上海交通大学医学院发布新冠病毒感染流行趋势研究报告
  • 来源:上海交通大学公共卫生学院
  • 2020-02-20 15:46

2019年12月,一场新型冠状病毒(2019-nCov)引起的肺炎疫情开始由武汉向全国蔓延。2020年1月30日,世界卫生组织(WHO)宣布将此次新型冠状病毒疫情列为“国际关注突发卫生事件”[1],2月11日,该疾病由WHO正式命名为“Coronavirus Disease 2019” (COVID-19)[2] ,国际病毒分类委员会的冠状病毒研究小组(CSG)正式命名该病毒为SARS-CoV-2。

在这场看不见硝烟的战役里,疫情未来将如何发展,成为大家近期十分关心的问题。武汉作为肺炎疫情最严重的城市,是肩负艰巨防疫抗疫任务的主战场,其疫情发展更是受到广泛关注。

最近,《Cell Discovery》接收了一篇来自上海交通大学医学院公共卫生学院和上海交通大学医学院附属瑞金医院合作的一项最新研究结果,该研究采用传染病动力学SEIR模型(Susceptible, Exposed, Infectious and Removed model; SEIR model),分阶段估计了武汉市的新型冠状病毒感染的流行趋势。

基于SEIR模型分阶段预测

武汉新型冠状病毒感染趋势的研究解读

SEIR模型是一种常用于对病毒流行趋势进行分析的模型,其参数包括感染者(S)-暴露者(E)-感染者(I)-康复者(R)、传播率、感染率、治愈率、基本再生数(R0)和有效再生数(Rt)等参数[3]。其中基本再生数R0定义为在传染病发病初期每个病人在其平均患病期内所传染的人数;有效再生数Rt定义为在t时刻,每个感染者能传染的平均继发病例数,它会随着有效的防控手段逐渐下降。R > 1表示若有效的防控措施,疫情将会是自我维持;R < 1表示新病例数量将随着时间的推移而逐渐减少,疾病流行将逐渐平息。

该研究根据防控措施强弱分阶段调整有效再生指数后,对武汉地区的流行趋势进行估计,对新冠病毒的可能感染规模和传播风险等进行预测,为当前防控措施的效果提供潜在的评价标准,希望能为现阶段的传染病预防决策提供理论依据。

该研究在对疫情控制有效的疾病流行情况进行描述过程中,考虑到各类防控措施的逐步落实,疫情将逐步得到控制,有效再生指数也将随之改变。因此基于武汉地区采取的防疫措施时间点,该研究对疫情发展强度进行了阶段划分。

第一阶段:2019年12月1日至2020年1月23日,武汉地区尚未开展十分严格的防疫工作,仅对病例进行通报,直至1月23日宣布封城[4]。

第二阶段:自1月24日起,武汉封城后第一天,逐步建立交通管制和隔离检疫制度以限制人口流动[5]。

第三阶段:2月2日-6日, 武汉的社区防控得到加强,提出了“不漏一户、不漏一人” 的社区公共卫生管理模式;同时“火神山”、“雷神山”医院与“方舱医院”相继完成了交付和启用,20个省大型三级综合医院的医学救援队驰援,使得武汉的防控和医疗水平进一步得到提高[6]。

第四阶段:2月上中旬,武汉的防控措施进一步加强,采取严格的社区隔离和疑似感染者的全面筛查政策,新冠肺炎患者基本实现“应收尽收、应治尽治”。根据国家卫生健康委办公厅印发“的《新型冠状病毒感染的肺炎病例密切接触者管理方案》里“疾病的潜伏期最长约为14天”的指导思想,2月16日,武汉的疫情发展将基于前期严格的管控而进入一个新阶段,若疫情得到有效控制,此后的有效再生数可下降至1以下。

参考英国帝国理工大学学者的研究结果,该研究将再生数的参数设置为四个阶段:第一阶段R0=3.1(高流行传播阶段),第二阶段Rt = 2.6(中等流行传播阶段),第三阶段Rt = 1.9(低流行传播阶段),第四阶段Rt = 0.9或0.5(疫情逐步平息阶段)。

研究先假设初始疫情控制较弱,按照一些对于疫情爆发初期预测的文献估计,在尚无有效控制措施的情况下,疫情将继续发展疾病持续流行,基于帝国理工大学学者对R0的估值为2.6 (1.9-3.1),假设从2019年12月1日起,武汉市防控措施不足,且后续未采取任何有效防控措施,则感染人数将继续上升,到2020年2月底,新型冠状病毒感染者理论上最高可超过20万例(R0=3.1)。但实际上,面对疫情的发生,中国采取的措施,特别是1月23日凌晨这一关键时刻做出的武汉“封城”等断然决定,是非常有效的。这一决定和后续的一系列措施从根本上改变了疫情演变的格局。

