新型冠状病毒2019-nCoV早期估计和流行预测

2020-01-25 来源：拾玖组原文链接评论4条

声明：本文为预印本，尚未经过同行评审。它报告了尚待评估的新医学研究，因此不应用于指导临床实践。

近期2019-nCoV情况严峻，偶然看到一篇关于2019-nCoV的研究报告，从理性的角度分析未来疫情发展趋势，因此借助工具翻译该研究报告，希望能够让大家能对未来发展趋势有所心理准备。

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新型冠状病毒2019-nCoV：流行病学参数的早期估计和流行预测

Jonathan M. Read1, Jessica R.E. Bridgen1, Derek A.T. Cummings2, Antonia Ho3, Chris P. Jewell1

1 兰开斯特医学院卫生信息学，计算与统计中心，英国兰开斯特兰开斯特大学

2 佛罗里达大学生物与新兴病原体研究所，美利坚合众国盖恩斯维尔

3 格拉斯哥大学医学研究委员会-格拉斯哥大学病毒研究中心，英国

通讯：[email protected]

主要发现

●我们估计感染的基本繁殖数（𝑅𝑅0）明显大于1。我们估计它在3.6到4.0之间，这表明必须通过控制措施阻止感染的传播，以阻止传播的72-75％。

●我们估计，武汉市仅发现了5.1％（95％CI，4.8–5.5）的感染，这表明社区中有大量感染，也反映出检测这种新疾病的难度。中国公共卫生部门已经迅速启动了对这种新型病原体的监测，从而可以快速评估武汉市和其他地区的病例增加速度。

●如果控制或传播没有发生变化，那么我们预计在其他中国城市将进一步爆发，并且感染将继续以越来越高的速度出口到国际目的地。我们的模型预测，在14天的时间（即2020年2月4日）中，武汉的受感染人数将超过19万（预测间隔为132751至273649）。我们预测在中国其他地方爆发最多的城市是上海，北京，广州，重庆和成都。我们还预测，到2020年2月4日，泰国，日本，台湾，香港和韩国是通过航空旅行进口感染风险最大的国家或特别行政区。

●我们的模型表明，进出武汉的交通限制不太可能有效地阻止整个中国的交通；如果有效减少99％的旅行，那么2月4日武汉以外地区的疫情规模可能只会减少24.9％。

●基于模型的假设以及用于拟合模型的数据，对我们的模型预测的可靠性有重要的警告。在解释我们的发现时应考虑这些因素。

摘要

2019年12月，一种新型的冠状病毒（2019-nCoV）被认为已经在中国武汉的人群中出现。此后，武汉市已发现病例的数量迅速增加，并且在中国其他城市和其他国家（截至2020年1月23日）已发现病例。

我们对截至1月21日报告的病例信息采用了一种传播模型，以估算关键的流行病学措施，并预测这种流行病的进程，以作为进出武汉的出行限制的潜在影响。

我们估计感染的基本繁殖数（𝑅𝑅0）为3.8（95％置信区间3.6和4.0），这表明必须通过控制措施阻止感染的传播，阻止传播的72-75％停止增长。我们估计，武汉市仅发现了5.1％（95％CI，4.8–5.5）的感染，并且自今年年初到1月21日，武汉市总共感染了11,341人（预测间隔为9,217–14,245）。如果武汉市的流行病继续恶化，我们预计到2月4日武汉市的流行病将大大增加（191,529例感染；预测间隔为132,751-273,649例），感染将在中国其他城市建立，进口到其他国家的数量将更多频繁。我们的模型表明，进出武汉的交通限制不太可能有效地阻止整个中国的交通。如果有效减少99％的旅行，那么2月4日武汉以外地区的疫情规模可能只会减少24.9％。

我们的发现严重依赖于支持我们模型的假设以及已确诊病例的时间和报告，并且在此早期阶段与爆发相关的不确定性很大。考虑到这些警告，我们的工作表明，与其他紧急冠状病毒相比，这种2019-nCoV爆发的基本生殖数量更高，这表明遏制或控制这种病原体可能要困难得多。

背景和当前流行情况

2019年12月31日，中国当局警告世界卫生组织（WHO）中国湖北省武汉市爆发原因不明的肺炎。随后于2020年1月7日从患者身上分离出新的冠状病毒株（2019-nCoV）（Tan等，2020）。最初聚类的大多数病例都与活畜市场（湖南华南海鲜市场）具有流行病学联系，表明可能是人畜共患病起源（世界卫生组织，2020a）。但是，病毒的确切来源尚不清楚。尽管这种传播方式的范围尚不清楚，但家庭群体以及医护人员中的感染都证实了人与人之间的传播。 2020年1月21日，世界卫生组织建议可能存在持续的人际传播（世界卫生组织2020b）。

