應(yīng)用易感者-暴露者-感染者-康復(fù)者模型對COVID-19 的傳播及防御措施分析

黃碧研 羅清松 周翊民*

1(廣州中醫(yī)藥大學(xué) 廣州 510006)

2(南山區(qū)醫(yī)療集團(tuán)總部福光社區(qū)健康服務(wù)中心 深圳 518000)

3(中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院 深圳 518055)

1 引 言

2019 年 12 月， 中國爆發(fā)了新型冠狀病毒肺炎(Novel Coronavirus Disease 2019，COVID-19)。截至 2021 年 4 月 22 日，全國 31省累計(jì)確診病例約九萬例[1]，超過 200 個(gè)國家和地區(qū)爆發(fā)了新型冠狀病毒肺炎[2]，全球累計(jì)確診144 099 374 例，死亡 3 061 912 例。從疫情范圍方面分析，COVID-19 已在全球多地爆發(fā)，嚴(yán)重威脅人類的生命健康，造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。

中國是人口大國，是早期發(fā)現(xiàn) COVID-19 疫情的國家之一，在政府堅(jiān)決的態(tài)度下，制定強(qiáng)硬有效的防疫措施，各部門機(jī)構(gòu)執(zhí)行到位，人民群眾響應(yīng)號召配合管理。自 2019 年 12 月到 2020年 3 月，國內(nèi)疫情的嚴(yán)重程度得到迅速緩解，疫情得到良好控制。雖然中國人口基數(shù)大、人群密集，但抗疫取得了巨大成效，抗疫經(jīng)驗(yàn)有很高的分析價(jià)值。

易感者-暴露者-感染者-康復(fù)者(Susceptible,Exposed, Infectious, Recovered，SEIR)模型以易感染者、暴露者、感染者、康復(fù)者為研究對象，通過研究傳染病的傳播速度、空間范圍、傳播途徑等問題來指導(dǎo)防控傳染病，該模型是流行病學(xué)領(lǐng)域常用的經(jīng)典傳播模型[3]。目前，國內(nèi)外研究者利用 SEIR 模型對新型冠狀病毒疫情防控均作出了相應(yīng)的分析，認(rèn)為加強(qiáng)檢疫、社會隔離、保護(hù)易感人群、疫苗接種等措施對防控COVID-19 疫情擴(kuò)散有重要作用[4-8]。由于元胞自動(dòng)機(jī)(Cellular Automata，CA)具有時(shí)間、空間和狀態(tài)都離散的特點(diǎn)，能夠以局部規(guī)則同步演化來反映整個(gè)系統(tǒng)的復(fù)雜變化，且能有效模擬生命系統(tǒng)特有的自復(fù)制現(xiàn)象[9]，符合病毒在人與人之間傳播的特點(diǎn)，因此，CA 是研究傳染病傳播的一個(gè)重要方法[10]。其結(jié)合 SEIR 模型進(jìn)行傳染病分析成為研究流行病學(xué)領(lǐng)域一個(gè)新的研究方法，并在臨床中得到廣泛應(yīng)用[11-12]。通過以“傳染病模型”或“SER”，“新型冠狀病毒肺炎”或“COVID-19”，以及“中醫(yī)藥”為關(guān)鍵詞在國內(nèi)的知網(wǎng)、萬方檢索，和國外的 PubMed 數(shù)據(jù)庫、知網(wǎng)外文數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，發(fā)現(xiàn)結(jié)合 SEIR模型和 CA 模型分析國內(nèi)外中醫(yī)和中藥防控新冠疫情的文獻(xiàn)極少，且無中醫(yī)或中藥對疫情防控的分析和研究。因此，本文采用改進(jìn) SEIR 模型和構(gòu)造元胞自動(dòng)機(jī)的方法模擬 COVID-19 傳播過程，計(jì)算并分析隔離率、接觸人數(shù)、輸入病例及中醫(yī)藥干預(yù)等因素對模型曲線的影響，從而得到各因素對疫情防控的作用。

