埃博拉疫情能否借助数学模型加以遏制?

数学能否帮助遏制埃博拉?
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西非埃博拉疫情似乎正在失控蔓延。当前,当地及全球卫生机构比以往任何时候都更想了解疫情将如何发展,尤其是如何防止其进一步扩散。一些参数有助于他们做出判断,例如繁殖数,即单个感染者平均所引发的感染人数。潜伏期和传染期也高度相关,即从感染到出现症状的时间,以及从出现症状到病原体被清除的时间。

在本次埃博拉疫情中,这些数值是依据官方公布的病例记录数据推算得出的。瑞士苏黎世联邦理工学院(ETH Zurich)巴塞尔分校生物系统科学与工程系计算进化学教授坦亚·施塔德勒(Tanja Stadler)领导的团队,现已利用该团队开发的统计计算程序,根据多份患者样本中的病毒基因序列计算出了这些参数。

未报告病例增多

美国、英国及塞拉利昂研究人员于2014年5月和6月,即疫情从邻国几内亚传入塞拉利昂后的最初数周内,采集了当地患者的血液样本,并由此获得病毒序列。施塔德勒表示,目前尚无法公开获取更新的序列。研究人员根据这些数据计算出病毒繁殖数为2.18。该数值处于此前基于疾病发病率和患病率所估算的数值范围之内,此前估算值介于1.2至8.2之间。

“我们方法的一大优势在于,可以借此计算未报告病例数,从而推算出疫情的真实规模,”施塔德勒表示。官方患者数据仅包括已向卫生机构报告的病例,而实际感染人数通常要高得多。利用可获得的数据,苏黎世联邦理工学院的研究人员计算出未报告病例率为30%(即未采集血液样本的患者所占比例)。“但这一结论仅适用于研究人员在塞拉利昂于5月和6月所分析的情况。自6月以来,我们完全没有获得任何血液样本,”施塔德勒称。

病毒系统发育树的构建

研究人员还计算出了埃博拉的潜伏期(五天,该数值存在较大不确定性)以及传染期。患者在感染后1.2至7天内即可传播病毒。

为获得这些数值,研究人员根据病毒样本的基因序列构建了系统发育树。“埃博拉病毒在患者体内每天都会发生变化,因此不同患者的病毒序列会略有差异,”施塔德勒解释道。通过比对不同序列,研究人员得以确定过去患者之间的感染事件发生于何时,并据此计算出了流行病学参数。

已进行艾滋病毒检测

这些流行病学数值对于制定遏制疫情的策略以及评估相关措施的成效至关重要。实施宵禁便是其中一项措施。“如果宵禁持续时间超过潜伏期,那么只有仍出现埃博拉症状的人才是病毒携带者,”施塔德勒表示。繁殖数则是卫生服务机构最为重要的参考指标之一。这些机构最紧迫的目标是将繁殖数降至1以下,因为这意味着疫情已得到控制。

苏黎世联邦理工学院的研究人员在过去几年中开发了用于计算上述数值的计算机程序,并将其应用于艾滋病毒和丙型肝炎患者的数据。尽管疫区环境恶劣,他们仍希望能够获得当前流行的埃博拉病毒的新序列。施塔德勒表示:“我们的程序已经准备就绪。如果我们能够获取当前的埃博拉病毒序列,就能在短短一夜之间,对疫情的传播情况获得详尽的了解。”

与以下机构合作发布: 苏黎世联邦理工学院

作者:Fabio Bergamin曾在巴塞尔和斯特拉斯堡学习生物技术,并在伯尔尼大学获得免疫学博士学位。

图片:2014年8月11日,柏林夏里特医院传染病患者隔离站内,病房医师Thomas Klotzkowski与热带医学医师Florian Steiner(左)穿戴防护服。路透社/Thomas Peter

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