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【疫情研究报告4】新冠肺炎疫情严重程度比较分析 精选

已有 16648 次阅读 2020-3-8 13:47 |个人分类:专论—应急管理|系统分类:海外观察

  新型冠状病毒感染的肺炎(Corona Virus Disease 2019,COVID-19)疫情自2019年末发生以来,至3月已蔓延中国31个省、直辖市,港澳台地区及全球95个国家。作为新发传染病,对新冠肺炎的早期诊断较为困难,缺乏特异性防治手段;加之时值中国的春节假期,人口的大规模流动加剧了疫情的传播。当新冠肺炎在人群中暴发,医学研究领域的病毒样本收集和标准化入库工作立即启动,相关流行病学调查和密切接触者搜寻工作紧急开展。在对病毒溯源、细胞受体及致病机理等进行科学研究的同时,作为公共卫生事件的核心构成,对“疫情是否严重”的回答是社会各界所要面对的首要问题。明确疫情蔓延范围、拐点出现时间和病毒危害程度,是制定防疫方案的前提;对其严重程度的评估,也是向社会公开发布信息的重要内容。这在促进全社会科学认知新发传染病的同时,能够提高抗疫期间的群体理性,从而避免因不实推测引发的社会恐慌和舆情事件。

  对于疫情严重程度的评估,需要以实际数据为准绳。而在传染病蔓延和防疫过程中,群体因素的影响和疫情上报系统的不完善使得数据存在遗漏,尤其是在疫情发生初期和暴发阶段。要回答“疫情是否严重”的问题,需要以客观真实的数据信息为基础,进行更为切题和直观的表达。

  治愈率、病死率等数值是一个绝对值,它能反映一定地理范围内疫情的严重程度。但是各个地区的人口基数和医疗水平的差异,疫情影响不同。正如新冠肺炎发生初期,由于患者激增,床位数紧缺而出现众多无法收治的患者,这便直接影响了确诊病例的统计和病死率结果。此外,在疫情发展的不同时间阶段,受影响于人群流动、防控措施和医学进步,其严重程度也有变化差异。因此,为保证对疫情做出合理评估,比对不同地理范围内和不同时间阶段疫情严重程度差异,以获取更具真实性的评估结果。本文通过病毒作用于人群的病死率、治愈率等,对正在蔓延当中的疫情严重程度做及时性评估,而非对医学领域的临床症状、传播特点、感染来源等冠状病毒病原学特点和致病机理进行深入研究。

  因此,本文以数据为基础,深入武汉新型冠状病毒感染肺炎病例的确诊人数、死亡人数、治愈人数、密切接触者及医学观察人数等信息,对疫情的蔓延趋势展开论述。数据研究发现,尺度差异对疫情严重程度的评价影响大相径庭。因此,针对疫情的严重程度,采用比较分析法,从横向空间和纵向时间两个尺度,衡量疫情在不同地区、不同阶段的接触率、感染率、确诊率、治愈率和病死率的差异。通过比较研究,论证说明不同时空尺度下疫情严重程度的差异,进一步给提出多尺度评估疫情严重程度的要义和建议。

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图1 时空尺度下疫情严重程度比较研究框架

* 数据收集与理论方法

  研究数据包括中国和世界两部分,国内数据来自于中华人民共和国国家卫生健康委员会、各省市区卫生健康委员会、各省市区政府、港澳台官方公开数据以及丁香园新型冠状病毒肺炎疫情实时动态信息。国外数据来自于世界卫生组织(WHO)每日公布的国外疫情数据、各国官网数据及国内权威媒体新闻报道等。时间范围从2020年1月10日到2020年2月28日24时。因各国时间不一,以中国北京时间为准。

  时间尺度下所统计的当日全国数据,采用国家卫生健康委员会公布的截至前一日24:00数据,湖北数据使用湖北卫生健康委员会公布的截至前一日24:00数据。空间尺度下,优先将全国各省数据与国家卫生健康委员会公布数据对齐。当各省公布数据总和大于国家公布数据时,则全国数据依照各省合计数为准。

  新增确诊病例的人数使用当日国家总数减去国家卫生健康委员会公布的前一日数据。疑似病例和密切接触者数据因各省份未发布具体数,目前仅以全国总数为准,不以各省累计疑似病例的总和计数。此外,疑似病例在后续时间里存在转为确诊病例或排除疑似两种情况,因此只采用国家每日公布的新增疑似数据,而不是两日的差异。而病亡人数和治愈人数数据来自于丁香医生网站新型冠状病毒肺炎疫情实时动态信息。

