【摘要】：2003年SARS疫情給我國等多個國家和地區(qū)造成了嚴(yán)重的生命財產(chǎn)損失,并深刻影響了我國的公共衛(wèi)生政策,促進(jìn)了我國生物安全能力建設(shè)與發(fā)展。今天,SARS的陰影已經(jīng)過去,然而人類仍然面臨著傳染病疫情的嚴(yán)重威脅,安全與發(fā)展面臨極大挑戰(zhàn)。十多年來此起彼伏的多種傳染病,尤其是H5N1、H1N1和H7N9流感等重大疫情,時刻提醒著有效防控和科學(xué)應(yīng)對傳染病威脅任重道遠(yuǎn)。重大傳染病防控主要措施之一是使用疫苗進(jìn)行預(yù)防接種減少易感人群的數(shù)量,通過藥物預(yù)防和治療緩解病程發(fā)展和降低病死率,通過隔離密切接觸者、關(guān)閉學(xué)校、口岸檢疫等非藥物干預(yù)措施降低社會傳播風(fēng)險,從而緩解和阻斷疫情的自然發(fā)展。在新發(fā)突發(fā)傳染病暴發(fā)初期,病原體生物醫(yī)學(xué)特性往往難以明確,針對性的疫苗和藥物研發(fā)周期較長,不能很快滿足應(yīng)急防控需求,公共衛(wèi)生應(yīng)急決策者必須在多種措施,尤其是非藥物性干預(yù)措施強(qiáng)度和社會影響之間作出艱難抉擇,決策科學(xué)的重要性由此凸顯,傳染病動力學(xué)研究正是為解決這一問題而生。傳染病動力學(xué)研究不僅是認(rèn)識傳染病發(fā)展與防控規(guī)律的重要手段,而且對于傳染病、生物恐怖等重大生物事件應(yīng)急決策過程中篩選優(yōu)化防控策略、制定應(yīng)急預(yù)案及演習(xí)等都有重要意義,是國際傳染病防控等生物安全領(lǐng)域研究熱點,也是國家生物安全能力的重要研究領(lǐng)域。本文在本課題組已有工作的基礎(chǔ)上,針對飛沫和直接接觸傳播傳染病,圍繞重大疫情傳播潛勢預(yù)測和基于接觸網(wǎng)絡(luò)的免疫策略評價優(yōu)化等問題,以復(fù)雜社會系統(tǒng)作為傳染病動力學(xué)研究的切入點,通過靜態(tài)和動態(tài)接觸網(wǎng)絡(luò)描述社會系統(tǒng)中個體的風(fēng)險交互過程,構(gòu)建了靈活的病程發(fā)展模型,開展了以下五個方面的研究:(1)社會接觸的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及形成機(jī)制。總結(jié)社會接觸網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及統(tǒng)計特征,分析其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)成因及演化機(jī)制;(2)結(jié)構(gòu)化人群中的傳染病傳播動力學(xué)。建立中尺度社會系統(tǒng)中感染風(fēng)險計算模型,分析接觸結(jié)構(gòu)對疫情傳播動態(tài)的影響,分析個體健康行為的涌現(xiàn)機(jī)制及其對傳染病動力學(xué)的影響;(3)社會接觸網(wǎng)絡(luò)上的免疫策略效果分析。對比分析了熟人免疫、社團(tuán)橋免疫和環(huán)接種等三種常用的隨機(jī)性免疫策略的有效性;(4)基于大規(guī)模人群的傳染病疫情宏觀分析。分析法定傳染病疫情數(shù)據(jù),分析影響疫情暴發(fā)的時空環(huán)境要素,分析區(qū)域性個體流動對大規(guī)模傳染病疫情擴(kuò)散的影響;(5)對埃博拉疫情的計算實驗研究。以2014年西非埃博拉疫情為例,對想定北京市和廣州市發(fā)生輸入性埃博拉病例后的疫情態(tài)勢開展了計算實驗案例研究。本文主要的研究結(jié)果和創(chuàng)新點如下:(1)構(gòu)建了一個基于Agent模型,可很好解釋典型社會網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)成因。在考慮個體的自主決策過程時,在社會網(wǎng)絡(luò)研究中嘗試引入經(jīng)濟(jì)學(xué)中的效用概念,用于評價個體對當(dāng)前社會活動的滿意度,結(jié)合社會系統(tǒng)中個體的流轉(zhuǎn)效應(yīng),成功地再現(xiàn)了社會網(wǎng)絡(luò)的典型統(tǒng)計特征,包括度分布、小世界效應(yīng)、傳遞性、社團(tuán)結(jié)構(gòu)等,并指出了當(dāng)前在社會網(wǎng)絡(luò)實證研究中常用的問題調(diào)查方法可能造成的“截斷”誤差。研究對于認(rèn)識復(fù)雜社會系統(tǒng)的演化、自底向上構(gòu)建復(fù)雜社會系統(tǒng)具有重要意義;(2)構(gòu)建了個體自適應(yīng)健康行為模型,解釋了健康行為對傳染病在城市社會系統(tǒng)中的傳播動力學(xué)的影響。確認(rèn)了由衛(wèi)生部門所發(fā)布的公共信息和個體所感知到的局部信息等兩種主要的信息源對個體健康行為具有誘導(dǎo)作用,給出了基于實施疫情信息和累積疫情信息兩種不同的誘導(dǎo)因子定義,并將其同接觸傳播率相關(guān)聯(lián),確定了疫情嚴(yán)重性同健康行為涌現(xiàn)的相關(guān)關(guān)系,解釋了個體健康行為對傳染病傳播的抑制作用。