本文針對 COVID-19 疫情的現(xiàn)狀，查詢相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行分析，用于模型的設(shè)計(jì)及參數(shù)的設(shè)置。首先，對現(xiàn)有 COVID-19 疫情的概況進(jìn)行了解，包括疫情開始時(shí)的傳播狀態(tài)以及武漢采取的措施[13]；類比非典冠狀病毒(SARS-CoV)、中東呼吸綜合征冠狀病毒(MERS-CoV)、人類免疫缺陷病毒(HIV)等，了解冠狀病毒的致病性、傳播性和控制方法，分析目前 COVID-19 的致病過程及管控措施[14-15]；學(xué)者利用地面、鐵路和航空旅行數(shù)據(jù)建模分析 COVID-19 從武漢傳播至中國其他城市的概率情況[16]，分析人口流動(dòng)對疾病傳播的影響[17]。其次，在實(shí)驗(yàn)室范圍研究 COVID-19，包括從生物化學(xué)、分子流行病學(xué)[18]、病理生理學(xué)等方面去研究 COVID-19 的治療和控制的方法[19-22]：在流行病學(xué)知識方面，分析新冠肺炎的爆發(fā)特點(diǎn)并對其發(fā)展趨勢進(jìn)行流行病學(xué)角度的預(yù)測[23-26]，著重提出應(yīng)該加強(qiáng)對無癥狀感染者的發(fā)病機(jī)制的研究[27-28]；在控制疾病傳播方法中，總結(jié)了包括世界衛(wèi)生組織提出的防止 COVID-19 感染的指南[29]及各種新冠肺炎疾病控制管理的具體措施和建議[30-32]，有學(xué)者參考 COVID-19、MERS-CoV、HIV 等人畜共感病毒對人類的致病情況，提出重視人與環(huán)境的和諧關(guān)系，以減少人畜共患疾病，為日后減少此類疾病提出啟示[33]。最后，參考各文獻(xiàn)通過建立數(shù)學(xué)模型或傳染病模型，提出了各自的見解：通過預(yù)測流行病的可能過程，發(fā)現(xiàn)僅降低武漢出行率能一定程度降低疾病傳染率，但仍然不能控制其傳播，因此遏制或控制COVID-19 比已知的情況更為困難[34]；分析人口流動(dòng)與 COVID-19 確診病例呈顯著正相關(guān)，證實(shí)控制人口流動(dòng)對疾病傳播的重要性[26]；合適的旅行限制利于有效隔離和減少市內(nèi)人民接觸[35]；預(yù)測國內(nèi)和全球流行病公共衛(wèi)生風(fēng)險(xiǎn)的程度，提出公共衛(wèi)生全面干預(yù)對 COVID-19 防控的重要性[36]；建立疾病的傳播模型，并提出檢疫和隔離對疾病防控的重要性[37]。

綜上所述，控制 COVID-19 的關(guān)鍵是控制感染人群直接接觸與間接接觸，為此，本文主要研究隔離率和接觸人數(shù)這兩個(gè)主要因素。根據(jù)以往研究，醫(yī)療干預(yù)為控制新冠肺炎最基礎(chǔ)一環(huán)，由于目前中國本土案例逐漸下降，輸入型案例為每日新發(fā)的主體，因此本文加入輸入型病例數(shù)量作為研究因素。再者，其他新冠肺炎流行病模型對中醫(yī)藥干預(yù)的分析較少，所以創(chuàng)新性地加入該影響因素?？偠灾?，本文重點(diǎn)對隔離率、醫(yī)療條件、患者接觸人數(shù)、輸入型病例數(shù)量、中醫(yī)藥干預(yù)等關(guān)鍵因素進(jìn)行分析，并將這些因素進(jìn)行量化，通過調(diào)整各項(xiàng)參數(shù)，觀察模型結(jié)果來分析各種因素對病毒擴(kuò)散的影響。本文注重現(xiàn)實(shí)經(jīng)驗(yàn)的參考價(jià)值，根據(jù)實(shí)際措施調(diào)整相應(yīng)參數(shù)，使用中國在疫情防控期間做出的一系列措施以及取得的效果對模型參數(shù)進(jìn)行驗(yàn)證分析。

2 元胞自動(dòng)機(jī)-易感者-暴露者-感染者-康復(fù)者模型

本文通過將 CA 模型和 SEIR 模型相結(jié)合，構(gòu)造一個(gè)新型的 CA-SEIR 病毒傳播模型，以模擬病毒的傳播和疫情的發(fā)展。CA 模型將人群中的每個(gè)個(gè)體看作一個(gè)元胞，每個(gè)元胞都具有不同的狀態(tài)，且隨著時(shí)間變化，狀態(tài)也會發(fā)生改變。SEIR 模型根據(jù)實(shí)際傳染病學(xué)的特點(diǎn)，為元胞狀態(tài)的變化制定相應(yīng)的規(guī)則。通過將 CA 模型和SEIR 模型相結(jié)合可以實(shí)現(xiàn)元胞集根據(jù)病毒傳播的特征進(jìn)行狀態(tài)的變化，從而模擬病毒隨時(shí)間變化在人群中的傳播過程。