  机理是事件发生所遵循的内在逻辑和规律。对于公共卫生事件来说,机理分析以探寻事件发生源头、研究事件形成规律及发展的动力,使得疫情防控能够施以科学、合理的应对策略。

  我们于2009年提出突发事件机理分析方法,在列举各类突发事件专业性机理模型的基础上,探究突发事件的一般性机理。并据此于2019年提出突发事件机理分析体系,更进一步地构建“4S-5L”突发事件与应急管理机理分析模型,为突发事件的一般性机理分析提供了理论框架。

  传染病疫情作为典型的公共卫生类突发事件,有其发生、发展和终结的生命周期。运用机理分析方法的阶段划分模型,通过全国新增确诊病例数,划分新冠肺炎的生命周期阶段,标记暴发点的时间刻度。通过对比疫情接触率、感染率的变化,验证疫情的暴发时间和蔓延趋势。

*  疫情严重程度的比较指标

  对正在蔓延当中的疫情做及时性评估,要以实际疫情数据为准绳,对疫情严重程度加以量化表达。致死率(Case Fatality Risk, CFR)是衡量疾病严重性最主要的指标。病死率定义为在给定时间内,因该疾病死亡人数占该疾病确诊人数之比。病死率可以被用来预测该疫情的潜在死亡人数以此来反映公共卫生制定的医学措施是否合适以及医疗质量如何。美国CDC (Centers for Disease Control)使用病死率来制定PSI指标(Pandemic Severity Index)。

  当传染病爆发时,准确的估计病死率对疫情严重程度的评估尤为重要。然而,删失数据的存在,是影响病死率实际结果的严重问题。这一问题在新冠肺炎疫情蔓延过程中同样存在。由于疫情发生地武汉市的病例激增和医疗资源短缺,使得武汉市的实际病死率成为未知数,同时引发公众对政府瞒报初期感染病毒患者数量的猜疑。因此,空间尺度下病死率的对比以揭示疫情严重程度尤为必要,更为详尽地,致死率不能作为评估疫情严重程度的唯一指标。

  根据传染病动力学当中经典的SEIR模型对参数设定的内涵,确定较为全面的疫情严重程度比较指标。传染病动力学是对传染病进行理论性定量研究的一种重要方法。根据人群生长的特性、疾病的发生及在人群内的传播、发展规律,以及与之有关的社会因素,建立能反映传染病动力学特性的数学模型。通过对模型动力学性态的定性、定量分析和数值模拟,来分析疾病的发展过程、揭示流行规律、预测变化趋势、分析疾病流行的原因和关键。针对2003年发生的SARS疫情,国内外学者采用SEIR模型,建立了大量的动力学模型研究其传播规律和趋势,研究各种隔离预防措施的强度对控制流行的作用,为决策部门提供参考。

  相较于其他传染病模型,SEIR模型针对于研究有一定的潜伏期的传染病,最为契合新冠肺炎疫情的传播特征。SEIR模型假设在传染病流行的范围内,存在易感者、暴露者、染病者和康复者四类人群。基于此,结合数据信息,我们将新冠肺炎疫影响范围内的人群分为密切接触者、接受医学观察者、确诊病例及治愈出院者。相应地,根据四类人群属性和数据特征,选定另外四个疫情严重程度的比较指标:接触率、感染率、确诊率和治愈率(见表1)。各指标的含义详述如下:

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  (1)接触率即疫情发生蔓延后,追踪到的密切接触者的增长率。密切接触者为接触疑似病例、临床诊断病例、确诊病例和无症状感染者的人群。该指标衡量群体接触病毒的密集程度。接触率越大,人群感染疫情的速度越快。

  (2)感染率是人群接触病毒后,感染进入潜伏期成为无症状感染者的概率。定义为疑似病例与密切接触者的比值。感染率越高,传播风险越大,疫情控制难度越大。2月12日起,《新型冠状病毒肺炎诊疗方案(试行第五版)》湖北省另外增加“临床诊断”分类,疑似病例的诊断标准将湖北省和其他省份区别对待。湖北省试行标准修改为:无论有没有流行病学史,只要符合“发热和/或呼吸道症状”和“发病早期白细胞总数正常或降低,或淋巴细胞计数减少”这两条临床表现,便可考虑为疑似病例,2月19日发布试行第六版诊疗方案,不再区别湖北省和其他省份,仍统一分为“疑似病例”和“确诊病例”两类。

  (3)新增确诊病例数是衡量疫情蔓延速度的最具代表性的指标。确诊病例的诊断标准为呼吸道标本或血液标本行实时荧光RT-PCR检测新型冠状病毒核酸阳性;或病毒基因测序与已知的新型冠状病毒高度同源。以确诊率衡量某一时间段里疫情的蔓延范围,并辅助判断该地区的感染率。

