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本文为博友黄晓勰所创,由于其博客被封,应其要求,发表在我的博客上。
新冠肺炎病毒攻防三大战疫五级基准数学模型
黄晓勰
前言: 新冠肺炎病毒在向人类攻击时,通过三大战疫,三个战场,经过三级指数扩增;攻击方(病毒)的攻击强度,迅速地扩增,导致防控方(人类),感染患病的人员急剧增加。感染患病人员的病症特征,病程长短、病情进展、和敌方病毒发起的攻击波的强弱、范围大小相关,和己方防控方的防御战的略战术也相关,即攻击方的病毒参战的数量、攻击点的分布,攻击波的波形(连续攻击、间隔攻击)等因素相关;防控方相应的防控时机,防控机制和防控力度等因素相关。攻防双方相互对抗的消长辩证关系,可用五级基准数学模型来表示,因为数学能知道,数学会说话,数学是教材,数学是考场;耐心阅读此文后,各自都能从数学模型中找到相应的标准答案和评论。
新冠肺炎病毒向人类进攻的三大战疫与战场:
1. 第一战疫与战埸:进攻方病毒敌人,单个病毒在肺细胞中扩增。
病毒攻占肺细胞,在肺细胞中招兵买马扩充兵员:
新冠肺炎病毒,通过特有的表面抗原,找到肺细胞,打开肺细胞的大门,进入肺细胞;接着大势抢夺肺细胞核中的核苷酸,通过复制和转录,摇身一变,制造出成千上万个新的肺炎病毒分子。请看下图:一个单链RNA病毒分子的扩增的数学模型。
上列数学模型左图显示:一个新冠肺炎病毒RNA分子复制扩增的速度,它是以2^N,指数级的复制扩增。时间进程箭头显示,时间在倍增,而病毒RNA分子复制的轮次在递增,复制的结果以(2^N)指数级地扩增, 制造出(2^N)个单链RNA。每个单链RNA,再通过转录合成蛋白质包裹在RNA分子外,给RNA分子穿上外衣,组装成具有活性的病毒大分子,裂解宿主肺细胞,进入肺器官。
上列数学模型右图显示:一个病毒分子进入肺细胞后,就以瞬息万变的速度,数十分钟之内,在一个肺细胞中,若通过5轮增值就能制造出个32个新的病毒分子 。若通过十轮增值就能制造出1024个新的病毒分子,其时间进程单位以秒和分钟计量。
当健康人吸入病毒分子时,吸入的数量多寡,和病毒污染环境的浓度和在污染环境中停留的时间长短以及吸入方式(连续吸入或间隔吸入)都密切相关。由此可见,被传染受累人员的发病时程长短(潜伏期长短),呈现负相关的关系,即吸入的数量越多,潜伏期越短,反之,吸入的数量越少,潜伏期越长;而病情严重程度则呈现正相关的关系,即吸入的数量越多,病症越严重,反之,吸入的数量较少,病症则较轻。
所以,在疫情初期,在未戒备无防护的状态中,临床医生是首当其冲的受累者!他们与病人的接触时间长次数多,因而他们的病情重、病程长、病症也比普通的病人重,死亡率也比普通病人高!
防御方的防御战略战术:1.破坏病毒分子的特异性打开肺细胞大门的钥匙(弱病毒疫苗的研究);2.封闭病毒分子的小分子糖蛋白(强抗体疫苗的研究);3.坚壁清野使病毒RNA合成失去原料(改变嘌呤嘧啶分子结构的药物研究);4.阻断病毒RNA分子合成复制(降低相关聚合酶活性的药物研究)等,这些都是科学家的研究领域,还需尚待时日!
2.第二战疫与战场:进攻方病毒敌人在肺器官中扩增。
一个病毒分子经过复制增值,导致一个肺细胞裂解,释放出多个病毒分子,进入肺器官侵入相邻的肺细胞;根据空间位置,他们能侵犯上、下、左、右、前邻、后舍的六个肺细胞,在肺组织噐官中以(6^N)指数级地扩增,形成肺部可视的病灶和病症。下图数学模型能显示肺部病灶形成的过程和相应的病情进展概况。
上图以一个肺细胞为例,一个受累肺细胞在肺组织器官中,通过指数级的扩增,形成一团受累细胞。时程以小时为单位,大概经过数十小时五轮次的增值攻击,从一个受累细胞就能传染到(6^5)7776个肺细胞(一团细胞)。十轮次的扩散传播就能达到(6^10)6046617个肺细胞,病灶迅速扩大。
由此可以推算:一次,多个肺细胞,多点被侵染,通过细胞与细胞间的传染过程,经过第一波的攻击,肺器官中的肺细胞,受累面积达到全肺细胞的0.07% ,到第二波约占0。5% ,到第三波约占2.8% , 到第四波约占17% ,而到第五波几乎全部肺细胞100%。 其宏观病程分期,如图所示,是否可以分为潜伏期、初期、中期、爆发期;而对应的病症,血氧饱和度则由高到低,痰液量则由少到多,肺细胞纤维化面积则有小变大。
下图显示,若多个肺细胞,多点同时受累,经过指数级扩增后,就能使全部肺细胞被感染,达到这种可怕的后果!
