传播模式
2020年02月号

瑞士学者模拟 武汉2019年新型冠状病毒早期人传人模式

作者:刘亚青

2019-nCoV人际传播的早期模式令人想起2002年SARS-CoV的出现。为了遏制2019-nCoV的蔓延,国际合作和协调将是至关重要的。在这一阶段,应特别注意预防可能发生的罕见但爆炸性的超级传播事件,但不能排除由初级病例建立持续传播链的可能性。

自2019年12月以来,一种新型冠状病毒(2019- nCoV,现名SARS-CoV-2)在中国大规模暴发,这种病毒可导致呼吸道疾病和严重肺炎。来自瑞士的学者根据中国5997例确诊病例和其他几个国家的68例确诊病例,利用计算机对早期暴发轨迹进行了随机模拟,分析了早期人传人的模式,论文于2020.1.30发表在《Euro Surveillance》上。

研究者估计2019-nCov的基本传染数R0在2.2左右,这表明其有持续的人传人潜力。传播特征与严重急性呼吸综合征相关冠状病毒(SARS-CoV)和大流行性流感相似,表明存在全球传播的风险。

流行参数

2019-nCov的传播主要取决于两个关键属性。首先是R0,基本传染数R0表示在暴发早期,完全易感人群中首个感染病例产生的继发病例的平均数量,即一个病人在其患病期内所传染的平均数量。如果R0>1(临界阈值),就会出现持续的人际传播,传播链也会持续。

其次是次级病例的个体差异,可以预期疫情动态和是否有可能出现超级传播者。如果继发性病例数量分散程度很高,那么次级病例数量多的原因可能是少数病例而不是大量病例传播病原体。虽然超级传播始终是一个罕见事件,但它可以导致大规模、爆炸性的传播事件,并对流行病过程有很大的影响。相反,较低的离散度将导致疫情更稳定的增长,每个特定病例的继发病例数量更加一致。这对控制工作具有重要意义。

模拟早期的暴发轨迹

第一步,作者使用初级病例初始化模拟。对于每个初级病例,作者根据平均R0和离散度k生成次级病例。离散参数k量化次级病例数量的变异性,并可解释为衡量超级传播事件的影响指标(k值越小,传播的影响越大)。作者探索了广泛的参数组合(表),并对每个单独的组合进行了1000次随机模拟。在瑞士伯尔尼大学的高性能计算集群上总共运行了352万个初级病例模拟。

第二步,作者考虑了不确定的初级病例的初始数量(n)和武汉华南海鲜市场最初的人畜共患病由动物传染给人类的日期(T)。具有多个初级病例的流行病可视为多个独立流行病的集合,每个流行病都有一个初级病例。作者对一个初级病例的流行病学进行抽样(替换),对每个初级病例的发病日期进行抽样,并将流行曲线汇总在一起。R0(22点)、k(20点)、D(8点)和n(6点)各组合重复此步骤100次,共模拟了211.2万次完整的流行过程。

2019年新型冠状病毒的传播特征

如果在2020年1月18日之前达到1000至9700例感染病例,2019-nCov的早期人际传播特征是R0值约为2.2(中值,高密度区间为90%:1.4~3.8)(图1)。在这一点上观察到的数据与离散参数k的大范围值相一致(中位数:0.54,90%高密度区间:0.014~6.95)。 但是,模拟表明,极低的k值不太可能出现。这些估计包括了关于2020年1月18日流行病总规模以及最初的人畜共患病事件的日期和规模的不确定性(图2)。

与以往呼吸道病毒暴发的比较

图3显示了在该流行阶段最有可能出现的R0和k的组合。作者对R0和k的估计更类似于先前对北京和新加坡SARS-CoV早期人际传播的估计,而不是中东呼吸综合征相关冠状病毒(MERS-CoV)。

MERS-CoV的传播特点是在动物间反复发生传播事件后出现小的传播群集,主要由医院环境中发生的超级传播事件驱动。然而,MERS-CoV只能维持有限的人传人。相反,SARS-CoV的国际传播持续了9个月,是由持续的人际传播驱动的,并偶尔会出现超级传播事件。它在全世界导致了8000多起病例,在各地公共卫生当局的广泛努力下才得到控制。作者对2019-nCov早期传播的评估表明,2019-nCov可能遵循类似的路径。
作者对2019年nCov的估计也与1918年流感大流行一致。流感病毒人传人的特点是R0值介于1.5到2之间,k值较大,这意味着传播更稳定,不会出现超级传播。冠状病毒在许多方面与流感病毒不同,2019-nCoV在病死率、无症状个体的传播能力和传播速度方面的证据仍然有限。

优势和局限

作者称由于现有数据的匮乏,极大地限制了其估算的准确性,尚无法可靠地预测流行病的传播。研究者根据1月23日武汉实施封城措施之前在外国发现的病例,通过对1月18日疫情规模的间接估计,尽量避免监测偏差。

分析虽然由于数据稀缺而受到限制,但有两个重要的优势。首先,它是基于对有关流行病参数的各种可能性的模拟:关于流行病的规模,关于华南海鲜市场上最初人畜共患事件的规模,关于初始动物与人类传播事件的日期。由于它解释了所有这些不确定性,这项分析总结了关于2019-nCoV人际传播的状况。其次,虽然对k的估计仍然不精确,但模拟表明,k<0.1的非常低的值比<0.1的更高值(对应于更均匀的传播模式)的可能性小。然而,k值在0.1~0.2范围内仍然有较小的发生超传播事件的风险,特别是在医院环境中。

结论

分析表明,2019-nCoV人际传播的早期模式令人想起2002年SARS-CoV的出现。为了遏制2019-nCoV的蔓延,国际合作和协调将是至关重要的。在这一阶段,应特别注意预防可能发生的罕见但爆炸性的超级传播事件,但不能排除由初级病例建立持续传播链的可能性。

SARS-CoV的先前经验表明,已建立的感染控制措施,例如及早发现和隔离,接触者追踪以及使用个人防护设备,可以阻止这种流行病。鉴于病死率和传播方面存在不确定性,这项发现证实了筛查、监视和防控工作,特别是在机场和其他交通枢纽的重要性,以防止2019-nCoV的进一步国际传播。

(报道:刘亚青)

参考文献:Euro Surveillance 2020; 25(4).doi:10.2807/1560-7917.ES.2020.25.4.2000058

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