  (4)治愈率是治愈出院人数所占确诊人数的比例,衡量疫情好转的态势。治愈病例需要满足体温恢复正常3天以上,呼吸道症状明显好转,肺部影像学显示炎症明显吸收,呼吸道病原核酸检测结果为阴性等条件,并要求采样时间间隔至少1天。治愈率可以从侧面反应各地医疗状况。

  (5)病死率即在确诊病例中,累计死亡人数所占的比例。最能反映病毒危害程度,同时可以从侧面反应各地医疗状况。  

* 多尺度疫情严重程度比较研究

  国家卫生健康委员会每天公布的疫情数据是一个绝对值,它在一定程度上反映了全国疫情随时间变化的严重程度,但不能仅凭确诊、病亡、治愈人数的增长判定疫情恶化或缓和的趋势、危重或轻微的程度。受疫情蔓延的实际情况、群体流动特征、医学进展和防疫措施的影响,疫情严重程度在时间和空间上存在差异。

**   时间尺度下疫情传播力比较

  传染病疫情作为典型的公共卫生类突发事件,其发生发展有其必然的生命周期和内在机理。根据突发事件的一般性机理,疫情往往遵循着潜伏孕育、萌芽缓慢增长、爆发快速增长以及衰退终结的阶段性过程。

  突发事件机理分析理论将疫情的全生命周期划分为五个阶段。传染病在潜伏期小范围地孕育,于A点暴发后,感染人数激增,严重程度急速放大。严重到一定程度后受到防疫措施的抑制作用,影响范围不再扩大甚至开始收缩,到B点进入蔓延期。这一阶段疫情在一定范围内浮动,受制于防疫和诊疗的持续作用,新增病例不再上升。随着感染人群逐渐治愈出院,疫情会转而衰退直至终结。基于此,在时间尺度下对新冠肺炎疫情的蔓延过程划分阶段,比较疫情在不同阶段传播力的差异。传播力代表疫情蔓延的强度、速度和影响人数,包括接触率、感染率和确诊率三方面。

(1)疫情确诊率比较分析

  每日新增确诊病例数最能反映疫情的蔓延过程。当全国其他各省市(除湖北外)出现新冠肺炎病例,代表疫情开始向省外蔓延。对除湖北省外,全国新冠肺炎疫情的新增确诊病例数进行统计分析发现,现阶段新冠肺炎的蔓延过程存在清晰的 “五阶段”时间刻度。

  从1月22~23日(中国农历二十八)起,全国确诊病例陡增,正是中国春节人口大迁移。同时,武汉市在23日上午10时全市城市公交、地铁、轮渡、长途客运暂停运营;要求无特殊原因,市民不得离开武汉,机场、火车站离汉通道暂时关闭,武汉开始“封城”。从新增确诊数来看,“封城”后一周,疫情在1月底进入发展稳定期,新增确诊病例在一定范围内浮动。而衰退点出现“封城”14天后,每日新增确诊病例持续下降。

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图2   全国新增确诊病例及疫情暴发时间

(2)疫情接触率比较分析

  由湖北省及除湖北以外其他地区的密切接触者增长率趋势图(图3),结合春运期间全国总体迁徙趋势,发现2020年春运高峰和新冠肺炎接触率峰值重合在1月21~22日。可以说,春运高峰期间群体接触陡增是疫情暴发的关键原因。

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图3 疫情感染率时间变化趋势图

  23日武汉暂时“封城”后,各地也纷纷采取措施鼓励公众隔离在家。全国密切接触者人数大幅下降,接触率逐步下降,病毒感染者自然减少,疫情的严重程度相较于自由迁徙时大幅减弱。

(3)疫情感染率比较分析

  本文对感染的定义为群体在接触到新冠肺炎病例后,感染病毒进入潜伏期。从感染率变化的趋势来看,1月26~27日感染率到达峰值后逐渐降低(见图4)。

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图4   空间尺度下的病死率比较

  根据已有确诊病例的发病时间,新型冠状病毒的潜伏期总体在为1~14天。从前425名患者的发病情况统计得出,新冠肺炎的平均为潜伏期5.2天。钟南山所在的研究团队依据全国30个省、自治区和直辖市共计552家医院提供临床的数据,通过对1099例新冠肺炎患者的临床特征进行综合分析,发现从感染到发病的潜伏期多为3~7天,中位数为4天。也就是说,26~27日感染最为严重的时间点应该倒推4天,大概时间段仍是21~23日。

  在时间尺度下,全国疫情的新增确诊人数、接触率、感染率等指标显示,疫情最为严重的时间在2月21~23日,即“春运”大迁徙高潮之际。随着武汉市“封城”并在各地隔离政策的作用下,疫情严重程度逐渐降低。需要说明的是,存在少数密切接触者以及感染患者,未确诊时便已自愈或死亡,还有诊断为其他基础性疾病的情况,未计入统计。