研究對于制定科學(xué)合理的疫情信息發(fā)布和心理疏導(dǎo)機(jī)制,引導(dǎo)理性健康行為產(chǎn)生具有重要價值;(3)在國際上首次基于真實的人工社會系統(tǒng)數(shù)據(jù)對熟人免疫、社團(tuán)橋免疫和環(huán)接種等三種隨機(jī)性免疫策略在控制傳染病傳播時的有效性進(jìn)行了分析和評價。研究發(fā)現(xiàn),三種策略均有效減少了疫情的影響人數(shù),同時發(fā)現(xiàn)社團(tuán)橋免疫策略效果相對最差,而環(huán)接種效果最好。通過敏感性分析發(fā)現(xiàn),隨著病例檢測率、隨機(jī)接觸追蹤率的下降和接觸追蹤延遲的上升,環(huán)接種的效果有所下降,但仍顯著優(yōu)于相同假定下的熟人免疫和社團(tuán)橋免疫。隨著基本再生數(shù)的上升,三種防控策略效果均會下降,但環(huán)接種策略的控制效果仍顯著優(yōu)于熟人免疫和社團(tuán)橋免疫。在基本再生數(shù)0R高達(dá)6.0時,環(huán)接種仍可有效控制疾病的傳播。研究顯示環(huán)接種可適用于多種不同傳播能力的傳染病防控,是一種很有效的多種疫情防控策略;(4)完整收集整理了我國2004年1月至2014年12月的法定傳染病疫情數(shù)據(jù),繪制了多種傳染病的疫情態(tài)勢圖。分析顯示,盡管十年來我國的衛(wèi)生總費用及人均衛(wèi)生費用持續(xù)不斷增長,但很多傳染病并未得到有效的控制,部分疾病甚至有繼續(xù)惡化的趨勢。對法定甲乙丙類法定傳染病疫情統(tǒng)計數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn),絕大多數(shù)傳染病疫情的暴發(fā)都具有明顯的時空性,為拓展傳染病動力學(xué)模型及平臺建設(shè)奠定基礎(chǔ);(5)使用集合種群模型思想建立起宏觀傳染病動力學(xué)建模研究框架,首次將長程旅行者的出行類型引入傳染病動力學(xué)建模模型框架。提出了存在長程旅行者時的個體感染風(fēng)險計算方法,提出了基于長程旅行者旅行類型的融合效應(yīng),提出了接觸網(wǎng)絡(luò)上融合效應(yīng)的實現(xiàn)算法,發(fā)現(xiàn)融合效應(yīng)對疫情的擴(kuò)散具有加速和惡化作用。研究表明,當(dāng)前主流的大規(guī)模傳染病傳播模擬系統(tǒng)所使用的長程旅行者風(fēng)險一致性假定低估了擴(kuò)散風(fēng)險,具有局限性,為后續(xù)開發(fā)大規(guī)模傳染病傳播模擬系統(tǒng)奠定基礎(chǔ);(6)開展了計算實驗案例研究。在總結(jié)分析西非埃博拉疫情態(tài)勢預(yù)測研究工作的基礎(chǔ)上,首次基于北京市和廣州市人工社會系統(tǒng)數(shù)據(jù)對兩地發(fā)生想定輸入埃博拉疫情后疫情的態(tài)勢發(fā)展進(jìn)行了預(yù)測分析。分析顯示,在嚴(yán)格執(zhí)行《埃博拉出血熱防控方案(第二版)》和盡快隔離傳染性病例的情況下,埃博拉疫情很難在我國形成大規(guī)模的暴發(fā)。對各參數(shù)的敏感性分析發(fā)現(xiàn),傳染性埃博拉病例的自由暴露時間是影響最終感染人數(shù)的最重要的因素,因此應(yīng)當(dāng)使公眾具備埃博拉病例識別和感染預(yù)防等基本知識,從而盡快隔離有疑似癥候的病例并上報公共衛(wèi)生處置部門。本文針對飛沫和直接接觸傳播傳染病,以復(fù)雜社會系統(tǒng)為切入點,構(gòu)建了適用于城市社會系統(tǒng)中結(jié)構(gòu)化人群的傳染病動力學(xué)模型,給出了基于公共信息和局部信息的個體健康行為誘導(dǎo)因子的定義方法。以此中尺度傳染病動力學(xué)模型為基礎(chǔ),引入長程旅行者旅行類型,提出了基于旅行類型的融合效應(yīng)及在社會接觸網(wǎng)絡(luò)上的實現(xiàn)策略,構(gòu)建了基于集合種群模型的大規(guī)模傳染病動力學(xué)建模框架。盡管上述模型在理論上較為完整,但基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的不足仍對其進(jìn)一步發(fā)展構(gòu)成嚴(yán)重障礙。近年來數(shù)據(jù)獲取技術(shù)取得了長足的進(jìn)步,但海量冗余數(shù)據(jù)信息并不能有效促進(jìn)模型發(fā)展。當(dāng)前,傳染病動力學(xué)建模已經(jīng)進(jìn)入了瓶頸期,有效的突破除需要高超的建模技巧外,更取決于社會系統(tǒng)中各種信息數(shù)據(jù)的有效集成統(tǒng)一。傳染病動力學(xué)建模研究方興未艾,其在西非埃博拉疫情防控決策中的廣泛應(yīng)用顯示傳染病動力學(xué)建模研究正在進(jìn)入一個全新的階段。以此為契機(jī),全面推進(jìn)我國傳染病動力學(xué)建模研究發(fā)展,對于提升我國生物安全相關(guān)能力建設(shè)將具有重要意義。
【學(xué)位授予單位】：中國人民解放軍軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：R181;R51

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本文編號：2796067