截至2020年1月22日，已确认600余例，其中444例来自湖北省（《纽约时报》 2020a）。在中国其他省份，包括北京，上海和深圳等大城市，以及泰国（n = 4），日本（n = 1），韩国（ n = 1），台湾（n = 1），香港（n = 2），澳门（n = 2）和美国（n = 1）。所报告病例的症状包括发烧，咳嗽和呼吸急促（世界卫生组织，2020c）。在严重的病例中已报告了肺炎，严重的急性呼吸综合征和肾衰竭。据报道，武汉有17人死亡，其中大多数是老年人或有潜在的健康状况（香港卫生防护中心2020年）。

当前的临床和流行病学数据不足以了解该流行病传播潜力的全部范围。在此之际，2019年1月25日农历新年前后，中国境内及境外的出行量均大幅增加.1月10日至2月18日期间，预计将有超过30亿人次出行（ CGTN 2020），这可能会大大增加病毒的传播。

武汉的国内外连接

武汉是一个拥有1100万居民的城市，并通过高速铁路和频繁的商业航班与中国其他城市相连。 2017年1月，武汉出发的旅客预订量为670,417人次，主要目的地是上海（53,214人次），北京（51,066人次）和昆明（40,120人次）（OAG 2015）; 图1.虽然从武汉出发的大多数航空旅行是国内航班（占预订的87.2％，2017年1月），但武汉通过直接和间接航班在国际上互联（Bogoch等，2020年）。

传播模型

我们针对中国城市中2019-nCoV确诊病例和其他国家/地区报告的病例，应用了确定性SEIR人群传播模式在中国主要城市之间及其之间的感染（参见方法补编）。我们模拟了从2020年1月1日起地方当局关闭涉及人畜共患病源的市场的时期（世界卫生组织2020a）。我们仅在模型中考虑了人与人之间的传播，并假设在市场关闭之后，没有进一步的人畜共患病感染加剧了流行趋势。城市之间的耦合遵循从OAG Traffic Analyzer数据库（OAG 2015）访问的2017年1月每月汇总的完整行程旅客预订数据估计的每日调整后的出行率，假设旅客是从原籍人口中随机抽取的。我们估计了传播率和恢复率（传染期的倒数）。基于对SARS（一种相关的冠状病毒）的估计，我们假设潜伏期为4天（Lessler等，2009）。我们还估计了武汉市内的确诊率，以及休市后武汉市内最初的人类感染数。截至2020年1月21日在中国城市和其他国家/地区报告的病例用于拟合。通过预测2020年1月1日至21日之间所有中国城市和其他国家的感染数量并使用R统计语言中的优化函数来使可能性最大化，来实现拟合（R Core Team 2019）。

流行病学参数估计

我们估计武汉市内的传播速率为1.07 d-1（95％CI，1.06-1.09），而我们发现传染期为3.6天（95％CI，3.6-3.6）。我们计算出感染的基本繁殖数𝑅𝑅0为3.8（95％CI，3.6-4.0），高于2003年疫情爆发时估计的SARS平均值（世界卫生组织，2003； Lipsitch等，2003）。。 estimate 0的这一估计值明显大于流行阈值1，这提供了证据表明中国正在发生持续的人对人传播，并进一步表明需要采取协调一致的措施来控制暴发。

我们估计武汉的确诊率是5.1％（95％CI，4.8–5.5），反映出在鉴定新病原体病例方面的困难。鉴于中国一般都能获得医疗保健服务，这表明大多数感染可能是轻度的，严重程度不足以让个人寻求治疗。但是，值得注意的是，许多已确诊的病例已经死亡（疾病控制和预防中心2020），并且实际的病死率尚未准确估算。我们还估计，武汉在市场关闭之时的流行规模为24人（95％CI，22–25）。我们对流行病学参数的估计对我们关于潜伏期长度的假设很敏感。参见图2。

流行预测

使用我们的参数化传播模型，我们模拟了武汉市持续爆发的疫情对中国其他城市的感染和爆发的影响，并通过源自中国的航空旅行在前往其他国家的旅客中产生了感染。我们强调，这些预测是强有力的假设：没有采取任何控制干预措施；驱动流行趋势的关键流行病学变量保持不变；根据我们的出行估计，中国境内和世界其他地区的出行行为仍在继续；最后，我们只考虑乘飞机旅行，不包括陆运，尤其是火车。

我们估计，到2020年1月21日，武汉市自年初以来共有3,493名当前感染者（预测区间为3,050–4,017），共有11,341人（预测区间为9,217–14,245）。我们还估计，自年初以来，在中国其他地区有115例感染（预测间隔为102-131例）。为了进行比较，我们估计1月1日至1月18日在武汉的感染人数为4,764（预测间隔为3,969-5,817）。这与其他已发表的估计（Imai等，2020）相似，并突出了估计的流行病快速增长。

如果该流行病继续在武汉持续增长，我们的模型预测，到14天的时间（2020年2月4日），武汉的流行病将会大大增加（191 529例感染；预测间隔为132751-273649例）。请参见图3A和表1。到中国其他城市的受感染旅行者将在这些城市中引发暴发，并且许多城市将继续发生暴发，其中最大的城市是在上海，北京，广州，重庆和成都（图3B和表1）。到2月4日，进口到其他国家的风险将会增加，最主要的是泰国（d-1的平均进口量为15.0），日本（7.8），台湾（6.3），香港（5.8）；韩国（5.5），美国（4.5），马来西亚（4.1），新加坡（3.2），澳大利亚（2.9）和越南（2.7）；参见图3C。