由此不难看出,健康人若遭遇到新冠肺炎病毒,多细胞、长时间、连续或间隔地攻击,加之,未得到相应有效地治疗,其结局和后果则是非常可怕的!
防御方的防御战略战术:1.临床鉴别诊断相关试剂盒的研究;2.增强机体抵抗力,免疫功能和相关的药物研究;3.对症治疗的物理疗法化学药物和中医中药的研究等
3. 第三战疫与战场:进攻方病毒敌人,人群社会组织中扩增。
人类在社会活动中,家庭是一个基层单位,活动场所如交通工具、工作单位、会议场所、娱乐场所等。现以家庭单位为例,一家由四人组成;
一人受累四人遭殃,新冠肺炎病毒在人际间传播扩增的数学模型为(4^N)。
上图显示:病毒从一个病人(传染源),传染给家庭中其他三人,变成四人都是传染源,经过四个人的社会活动,每人各自再传染给第二代四人。这种任其病毒自然传播,若经过五轮传播,就能达到(4^5)1024人,若经过十轮传播,就能达到1(4^10)1048576人,其时程大约为50天左右!钻石公主号游轮新冠肺炎病毒传染数据和武汉人际间传染数据,验证了新冠肺炎病毒的传染力度传播的速度是十分惊人的!
这一场无硝烟的新冠肺炎病毒攻防战,面对新冠肺炎病毒发起的攻击战,人类应战的方式,可以是多种多样的,而发生在社会组织中的攻防战,人类则处于防御阻击的地位,也就是通常所说的无硝烟的防御战、阻击战和歼灭战。
上图数学模型显示,病毒敌人攻击的战略战术是,“沿途招兵买马,层层推进,波浪式进攻”。以五层推进,五波进攻为例,投入的兵员逐级扩增。
防御方在社会组织中,相应的防御方战略战术方针:“三早战略方针”:早发现、早动员、早储备;“四快战术原则原则”:快追踪、快隔离、快鉴别、快收治;分秒必争,机不可失,时不再来。
当家庭成员中发现第一病例时,与家庭成员长时间的在同一个空间中活动,自然很快就传染到另外三人,他们未发病之前则是携带者,家中四人都是第二波的传染源。当第二波的病人出现时,其实已经波及到第三波他们接触到的所有人,其中有病毒的携带者和健康人,依次类推。所以当发现第一个病人时,就必须尽快追踪他的活动范围和所波及到的所有人,不仅要将家的人全部隔离,还要尽快追踪他们所波及到的所有人,随即也要将他们隔离,隔离后必须快检测快区分出五种人:新冠肺炎病毒病人、携带者,流感病毒病人,普通感冒病人和健康人;是病人必须尽快住院收治,对症治疗。在收治第一波四个病人时,必须超前一步,预防观察隔离至少达16人。若到第四波时,收治256人,超前一步必须预防观察隔离至少达1024人,若到收治第六波时,那么超前一步预防观察隔离至少就能达(4^7)16384人,否则很快就能发展到难以收拾的境地!
“三早、四快”的战略战术,贯彻执行好的地区,相对而言,患病的人数就少,付出的代价就小,反之,患病的人数就多,付出的代价就大!所以,前期,武汉是教训,中后期,中国是经验,避免了一场全国性的大灾难。
上列数学模型同时也是一个可以追踪索源的模型:超前一步向前去追踪可能隐藏的携带者,后退一步去索源,源头可能来自何方?是动物?是人为?是自然突变?或是人工诱变?是无意的行为?还是有意的后果?! ......。
索源追踪:向前追踪,避免隐性患者成为下一轮的传染源,向后索源可有多种用途(略)。
后记:
新冠肺炎病毒的攻防战是一场全民战争,全人类的战争;人人都不能独善其身,人人都必须提高认知水平,以智取胜,速战速决!小智只能保护自己,大智则大制,挽救保护他们辖区中的一大批人;愚昧、无能、无德必将祸害一方,反之,则能给辖区的人民带来光明和希望,而造福八方!
致谢索源:
文中数学模型,源自中国元代,1299年平民数学家教育家朱世杰“五级基准正态分布几何量数学模型”即“九九归一数学模型”。
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