CA-SEIR 模型在傳統(tǒng)的 SEIR 模型的基礎(chǔ)上，綜合考慮隔離條件下的人群狀態(tài)和多種影響因素，更符合實(shí)際情況。對于傳統(tǒng)的 SEIR 模型來說，通過設(shè)定參數(shù)，構(gòu)建微分方程求解就能一次得到預(yù)測結(jié)果，但是隨著參數(shù)的固定其結(jié)果也是固定不變的，不符合病毒傳播過程隨機(jī)性的特點(diǎn)。而 CA-SEIR 模型通過在單位時(shí)間內(nèi)一次次迭代，模擬隨著時(shí)間的流逝人群狀態(tài)的變化，屬于一個(gè)運(yùn)動(dòng)的、面向過程的模型。其結(jié)果也更為隨機(jī)，并且在時(shí)間迭代過程中，可以動(dòng)態(tài)地變化參數(shù)以模擬人群集會活動(dòng)、外來病例輸入、醫(yī)療條件等多種因素對結(jié)果造成的影響，更加符合病毒傳播的實(shí)際情況[11]。

2.1 人際接觸網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

人際接觸網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，其空間抽象結(jié)構(gòu)如圖 1 所示。實(shí)際人際接觸網(wǎng)絡(luò)并不是嚴(yán)格的冪律分布，而是符合局部優(yōu)先連接機(jī)制。本文采用 CA-SEIR 模型模擬病毒傳播時(shí)需要利用該機(jī)制構(gòu)造一個(gè)網(wǎng)絡(luò)生長模型。該模型的構(gòu)建步驟為：

圖1 人際接觸網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱DFig. 1 Topological diagram of the human contact network

(1)初始化一個(gè)概率為P0的隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)人的流動(dòng)性和流動(dòng)過程所需消耗時(shí)長，每隔一個(gè)時(shí)間步長在網(wǎng)絡(luò)中加入一個(gè)或幾個(gè)新節(jié)點(diǎn)；

(2)根據(jù)人際交往的特點(diǎn)，每個(gè)新加入的節(jié)點(diǎn)可以隨機(jī)連上一個(gè)節(jié)點(diǎn)X，然后再以一定的概率與X的鄰居相連。

2.2 易感者-暴露者-感染者-康復(fù)者模型構(gòu)造元胞自動(dòng)機(jī)

CA-SEIR 模型在傳統(tǒng)的 SEIR 模型基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，考慮隔離條件下的人群狀態(tài)，并綜合考慮多種影響因素，更符合實(shí)際情況。

圖2 為 CA-SEIR 模型模擬新型冠狀病毒肺炎在人群中的傳播過程。

圖2 (CA-SEIR)新型冠狀病毒肺炎傳播模型Fig. 2 COVID-19 propagation model

其中，S為易感人群的元胞集；E為處于潛伏期，未被發(fā)現(xiàn)且未隔離人群的元胞集；Eq為處于潛伏期，已被發(fā)現(xiàn)且已隔離人群的元胞集；I為已感染，并被隔離治療人群的元胞集；H為處于康復(fù)狀態(tài)人群的元胞集；D為死亡人群的元胞集。其狀態(tài)轉(zhuǎn)移規(guī)則如下：

① 易感人群接觸傳染源，未被發(fā)現(xiàn)并未隔離；

② 易感人群接觸傳染源，被發(fā)現(xiàn)并隔離；

③ 潛伏期未隔離者患病后被隔離治療；

④ 潛伏期隔離者患病后被隔離治療；

⑤ 潛伏期隔離者，隔離期滿移出；

⑥ 患病未被治愈，死亡移出；

⑦ 患病已治療，核酸陰性，健康移出；

⑧ 患病出院后，核酸復(fù)陽，隔離治療。

新冠病毒在感染者處于潛伏期及患病期均有傳染性，因此攜帶病毒的感染者在任何時(shí)候都有可能將病毒傳播給其他人。盡快找到接觸者，并采取隔離措施能快速阻斷病毒傳播。未被隔離的已暴露人群中，節(jié)點(diǎn)度越大的個(gè)體對人際接觸網(wǎng)絡(luò)的威脅越大。同時(shí)，節(jié)點(diǎn)度越大的易感個(gè)體，感染病毒的概率越大。而被隔離的人群將不再與人群存在直接接觸，不會再傳播病毒?；颊叱鲈盒铦M足連續(xù) 2 次核酸檢測陰性的條件，并繼續(xù)進(jìn)行為期 2 周的出院后康復(fù)隔離觀察，但有些患者出院后核酸檢測再次呈陽性，即所謂的“復(fù)陽”現(xiàn)象。治療出院后核酸復(fù)陽患者具備傳染性[38]，對出院后人群進(jìn)行隔離觀察能防止感染者再次傳播病毒。

