Економіко-математичне моделювання впливу COVID-19 на соціально-економічний розвиток країн світу та системи медикосоціального забезпечення населення

Abstract

Дисертаційна робота присвячена вирішенню наукової проблеми трансформації соціально-економічного розвитку, теоретичних і методичних засад стану медико-соціального стану забезпечення населення під впливом пандемії Covid-19. У дисертаційній роботі узагальнено існуючий науковий доробок щодо визначення впливу Covid-19 на соціально-економічний розвиток та медикосоціальне забезпечення населення, досліджено зміну вектору наукових інтересів дослідників усього світу з появою Covid-19, виділено найбільші світові наукові школи, проаналізовано актуальні напрями досліджень, що пов’язані з питаннями пандемії. У результаті ґрунтовного науко метричного аналізу було визначено більше десяти актуальних серед науковців світу напрямів немедичних досліджень, що пов’язані з пандемією та вакцинацією: причини диференціації бажань населення добровільно вакцинуватися; ставлення до щеплень залежно від статі, віку та соціального статусу; прогнозування різних сценаріїв відновлення економіки; наслідки світової інфомедії та боротьба з дезінформацією; доцільність інформаційного та адміністративного тиску на населення; зростання ролі соціальних мереж для вакцинаційної кампанії; достатні та необхідні умови подолання пандемії; роль самовідповідальності за своє здоровя та здоровя людей, що оточують; необхідність донесення правдивої інформації щодо наслідків щеплень від медичного персоналу; необхідність більш тривалих строків тестування вакцини тощо. Результати проведеного наукометричного аналізу можуть бути корисними для подальших емпіричних досліджен, а саме математичного моделювання причин відмови від щеплень та прогнозування наслідків пандемії в залежності від інтенсивності проведення вакцинаційної кампанії. У вигляді структурно-логічної схеми зображено концептуальну модель, яка узанальнює детермінанти та фактори, які необхідно дослідити з метою аналізу розвитку країн допандемічного періоду. Аналіз країн дозволить виявити релевантні та такі, що вплинули на диференційований перебіг пандемії, з метою подальшої оцінки трансформації розвитку країн під впливом пандемії Covid-19. Також побудова прогнозу вразливості населення до COVID-19 та впливу вакцинаційної кампанії допоможе виявити існтрументи впливу на пандемію з метою мінімізації втрат. Зокрема, до таких інструментів може належати якісна вакцинаційна компанія, ефективна модель організації системи охорони здоров’я тощо. У роботі визначено індикатори прояву наслідків COVID-19 та вимірювання трансформації розвитку країн світу внаслідок пандемії. З більш ніж 20 індикаторів, які характеризують різні сторони розвитку суспільства було відібрано найбільш релевантні, на основі яких побудовані інтегральні індекси по різним сферам до пандемії, та після. Проаналізовано флуктації по кожній з досліджуваних сфер різних країн світу. Це дозволило виявити, що така трансформація дійсно відбулась у економічній, політико-інстутиційній та фінансово-бюджетній сферах, та позначилось на загальному стані «відчуття щастя» серед населення країн світу. Запропоновано методику визначення причин диференціації вразливості регіонів України від Covid-19 на основі регресійно-кореляційного аналізу набору з 23 детермінант на захворюваність та смертність населення. За допомогою алгоритму Фарарра-Глобера було здійснено перевірку на мультиколінеарність вхідного масиву даних, методом Дарбіна Уотсона зроблено перевірку гіпотези на наявність автокореляції залишків та проведено тест на гетероскедастичність на основі рангової кореляції Спірмена. За допомогою побудови нелінійної регресійної моделі з покроковим виключенням було виділено по 5 показників які впливають на кількість інфікованих у регіоні, та окремо на кількість летальних випадків, спричинених Covid-19: показники міграційного руху, кількісний склад населення та екологічна ситуація в регіоні. Крім того, важливим індикатором є готовність медичних закладів до якісного обслуговування хворих у період пандемії та динаміка доходів населення. Це може бути корисним при створенні транспективних портретів регіонів для подолання епідеміологічних загроз у майбутньому. У роботі запропоновано науково-методичний підхід до визначення вразливості населення країн Європи в залежності від динаміки вакцинаційної кампанії шляхом проведеного кластерного аналізу, методом k-середніх для нормалізованих даних методом Харрінгтона. Двічі проведене дослідження одних і тих статистичних показників дало змогу оцінити вплив динаміки вакцинаційної кампаній на тенденцію зменшення кількості інфікованих та померлих. Це дозволило прийти до висновку, що вдало проведена вакцинаційна кампанія може уповільнити розповсюдження вірусу у багатьох країнах світу. Також, у результаті двох послідовних кластерних аналізів було виділено групу країн, які характеризуються великім відсотком вакцинованого населення та порівняно низькими темпами зростання кількості нових випадків захворювань та рівнем смертності від COVID-19. Враховано динаміку вакцинаційної компанії при проведенні прогнозування кількості інфікованого населення різних країн світу. Шляхом проведення трендсезонної декомпозиції та застосування рядів Фур’є двох часових рядів: до початку вакцинаційної кампанії у світі та після – було виявлено зміну у прогнозованих результатах кількості інфікованого населення, що є науковим підтвердженням позитивного впливу щеплень. Це додасть ще один доказ того, що вакцинація населення допомагає долати негативні наслідки пандемії швидше, зменшуючи навантаження на медико-соціальне забезпечення населення та світову економіку.