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2014 年 4 月，几内亚爆发了埃博拉出血热疫情，这一烈性传染病在短短数月内迅速扩散到利比里亚和塞拉利昂。根据世界卫生组织统计，到 2014 年 8 月 19 日为止，此次疫情已经造成了 2240 人感染，其中有 1220 人死亡。虽然目前在国内还没有出现感染病例，但联想到 SARS 和近年的几次流感爆发，人们也难免担心埃博拉疫情会在中国蔓延。假如真的有感染者入境，疾病发生大规模传播的可能性会有多大？我们又是否能及时、有效地加以应对呢？这些问题，可以从计算机仿真研究中找到答案。
在最近发表的《基于计算流行病学的埃博拉出血热的传播与爆发仿真研究》一文中，我们就对埃博拉病毒在中国可能的传播情况进行了模拟研究。该研究模拟了埃博拉感染个体进入城市群之后的疾病传播过程，结果发现，如果医疗机构可以及时发现感染者，并在 6 小时内采取隔离措施，就可以有效避免疾病的大规模流行。
为什么要进行仿真模拟？
要想了解某种疾病的传播情况，最直接的方法自然是收集实际的病例数据并加以分析。然而，对于传染病，尤其是埃博拉这样的烈性传染病，肯定无法通过实验的方式确定它在一个未发生过传染病暴发的区域会怎样传播。这样做，在伦理和道德上都是不可接受的。
没有办法做实验，那么通过对其他地方和既往类似情况的数据进行观察，再进一步推测疾病传入新人群时的传播模式，这样是否会好些呢？这样做确实有一定帮助，但是也有前提条件，那就是籍以比较的已发病地区要有良好的公共卫生数据收集系统，而且其卫生系统的防病、治病能力与想要进行比较的地方要有高度的相似性。然而到目前为止，爆发了埃博拉出血热的都是一些非洲国家，由于社会发展相对较为落后，这些国家的卫生系统无论在数据收集，还是疾病防治方面都存在不少缺陷，与中国的情况也无法比较。因此，我们需要采取一种新的研究方法——建立数学模型，利用计算机仿真来对疾病的爆发进行研究。
利用数学模型来对疾病传播的模式及其影响进行测度，是一种有悠久历史的研究方法。历史学家麦克尼尔（McNeill）在他的《瘟疫与人民》一书中就利用数学工具进行过估计，1519 年到 1530 年之间，由于天花、麻疹和白喉从欧洲流入北美，使得墨西哥的印第安人从 3000 万减少到不足 300 万。面对疾病如此强大的影响力，人们迫切需要了解关于疾病传播的很多重要问题，例如传染病会有多严重，有多少人会受到疾病的侵袭需要治疗，在任何特定时刻需要隔离或者照顾的最大人数是多少，传染病会持续多长时间，以及需要在多大程度上对那些暴露于传染源但尚未发病的人进行隔离等等。为了回答这一系列问题，数学家们建立了很多数学模型来对特定疾病的传播模式进行模拟。
遏止传播，迅速响应是关键
在这项研究中，我们利用了一个经典的急性传染病数学模型——SIR 模型，来对埃博拉病毒的传播过程进行仿真模拟。在这个模型中，人群被分为三类：易感者（S）、感染者（I）和退出感染过程者（R），其中退出者是指康复或者因为被隔离、病死而退出传染的人群。我们可以把这三类人群想象成相互联系的三个虚拟的“仓室”，少量的感染者按照特定速度不停地传播疾病，把易感者转化为感染者。与此同时，感染者当中部分人或者被隔离、或者康复获得免疫力、或者死亡，由于他们都不再继续传播疾病，因此被计算入退出者R。三个“仓室”的人数以特定速度相互转换，这个过程随着时间的变化可以由微分方程来表示。
我们利用计算机模拟了在我国某特大型城市群（拥有 5000 万人口）中埃博拉出血热患者入境后的疾病发展过程。我们假设这些输入的患者，其感染能力和目前在西非爆发的疫情情况类似（即在出现了埃博拉病毒的明显症状之后才具有感染能力，具有感染能力的感染者在一定几率下可以感染周围密切接触的人），同时设定感染者被当地卫生部门发现并隔离的不同时间窗（即发现后 6 小时内、12 小时内、18 小时内、24 小时内及 30 小时内被隔离）。通过这些模拟条件，就可以模拟出疾病传播的过程，并且回答上面的一些重要的问题。
我们的研究发现，当埃博拉感染者进入这个假想的特大城市群后，为防止大规模的疾病流行，卫生系统及时发现病人并采取行动至关重要。在少数感染者入境并出现症状后，如果能在 6 小时之内识别并有效隔离（包括其密切接触者），那么感染人数就可以得到有效控制。如果仅有一名感染者入境，在严格执行卫生应急措施的情况下，感染者将不多于 10 人。然而，如果感染者在发病之后 18 小时后或者更长的时间都未能得到诊断和隔离，而是继续在各种场合与易感者密切接触，情况就不容乐观。这种最坏的情况下，可能会有数千甚至上万人被感染。
埃博拉出血热一旦发病，来势凶猛、症状易于识别，而且在国内已经建立了较为完善的公共卫生和应急体系，因此只要各级卫生机构保持警惕，严格遵循传染病防治法和有关应急预案对出血性发热患者及疑似感染者进行有效隔离和治疗，埃博拉出血热在中国出现爆发流行的可能性就会很小。
必须指出的是，不同的疾病具有不同的传播模式，我们的研究结果是建立在已有的一些关于埃博拉病毒传播能力参数的研究之上的。随着对于这种疾病的深入了解、治疗技术和预防手段的进步，数学模型当中对于病毒传播能力、易感者人群、以及防控手段的相关参数都可能随之而改变。进而对模型的仿真结果带来影响。而且1~2 个患者入境发病后的疾病传播过程高度依赖于这些个体的活动范围以及接触他人的方式，因此计算机仿真模型的参数选择，甚至模型的基本结构都会伴随着人们对于埃博拉病毒的了解而获得进一步的改进。
这项研究本身也是一个多学科合作、致力于解决重要公共卫生问题的范例，整个课题组从提出假设、建立数学模型、模拟计算到完成研究论文，只用了不到一周时间。该研究也得到了国内急诊医学界的高度关注，业界知名的《中华急诊医学杂志》为本文开启了快速通道，以最快的速度对本文进行了审查，并于 2014 年 8 月 19 日在线发表。（编辑：窗敲雨）
作者单位：四川省医学科学院·四川省人民医院创伤代谢组多学科实验室
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