3 采用元胞自動(dòng)機(jī)-易感者-暴露者-感染者-康復(fù)者模型分析影響疫情發(fā)展的關(guān)鍵因素

新型冠狀肺炎防控重于治療。本文根據(jù)疫情防控經(jīng)驗(yàn)選擇隔離率、醫(yī)療水平、接觸人數(shù)、輸入型病例數(shù)和中醫(yī)藥干預(yù)為影響新型冠狀肺炎疫情發(fā)展趨勢的關(guān)鍵因素，通過 CA-SEIR 模型對其進(jìn)行分析，其參數(shù)設(shè)置如表 1 所示。

表1 CA-SEIR 模型模擬疫情發(fā)展參數(shù)設(shè)置Table 1 Parameter setting of the CA-SEIR model for simulating epidemic development

如表 1 所示，隔離率(q1/q2)根據(jù)防疫等級和疫情變化設(shè)定為{0.00/0.00, 0.00/0.99, 0.50/0.99,0.90/0.99}。整個(gè)社會可以看作是一個(gè)傳播網(wǎng)絡(luò)，而每個(gè)人接觸其他人的數(shù)量根據(jù)傳染病傳播途徑設(shè)定為{2, 4, 6}。醫(yī)療水平代表對患者的救治效率、醫(yī)藥供給、護(hù)理水平等，是一個(gè)受多方面影響的因素，因此本文直接采用一個(gè)具體數(shù)值來量化醫(yī)療水平——參考柳葉刀在 2018 年 5 月 23 日在線發(fā)布的全球醫(yī)療可及性和醫(yī)療質(zhì)量榜單[39]，并根據(jù)武漢地區(qū)收治病例的實(shí)際情況，設(shè)定為{0.958 7, 0.999 9, 0.900 0}[40]。輸入型病例的數(shù)量是指從其他地方輸入境內(nèi)的感染者數(shù)量，數(shù)量較少且不穩(wěn)定，因此采用較小的隨機(jī)數(shù)值。將中醫(yī)藥干預(yù)分別作用于易感者、潛伏者和患者，對患者數(shù)量、病程時(shí)間和重癥人數(shù)分別作對比分析。本實(shí)驗(yàn)人口基數(shù)設(shè)定為 10 000，調(diào)參數(shù)時(shí)采用控制變量法，分別研究各個(gè)參數(shù)的影響。

3.1 模型正確性驗(yàn)證

圖 3 是在隔離率為 0.90/0.99，平常接觸人數(shù)為 4、無集會現(xiàn)象，初始感染人數(shù)為 100，醫(yī)療水平為 0.958 7，輸入型數(shù)量為{round(rand×3)}(0～3 的平均數(shù))參數(shù)下的預(yù)測結(jié)果。圖 3(a)～(b)分別為 0～10 000 尺度和 0～2 000 尺度下的結(jié)果顯示。為了貼合實(shí)際情況，隔離時(shí)間以天為單位，模型約在第 50 天開始收斂，感染者高峰數(shù)值約在第 25 天出現(xiàn)，死亡率約為 0.04。本實(shí)驗(yàn)在預(yù)測精度上與實(shí)際情況有所差異，但各個(gè)狀態(tài)的人群數(shù)量的變化特點(diǎn)與實(shí)際情況基本相符，符合實(shí)際病毒傳播規(guī)律，因此該 CA-SEIR 模型在規(guī)律上是正確的，可用于探討關(guān)鍵影響因素。

圖3 模型預(yù)測結(jié)果Fig. 3 Results of the model prediction

3.2 影響疫情發(fā)展的關(guān)鍵因素討論

3.2.1 隔離率

隔離措施可以有效阻斷感染者與易感人群的接觸，有效保護(hù)易感人群。為了證實(shí)隔離對疫情防御的有效性，分別在采取隔離措施與不采取隔離措施狀態(tài)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，結(jié)果對比如圖 4 所示，可以看出采取隔離措施能大幅降低疫情所造成的影響。然后利用 CA-SEIR 模型對不同潛伏期接觸人群隔離率(q1)條件下的疫情發(fā)展趨勢進(jìn)行模擬。

圖4 采取/不采取隔離措施對比圖Fig. 4 Comparison of with/without quarantine measures

圖 5 是潛伏期隔離率q1分別為 0.0、0.5、0.9時(shí)的疫情發(fā)展模擬結(jié)果。從圖中可以看出隔離率越高，感染新冠病毒個(gè)體的總數(shù)越少。不采取隔離措施的感染人數(shù)比采取隔離措施的感染人數(shù)成倍增加，且采取隔離措施時(shí)，感染人數(shù)的最高峰(“拐點(diǎn)”)比不采取隔離措施時(shí)來得更早。

