Analisis Sensitivitas Model Epidemi SEIR | Hurint | Natural Science: Journal of Science and Technology 8076 26528 1 PB

Online Journal of Natural Science Vol 6(1) :22 – 28
Maret 2017

ISSN-p: 2338-0950
ISSN-e : 2541-1969

Analisis Sensitivitas Model Epidemi SEIR
Sensitivity Analysis of Seir Epidemic Model
Roberta U. Hurint, Meksianis Z. Ndii*), Maria Lobo
Jurusan Matematika, Fakultas Sains dan Teknik, Universitas Nusa Cendana

ABSTRACT
A sensitivity analysis of SEIR (Susceptible, Exposed, Infectious and Recovered)
epidemic model was conducted to determine the influential parameters on the basic
reproduction number and endemic equilibrium. We found that the transmission rate and
recovery rate are the most influential parameters on the basic reproduction number, where the
latter is also influential parameter on the number of infectious individuals. In addition, the
number of exposed individuals is sensitive to the progression rate from exposed to infectious
class. The results suggest that when infectious individuals recover faster, the number of
infectious individuals could be reduced.
Key word: Mathematical Model, Sensitivity Analysis, SEIR Model


ABSTRAK
Analisis sensitivitas dari model epidemi Susceptible, Exposed, Infectious dan
Recovered (SEIR) dilakukan untuk mengetahui pengaruh perubahan nilai parameter terhadap
nilai basic reproduction number dan titik tetap endemik khususnya kelas exposed and
infectious. Hasil analisis menunjukkan bahwa laju transmisi penyakit dan laju kesembuhan
merupakan parameter yang paling berpengaruh terhadap basic reproduction number.
Sementara itu, laju perpindahandari kelas exposed ke infectious merupakan parameter yang
sangat berpengaruh pada jumlah individu exposed. Laju kesembuhan merupakan parameter
yang berpengaruh terhadap populasi dari kelas infectious. Hasil ini mengimplikasikan bahwa
untuk mengurangi epidemi suatu penyakit maka perlu intervensi kesehatan yang dapat
mempercepat kesembuhan individu terinfeksi (infectious inviduals).
Kata Kunci: Model Matematika, Analisis Sensitivitas, SEIR
LATAR BELAKANG
Pemodelan matematika untuk epidemi
penyakit menular telah banyak digunakan
untuk menganalisis dinamika penyebaran
penyakit (Ndii dkk., 2015, Ndii dkk.,
2016a, Ndii dkk., 2016b, Keeling dan


Rohani, 2007, Supriatna dkk., 2008).
Model-model

matematika

berbeda-beda

tergantung

karakteristik

penyakit.

Umumnya

populasi

tersebut

dikelompokkan kedalam kelas-kelas sesuai

dengan status kesehatannya (Ndii dkk.,

Corresponding author: meksianis.ndii@staf.undana.ac.id / meksand@gmail.com
22

Online Journal of Natural Science Vol 6(1) :22 – 28
Maret 2017

ISSN-p: 2338-0950
ISSN-e : 2541-1969

2015, Ndii dkk., 2016a, Keeling dan

METODE

Rohani, 2007).

Model Matematika

Salah satu model yang digunakan


Dalam model SEIR, populasi dibagi

untuk menganalisis dinamika penyebaran

kedalam

penyakit adalah model SEIR, dimana

menjadi

dan Recovered (R). Bentuk model ini

dengan

diformulasi untuk tipe penyakit yang masa

dengan

inkubasinya panjang. Ini dimaksudkan agar


exposed
individu
laju

masa

inkubasi,

individu

tersebut dapat mempengaruhi dinamika

ini

telah

sensitivitas dilakukan untuk mengetahui
perubahan


nilai

ter-exposed
kemudian

(1)


= �−� .
��

banyak digunakan, belum banyak analisis

pengaruh

. Individu

��
= � − �� − �,
��


penyebaran penyakit.
SEIR

(infectious)

��

=
− � − ��,
��


menularkannya kepada individu lain. Hal

model

terinfeksi




= �� −
−� ,
��


telah

terserang virus tersebut tetapi belum dapat

Meskipun

berinteraksi

recover dengan laju .

dianalisis.