**  空间尺度差异下致死力对比

  空间尺度是开展比较研究所采用的对空间大小的量度。相应于传播力而提出致死力,包括治愈率和病死率两个方面。新冠肺炎的发生地武汉市因初期对疫情严重程度的疏忽,导致感染人数激增,当地医疗资源难以满足隔离和诊疗需求,使得武汉市的数据无法准确反映实际严重程度。因此,以行政区划为尺度,对市域、省域、国域及全球范围的疫情致死力加以对比分析,揭示疫情的严重程度并探究武汉市实际感染病例数。

(1)疫情病死率比较分析

  截至北京时间2020年2月28日,武汉市确诊的48557个病例中有2169人死亡,病死率达4.47%。将空间尺度扩大至全省,湖北省确诊人数66337人,死亡2727人,新型冠状病毒引发肺炎的病死率降为4.11%。中国疾病预防控制中心新型冠状病毒肺炎应急响应机制流行病学组分析了国内7.2万例病例,估计粗病死率为 2.3%,而湖北省的粗病死率为2.9%。

  武汉市在疫情爆发初期医疗资源紧张,存在部分病例未能得到及时救治甚至没有计入确诊病例当中,从武汉市的数据认定新型冠状病毒的病死率有失偏颇。此外,武汉市作为疫情发生地,并且湖北省采取单独的诊断标准,统计所得确诊病例数自然高于其他地区。而以省域、国域和全球为空间尺度衡量病死率,全国、亚洲、全球的病死率分别为3.58%、3.47%、3.46%(见表2)。而除去武汉市及湖北省的感染病例,在市域、省域、国域及全球尺度下比较疫情病死率见图5。

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  相较于武汉市的病死率4.47%,除去武汉市的感染病例,湖北省其他地区病死率进一步降为3.14%;而全国、亚洲及全球其他地区的新冠肺炎病死率基本一致,仅为2.11%(取平均值)。如若进一步剔除湖北省的感染病例,全国、亚洲及全球其他地区的新冠肺炎病死率仍相差不多,并进一步下降为0.94%。

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图5   空间尺度下的病死率差异

  若进一步放大空间尺度,在亚洲范围和世界范围,剔除中国的感染病例和亚洲的感染病例,病死率则为0.84%、1.26%、2.88%(见图6)。新冠肺炎的病死率在不同空间尺度下,存在较大差异。

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图5   空间尺度下的病死率差异

  经研究,新冠肺炎较为合理的病死率应在0.94%~2.11%。相较于典型的全球性传染病的病死率(见表3)的病死率,新冠肺炎比普通流感稍微严重,近似于麻疹的严重程度。世界范围内来看,新冠肺炎无法构成全球性传染病。

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(2)疫情治愈率比较分析

  比较不同地域范围内疫情治愈率的差异。现下武汉市的治愈率仅为36.15%,而湖北省的治愈率为43.56%,省域、国域和全球的治愈率达47.7%。如若排除武汉市和湖北省的病例数据,中国其他地区的治愈率可达69.88%及78.26%。

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  除去武汉市和湖北省,新冠肺炎的治愈率可达64.57%~66.09%。甚至高于山西、安徽等省份甲型H1N1流感的治愈率。

  进一步地,着眼省域范围,运用柏拉图分析法对各省疫情治愈程度加以分析,比较各省疫情的严重程度。由图7可见,河南,浙江、广东、安徽,湖南,江西及江苏六省的治愈出院人数的累计百分比已达50%。由此对各省治愈病患的贡献率加以排名,同时在一定程度上反映出各省医疗水平对疫情严重程度的影响。例如,河南在广东、浙江的确诊病例高于其全省病例的情况下,其治愈出院病例数的累计贡献率最高。

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  接着,比较国域尺度下疫情的严重程度。由图8可见,除俄罗斯和比利时两个确诊病例数极少的北部地区国家外,其他治愈率靠前的国家均处于北半球的热带地区,越南、印度、柬埔寨、泰国、新加坡、马来西亚地处东南亚和南亚,年平均气温29~30℃,而斯里兰卡为热带岛国。就连位于大洋洲的澳大利亚1~2月也正值夏季。国家卫健委数据显示,患者从住院到痊愈出院,全国平均用时9天,而在中国最南端的海南省,住院平均时间是5天,为全国各省市区最短。高温不利于新型冠状病毒的存活和传播,这在中国2003年的非典疫情也有很好的例证。希望随着北半球春季升温,疫情衰退消散,严重程度进一步缓和。

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