圖5 不同潛伏期接觸人群隔離率(q1)條件下的疫情發(fā)展模擬結(jié)果Fig. 5 Simulation results of the epidemic development under diあerent quarantine rate (q1) in the incubation period

3.2.2 平均接觸人數(shù)

病毒通過人群接觸傳播，人群的平均接觸次數(shù)會隨著人群聚集的規(guī)模變化，即大規(guī)模集會往往可能引發(fā)“聚集性疫情”，偶爾還可能出現(xiàn)“超級傳播者”。如圖 6 所示，每一次集會人群數(shù)量曲線都會大幅波動(dòng)，導(dǎo)致感染人數(shù)劇烈上升，同時(shí)大量人群被隔離，最終存在集會時(shí)隔離人數(shù)、感染人數(shù)、死亡人數(shù)都遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于無集會時(shí)的情況。

圖6 存在/不存在集會時(shí)的疫情發(fā)展模擬結(jié)果Fig. 6 Simulation results of the epidemic situation development with/without assembly

對于平時(shí)(Ct)和有集會時(shí)(Gt)的平均接觸次數(shù)，本文研究平均接觸人數(shù)的變化對疫情發(fā)展的影響。圖 7 是平時(shí)平均接觸人數(shù) Ct 分別為 2、4、6，有集會時(shí)平均接觸人數(shù) Gt 為 60*(易感人數(shù)/總?cè)藬?shù))時(shí)的疫情發(fā)展模擬結(jié)果。從圖 7 中可以看出隨著平均接觸人數(shù)的增加，感染者總數(shù)大幅增加。

圖7 不同平均接觸人數(shù)條件下的疫情發(fā)展模擬結(jié)果Fig. 7 Simulation results of the epidemic situation development under diあerent average contact number

3.2.3 醫(yī)療水平指數(shù)

醫(yī)療水平是通過多方面因素綜合衡量的結(jié)果，包括救治效率、醫(yī)藥供給、參與救治的醫(yī)務(wù)人員數(shù)量、病例確診時(shí)長以及醫(yī)院具有的隔離病床的數(shù)量等，這些因素直接關(guān)系到能否快速有效地確診病例并及時(shí)進(jìn)行有效救治。本文采用一個(gè)具體數(shù)值來量化醫(yī)療水平指數(shù)，以研究不同醫(yī)療水平對疫情發(fā)展的影響。圖 8 是醫(yī)療水平指數(shù)分別為 0.999 9、0.958 7 和 0.900 0 時(shí)的疫情發(fā)展模擬結(jié)果。從圖中可以看出，醫(yī)療水平指數(shù)會直接影響死亡人數(shù)——醫(yī)療水平越高，死亡率越低。

圖8 不同醫(yī)療水平指數(shù)條件下的疫情發(fā)展模擬結(jié)果Fig. 8 Simulation results of the epidemic development under diあerent medical levels

3.2.4 輸入型病例數(shù)

隨著疫情的逐漸穩(wěn)定，中國由病例輸出國，逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)椴±斎雵?。為了研究輸入型病例?shù)對疫情發(fā)展的影響，利用 CA-SEIR 模型分別對不同輸入型病例數(shù)的疫情發(fā)展趨勢進(jìn)行模擬。圖 9 是輸入型病例數(shù)分別為 0、0～4 的隨機(jī)值、0～4 的隨機(jī)值且穩(wěn)定后不采取隔離措施時(shí)的疫情發(fā)展模擬結(jié)果。從圖中可以看出，在疫情穩(wěn)定后仍然采取同等強(qiáng)度的隔離措施的條件下，每天平均輸入 0、0～4 例不會對疫情產(chǎn)生較大影響，而在疫情穩(wěn)定后如果取消隔離措施，那么每天平均輸入 0～4 例會對疫情產(chǎn)生較大影響，使疫情具有二次爆發(fā)的趨勢。

圖9 不同輸入型病例數(shù)條件下的疫情發(fā)展模擬結(jié)果Fig. 9 Simulation results of the epidemic development under diあerent input cases

3.2.5 中醫(yī)藥干預(yù)