Pemahaman tentang hal ini penting karena
dalam


apabila

menjadi infectious dengan laju

pengaruh masa inkubasi terhadap dinamika
dapat

yakni

dan Recovered (R). Individu susceptible

Susceptible (S), Exposed (E), Infectious (I)

penyakit

sub-populasi

Susceptible (S), Exposed (E), Infectious (I)


populasi dikelompokkan kedalam kelas

penyebaran

empat

parameter

terhadap variabel-variabel tertentu seperti

Pada Model (1), populasi diasumsikan

basic

konstan � =

reproduction

exposed


dan

number,

infectious.

Hal

populasi
tersebut

+�+�+

sehingga laju

kelahiran dan kematian alami diasumsikan

penting untuk mengetahui parameter mana

konstan. Model tersebut mempunyai dua

saja yang berpengaruh besar terhadap

titik ekuilibrium yakni titik dimana tidak

dinamika dari model epidemi tersebut. Oleh

ada penyakit dalam populasi atau dikenal

karena itu, dalam artikel ini, analisis

dengan titik bebas penyakit dan titik

sensitivitas dari model epidemi SEIR

dimana penyakit selalu ada dalam populasi

dilakukan.

Analisis

parameter-parameter

difokuskan

pada

atau yang dikenal dengan titik endemik.

dari

basic

Titik

reproductive ratio dan titik tetap endemik

bebas

equilibrium)

khususnya kelas exposed dan infectious.
Analisis Sensitivitas Model Epidemi SEIR
(Roberta U. Hurint dkk)
23

penyakit
adalah

(disease-free


, �∗ , � ∗ ,



=

Online Journal of Natural Science Vol 6(1) :22 – 28
Maret 2017



, , ,

dan infectious. Ada dua jenis analisis

dan titik endemik (endemic

sensitivitas yakni analisis sensitivitas lokal

equilibrium) adalah sebagai berikut:


=

+ �+ �+�

� =−

�� −

�� −

�∗ = −


dan global (Marino dkk., 2008, Blower dan





=−



2

Dowlatabadi, 1994). Oleh karena jumlah

,

parameter dari model yang tidak banyak
maka

+ � + � + �2
,
+�

+

2

+
+ �+ �+�
,
+ � + � + �2

+

+ � + � + �2
.
+ � + � + �2

sensitivitas

pada

Analisis

dilakukan untuk mengetahui

pengaruh

reproduction

ratio

(

endemik �∗ , � ∗ .

,

0

titik

Definisi 2.2. Normalized sensitivity index

diperoleh

dengan

normalisasi

indeks

dari

terdiferensialkan

terbesar adalah

=

difokuskan
lokal.

basic

matriks tersebut maka diperoleh nilai eigen

+�

ini

perubahan nilai parameter terhadap nilai

matrix dan mencari nilai eigen terbesar dari

=

penelitian

analisis

Dengan mengonstruksi next generation

0

ISSN-p: 2338-0950
ISSN-e : 2541-1969

sensitivitas

variabel

pada

parameter

�,
p,

didefinisikan sebagai berikut:
+�

+ � + � + �2

��� =

.

�� �
× ,
�� �

dimana � adalah variabel yang akan

dianalisis dan � adalah parameter (Chitnis

Persamaan (2) diatas dikenal dengan basic

dkk., 2008).

reproduction number/ratio.

HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil analisis menunjukkan bahwa jika
0

<

maka titik ekuilibrium

penyakit stabil asimptotik lokal. Jika

Pada bagian ini akan dilakukan

bebas
0

analisis sensitivitas

>

parameter-parameter

maka titik endemik stabil asimptotik

terhadap variabel

lokal (Keeling dan Rohani, 2007).

sensitivitas

Analisis Sensitivitas

pengaruh

akan

untuk mengetahui
yang
0,

berpengaruh

�∗ dan � ∗ .

