清华、港大等多机构联手 Science 发文:1 月中下旬可能存在 86% 的新冠肺炎未知感染者
自新冠肺炎疫情爆发以来,中国采取的各项如封城、居家隔离等防控措施,目前已初见成效。
但是,由于病原体的传播和毒力存在许多不确定性,尤其是未知感染者所占的比例是调节病毒大流行潜力的关键流行病学特征。这些未知感染者通常表现为轻度、有限或无症状,因此也为防疫工作增添了巨大难度。
2020 年 3 月 16 日,来自帝国理工学院、清华大学、香港大学等多家科研机构合作在 Science 杂志在线发表了题为 Substantial undocumented infection facilitates the rapid dissemination of novel coronavirus (SARS-CoV2) 的研究论文。
该研究根据中国境内已报告的感染情况,利用流动性数据、网络化的动态人口模型和贝叶斯推断,推断出与 SARS-CoV2 相关的关键流行病学特征,并估计在 1 月 23 日旅行限制前后大约有 86% 的感染者未被记录。这些结果对于了解该疾病的总体发生率和大流行潜力至关重要。
图片来源:Science
研究内容
研究人员开发了一个数学模型来模拟 375 个中国城市中疫情的时空动态。在模型中,将感染者分为两类:有记录的感染者(其症状足以确认感染)和未知感染者。这两类感染具有不同的传播率:
β,有记录的感染者引起的传播率;
μβ,是未知感染者造成的传播率。
SARS-CoV2 在城市间的空间传播是通过每天从 j 市到 i 市的人数和一个乘法因子来捕捉的。为了估算 2020 年春运期间 (从 1 月 10 日开始) 的人类活动,研究人员将来自于腾讯地理位置服务在 2018 年春运期间收集的人类移动数据与 2020 年春节的相对时间进行了比对,并增加了一个旅游倍增因子 θ(大于 1)。
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为了推断爆发初期的病毒传播动态,研究人员利用 IF-EAKF 框架对 2020 年 1 月 10 日至 23 日的观测结果进行了模拟。同时建立出 6 个模型参数(Z, D, μ, β, α, θ,分别为:平均潜伏期、平均感染持续时间、未知感染者的传播减少因子、已记录感染的传播率、已记录感染的比例、旅行倍增)。
接下来,研究人员将模型推断框架应用于 1 月 23 日旅行限制之前观察到的疫情,截至 2020 年 2 月 8 日,中国各地总共报告了 801 例有记录病例。研究发现,在 1 月 10 日至 23 日期间,中国仅报告了总感染数的 14% 左右,表明未记录的感染率非常高,达到了 86%。这一点从武汉撤离的外国人中的感染率得到了独立证实。
同时,据研究人员估计,这些未知感染者的传染性是确诊感染者传染性的一半左右(μ= 0.55;95%CI:0.46 - 0.62)。
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为了进一步研究未知感染者总体传播情况和报告的病例数,研究人员使用了最合适的参数估计值(但 μ= 0)生成了一组假设的爆发,即未知感染者不再具有传染性。结果发现,如果没有未知感染者传播,1 月 10 日至 23 日报告的感染在全中国范围内减少了 78.8%,在武汉减少了 66.1%。这一发现表明,传染性和未知感染者一定程度上促进了新冠病毒在中国的地理传播。
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最后,研究人员还模拟了 1 月 23 日之后在中国实施的更大控制措施后新冠肺炎的传播情况。这些控制措施包括对武汉的封城、政府倡导的自我检疫和接触预防措施、以及个人防护行为(如,戴口罩等)很可能改变了 23 日后暴发的流行病学特征。
由于 1 月 23 日之后城市间交通受到限制,为此,研究人员测试了两种改变的出行场景。
场景 1:武汉出入旅行减少 98%,所有其他城市之间出行减少 80%;
场景 2:城际旅行完全停止(即 θ= 0)。
并给出了 1 月 24 日至 2 月 3 日(期间 1)和 1 月 24 日至 2 月 8 日(期间 2)的估计值。
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模拟结果显示,在中国于 1 月 23 日开始封锁疫区中心并开始广泛检测之后,情况发生了巨大变化,有 65% 的阳性病例都被记录在案,高于之前的 14%。另外,以 μβ 表示的未知感染者的传染性大大降低,也反映出在采取防控措施以后,只有极轻微,传染性较小的未知感染者,或者个体的保护行为和接触预防措施(如戴口罩、居家隔离等)被证明是有效的。
研究结论
该研究表明,在 1 月 23 日中国实施出行限制和其他加强控制措施之前,大部分感染未被记录在案。并且有很大一部分确诊病例是通过这些未知感染者而感染的,这也似乎促进了该病毒在中国的快速传播。
为了全面控制新冠肺炎疫情,就需要对目前没有记录的感染者进行彻底的鉴定和隔离。幸运的是,随着新闻报道的增加和广大群众对防疫的认识也促使人们主动寻求医疗服务。
同时,通过群众与政府的共同努力,如使用口罩、限制出行、延迟开学和隔离可疑人员,所有这些措施都进一步减慢了新冠肺炎疫情的传播,提高了报告率,并减轻了已经过度加重的医疗系统的负担。
此外,该研究提供的数据和调查结果表明,虽然出行限制和控制措施已大大减少了 SARS-CoV2 的传播,但目前还不清楚这些控制措施是否足以将 Re 值降至 1 以下,以便在消除疫情并放松控制措施后防止疫情反弹。因此,为了防止新冠病毒的再一次输入,就必须在中国境外也实施类似的控制措施和旅行限制。
值得一提的是,2009 年 H1N1 流感的大流行,也引起了许多轻度病例和未知感染者,并迅速在全球传播,最终成为地方性流行病。目前,有四种流行的冠状病毒株正在人类社会中传播(229E、HKU1、NL63、OC43)。如果新型冠状病毒遵循 2009 年 H1N1 流感大流行的模式,那么它还将继续在全球传播,并成为人类中的第五种地方性冠状病毒。
因此,世界各国都应该及时行动起来,积极采取各项防控措施,构建全面抗击疫情的人类命运共同体。而不是,在防疫艰难时期肆意造谣、大搞种族主义与单边主义。这不仅是对自己国民的不负责,也是对全世界人民的不负责。
参考资料:
DOI: 10.1126 /science.abb3221