 불신 때문으로 분석되며, 조사에서 전체 성인의 28%가 "다른 사람에게 건강 위험을 초래하더라도 부모는 자녀에게 백신 접종을 하지 않을 권리가 있다"고 응답했다.[167][168] 이러한 소아 백신 접종률 감소는 홍역 등 소아 감염증 유행으로 이어지고 있다.

6. 한국 사회와 집단 면역

6. 1. 코로나19 팬데믹과 집단 면역

COVID-19와 관련하여 2020년 초, mRNA 백신이 94~95%의 발병 예방 효과를 보였고, 기본재생산수(''R''0)는 2.9 (집단 면역 역치 65%)였기 때문에[216], 70%의 접종이나 감염으로 집단 면역에 도달할 것으로 추산되었다.[183][182] 그러나 그 후, 바이러스의 잇따른 변이로 인한 강한 전염력과 (면역 회피), 감염이나 백신으로 인한 면역의 시간 경과에 따른 감소로 인해 집단 면역 획득은 어려워졌다.[183][184]

획득 면역의 체액성 면역 (항체)에 의한 감염 예방 효과가 감소하더라도, 세포성 면역은 변이주에도 유효하며, 중증화나 사망[185][186], 후유증[187] 등의 예방 효과는 유지된다.[188][189][190] 그러나 그 효과도 시간이 지남에 따라 감소하기 때문에 추가 접종의 중요성이 강조되고 있다.[188][191][192]

COVID-19 백신 접종은 많은 국가에서 의료 종사자, 고령자, 기저 질환이 있는 사람들을 우선으로 시작했다.[193] 인도네시아에서는 젊은 노동자 (18~59세)의 접종을 우선으로 했다.[194][195] 델타 시기와 오미크론 시기의 연구에서, 부모의 백신 접종 상황은 5세 미만 어린이의 COVID-19에 의한 입원 위험 감소와 관련이 있었다.[196] 오미크론 변이 유행 이후 COVID-19는 어린이 사이에서 퍼지는 감염병으로 변화했지만, 어린이를 감염으로부터 보호하기 위해서는 여전히 주변의 성인에 대한 적절한 횟수의 접종이 권장되고 있다.[196][198]

아스트라제네카와 백신을 공동 개발한 옥스퍼드 대학교의 앤드루 폴라드는 변이 바이러스가 만연하는 가운데 집단 면역 획득은 불가능하다는 인식을 보였다.[235]

6. 2. HPV 백신과 집단 면역

7. 한계

집단 면역은 병원체에 대한 진화 압력으로 작용하여 바이러스 진화에 영향을 미친다.[26][27] 분자 수준에서 항원 변이는 바이러스 표면 항원(일반적으로 바이러스 캡시드 단백질)을 암호화하는 바이러스 게놈 일부에 돌연변이가 축적되어 바이러스 항원결정기에 변화를 일으킨다.[30][31] 별개의 바이러스 게놈 분절의 재조합, 즉 항원 이동은 새로운 혈청형을 생성할 수 있다.[26][32] 이 경우 기억 T 세포는 더 이상 바이러스를 인식하지 못하므로 사람들은 지배적인 순환 변종에 대해 면역력이 없게 된다.[31][32] 인플루엔자와 노로바이러스 모두에서 유행병은 새로운 지배적인 변종이 나타날 때까지 일시적으로 집단 면역을 유도하여 연이은 유행병의 파동을 일으킨다.[30][32] 이러한 바이러스 진화에 대응하기 위해 광범위 중화 항체와 특정 혈청형을 넘어 보호를 제공할 수 있는 "만능" 백신이 개발 중에 있다.[27][33][34]

높은 수준의 면역력으로 인해 특정 혈청형의 유병률이 감소하여 다른 혈청형이 이를 대체하는 현상을 혈청형 대체 또는 혈청형 이동이라고 한다.[28][29] 초기 폐렴구균 백신은 항생제 내성 유형을 포함한 백신 혈청형(VTs)의 비인두 운반을 현저히 감소시켰지만,[18][35] 비백신 혈청형(NVTs)의 운반 증가로 완전히 상쇄되었다.[18][28][29] NVTs가 VTs보다 덜 침습적이어서 질병 발생률이 비례적으로 증가하지는 않았다.[28] 이후, 새로 나타나는 혈청형으로부터 보호를 제공하는 폐렴구균 백신이 도입되었다.[18] 미래의 이동 가능성은 여전히 남아 있으므로, 이에 대처하기 위한 추가 전략에는 VT 적용 범위 확대와 더 많은 표면 항원을 가진 불활성화 백신 또는 여러 혈청형에 존재하는 단백질을 사용하는 백신 개발이 포함된다.[18][36]

집단 면역은 무임승차 문제에 취약하다.[44] 면역력이 없는 개인은 면역력이 있는 사람들에 의해 생성된 집단 면역에 무임승차하여 백신 거부를 하기도 한다.[44] 인구 집단에서 무임 승차자의 수가 증가함에 따라 집단 면역의 손실로 인해 예방 가능한 질병의 발병이 더욱 흔하고 심각해진다.[45][46][47][41][43] 개인은 백신이 비효율적이라고 믿거나,[50] 백신과 관련된 위험이 감염과 관련된 위험보다 더 크다는 믿음,[2][46][47][50] 백신 또는 공중 보건 관계자에 대한 불신,[48] 편승 효과 또는 집단사고,[41][49] 사회적 규범 또는 동료 압력,[50] 종교적 신념 등 다양한 이유로 무임 승차를 선택하거나 백신 거부를 할 수 있다.[46] 예방 접종률이 높으면 특정 개인은 백신을 접종하지 않기로 선택할 가능성이 더 높다.[2][43]

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