Indeks

menginformasikan

parameter-parameter

terhadap

pada

epidemi dari suatu penyakit (Chitnis dkk.,

parameter-

2008). Dalam analisis, nilai parameter yang

parameter terhadap basic reproduction

digunakan adalah sebagai berikut. Laju

number, dan titik endemik kelas exposed

transmisi

Penelitian
analisis

ini

sensitivitas

difokuskan
dari

Analisis Sensitivitas Model Epidemi SEIR
(Roberta U. Hurint dkk)
24

= .

(Keeling dan Rohani,

Online Journal of Natural Science Vol 6(1) :22 – 28
Maret 2017
= / (Keeling

2007), laju kesembuhan



dan Rohani, 2007), laju transisi dari kelas
= /

exposed ke infectious
/

×

(BPS,

2015)

yang

mengindikasikan

=

×

+�

menghitung

= ,

tingginya

1

0

0

+�

+�

×

+�

Cara/prosedur yang sama dilakukan untuk

. Nilai tersebut menghasilkan nilai
0




=

=

�=

dan

basic reproduction number

�0

(Keeling

dan Rohani, 2007) dan kematian alami � =

ISSN-p: 2338-0950
ISSN-e : 2541-1969

indeks

sensitivitas

bagi

parameter lainnya. Hasilnya disajikan pada

level

Tabel 1.

endemik suatu penyakit. Oleh karena itu,
Hasil analisis menunjukkan bahwa

analisis ini diasumsikan dilakukan pada

laju transmisi (

daerah dengan tingkat endemik tinggi.

merupakan dua parameter yang paling

Hasil analisis menunjukkan bahwa untuk

berpengaruh terhadap perubahan nilai

wilayah dengan tingkat endemik tinggi laju

Parameter

transmisi penyakit dan laju kesembuhan
merupakan

parameter

yang

paling

berpengaruh terhadap basic reproduction
number.

Laju

parameter
populasi

yang
dari

perpindahan
infectious

kesembuhan

kelas
dari

kelas

merupakan

parameter

negatif. Artinya, jika

nilai

0

nilai

0 turun

naik

sebaliknya maka nilai

0

sesuai dengan besaran indeks

basic reproduction number (Persamaan 2).
Indeks sensitivitas dari parameter
diperoleh

, ,

dengan

menggunakan Persamaan (3) dan hasilnya
1.

0

berdampak pada kenaikan
sebesar

indeks sensitivitas dari parameter

kesensitifan parameter-parameter terhadap

sensitivitas untuk parameter

juga turun. Hal sebaliknya berlaku

5% pada nilai

Pada bagian ini akan dianalisis

Tabel

juga akan naik. Sebaliknya,

sensitivitasnya. Sebagai contoh, kenaikan

Analisis Sensitivitas �

didalam

0

parameter

akan naik. Selain itu, naik dan turunnya

nilai

0

0

maka nilai

yang

exposed.

disajikan

memiliki relasi

untuk parameter . Jika parameter

ke

sangat berpengaruh pada jumlah individu

terhadap

positif

sedangkan parameter

nilai

Laju

exposed

relasi

0.

jika nilai parameter tersebut turun, makan

terhadap

infectious.

memiliki

maka nilai

merupakan

berpengaruh

dan laju kesembuhan

Indeks
diperoleh

dengan
Analisis Sensitivitas Model Epidemi SEIR
(Roberta U. Hurint dkk)
25



.

Online Journal of Natural Science Vol 6(1) :22 – 28
Maret 2017

ISSN-p: 2338-0950
ISSN-e : 2541-1969

Tabel 1.Parameter, persamaan dan nilai indeks sensitivitas, dan perubahan nilai 0 . Jika
terjadi perubahan nilai parameter. � + %berarti nilai parameter bertambah 5% dari nilai
sebelumnya. � − % berarti bahwa nilai parameter berkurang 5% dari nilai sebelumnya.
Nilai 0 = ,
.
Parameter

