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如何準(zhǔn)確估計(jì)流行病的傳播情況？

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如何準(zhǔn)確估計(jì)流行病的傳播情況？



在新冠肺炎大流行期間 ， 大多數(shù)建模工作都試圖解決緊迫的實(shí)際問題 ， 但一些研究團(tuán)隊(duì)還有另一個(gè)目標(biāo) ， 那就是鞏固這些模型的理論基礎(chǔ) 。
人們通常對(duì)流行病學(xué)模型及其中的變量并不熟悉 ， 但有一個(gè)模型卻因?yàn)樵陔娪啊秱魅静　罚–ontagion）中出現(xiàn)過而變得廣為人知 。 “我們需要確定的是 ， ”由凱特·溫斯萊特扮演的科學(xué)家說 ， “每一個(gè)感染者可能會(huì)將疾病傳染給多少人？”她在白板上寫下了幾種常見疾病的傳染人數(shù)：季節(jié)性流感約為1 ， 天花高達(dá)3 ， 而脊髓灰質(zhì)炎在4到6之間 。
【如何準(zhǔn)確估計(jì)流行病的傳播情況？】這個(gè)數(shù)值就是基本傳染數(shù)（R0） ， 即一個(gè)病例在完全易感人群中將疾病傳染其他個(gè)人的平均數(shù) 。 當(dāng)某種流行病出現(xiàn)時(shí) ， 研究者會(huì)立即對(duì)R0進(jìn)行估計(jì) ， 因?yàn)檫@個(gè)數(shù)可以顯示出一種新病原體可能傳播的猛烈程度 ， 即如果不加以緩解 ， 疫情可能會(huì)發(fā)展到多大程度；以及可能達(dá)到群體免疫的臨界值 。 R0可以幫助決策者判斷控制這種疾病的難度 ， 以及如何進(jìn)行控制 。 一般而言 ， 如果R0大于1 ， 表明疾病會(huì)繼續(xù)擴(kuò)散；如果小于1 ， 則說明疾病傳染能力受到限制 ， 將會(huì)自行消退 。
然而 ， 評(píng)估一種疾病的傳播參數(shù)可能非常困難 ， 而且容易出現(xiàn)連專家也不一定能預(yù)見到的陷阱 。 例如 ， 在COVID-19大流行期間 ， R0的估計(jì)值相差很大 ， 從小于2到6與7之間不等 。
因此 ， 盡管過去一年的大多數(shù)建模工作都專注于解決世界新冠疫情中最緊迫和最實(shí)際的問題 ， 但一些研究團(tuán)隊(duì)卻在更深的層次上 ， 努力探討潛在的理論問題 。 他們?cè)噲D對(duì)R0等參數(shù)進(jìn)行更深入的分析 ， 以了解這些變量的真正含義 ， 如何進(jìn)行估算 ， 以及何時(shí)應(yīng)該或不應(yīng)該使用它們 。
這些科學(xué)家所做的是重要的基礎(chǔ)工作 ， 他們的目標(biāo)是為下一次不可避免的流行病做好準(zhǔn)備 。 “我覺得這是值得理解的 ， ”加拿大麥克馬斯特大學(xué)的理論生物學(xué)家喬納森·杜肖夫說 ， “我們希望會(huì)有更多可靠的工具 ， 這樣當(dāng)下一次疫情來臨時(shí) ， 需要擔(dān)心的事情就會(huì)少一些 。 ”
流行病的傳播速度和強(qiáng)度
關(guān)于R0 ， 最基本的障礙是它不能直接測(cè)量 。 如果流行病學(xué)家可以獲得所有想要的信息 ， 他們就可以通過計(jì)算每個(gè)感染者導(dǎo)致的病例數(shù)并取其平均值來獲得R0 。 但在實(shí)踐中 ， 研究者無法觀察這些感染事件 ， 只能根據(jù)觀察到的數(shù)據(jù)從統(tǒng)計(jì)模型中估計(jì)R0 。
為了彌合可觀察到的流行病增長或減少的速率（杜肖夫稱之為“速度”）與期望值R0（即“強(qiáng)度”）之間的差距 ， 我們還需要引入另一個(gè)重要的參數(shù)：世代間隔（generation interval） ， 即從一個(gè)人被感染到其感染下一個(gè)人之間的時(shí)間（由于該變量的數(shù)值可能變化很大 ， 因此研究人員常用單個(gè)數(shù)值來表示世代間隔 ， 比如平均值 ， 或者用分布來表示） 。
美國佐治亞理工學(xué)院的生物學(xué)家約書亞·韋茨說 ， “人們常常把這兩者混為一談 ， 認(rèn)為更快的增長率一定意味著更高的R0 。 ”事實(shí)上 ， 我們需要通過世代間隔以及一次感染導(dǎo)致另一次感染的速度來審視這種增長率 。
考慮這樣一種情況：一種疾病在最初病例出現(xiàn)三周后 ， 出現(xiàn)了8個(gè)新病例 。 如果這種疾病的世代間隔是一周 ， 那么最初病例會(huì)導(dǎo)致第一周后出現(xiàn)2個(gè)新病例 ， 再下一周出現(xiàn)4個(gè) ， 然后是8個(gè)；也就是說 ， 每一次感染都會(huì)導(dǎo)致另外兩次感染 ， R0為2 。 但是 ， 如果這種疾病的世代間隔為三周 ， 那么第一個(gè)病例就會(huì)直接產(chǎn)生8個(gè)新病例 ， R0為8 。

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