中醫(yī)藥干預(yù)是我國疫情防控的特色之一，包括內(nèi)服中醫(yī)藥湯劑、外用中醫(yī)藥香囊、中醫(yī)氣功“八段錦”等[41-42]。本文將中醫(yī)藥干預(yù)措施分別作用于易感者、隔離者和患者，分析患者數(shù)量、重癥人數(shù)變化，結(jié)果如圖 10 所示。對比感染者使用和未使用中醫(yī)藥干預(yù)措施的患病進(jìn)程，如圖11 所示。從圖 10(a)可以看出，在對易感者、隔離者和患者使用中醫(yī)藥干預(yù)整體能降低疫情感染人數(shù)，說明中醫(yī)藥干預(yù)能一定程度控制暴露者的發(fā)病率，起到控制疫情發(fā)展的作用。從圖 10(b)可以看出，對患者進(jìn)行中醫(yī)藥干預(yù)，能減少疫情的感染人數(shù)，且能較大幅度降低重癥率。圖 11中，對新冠肺炎患者進(jìn)行中醫(yī)藥干預(yù)所需病程為4.5 d，對比單純西醫(yī)干預(yù)病程 7.8 d，患者病程總體下降。

圖10 中醫(yī)藥干預(yù)下的疫情發(fā)展模擬結(jié)果Fig. 10 Simulation results of the epidemic development under the intervention of Traditional Chinese Medicine

圖11 中醫(yī)藥干預(yù)下病程對比Fig. 11 Comparison of treatment course under Chinese medicine intervention

4 防疫措施分析

新冠肺炎爆發(fā)至今對全球人民和各國經(jīng)濟(jì)帶來巨大的影響，中國在控制疫情發(fā)展方面得到了世界衛(wèi)生組織的認(rèn)可。目前，中國防疫進(jìn)入穩(wěn)定的第二階段，在總結(jié)第一階段的防疫經(jīng)驗(yàn)上，分析各措施對疫情控制產(chǎn)生的影響，能在防止疫情傳播的同時(shí)最大程度地減少疫情對經(jīng)濟(jì)的影響。以下主要分析總結(jié)我國的疫情管理和干預(yù)措施兩方面工作。

在加強(qiáng)疫情管理方面，政府及時(shí)啟動(dòng)疫情爆發(fā)應(yīng)急響應(yīng)，包括預(yù)警系統(tǒng)響應(yīng)和主要風(fēng)險(xiǎn)評估。第一，根據(jù)對傳染病的初步流行病學(xué)調(diào)查及研究，確定傳染病的傳播模式，預(yù)測疫情所需人力、物資、時(shí)間等條件，部署人員和物資，進(jìn)行干預(yù)方案制定和執(zhí)行。具體包括制定疫情控制準(zhǔn)則，明確各級醫(yī)療機(jī)構(gòu)和公共衛(wèi)生機(jī)構(gòu)職責(zé)，聯(lián)合協(xié)調(diào)公安、交通和社區(qū)等部門，準(zhǔn)備人員和物資到位，合理調(diào)配醫(yī)療資源，共同完成防控工作。尤其是加大了檢測力度，據(jù)報(bào)道，武漢從首例發(fā)現(xiàn)至 2020 年 2 月 17 日，累計(jì)確診 42 752 例新冠肺炎患者。2020 年 2 月 18 日，武漢市人大常委會公布關(guān)于依法全力打贏新冠肺炎疫情防控武漢保衛(wèi)戰(zhàn)的決定，表示武漢將采取最嚴(yán)防疫措施，力爭做到確診患者 100% 收治、疑似患者 100% 進(jìn)行核酸檢測、發(fā)熱病人 100% 進(jìn)行檢測、密切接觸者 100% 隔離、小區(qū)(村莊)100%實(shí)行 24 h 封閉管理[43]。武漢疫情高峰的時(shí)候，每天有 3 000 多例患者的病床需求，而武漢市原來只有兩家傳染病醫(yī)院，病床不超過 1 000 張。經(jīng)政府部署，各方面共同努力，截至 3 月 6 日，最終改造和新建了 86 家定點(diǎn)醫(yī)院、16 家方艙醫(yī)院[44]。在疫情進(jìn)入平穩(wěn)時(shí)期，政府將全國分為高風(fēng)險(xiǎn)、中風(fēng)險(xiǎn)和低風(fēng)險(xiǎn)地區(qū)，按風(fēng)險(xiǎn)程度進(jìn)行相應(yīng)的防疫管理，并加大對流動(dòng)人員、密集人員(如學(xué)生)、高風(fēng)險(xiǎn)人員(如醫(yī)務(wù)人員)的核酸檢測力度。同時(shí)，在各關(guān)口設(shè)立隔離酒店，對過海關(guān)人員和中風(fēng)險(xiǎn)地區(qū)相關(guān)人員嚴(yán)格進(jìn)行為期 14 d 隔離。在各方面努力下，基本全員復(fù)工復(fù)產(chǎn)。第二，及時(shí)發(fā)布傳染病準(zhǔn)確信息，加強(qiáng)對疫情的宣傳和教育。一方面有利于各地區(qū)做好傳染病防控應(yīng)急響應(yīng)；另一方面能讓公眾正確認(rèn)識新發(fā)傳染病和疫情，提高公眾對防控措施的配合度，穩(wěn)定社會情緒。第三，預(yù)測疫情帶來的負(fù)面影響，制定備案方法。主要預(yù)測疫情對市場、經(jīng)濟(jì)、民生各方面影響，制定相應(yīng)的備案措施。需要強(qiáng)調(diào)的是，對疫情反應(yīng)需要迅速，研究需科學(xué)，報(bào)道需真實(shí)：迅速地啟動(dòng)疫情應(yīng)急響應(yīng)和部署安排才能盡早控制疫情；臨床及實(shí)驗(yàn)研究科學(xué)求真才能準(zhǔn)確判斷傳染病特性從而制定準(zhǔn)確的干預(yù)措施；報(bào)道客觀真實(shí)才能讓公眾有正確的認(rèn)識，配合防疫工作。