Persamaan



+ %

Nilai

+1


×


+�

9,491

9,989

9,989

9,514

10,515



− , ���

Analisis Sensitivitas �∗

Nilai �

10,488
+ , �

+�

�− %

parameter

yang

paling

berpengaruh

Indeks sensitivitas untuk parameter

terhadap populasi exposed adalah laju

diperoleh dengan menggunakan formula

transisi dari populasi exposed ke infectious,

indeks sensitivitas pada Persamaan (3).
�� ∗ ��
=


=

2

+ �

�� −� ∗ ( 2 + �)
2

Sehingga


�� =
=

+ �� −

+ �

2

+
+ � + � + �2
+ � 2

2

.
+ �

Analisis Sensitivitas �∗

,

Indeks sensitivitas dari parameter

.

untuk populasi infectious diperoleh dengan
prosedur yang sama seperti sebelumnya



��
× ∗



=

dan hasilnya diberikan pada Tabel 3. Hasil
analisis menunjukkan bahwa parameter

�� − �∗ 2 + �
× ∗
2 + �

�∗

��
2

+ �

merupakan dua parameter yang sangat
berpengaruh terhadap � ∗ dan memiliki

relasi negatif. Jika nilai parameter

− .

meningkat

Indeks sensitivitas untuk parameter

maka

jumlah

populasi

infectious akan menurun dan sebaliknya

lainnya dapat dilakukan dengan prosedur

jika nilai parameter

yang sama dan hasilnya diberikan pada

jumlah populasi infectious meningkat.

Tabel 2.

Hasil analisis menunjukkan

menurun maka

Hasil ini mengindikasikan bahwa

bahwa parameter laju transmisi merupakan

laju kesembuhan merupakan faktor yang
menentukan

Analisis Sensitivitas Model Epidemi SEIR
(Roberta U. Hurint dkk)
26

Online Journal of Natural Science Vol 6(1) :22 – 28
Maret 2017

ISSN-p: 2338-0950
ISSN-e : 2541-1969

epidemi suatu penyakit. Ini berarti bahwa

maka penularan suatu penyakit dapat

jika ada intervensi yang dapat dilakukan

ditekan.

untuk mempercepat waktu kesembuhan
Tabel 2. Parameter, persamaan dan nilai indeks sensitivitas, dan perubahan nilai � ∗ jika
terjadi perubahan nilai parameter. � + % berarti nilai parameter bertambah 5% dari nilai
sebelumnya. � − % berarti bahwa nilai parameter berkurang 5% dari nilai sebelumnya.
Nilai � ∗ = ,
.
Parameter

Persamaan Indeks Sensitivitas

Nilai

Indeks

Sensitivitas







+

− �− �−�



− −�

−� −� +�
+�
+ �+ �+�

+�
+�

�+ %

�− %

NILAI �∗

0,111

30,494

30,156

-0,999

28.890

31,929

-0,111

30,165

30,502

Tabel 3. Parameter, persamaan dan nilai indeks sensitivitas, dan perubahan nilai � ∗ jika
terjadi perubahan nilai parameter. � + % berarti nilai parameter bertambah 5% dari nilai
sebelumnya. � − % berarti bahwa nilai parameter berkurang 5% dari nilai sebelumnya.
Nilai � ∗ = ,
.
Paramete

Persamaan Indeks Sensitivitas

Nilai Indeks

r

Sensitivitas



+



+



+



+ �+ �∓�

− + +�

+ �+ �+�
+�

+ �+ �+�

+�
+ �+ �+�
+�
+ �+ �+�

Hasil analisis menunjukkan bahwa
laju transmisi

dua

berpengaruh

pada

number
memiliki

0.

parameter

parameter
basic

laju

yang

yang

positif

kedua

26,670
26,534

26,534

− ,

25,130

28,085

negatif.

