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군 집단 면역 (또는 군 효과, 공동 면역, 인구 면역, 또는 대규모 면역이라고도 함)은 감염병으로부터의 간접적인 보호 형태로, 일부 질병에서는 인구의 일정 비율이 예방접종이나 이전의 감염을 통해 감염에 면역이 생겼을 때 발생한다. 이로 인해 면역이 없는 개인이 감염될 확률이 줄어든다. 면역력이 있는 개인은 질병 전파에 기여할 가능성이 적어지며, 이는 감염의 연쇄를 방해하고 질병의 확산을 막거나 늦춘다. 커뮤니티 내 면역력이 있는 개인의 비율이 높을수록 면역력이 없는 개인이 감염자와 접촉할 확률은 낮아진다.
개인은 이전 감염에서 회복하거나 예방접종을 통해 면역을 가질 수 있다. 일부 개인은 면역 결핍이나 면역 억제와 같은 의학적 상태로 인해 면역이 생기지 않을 수 있으며, 이 그룹에 대해서는 군 집단 면역이 중요한 보호 방법이 된다. 군 집단 면역의 임계점에 도달하면, 질병은 인구에서 점차 사라진다. 이와 같은 제거가 전 세계적으로 이루어질 경우, 감염의 수가 영구적으로 제로로 줄어들 수 있으며, 이를 근절이라고 한다. 예방접종을 통해 형성된 군 집단 면역은 1977년 천연두의 궁극적인 근절에 기여하였으며, 다른 질병의 감소에도 기여하였다. 군 집단 면역은 전염병에만 적용되며, 즉 한 개인에서 다른 개인으로 전파된다. 예를 들어, 파상풍은 전염성이 있지만 전염병이 아니기 때문에 군 집단 면역이 적용되지 않는다.
군 집단 면역은 1930년대에 자연적으로 발생하는 현상으로 인식되었으며, 상당한 수의 어린이가 홍역에 면역이 생긴 후, 예방접종을 받지 않은 사람들 사이에서도 새로운 감염의 수가 일시적으로 감소하는 것이 관찰되었다. 이후 군 집단 면역을 유도하기 위해 대규모 예방접종이 일반화되었으며, 많은 감염병의 확산 방지에 성공을 거두었다. 예방접종에 대한 반대는 군 집단 면역에 도전이 되어, 예방 가능한 질병이 면역률이 낮은 인구에서 지속되거나 재발하는 문제를 야기한다.
정확한 군 집단 면역 임계점(HIT)은 질병의 기본 재생산 수에 따라 달라진다. 임계점이 높은 질병의 예로는 홍역이 있으며, 이의 HIT는 95%를 초과한다.
군 집단 면역의 효과면역력이 없는 자 보호
1. 면역력이 없는 자 보호
일부 개인은 예방접종 후 면역이 생기지 않거나 의학적 이유로 예방접종을 받을 수 없다. 신생아는 많은 예방접종을 받을 수 없는데, 이는 안전상의 이유나 수동 면역 때문에 백신이 효과가 없기 때문이다. HIV/AIDS, 림프종, 백혈병, 골수암, 비장 손상, 화학 요법 또는 방사선 요법으로 인해 면역 결핍 상태에 있는 개인은 이전에 가졌던 면역력을 잃을 수 있으며, 백신은 이들에게 효과가 없을 수 있다.
예방접종을 받은 개인 중 일부는 장기적인 면역력이 생기지 않을 수 있다. 백신 금기는 특정 개인이 예방접종을 받지 못하게 할 수 있다. 이러한 그룹에 포함된 개인은 면역이 없을 뿐 아니라, 그들의 의학적 상태로 인해 감염으로 인한 합병증의 위험이 더욱 높을 수 있지만, 인구의 일정 비율이 면역력이 있으면 이들 또한 보호받을 수 있다.