早期防疫干預(yù)措施主要包括控制傳染源、切斷傳播途徑和保護(hù)易感人群 3 個(gè)方面。在控制傳染源上，對感染者施行早發(fā)現(xiàn)、早診斷、早治療，具體包括各點(diǎn)全面體溫檢測，發(fā)熱患者全面核酸篩查，重點(diǎn)人員及有出省需求人員全面核酸篩查，疑似病例和接觸病例集中隔離以及確診患者隔離治療。通過全面核酸檢測的措施，找到傳染源，通過大數(shù)據(jù)搜尋密切接觸者并對其隔離，能夠盡早發(fā)現(xiàn)感染者，達(dá)到控制傳染源的作用。此外，中醫(yī)藥干預(yù)在控制傳染源中發(fā)揮兩方面的作用：對未確診者進(jìn)行中醫(yī)藥干預(yù)能夠提高機(jī)體免疫力，降低感染率；對已確診者，中醫(yī)藥治療能夠縮短疾病進(jìn)程，降低重癥比例及復(fù)陽率。劉建平教授團(tuán)隊(duì)從不同的數(shù)據(jù)庫和網(wǎng)站檢索我國衛(wèi)生部門發(fā)布的中醫(yī)藥傳染病防治新冠肺炎、預(yù)防 SARS 和 H1N1 流感等的預(yù)防方案及臨床數(shù)據(jù)，總結(jié)出中藥配方預(yù)防病毒性感染疫情有療效[45]。在切斷傳播途徑上，減少人群接觸，對環(huán)境定時(shí)消毒是最直接的方法。具體包括號召公眾減少聚會、出門佩戴口罩和勤洗手，取消假期和聚集性活動(dòng)，限制部分交通，加強(qiáng)機(jī)場和汽車站檢疫工作，關(guān)閉學(xué)校和公共場所等。在保護(hù)易感人群上，對易感人群進(jìn)行疫苗接種為最佳方式，疫苗研發(fā)及普及時(shí)間長，因此早期保護(hù)易感人群的重點(diǎn)一般放在隔離上。值得提倡的是，以中醫(yī)藥“治未病”理論為基礎(chǔ)，臨床療效為支撐，中醫(yī)藥內(nèi)服、外用都可以提高機(jī)體對病毒的免疫力。其操作簡便，成本低廉，對疫情的防控參與面廣[46]。

第二階段防疫主要是對輸入型病例的隔離控制及普及注射新冠疫苗。對比以往大規(guī)模傳染性疾病傳播情況，輸入型病例為此次新型冠狀病毒肺炎的不同點(diǎn)，若管理不當(dāng)，疏忽對這類人群的隔離，可能會造成新冠疫情二次爆發(fā)。注射疫苗可以達(dá)到保護(hù)效果，吳尊友在國務(wù)院新聞發(fā)布會上指出，新冠肺炎接種率需要達(dá)到人群的 70%、80% 才能產(chǎn)生群體保護(hù)效果[45]，這需要一定的時(shí)間才能達(dá)到這個(gè)覆蓋面。

