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利用数学阻止传染病(1)

第六次灭绝,成长吧啊,www.czbaa.com,数学

【美】安娜莉·内维茨 著 徐洪河 蒋青 译

在2014年上海书展上,有一本科普图书受到了广大读者的欢迎,它就是由上海科学技术出版社引进出版的《第6次大灭绝——人类能挺过去吗》一书。在长达45亿年的历史中,生命曾遭受过各种全球规模的大灾难,地球上曾发生过5次导致多达75%以上物种消亡的大灭绝。然而,人类是否会因为大灭绝的发生而灭绝呢?答案是否定的。因为每次大灭绝过后,总有各种幸存者维系着生命的进程。本文选自该书,人类如何利用数学来阻止传染病的流行和病毒传播。

流行病建模应用

工程师们一直在收集足够的数据,试图在危险发生之前就做出预测,以阻止自然灾害对城市造成破坏。事实上,传染病学专家们运用预测模型已有150多年,在19世纪50年代,一位名叫约翰·斯诺的医生尽其所能,细致地绘制了伦敦地区霍乱发生率图表,他发现一口井附近是疾病爆发的原点。这是对传染病建模的第一次成功应用,这项技术可以运用图形与数据来阐释传染病在城市里如何传播。如今,类似斯诺获得的数据,我们已经积累了数十年,旨在协助传染病学专家们预测传染病的未来传播途径——希望能在传染病传播之前阻止它。

下一次传染病可能始于各种病毒,或是类似于导致黑死病的某种细菌。传染病可能来自于禽类或猪,只要遗传物质组合适当,病原体就能从动物体转移到人类宿主身上。如果病原体的传染性足够强,其引起的传染病足以使5000万人致死,1918年的西班牙流感就是这种情况。如果病原体携带致命的恶性病毒,或是在传播途中演变出了具有抗药性的抗体,就足以杀害数十亿人。

那么,我们面对传染病要做什么呢?在筹划战胜传染病时,有两个基本问题:致命因素是什么?如何组织国际社会协作响应,以最大限度降低传染病导致的死亡与经济损失?通常,我们可以在实验室里解答第一个问题,也往往可以研发出某种疗法或疫苗。鉴别致命微生物,接下来再与其斗争,两者困难程度相仿。可是,第二个问题却让科学家们和政策制定者们寝食难安。

即使我们成功赶制出了针对传染病的疗法,如果不能及时让它惠及人群,一切也近乎徒劳。这就解释了为什么对可能的传染病爆发情况进行建模已经发展成为了一个分支学科,其综合了医药学、遗传学、甚至统计分析和博弈理论。流行病建模人员通常都是数学方面的专家,他们创造出电玩型计算机模拟器,用于协助预测,也用于绘制传染病传播可能的图表。他们也能绘制幸存者图表。流行病建模人员的目标就是帮助世界卫生组织(WHO)以及本地医疗机构等团体确定,如何对我们所面对的传染病进行干预,如何提高我们的胜率。他们能告诉我们,为了阻止传染病在小乡镇或大城市传播分别需要多少疫苗。运用已有的传染病模型,他们可以大致计算出多大规模的隔离可以减缓传染病的传播,也可以告诉某个国家,避免发生大规模死亡所需存储抗病毒药物的最小数量。

用于传染病的药物我们已经拥有很多。但是,用于阻止传染病本身,我们需要的却是数学。在我们建立阻止传染病传播的系统之前,我们必须要了解在全球范围内若干社群中传染病可能的传播规律。

医疗监控

至少在10年以前,美国政府曾要求中央情报局(CIA)从事传染病防治工作。让全国最为臭名昭著的谍报特工处理健康护理方面的事务,这听起来很怪异,但是,当时那却是堪称完美的组织工作,因为传染病的防治工作在一定程度上的确借鉴了谍报工作的技术。难道说在流感发生季节我们是凭借每周强制性体检才幸存下来吗?当然不是。也不是说政府要窃取个人医疗病历。中情局即使要彻查每个人的医疗档案,也是不可能的,因为很多人并没有医疗保险,也不进行定期体检。中情局只是帮助医疗组织精心制定健康监控策略,或者协助收集谁有传染病,他们身在何处等信息。

世界卫生组织和其他健康监控团体通过多种渠道收集健康监控数据,比如,世界各地关于流感爆发的各种新闻,发送到世界卫生组织全球流感监控和响应系统的病毒样本。世卫组织的科学家们还利用谷歌创建了“谷歌流感趋势”,该系统可通过追索世界各地人们搜索的关键词来监测流感爆发。谷歌的研究人员发现,当流感相关症状的一些词汇,比如“鼻塞”或“发烧”,搜索量激增时,随后总伴随有疾病控制与预防中心确认流感爆发。如今,疾控中心以及其他一些机构也在利用谷歌的数据查找流感爆发的地点,人们在开始求医问药数天之前已经在网上递交了相关症状的报告。健康监控的各种形式中,包括谷歌流感数据在内,都在最大限度上保持匿名。其实我们真正需要知道的只是某个特定地区中究竟有多少人具有流感症状——而不是他们的名字和住址。

一旦涉及传染病,我们最先想到的就是疾控中心和世卫组织,然而,在任何监控网络中,最庞大的资源其实是地方健康部门,因为各种症状首先在那里进行登记。大卫·布莱斯一直在马里兰州公共健康部负责健康登记,该部门协调组织本州内数十家地区性的健康机构,共同监控若干种被认为是流感的症状。布莱斯说,美国疾控中心追索疫情爆发的主要途径之一就是通过一个名为“类流感疾病监控网络”的志愿者网络,让本地医生、护士以及其他健康护理人员充当志愿者,将他们所看到的、发生在患者身上的各种可传染的、类似流感的症状进行汇报。问题的关键在于,他们只是汇报症状,不会对他们所看到的一切进行诊断,因为类流感疾病监控网络的主要检测内容就是某种新型的致命流感毒株。如果发现了一种新的毒株,其所引发的多种症状可能与已知的各种疾病都不匹配。类流感疾病监控网络的分析人员每周都会对数据进行仔细梳理,寻找其中可疑的模式。至关重要之处在于,健康监控总是基于某个城市而进行。正如斯诺在伦敦所发现的可以传播霍乱的井一样,传染病总是从一个地方起源。换言之,当下一场大型传染病开始酝酿时,从事城市健康护理的人员将会比国家或国际机构更早就觉察到。

作为对类流感疾病监控网络工作的重要补充,马里兰州还有很多志愿者实验室,他们在实验室中将收集到的流感毒株送到州府的健康部门进行常规测试。如果他们发现了一种新的病原体,就会将其运送到位于亚特兰大的疾病控制中心去。马里兰州也为低收入和无家可归人员提供了报告流感疫情的渠道,因为他们常常被置于健康监护网络之外。马里兰州健康与卫生部一直在致力于对此进行弥补,他们要求人们报告他们自己或自己所认识的人何时患有流感,即使他们不去求医也要这样做。这个机构也会在健康护理人员中追踪疾病的来源,因为发生传染病时,这些人通常就会处在最前线。 来源: 新民晚报

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