특정 연령층에서 높은 면역력은 다른 연령층을 위한 군 집단 면역을 생성할 수 있다. 성인에 대한 백일해 예방접종은 예방접종을 받기에는 너무 어린 유아의 백일해 발생률을 줄인다. 이는 질병으로 인한 합병증 위험이 가장 큰 가까운 가족에게 특히 중요하다. 같은 방식으로, 폐렴구균 예방접종을 받은 어린이는 면역이 없는 언니나 형제의 폐렴구균 질병 발생률을 줄인다. 폐렴구균 및 로타바이러스에 대한 예방접종은 일반적으로 이러한 백신을 받지 않는 나이 많은 어린이와 성인에 대한 폐렴구균 및 로타바이러스 입원율을 줄이는 효과를 보인다. 노인에게는 인플루엔자가 더 심각하지만, 인플루엔자 백신은 나이가 들면서 면역 체계가 약해지는 탓에 이 연령대에는 효과가 없다. 그러나 계절 독감 예방 접종에서 학교에 다니는 어린이를 우선적으로 접종하는 것은 노인을 예방접종받는 것보다 효과적이며, 노인에게도 어느 정도의 보호를 창출한다는 것이 입증되었다.
성병(STI)의 경우, 한 성별에서 높은 면역 수준은 양 성별에 대한 군 집단 면역을 유도한다. 특정 성별을 대상으로 한 성병 백신은 대상 성별에서 백신 접종률이 높은 경우, 양 성별 모두에서 성병이 크게 감소하는 결과를 가져온다. 그러나 여성의 예방접종으로 인한 군 집단 면역은 동성애 남성에게는 적용되지 않는다. 대상 성별에서 백신 접종률이 낮으면, 다른 성별이 면역력을 가지기 위해 면역이 필요할 수 있다. 고위험 행동은 성병 제거를 어렵게 만드는 요인이다. 왜냐하면 대부분의 감염은 중간 위험 개인에서 발생하지만, 전파의 대부분은 고위험 행동을 하는 개인 때문이기 때문이다. 이러한 이유로 특정 인구에서 고위험 개인이나 양 성별 모두를 예방접종하여 군 집단 면역을 확립하는 것이 필요할 수 있다.
2. 진화 압력과 혈청형 대체
군 집단 면역 자체가 병원체에 대한 진화 압력으로 작용하여, 면역을 피하고 이전에 면역이 있었던 개인을 감염시킬 수 있는 새로운 변종 즉, 탈출 변이를 유도하여 바이러스의 진화를 자극한다. 새로운 변종의 출현은 혈청형 대체 또는 혈청형 전환으로 알려져 있으며, 특정 혈청형의 유병률이 높은 면역력 때문에 감소함에 따라 다른 혈청형이 이를 대체하게 된다.
분자 수준에서는 바이러스가 항원 드리프트를 통해 군 집단 면역을 벗어나는데, 이는 바이러스의 표면 항원을 인코딩하는 바이러스 유전체의 부분에서 변이가 축적될 때 발생하여, 바이러스 에피토프의 변화를 일으킨다. 또는 여러 바이러스 유전체 조각의 재조합 또는 항원 전환이 발생할 수 있으며, 이는 순환하는 변종이 많을 때 더 흔하다. 이러한 일이 발생하면 기억 T 세포는 더 이상 바이러스를 인식하지 않게 되어, 사람들은 우세하게 순환하는 변종에 대해 면역력이 없게 된다. 인플루엔자와 노로바이러스 모두에서, 전염병은 새로운 우세한 변종이 나타날 때까지 군 집단 면역을 일시적으로 유도하여 연속적인 전염병의 파도를 일으킨다. 이러한 진화는 군 집단 면역에 도전 과제를 제기하며, 특정 혈청형을 넘어 보호를 제공할 수 있는 광범위한 중화 항체와 “보편적” 백신이 개발 중에 있다.
초기 Streptococcus pneumoniae에 대한 백신은 백신 혈청형(VT)의 비인두 보유량을 상당히 감소시켰으며, 항생제 내성 유형을 포함했지만, 비백신 혈청형(NVT)의 보유량 증가로 완전히 상쇄되었다. 그러나 NVT가 VT보다 덜 침습적이었기 때문에 질병 발생률의 비례적인 증가로 이어지지 않았다. 이후 등장하는 혈청형으로부터 보호를 제공하는 폐렴구균 백신이 도입되었으며, 이들은 성공적으로 그 출현을 저지하고 있다. 앞으로의 혈청형 전환 가능성은 여전히 존재하므로, VT 범위 확대 및 더 많은 표면 항원을 가진 고립 세포 제거나 여러 혈청형에 존재하는 단백질을 활용한 백신 개발이 필요하다.