往返武汉的交通限制的有效性

从2020年1月23日起，中国当局将通过限制航空，铁路和公路的通行来限制进出武汉（《纽约时报》 2020b），这是规模空前的公共卫生措施。我们通过减少适当的航空交通量（分别为50％，80％，90％，95％和99％）来探讨减少往返武汉市的潜在影响。我们的模型预测，到2月4日，旅行次数的减少将分别导致中国其他地区的感染减少12.6％，20.1％，22.6％，23.9％和24.9％。我们的预测与其他有关出行限制的建模研究相一致：减少出行只会延迟疫情到达其他地方，而不能完全抑制疫情蔓延（图4）。需要注意的是，由于我们的模型仅考虑了航空旅行，因此我们并未考虑与陆路运输有关的旅行限制的潜在影响。与SARS和MERS的可传播性比较我们对这种新型冠状病毒的生殖数量的估计高于对SARS和MERS-CoV报道的大多数估计，但与SARS早期数据子集的某些估计相似。对于SARS冠状病毒，估计值介于1.1到4.2之间，大多数估计值介于2到3之间（Bauch et al。2005）。这些估计值代表一系列方法和设置。一些估计来自混合了控制前后时间段的数据。 assumed0的估计值也基于假定的连续间隔而变化（例如，Lipsitch等人（2003年）估计8到12天的连续间隔中𝑅𝑅0在2.2到3.6之间（9）。Bauch等人回顾了基本生殖数量变化的来源。并指出发生疫情的地点𝑅𝑅0大约为3。MERS-CoV的估计值一致较低，沙特阿拉伯的估计值平均值小于1（〜0.5），但随时间的变化较大，有些地区有所增加时间段内，尤其是在医疗机构中（Cauchemez等人，2016年），在每次爆发中加倍时间的简单比较中，也可以看到这种爆发和SARS爆发中传播效率的比较。从4.6天到14.2天（视设置而定）（加倍时间，Td = 6.0（63天为1358，新加坡），Td = 4.6（41天为425，香港），Td = 14.2（185天为7919））（Lipsitch等2003）。使用截至1月22日的确诊病例数（444）并假设爆发于2019年12月15日开始，我们发现倍增时间为4.1。但是，根据我们对1月1日和21日暴发规模的估计（分别为24和11257人），我们估计暴发时间为2.3。我们注意到，这与香港SARS爆发的估计相似（Lipsitch等，2003）。

局限性

我们的模型必然要做出许多假设。我们对这种新型冠状病毒的繁殖数量的估计与特定时间段相关，并在此处分析了数据，随着这种暴发的发生以及更多数据的到来，该措施可能会发生重大变化。此外，我们模型的空间成分仅取决于航空旅行；该模型不包括铁路和公路运输，因此我们可能低估了当地的连通性。我们对武汉出行限制的建模并未考虑随机影响，因此可能会低估出行限制的潜在影响。我们也不会尝试说明控制方面的动态变化或可能影响传播的其他因素，也不会考虑监视和报告工作的变化。

较早的新型冠状病毒（SARS和MERS-CoV）爆发发现了个体之间生殖数量存在实质异质性的证据（Cauchemez等人2016; Bauch等人2005; Chowell等人2004）。在我们的分析中，我们假设生殖数量几乎没有异质性，并且这种假设可能会改变我们估计的生殖数量。另外，随着案例信息的积累，𝑅𝑅0估计趋于减少，尽管在这些期间也可能引入控制措施。我们对𝑅𝑅0的估计可能还反映了监视工作和报告的动态，而不仅仅是流行病的动态。

爆发的关键不确定因素是何时开始。我们选择从1月1日开始对传输进行建模。一旦在武汉确定了疫情，便开始在中国和其他地方进行监视。如果疫情开始得更早，并且国内和国际感染都在一月之前和一月初发生（而监测工作正在加强），那么我们对生殖数量的估计将大大减少。这些预测准确性的威胁在于，是否很大比例的感染是由于多次减少接触动物而引起的。这些数据也可能代表一个高传播时期（由于有利的季节性条件，随机变异或检测大传播群时的选择偏差），该时期将不会长期持续。

总结

我们仍处于爆发的初期，爆发的规模以及有关传播的主要流行病学信息都存在很多不确定性。但是，自从认识到爆发以来，病例增长的速度比在SARS或MERS-CoV爆发中观察到的要快得多。与这些其他突发性冠状病毒相比，这与我们对这次暴发的繁殖数量更高的估计是一致的，这表明遏制或控制这种病原体可能要困难得多。

图1.武汉到中国大陆其他城市和省份的连通性，基于2017年1月从武汉出发的商业航空公司总流量。流量是根据离港预订量计算的。

新型冠状病毒2019-nCoV早期估计和流行预测 - 1