Запропонована методика моделювання динаміки рівня захворюваності може бути використана для побудови подальших прогнозів динаміки рівня захворюваності. Обґрунтовано методологічні засади порівняння трансформації рівня соціального розвитку, інвестиційної привабливості основних напрямів підприємницької діяльності в Україні до появи вірусу Covid-19 та з урахуванням негативних наслідків пандемії. на основі проведеного адитивного тренд-сезонного прогнозування із застосуванням розкладу часових рядів у ряди Фур’є. Це дозволило виявити, які саме сфери зазнали найбільших змін під дією пандемії та потребують більшої підтримки з боку держави. Результати проведеного дослідження дозволять Уряду раціонально пріоритезувати галузі для введення інновацій і подолання негативних наслідків пандемії. Досліджено та удосконалено методичний інструментарій визначення причинно-наслідкових зв’язків у ланцюзі вразливість населення України до COVID-19 – рівень антропогенного навантаження – ефективність системи охорони здоров’я. Шляхом застосування методу головних компонент, для виявлення показників, які найкраще описують мінливість досліджуваної сфери, у поєднанні з структурним моделюванням, за допомогою якого можна досліджувати складні системи, навіть якщо їх структура залишається невідомою. Практичне застосування запропонованого науково-методичного підходу дає змогу виявити тісний прямий зв'язок між вразливістю регіонів України до пандемії, станом медико-соціального забезпечення та екологією. Це дає змогу дійти до висновку, що є необхідність превентивного впливу на епідеміологічні загрози через послідовне та комплексне реформування системи охорони здоров’я разом з інноваційною діяльністю системи охорони навколишнього середовища. Отже, для ефективного подолання наслідків необхідно вибудовувати комплексну стратегію, так як підтримка державою тільки медичної сфери не дасть стовідсоткового результату без підтримки суміжних галузей. В роботі удосконалено та запропоновано методику визначення синергетичних ефектів в системі медико-соціального забезпечення населення під час пандемії COVID-19, а саме між економічною, політико-інституційною та фінансово-бюджетною складовими. Визначення причинно-наслідкових зв’язків здійснено на основі канонічного аналізу у період до пандемії та під час. Застосування канонічного аналізу дозволило також виявити із великої кількості детермінант саме ті, що мають найбільший вплив як на між групові відносини так і пояснюють найбільшу частину дисперсії досліджуваної сфери. Це дозволило провести структурне моделювання та встановити характер та силу зв’язку між економічною, політико-інституційною та фінансовобюджетною складовими. Удосконалено та запропоновано до практичного використання методики фронтірного аналізу моделей організації систем охорони здоров’я світу, у розрізі їх ефективності та резільєнтності до впливу COVID-19. Для дослідження було сформовано 4 групи країн світу за ключовими принципами формування системи охорони здоров’я та статистичну базу із 45 показників, які характеризують ефективність системи охорони здоров’я. Шляхом застосування методу головних компонент було відібрано для кожної моделі організації системи охорони здоров’я набір релевантних індикаторів, що найкраще її характеризує. Також, за допомогою нормалізації показників методом Харрінгтона та мультиплікативної згортки нормалізованих релевантних показників було розраховано інтегральні індекси, вказують на економічну ефективність різних моделей організації системи охорони здоров’я. Також, для різностороннього порівняння моделей організації системи охорони здоров’я проведено дослідження резільєнтністі до Covid-19. На основі побудові вхідно-орієнтованої BCC-моделі та вихідно-орієнтовної CCR-моделі із використанням середовища Frontier Analyst було розраховано рівень ефективності кожної моделі організації системи охорони здоров’я та виявлено у розрізі кожної країни наявності резерву чи недостачі відповідного показника для досягнення «ідеального стану» системи охорони здоров’я. Поєднання трьох різних підходів для оцінки якості моделі організації системи охорони здоров’я дозволили визначити найкращий тип, а нездатність системи медико-соціального забезпечення швидко реагувати на епідеміологічні виклики суттєво зменшують ефективність медичної системи та підтверджують необхідність проведення реформ. Основні положення дисертації приведено до рівня методичних розробок і практичних рекомендацій, що можна застосовувати в діяльності державних органів виконавчої влади, органів місцевого самоврядування, професійними спілками та галузевими асоціаціями.