通过四个阶段的多阶段模型拟合,研究最终计算得到武汉地区感染人数可能在2月19日或2月23日出现流行高峰和拐点(两种不同暴露者E与感染者I的比例估计),高峰感染人数估计为55869-84520人(图1和图2)。估计感染人数指的是模型中在某一时刻现存的感染人数,这些估值中包括了有明显症状的患者和潜在的无症状或症状很轻的感染者。

目前新型冠状病毒肺炎疫情仍处于爆发阶段,很难计算出具体的病死率。根据武汉 金银潭医院与上海瑞金医院一项对疫情初期的其中99例患者的报道,病死率可达11%[7],如果据此计算的话,根据流行高峰模型对患者的人数估计,新型冠状病毒肺炎导致的平均死亡人数约为5697-8296人(包括可能因早期死亡但并未明确诊断的患者)。但是该研究人群样本量较小,代表性有限,重症患者较多,有较多病人患有糖尿病等基础疾病,因此在疫情早期的病死率可能会被高估[7],考虑到近日疫情报告中武汉地区患者病死率约为3-4%[8],则新型冠状病毒肺炎导致的平均死亡人数有可能为2279-3318人。当然,随着更多轻度和无症状病例的确诊或出现更好的临床治疗手段,新型冠状病毒肺炎的病死率和致死人数也可能会进一步降低。目前必须高度重视进一步加强重症患者救治问题,以切实降低病死率。

该研究提示,虽然目前的估计感染病例数量与实际确诊感染人数之间存在一定的差距(也有可能有一定比例的无症状感染者或者自愈的感染者没有被及时确诊),但是实际的确诊病例数的上升趋势与模型预测感染人数的发展趋势趋同,因此有理由预计,在各项防控措施的有序开展下,万众瞩目的疫情拐点有望在二月下旬出现。我们共同期待全国疫情最严重、目前抗“疫”主战场的武汉,在未来数日内即将迎来治愈患者数明显高于新增确诊患者数这一转折,随后疫情将出现明显控制的新局面。

需要指出的是,此模型仍存在一定的局限性:首先,模型的建立基于一系列假设,比如不存在超级感染者,潜伏期内不具有传染性等,但这些假设目前尚无明确证据支持与否定,一旦有新的证据打破模型假设,模型预测结果的可信程度将受到一定影响。第二,模型预测的准确程度主要取决于所设定参数的准确性,但目前关于病毒的很多参数尚无定数,如潜伏期、传染期等,现有的文献中,也无统一的定论,随着对疫情认识的深入,病毒的种种特性将愈发明朗,模型的估计也将愈发精准。三、多个阶段的划分虽然有较多的实际措施实施的支持,但是有效再生数的改变通常是一个连续动态的变化,以每个阶段平均的有效再生数来进行模型拟合,存在一定的偏差。最后,从确诊报告的数据来看,武汉或是更大范围的湖北疫情的流行趋势与湖北省外存在明显不同,因此,不能简单将该研究所预测的武汉的疫情流行情况外推至湖北省外其他地区。实际上,武汉及湖北之外的疫情控制已经出现了非常有利的局面,其演变规律有待进一步研究。

   参考文献

[1].WHO. Statement on the second meeting of the International Health Regulations (2005) Emergency Committee regarding the outbreak of novel coronavirus

(2019-nCoV),<https://www.who.int/news-room/detail/30-01-2020-statement-on-the-second-meeting-of-the-international-health-regulations-(2005)-emergency-committee-regarding-the-outbreak-of-novel-coronavirus-(2019-ncov)>

[2].WHO. Novel Coronavirus(2019-nCoV) Situation Report-22,

<https://www.who.int/docs/default-source/coronaviruse/situation-reports/20200211-sitrep-22-ncov.pdf?sfvrsn=fb6d49b1_2>

[3].Chen, S. C., Chang, C.-F. & Liao, C.-M. Predictive models of control strategies involved in containing indoor airborne infections. Indoor Air 16, 469-481.

[4].Imai, N. et al. Report 3: Transmissibility of 2019-nCoV, <https://www.imperial.ac.uk/

mrc-global-infectious-disease-analysis/news--wuhan-coronavirus/> (2020)

[5].Notice on Wuhan novel coronavirus infection of pneumonia epidemic prevention and control,<http:// 

www.gov.cn/xinwen/2020-01/23/content_5471751.htm> (2020).

[6].Pooling high-quality medical resources all over the country to win the battle of preventing and controlling epidemics,

<http://www.hubei.gov.cn/zwgk/hbyw/hbywqb/202002/t20200211_2023527.shtml>

[7].Chen, N. et al. Epidemiological and clinical 

characteristics of 99 cases of 2019 novel coronavirus pneumonia in Wuhan, China: a descriptive study. The Lancet, doi:10.1016/S0140-6736(20)30211-7.

[8].Yang, Y. et al. Epidemiological and clinical features of the 2019 novel coronavirus outbreak in China. medRxiv, 2020.2002.2010.20021675, doi:10.1101/2020.02.10.20021675 (2020).

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