26,379

Hasil

ini

kesembuhan

sangat

berpengaruh

terhadap epidemi suatu penyakit dalam

reproduction

populasi. Jika laju transmisi sangat besar

Parameter yang pertama
hubungan

Nilai �∗

mengindikasikan bahwa laju transmisi dan

dan laju kesembuhan

merupakan

�− %

+ ,

+ ,

hubungan

�+ %

sedangkan

maka laju kesembuhan juga harus besar.

memiliki

Jika laju transmisinya kecil dan laju

Analisis Sensitivitas Model Epidemi SEIR
(Roberta U. Hurint dkk)
27

Online Journal of Natural Science Vol 6(1) :22 – 28
Maret 2017
kesembuhannya

besar

maka

Model,
as
an
Example.
International Statistical Review /
Revue Internationale de Statistique,
62, 229-243.
BPS 2015. Angka Harapan Hidup (AHH)
menurut Jenis Kelamin dan
Provinsi,
2010-2014.
https://www.bps.go.id/linkTableDin
amis/view/id/1114.
Chitnis, N., Hyman, J. M.dan Cushing, J.
M. 2008. Determining Important
Parameters in the Spread of Malaria
Through the Sensitivity Analysis of
a Mathematical Model. Bulletin of
Mathematical Biology, 70, 1272.
Keeling, M. J.dan
Rohani, P. 2007.
Modeling Infectious Diseases in
Humans and Animals, Princeton
University Press.
Marino, S., Hogue, I. B., Ray, C. J.dan
Kirschner, D. E. 2008. A
methodology for performing global
uncertainty and sensitivity analysis
in systems biology. Journal of
Theoretical Biology, 254, 178-196.
Ndii, M. Z., Allingham, D., Hickson, R.
I.dan Glass, K. 2016a. The effect of
Wolbachia on dengue dynamics in
the presence of two serotypes of
dengue: symmetric and asymmetric
epidemiological
characteristics.
Epidemiology and Infection, 144,
2874-2882.
Ndii, M. Z., Allingham, D., Hickson, R.
I.dan Glass, K. 2016b. The effect
of Wolbachia on dengue outbreaks
when
dengue
is
repeatedly
introduced. Theoretical Population
Biology, 111, 9-15.
Ndii, M. Z., Hickson, R. I., Allingham,
D.dan
Mercer, G. N. 2015.
Modelling
the
transmission
dynamics of dengue in the presence
of
Wolbachia.
Mathematical
Biosciences, 262, 157-166.
Supriatna, A. K., Soewono, E.dan van
Gils, S. A. 2008. A two-age-classes
dengue
transmission
model.
Mathematical Biosciences, 216,
114-121.

epidemi

penyakit tidak akan terjadi dalam populasi.
Analisis ini difokuskan pada daerah dengat
tingkat endemik tinggi yang digambarkan
0.

dari besarnya nilai

Sehingga dapat

disimpulkan bahwa untuk daerah dengan
tingkat endemik tinggi, maka diperlukan
suatu intervensi yang dapat mempercepat
kesembuhan individu terinfeksi (infectious
individuals). Sedangkan, untuk populasi
exposed dan infectious, laju transisi keluar
dari

kelasnya

parameter

merupakan

yang

paling

parameterberpengaruh

terhadap populasinya dan memiliki relasi
negatif. Sebagai contoh, laju transisi dari
kelas exposed ke infectious merupakan
parameter
populasi

yang

berpengaruh

exposed.

merupakan

Laju

parameter

terhadap

kesembuhan
yang

paling

berpengaruh terhadap populasi infectious.
Hasil ini menunjukkan bahwa untuk dapat
mengurangi jumlah individu terinfeksi
dalam populasi maka laju kesembuhan
harus besar. Dengan kata lain perlu
intervensi

yang

mempercepat

dilakukan

kesembuhan

untuk
individu

terinfeksi. Hasil ini sejalan dengan analisis
pengaruh

parameter

reproduction number,
DAFTAR PUSTAKA

terhadap

ISSN-p: 2338-0950
ISSN-e : 2541-1969

basic

0.

Blower, S. M.dan Dowlatabadi, H. 1994.
Sensitivity
and
Uncertainty
Analysis of Complex Models of
Disease Transmission: An HIV
Analisis Sensitivitas Model Epidemi SEIR
(Roberta U. Hurint dkk)
28