The dissertation work is devoted to solving the scientific problem of the transformation of socio-economic development and theoretical and methodological foundations of population support's medical and social state under the influence of the Covid-19 pandemic. The dissertation summarizes the current scientific work on determining the impact of Covid-19 on socio-economic development and medical and social support of the population, examines the change in the vector of scientific interests of researchers around the world with the emergence of Covid-19, highlights the world's largest scientific schools, analyzes current research directions, related to pandemic issues. As a result of a thorough scientific metric analysis, more than ten areas of non-medical research related to the pandemic and vaccination that are relevant among the world's scientists were identified: the reasons for the differentiation of the population's desire to be vaccinated voluntarily; attitude to vaccinations depending on gender, age and social status; forecasting various scenarios of economic recovery; consequences of global information media and the fight against disinformation; the expediency of informational and administrative pressure on the population; growing role of social networks for the vaccination campaign; sufficient and necessary conditions for overcoming the pandemic; the part of selfresponsibility for one's health and the health of the people around; the need to convey truthful information about the consequences of vaccinations from medical personnel; the need for more extended vaccine testing periods, etc. The results of the conducted scientometric analysis can be helpful for further empirical research, namely, mathematical modeling of the reasons for refusing vaccinations and forecasting the consequences of the pandemic depending on the intensity of the vaccination campaign. In the form of a structural and logical scheme, a conceptual model is depicted that analyzes the determinants and factors that must be investigated to study the development of countries in the pre-pandemic period. The analysis of countries will allow identifying relevant and those that affected the differentiated course of the pandemic to assess further the transformation of the development of countries under the influence of the Covid-19 pandemic. Also, building a forecast of the population's vulnerability to COVID-19 and the impact of the vaccination campaign will help identify instruments of influence on the pandemic to minimize losses. In particular, such tools may include a high-quality vaccination company, an effective model of the organization of the health care system, etc. The work identifies indicators of the consequences of COVID-19 and measures the transformation of the development of the world's countries as a result of the pandemic. From more than 20 indicators that characterize different aspects of the development of society, the most relevant ones were selected, based on which integral indexes were built in various areas before and after the pandemic. Fluctuations in each of the researched spheres of different countries of the world were analyzed. This made it possible to reveal that such a transformation took place in the economic, political-institutional, and financial-budgetary spheres, and it affected the general state of the "feeling of happiness" among the world's population. A methodology for determining the reasons for the differentiation of the vulnerability of regions of Ukraine to Covid-19 is proposed based on a regressioncorrelation analysis of a set of 23 determinants of morbidity and mortality of the population. The Farrar-Glober algorithm was used to check the multicollinearity of the input array, the Durbin-Watson method was used to check the hypothesis for autocorrelation of the residuals, and the heteroskedasticity test was performed based on Spearman's rank correlation. Using the construction of a non-linear regression model with stepwise elimination, five indicators were selected that affect the number of infected people in the region and separately the number of deaths caused by Covid-19: indicators of migration movement, the quantitative composition of the population and the ecological situation in the area. In addition, an important indicator is the readiness of medical institutions to provide quality service to patients during the pandemic and the dynamics of the population's income. This can be useful in creating transflective portraits of regions to overcome epidemiological threats in the future. The paper proposes a scientific and methodological approach to determining the vulnerability of the population of European countries depending on the dynamics of the vaccination campaign using cluster analysis, the k-means method for normalized data, and the Harrington method. Twice, the study of the same statistical indicators made it possible to assess the influence of the dynamics of vaccination campaigns on the tendency to decrease the number of infected and dead. This made it possible to conclude that a successful vaccination campaign can slow down the spread of the virus in many countries of the world. Also, as a result of two consecutive cluster analyses, a group of countries was identified, characterized by a large percentage of the vaccinated population and relatively low rates of growth in the number of new cases of diseases and the mortality rate from COVID-19. The dynamics of the vaccination company were considered when forecasting the number of infected populations in