El fenómeno crece exponencialmente mientras encuentre individuos susceptibles a ser contagiados, y se frena o satura cuando esto deja de suceder.

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Una enfermedad infecciosa (o contagiosa) es causada por la invasión (infección) y multiplicación (reproducción) de algún agente patógeno en un organismo anfitrión. El contagio implica la transmisión directa del patógeno entre individuos portadores y receptores, o indirecta mediante un vector intermediario activo (un organismo como mosquitos, ácaros, pulgas) o pasivo (fómites, como un instrumento médico contaminado, botones, manijas de puertas). Un ser vivo infectado es un reservorio o depósito de patógenos que pueden ser transmitidos a otros seres vivos: los animales vivos, y especialmente los restos orgánicos de animales fallecidos por una enfermedad infecciosa, son frecuentemente fuente de infecciones humanas (zoonosis).

Una enfermedad infecciosa es una epidemia cuando se producen numerosos casos en una comunidad o área limitada, y una pandemia si se extiende por todo el mundo; es endémica si incide regularmente en una comunidad.

Los agentes patógenos son microorganismos (bacterias, protistas, hongos, algas, virus) o priones (proteínas degeneradas) que se reproducen en el anfitrión y causan daños en células y tejidos, en ocasiones mediante toxinas. Los patógenos son a menudo parásitos que dependen del huésped para su supervivencia y reproducción. En una infestación los patógenos son de tamaño macroscópico (gusanos). Los diversos patógenos sobreviven durante diferentes periodos de tiempo según las circunstancias de su entorno (orgánico o inorgánico): pueden estar activos, reproducirse y acumularse, permanecer inertes en espera de condiciones más propicias, o morir o desintegrarse si las condiciones no son adecuadas.

Para los potenciales anfitriones son especialmente importantes y problemáticos los posibles focos de infección en sustancias imprescindibles para la vida que estén contaminadas, como el agua (con la bacteria causante del cólera), el aire, los alimentos. Algunas técnicas humanas de cocina, como el uso de especias picantes como antisépticos naturales, o hervir el agua o la leche, sirven para desinfectar, como también el alcohol de las bebidas alcohólicas.

La transmisión entre humanos del patógeno es peculiar para cada patógeno y puede suceder por múltiples acciones, vías o formas de emisión y recepción: vía respiratoria (aire), por aparato digestivo (agua, alimentos), por contacto directo con individuos o cosas contaminadas (cortes, inyecciones, toques con piel o vías de entrada al organismo), por vía sexual; tocar, ingerir o inhalar algo contaminado (gestos como besos, fumar, tocarse la cara, nariz, boca, ojos, intercambiar fluidos corporales, hablar cerca de otro y emitir gotas de saliva); medios como fluidos (gases o líquidos) o aerosoles (pequeñas partículas de líquido o sólido en suspensión en un gas); respiración, tos, saliva, estornudos, mucosidades, esputos, escupitajos, vómitos, secreciones, sudor, heces, flatulencias, orina, sangre, fluidos vaginales, semen, pus.

La enfermedad puede ser más o menos grave, incluso letal, y más o menos contagiosa o transmisible. La gravedad de la enfermedad depende de la cantidad de patógenos recibidos (inicial y posibles dosis adicionales) y de cómo estos consiguen reproducirse, y de características del sujeto infectado como su edad, otras enfermedades concurrentes, y especialmente su sistema inmune (dependiente de su genética y de infecciones previas). Algunas infecciones transcurren sin enfermar, sin síntomas o con síntomas muy leves, dependiendo de la enfermedad y del sujeto.

La letalidad indica el porcentaje de individuos infectados que fallecen: depende de la disponibilidad y efectividad de tratamientos médicos (tecnologías, medicamentos, capacidad o colapso del sistema sanitario ante un brote epidémico).

El período de incubación es el tiempo comprendido entre la exposición al patógeno con la consiguiente infección y la aparición de síntomas clínicos de la enfermedad en el anfitrión (fiebre, inflamación, tos, diarrea). El período latente es el tiempo comprendido entre la infección y el momento en que el anfitrión portador comienza a ser contagioso. En algunos casos un anfitrión puede ser contagioso asintomático durante parte del periodo de incubación (período latente menor que el período de incubación): esto puede agravar los contagios ya que el individuo infectado y los susceptibles de ser contagiados no son conscientes del problema y no se aíslan o protegen.

La transmisibilidad, tasa de infección o de contagio, o número de reproducción, indica a cuántos individuos infecta un infectado en promedio: depende de la cantidad, frecuencia y forma de las interacciones sociales (mayor o menor proximidad, más o menos contactos físicos con las mismas personas o con personas diferentes). Algunos fenómenos, como las agregaciones multitudinarias, pueden incrementar mucho los contagios: reuniones sociales, profesionales, políticas, medios de transporte colectivo. Los movimientos o viajes de individuos contagiados facilitan la difusión de los patógenos a larga distancia. No todos los individuos son igualmente contagiosos: la dispersión de la distribución de la capacidad de transmisión puede ser alta si hay individuos especialmente contagiosos (súper propagadores), bien por su genética o por su conducta social; este hecho puede ser utilizado para reducir mucho los problemas mediante aislamiento o separación especial de los individuos más contagiosos.