3. 질병 근절
군 집단 면역이 설정되고 인구에서 일정 기간 유지된다면, 질병은 불가피하게 제거된다 – 더 이상의 풍토병 전파가 발생하지 않는다. 만약 전 세계적으로 이 제거가 이루어지고 사례 수가 영구적으로 제로로 줄어든다면 질병은 근절된 것으로 선언될 수 있다. 따라서 근절은 감염병의 확산을 통제하려는 공중 보건 이니셔티브의 최종 효과 또는 결과로 간주될 수 있다.
근절의 혜택은 해당 질병으로 인한 모든 이환율과 사망률을 종식시키고, 개인, 의료 제공자 및 정부에 대한 재정적 절약을 촉진하며, 질병 제어에 사용된 자원을 다른 곳에 쓸 수 있게 한다. 현재까지 군 집단 면역과 예방접종을 통해 근절된 두 가지 질병은 소멸병과 천연두이다. 현재 소아마비에 대한 군 집단 면역에 의존하는 근절 노력이 진행 중이지만, 사회적 혼란과 현대 의학에 대한 불신으로 인하여 어려움을 겪고 있다. 예방접종을 선택하는 사람들이 충분하지 않은 경우, 의무 예방접종이 근절 노력을 돕는 데 유리할 수 있다.
군 집단 면역의 메커니즘
질병에 면역이 있는 개인은 질병의 전파를 방해하는 장벽 역할을 하며, 다른 사람에게 질병이 전파되는 것을 늦추거나 방지한다. 개인의 면역은 자연 감염을 통해 또는 예방접종과 같은 인위적인 방법으로 획득할 수 있다. 인구의 비율이 일정 수준 이상 면역이 생기면, 이를 군 집단 면역 임계점 (HIT) 또는 군 집단 면역 수준 (HIL)이라고 하며, 그 경우 질병은 인구에서 더 이상 지속되지 않고 풍토병이 된다.
군 집단 면역의 이론적 근거는 일반적으로 백신이 강력한 면역력을 유도하고, 인구가 무작위로 섞이며, 병원체가 면역 반응을 피하기 위해 진화하지 않으며, 질병에 비인간 매개체가 없다는 것을 가정한다.
| 질병 | 전파 경로 | R0 | HIT |
|---|---|---|---|
| 홍역 | 공기 전파 | 12–18 | 92–95% |
| 백일해 | 공기 중 비말 | 12–17 | 92–94% |
| 디프테리아 | 타액 | 6–7 | 83–86% |
| 풍진 | 공기 중 비말 | ||
| 천연두 | 5–7 | 80–86% | |
| 소아마비 | 대변-구강 경로 | ||
| 유행성이하선염 | 공기 중 비말 | 4–7 | 75–86% |
| COVID-19 (COVID-19 대유행) |
2.5–4 | 60–75% | |
| SARS (2002–2004 SARS 발생) |
2–5 | 50–80% | |
| 에볼라 (서아프리카 에볼라 바이러스 유행) |
체액 | 1.5–2.5 | 33–60% |
| 인플루엔자 (인플루엔자 팬데믹) |
공기 중 비말 | 1.5–1.8 | 33–44% |
- R0⋅S=1.{displaystyle R_{0}cdot S=1.}
- pc=1−1R0.{displaystyle p_{c}=1-{frac {1}{R_{0}}}.}
수동 면역
개인의 면역은 또한 수동적으로 획득될 수 있는데, 이는 병원체에 대한 항체가 한 개인에서 다른 개인으로 전달될 때 발생한다. 자연적으로 발생하는 경우에는, 모체의 항체, 주로 면역글로불린 G 항체가 태반을 넘어 태아와 신생아에게 전달된다. 수동 면역은 또한 인위적으로 얻을 수 있으며, 이는 감염에 취약한 사람이 면역이 있는 사람의 혈청이나 혈장에서 항체를 주입받을 때 발생한다.
수동 면역으로 생성된 보호는 즉각적이지만, 몇 주에서 몇 달에 걸쳐 감소하므로 군 집단 면역에 기여하는 것은 일시적이다. 인플루엔자 및 파상풍과 같이 태아와 신생아에서 특히 심각한 질병에 대해, 임산부가 항체를 아기에게 전달하기 위해 예방접종을 받기도 한다. 같은 이유로, 감염 위험이 더 높거나 감염으로 인한 합병증이 더 클 가능성이 있는 고위험 그룹은 이러한 감염을 예방하거나 증상의 중증도를 줄이기 위해 항체 준비를 받을 수 있다.
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