different countries of the world, by carrying out trend-seasonal decomposition and applying the Fourier series of two-time series: before the start of the vaccination campaign in the world and after - a change in the predicted results of the number of infected population was revealed, which is a scientific confirmation of the positive impact of vaccinations. This will add another proof that vaccination of the people helps to overcome the negative consequences of the pandemic faster, reducing the burden on the medical and social welfare of the population and the world economy. The proposed method of modeling the dynamics of the incidence rate can be used to build further forecasts of the dynamics of the incidence rate. The methodological principles of comparing the transformation of the level of social development, the investment attractiveness of the main areas of business activity in Ukraine before the emergence of the Covid-19 virus, and taking into account the negative consequences of the pandemic are substantiated. Based on the conducted additive trend-seasonal forecasting with the application of the decomposition of time series into Fourier series. This made it possible to identify which areas have undergone the most significant changes under the influence of the pandemic and need more excellent support from the state. The research results will allow the Government to rationally prioritize industries for introducing innovations and overcoming the negative consequences of the pandemic. The methodical toolkit for determining cause-and-effect relationships in the chain of the vulnerability of the population of Ukraine to COVID-19 - the level of anthropogenic load - the effectiveness of the healthcare system has been studied and improved. By applying the method of principal components to identify indicators that best describe the variability of the studied area, in combination with structural modeling, with which it is possible to check complex systems, even if their structure remains unknown. The practical application of the proposed scientific and methodological approach makes it possible to reveal a close direct connection between the vulnerability of the regions of Ukraine to the pandemic, the state of medical and social security, and ecology. This makes it possible to conclude that there is a need for a preventive impact on epidemiological threats through a consistent and comprehensive reform of the health care system along with innovative activities of the environmental protection system. Therefore, to effectively overcome the consequences, it is necessary to build a comprehensive strategy since the state's support of only the medical field will only give a 100% result with the help of related industries. The work improved and proposed a methodology for determining synergistic effects on the population's medical and social security during the COVID-19 pandemic, namely between economic, political-institutional, and financialbudgetary components. Determining causal relationships was based on canonical analysis in the period before and during the pandemic. The canonical analysis also allowed us to identify from a large number of determinants, precisely those that have the most significant impact on intergroup relations, and explain the largest part of the variance of the studied area. This made it possible to carry out structural modeling and establish the nature and strength of the connection between economic, political-institutional, and financial-budgetary components. The methodology of frontier analysis of models of the organization of the world's healthcare systems, in terms of their effectiveness and resilience to the impact of COVID-19, has been improved and proposed for practical use. For the study, four groups of countries of the world were formed according to the fundamental principles of the formation of the health care system and a statistical base of 45 indicators that characterize the effectiveness of the health care system. Using the method of principal components, a set of relevant indicators was selected for each model of the organization of the health care system, which best characterizes it. Also, with the help of the normalization of hands using the Harrington method and multiplicative convolution of normalized relevant indicators, integral indices were calculated, indicating the economic efficiency of various models of the health care system organization. Also, a study of resilience to Covid-19 was conducted to compare models of the healthcare system organization comprehensively. Based on the construction of the input-oriented BCC model and the output-oriented CCR model using the Frontier Analyst environment, the effectiveness of each model of the organization of the health care system was calculated. The presence of a reserve or a lack of a corresponding indicator for achieving the "ideal state" was identified in each country » healthcare systems. The combination of three different approaches to assessing the quality of the health care system organization model made it possible to determine the best type, and the inability of the medical and social security system to quickly respond to epidemiological challenges significantly reduces the effectiveness of the medical system and confirms the need for reforms. The main provisions of the thesis are brought to the level of methodological developments and practical recommendations that can be applied in the activities of state executive bodies, local self-government bodies, trade unions, and industry associations.