Los humanos (u otros animales) pueden protegerse o defenderse de las infecciones y de las enfermedades asociadas evitando la infección o luchando contra ella una vez ha sucedido (respuesta inmune, tratamientos médicos).

Existen diversas formas de evitar infecciones: barreras orgánicas como piel y mucosas; higiene personal (lavarse el cuerpo y especialmente zonas importantes como las manos, desparasitación); limpieza y desinfección del entorno (en el hogar y en espacios colectivos, desinsectación, fumigación); desinfección de alimentos y agua; esterilización de elementos clave como el material médico; profilaxis o medicina preventiva; aislamiento o separación física de posibles focos de contagio, especialmente otras personas (confinamiento, cuarentena, distanciamiento social, reducción de contacto físico); barreras físicas contra patógenos (máscaras, guantes, filtros, equipos de protección individual); barreras o repelentes contra los vectores intermedios (mosquiteras, repelentes contra insectos). Las medidas pueden servir no solo para no contagiarse cada uno sino para no contagiar a muchos otros una vez infectado.

Los anfitriones reaccionan y se defienden contra la infección mediante sus sistemas inmunitarios naturales: respuesta inicial inespecífica (fiebre, inflamación), y respuesta específica con anticuerpos marcadores de antígenos y leucocitos destructores de los patógenos según las indicaciones de los anticuerpos. El sistema inmune es plástico o adaptativo: evoluciona, puede aprender y producir nuevos anticuerpos ante nuevas amenazas.

La respuesta inmune puede ser muy agresiva y causar problemas, en ocasiones peores que la infección. En la alergia (o la más grave e incluso letal anafilaxia) el sistema inmune hipersensible reacciona de forma equivocada o excesiva contra elementos que no son patógenos. Algunas alergias pueden deberse a un exceso de higiene en la infancia que impide una calibración correcta del sistema inmune durante su desarrollo. En una enfermedad autoinmune el sistema inmune ataca a su propio organismo al reconocerlo erróneamente como extraño.

Un individuo inmune o inmunizado es resistente a la infección o a sus efectos nocivos: la inmunidad puede ser total o parcial, y más o menos breve o duradera; puede ser innata, adquirida tras haber superado una infección, o conseguida mediante alguna vacuna (con patógenos desactivados parcialmente para activar y entrenar al sistema inmune y prepararlo contra una infección real sin provocar una enfermedad grave) o por variolización (inoculación intencional de patógenos en dosis bajas para infección leve e inmunización). No todos los individuos pueden recibir vacunas por posibles problemas de inmunodeficiencia o inmunosupresión.

Los tratamientos médicos, además de las vacunas preventivas, incluyen medicamentos contra el patógeno (antibióticos, antivirales) y contra los síntomas excesivos nocivos (tos, diarrea, fiebre, inflamación), y diversos sistemas de soporte vital (respiradores, sistemas de vigilancia, alimentación e hidratación).

Los anfitriones y los patógenos coevolucionan participando en carreras de armamentos con ataques y defensas: los patógenos son fuerzas selectivas de los anfitriones, y los anfitriones son fuerzas selectivas de los patógenos.

Los patógenos suelen provocar en sus anfitriones conductas que facilitan su transmisión, como la tos o los estornudos: algunos incluso manipulan el sistema nervioso de su anfitrión para causar conductas destructivas para el mismo pero beneficiosas para el patógeno, como ser devorados por otro organismo en el cual el patógeno puede desarrollarse mejor. Los patógenos que solo crecen y se reproducen en su anfitrión deben estar en algún equilibrio mutuo o relación de coexistencia, adaptados al anfitrión y causando daños mínimos, quizás en infecciones crónicas (de larga duración): una letalidad excesiva dificulta la supervivencia y la reproducción del patógeno, ya que si su portador muere el patógeno también muere, y si no ha tenido tiempo de transmitirse a otro anfitrión entonces tiende a extinguirse. El equilibrio puede romperse y el anfitrión resulta más dañado si su resistencia baja por algún motivo (dieta insuficiente o inadecuada, edad avanzada, agentes estresantes como frío o fatiga). Los patógenos emergentes pueden causar infecciones agudas y rápidas: un patógeno que no depende de un anfitrión porque puede desarrollarse en otra especie puede causar enfermedades y epidemias muy graves cuando infecta otra especie anfitriona, como es el caso de las zoonosis o infecciones en humanos procedentes de animales.