中醫(yī)藥防治新冠肺炎疫情的干預(yù)方式及成果如表 2 所示，實(shí)際的臨床數(shù)據(jù)證實(shí)，中醫(yī)藥防治新冠肺炎在降低感染率、降低新冠重癥率、縮短病程、促進(jìn)核酸轉(zhuǎn)陰方面均有效果。其存在的問題主要包括以下兩點(diǎn)：(1)對口服中藥降低新型冠狀病毒肺炎感染率的研究來說，普遍存在評價(jià)預(yù)防效果方面比較客觀或評價(jià)無統(tǒng)一量化指標(biāo)，并且大部分以中醫(yī)藥理論為支持，沒有客觀的實(shí)驗(yàn)室或者細(xì)胞學(xué)上的支持；(2)中藥外治防控疫情有網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)、中藥藥理學(xué)、生理病理學(xué)等實(shí)驗(yàn)室支持，然而臨床對照試驗(yàn)不足。在中醫(yī)導(dǎo)引功法的研究方面大部分從運(yùn)動(dòng)遠(yuǎn)離去解釋，未提出中醫(yī)功法對比運(yùn)動(dòng)鍛煉所帶來的區(qū)別及優(yōu)勢，只能以中醫(yī)臟腑及經(jīng)絡(luò)方面解釋其作用，依然是臨床對照試驗(yàn)不足。在探討中醫(yī)功法的作用方式方面仍欠缺非理論方面的客觀研究。新型冠狀病毒肺炎是一個(gè)傳播性強(qiáng)、危害性大的傳染病，單純使用中醫(yī)藥措施不足以控制疫情的發(fā)展，中醫(yī)藥作為一個(gè)輔助加強(qiáng)作用的方式，很難統(tǒng)計(jì)及計(jì)算純中醫(yī)藥對防控疫情的作用。另外一個(gè)難點(diǎn)在于中醫(yī)臟腑及經(jīng)絡(luò)原理未能在解剖、生理病理方面得到客觀解釋，因此，很難客觀地評價(jià)以中醫(yī)經(jīng)絡(luò)和臟腑為原理的氣功功法。目前，已有學(xué)者提出可采用臨床對照試驗(yàn)方法評價(jià)中醫(yī)藥效果，運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)、代謝組學(xué)、蛋白組學(xué)、基因組學(xué)、腸道微生態(tài)學(xué)等研究方法，設(shè)計(jì)合理的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，從藥效學(xué)角度評價(jià)中醫(yī)藥防控方案的效果[54]?？偠灾?，如表 2 所示，中醫(yī)藥在各省市抗疫工作中應(yīng)用廣泛，其防治效果明顯，與計(jì)算機(jī)仿真模擬分析結(jié)果一致。本文存在一定局限性，中醫(yī)藥防疫的效果無法用實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)進(jìn)行解釋，也沒有在世界范圍內(nèi)的循證醫(yī)學(xué)證據(jù)，中醫(yī)藥的全球推廣使用難度大，難以被世界范圍內(nèi)認(rèn)可。這需要更多學(xué)者深入研究其作用原理，也需要更多的臨床對照試驗(yàn)研究。中藥內(nèi)服方向的作用機(jī)理可以結(jié)合數(shù)學(xué)模型與網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)、代謝組學(xué)、蛋白組學(xué)、基因組學(xué)、腸道微生態(tài)學(xué)等研究方法。中藥外用方向可增加純中藥對簡單鼻病毒、流感病毒的外治防御效果研究，逐步由實(shí)驗(yàn)室對照試驗(yàn)到實(shí)驗(yàn)動(dòng)物，進(jìn)一步到臨床對照試驗(yàn)證實(shí)研究結(jié)果。

表2 中醫(yī)藥防治新冠肺炎的措施分析Table 2 Analysis of measures for COVID-19 prevention and treatment by TCM

5 總 結(jié)

首先，本文采用改良 SEIR 模型構(gòu)造元胞自動(dòng)機(jī)的方法模擬新型冠狀病毒肺炎傳播，將隔離率、患者接觸人數(shù)、醫(yī)療條件、輸入型病例數(shù)量和中醫(yī)藥干預(yù)等關(guān)鍵因素量化到模型中，根據(jù)模型結(jié)果分析不同因素對新冠肺炎疫情傳播的影響，及中醫(yī)藥干預(yù)在新冠肺炎防控的作用。其次，結(jié)合中國政府采取的一系列措施及目前抗疫成效，驗(yàn)證了本模型的有效性，并使得各因素影響效果的評價(jià)更客觀且有針對性。最后，通過結(jié)合中醫(yī)藥干預(yù)在早期中國新冠疫情發(fā)揮的實(shí)際作用，證明與模型預(yù)測結(jié)果一致，中醫(yī)藥干預(yù)措施對疾病防控有效。相較于其他傳染病模型，本文所用方法為 CA 模型結(jié)合 SEIR 模型，更貼合COVID-19 的傳播情況，此外，創(chuàng)新性地加入中醫(yī)藥干預(yù)對疫情的影響。綜上所述，為預(yù)防新型冠狀病毒肺炎二次爆發(fā)及做好疫情穩(wěn)定期的防疫工作，采取提高隔離率、降低人群接觸頻率、嚴(yán)格管理輸入病例和進(jìn)行中醫(yī)藥干預(yù)等措施有良好的效果。