Los anfitriones tienden a desarrollar mecanismos de defensa, tanto biológicas como psicológicas, contra los patógenos. Según la psicología evolucionista y los estudios de evolución cultural, ciertos fenómenos como el asco ante ciertos alimentos, conductas o individuos, emociones como la xenofobia, y rasgos de carácter como el individualismo frente al colectivismo, pueden estar relacionados con mecanismos de defensa ante posibles amenazas infecciosas o contagiosas (posible procedencia de extraños) y las conductas necesarias para reducir los daños de las epidemias (responsabilidad individual y disciplina social).

El personal sanitario (medicina, enfermería, auxiliares) desempeña un papel crucial en la lucha contra las epidemias y necesita una protección especial ya que están en contacto constante con enfermos infectados: pueden ser contagiados, caer enfermos, quedar inutilizados para trabajar y además ser fuentes de contagio a otros. Los centros de salud con mucha densidad de enfermos infectados, otros pacientes y visitantes pueden ser focos importantes de nuevos contagios masivos.

Como los patógenos pueden mutar y evolucionar (en otros animales o en humanos), los diversos mecanismos de defensa necesitan adaptarse y prepararse para enfrentarse a sus posibles cambios: los patógenos nuevos pueden ser más peligrosos porque no existen defensas específicas listas contra ellos y puede llevar tiempo desarrollarlas. La evolución de los patógenos puede ser natural o artificial (por investigación para preparar la defensa frente a ellos o para utilizarlos como armas biológicas). La investigación en nuevos tratamientos y vacunas es una necesidad constante, y no hay garantías de éxito frente a nuevos patógenos sobre los cuales no se ha podido investigar o experimentar. El desarrollo de tratamientos y vacunas puede ser lento, especialmente por los ensayos clínicos necesarios para comprobar no solo su efectividad sino también su seguridad (posibles efectos secundarios a medio y largo plazo).

Los procesos dinámicos de contagio o propagación de una infección a través de una población (epidemia) son complejos (no lineales, en red, recursivos, probabilísticos) y presentan diversas fases: se representan mediante modelos de difusión a través de una red con nodos y enlaces (los individuos y sus relaciones). Los individuos pueden ser o estar infectados o no, sintomáticos o asintomáticos, enfermos (o fallecidos) o no (sanos no infectados, recuperados), contagiosos o no, inmunizados o no. Los modelos dinámicos de contagio tienen en cuenta estos posibles estados, su duración, y las interacciones entre individuos y los procesos para pasar de uno a otro (de forma determinista o probabilística).

Las enfermedades contagiosas presentan mecanismos de realimentación positiva: cada individuo contagiado puede a su vez contagiar a otros de forma recursiva, y esto puede generar un crecimiento explosivo, normalmente aproximado por una función exponencial (la tasa de crecimiento (su derivada) es directamente proporcional al valor de la función, que no solo crece sino que crece cada vez más deprisa). La tasa de contagio (que puede ser menor que uno) es esencial porque marca el ritmo de crecimiento (o de decrecimiento si es menor que uno), y si este es exponencial resulta muy sensible a la misma. Por este posible crecimiento exponencial es importante tomar medidas para detener los contagios cuanto antes: pequeñas diferencias de unos pocos días pueden implicar enormes diferencias de resultados.

El fenómeno crece exponencialmente mientras encuentre individuos susceptibles a ser contagiados, y se frena o satura cuando esto deja de suceder: la infección mata a toda la población, o muchos individuos están ya contagiados o inmunizados y es menos probable interactuar con un individuo susceptible de ser contagiado, o los individuos reaccionan y alteran su conducta, se separan físicamente e intentan evitar los contagios (ruptura de conexiones en la red de transmisión). Los individuos inmunizados actúan como barreras o cortafuegos contra la transmisión de la infección a otros no inmunizados: la inmunidad de grupo (o de rebaño) se alcanza cuando son un porcentaje suficiente para que los contagios no prosperen. La función exponencial solo es una aproximación a una fase del fenómeno del contagio, cuya dinámica es más compleja y muestra fases de crecimiento, pico o meseta y eventual caída, con posibles múltiples oscilaciones en forma de brotes periódicos (función logística, curva con forma de pico o campana invertida, sinusoides).

La pandemia de coronavirus SARS-CoV-2 o COVID-19 es muy grave porque ha combinado diversos factores: es un virus nuevo, luego hay pocos datos y experiencia y mucha incertidumbre sobre el mismo, las enfermedades que provoca, su extensión y gravedad y la inmunidad; no hay tratamientos comprobados ni vacunas disponibles y su desarrollo puede ser lento; es muy contagioso (especialmente por portadores asintomáticos) y de letalidad relativamente alta; se han tomado medidas de protección demasiado tarde (censura y ocultación de información, problemas burocráticos con tests y equipamiento, quitar gravedad por no alarmar) y algunas decisiones políticas han agravado los contagios (manifestaciones, mítines); el sistema sanitario se ha visto sobrecargado o incluso ha colapsado (falta de recursos de protección o respiradores, infección del personal sanitario).

Nota: este artículo será continuado lo antes posible con más ideas, especialmente sobre la economía y la ética de la defensa contra las epidemias y su relación con el liberalismo.

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