传染病传播预测及控制的关键

        “大量疾病随着病毒的扩散四处传播，生态、环境、气候、人及动植物迁移乃至人的生活习惯等，都是影响其蔓延速度及危害程度的因素。其中，很多环境要素都可以和遥感和地理信息直接挂钩。”遥感科学国家重点实验室主任宫鹏研究员最近以自己的研究证明：随着人类对传染病传播过程认识的不断深入，完全可以利用遥感和地理信息系统建立疾病传播的时空动态模型，准确预测该病在不同防治措施下的传播情况。

        宫鹏和遥感科学国家重点实验室两位客座研究人员——美国犹他大学助教授徐冰、俄亥俄州立大学助教授梁松等一起，针对血吸虫病传播中的一系列关键因素，利用遥感和地理信息系统分别设置参数，建立起血吸虫病传播的时空动态概念模型。他们选择血吸虫病流行区、四川大山区安宁河流域西昌市郊区围绕邛海的227个自然村为研究对象，并用该模型推演出各村从2000年6月15日雨季开始每一天的血吸虫负荷量。

        传染性疾病种类繁多，为什么以血吸虫为研究对象？宫鹏解释，这缘于近年来日益严重的血吸虫病流行及格局——该病目前祸及全球76个国家、危及6亿人口；我国尽管建国以来在血吸虫病控制上取得很大成效，鄂、湘、赣、皖、苏、川、滇七省110个县仍有81万感染病人，受影响人口达6000万，一些传播控制地区出现反弹，一些地区成为新的流行区，血吸虫病随环境变化下一步发展形势引起广泛的关注和忧虑。

        事实上，早在1994年加州大学伯克利分校公共卫生学院教授Bob  Spear与四川省寄生虫病研究所教授辜学广就合作开展了血吸虫病传播控制的研究。尽管血吸虫独特的生命周期早已成为常识——它经过卵、毛蚴、尾蚴、成虫等发育阶段，中间宿主是钉螺，终宿主是人或耕牛等其他动物——他们仍然很快发现，血吸虫病的流行与传播是一个异常复杂的时空过程，于是邀请当时在加州大学伯克利分校从事教学的遥感与地理信息系统专家宫鹏加盟。

        宫鹏带领研究生和合作者们，一起把血吸虫传播研究推进到新的阶段，其间先后培养了徐冰、梁松等5名博士。1998年，宫鹏成为国家自然科学基金委30位杰出青年科学基金(B类)首批获得者之一，在基金支持下从事生物遥感研究；他1999年被聘为中国科学院首批海外评审专家(33位)，2004年被科技部聘为首批海外顾问专家(9名)，同年回国参与建设中国科学院遥感应用研究所、北京师范大学共建的遥感科学国家重点实验室，与徐冰、梁松、辜学广等继续合作，共同承担科技部“十五”攻关项目“中国血吸虫病早期预警系统的应用研究”和自然科学基金预防医学领域首个重大项目“基于现代信息技术研究传染病时空传播与流行规律”的子课题。

        宫鹏等充分考虑血吸虫不同发育阶段需要的特定环境和成长特点——例如，血吸虫卵需在温度适当的水中孵化成毛蚴，毛蚴必须在48小时内寄生到钉螺体内才能成活，等等——在所开发的血吸虫病传播时空动态模型中，引入血吸虫在人体内的发育时间、钉螺死亡率、尾蚴产量等13个参数，根据实际情况规定了严格的取值范围。

        宫鹏介绍，预计病毒扩散及在新区域流行传播可能性的研究，需要经过如下三个阶段：首先，鉴别病原微生物，认清其在宿主间的传播途径；其次，测量并定量描述该病的时空分布模式，特别是分析其分布与气候变动、植被演替、大气和海洋循环等环境因素之间的关系；最后，深入了解其传播的动态过程，建立流行病学模型，根据现实数据不断改进、提高模拟精度。在很多研究中，三个步骤特别是后两个步骤通常脱节，宫鹏等正是由于在第二步引入遥感和地理信息系统，用其成功测量、标识当地血吸虫的时空分布模式，才使研究步骤连贯起来，取得了良好的研究结果。

        地理信息系统的作用，在于定量描述研究区域的空间连接性和相邻自然村间的交互作用。研究人员在地理信息系统中计算各自然村的几何中心点位置，确定各村之间的距离；按照自然村中心点间的高程确定沟渠水流方向，确定毛蚴、尾蚴的输出输入关系；计算各村接壤的邻村数，以表示村与村间的空间连接性；等等。而遥感技术则用于估算钉螺密度。2004年，他们开发出一种技术，利用遥感测得的多光谱影像和数字地形高程，划分出十几种土地利用和覆盖类型，结合野外实测的钉螺密度数据，制成整个研究区的钉螺密度分布图。两大信息系统的结合，使血吸虫病传播时空动态模型的构建成为可能。

        十一年来的研究取得了丰硕的成果。宫鹏等建立了西昌川兴试验区血吸虫病GIS数据库，并在该平台的基础上对试验区水利灌溉网络进行了初步分析，建立了血吸虫病的传播动力学模型。利用网络分析探讨了流行村组之间的相互影响及其对动态传播的影响。接下来的研究进一步扩展到西昌安宁河流域、四川长丘山区和德阳丘陵区，利用先进的全球定位系统等空间数据采集设备，对钉螺孳生范围进行制图，对人群疫水接触点进行定位。

        宫鹏指出，传染病预测研究目的直指应用，因此与无控制时空动态模拟相比，人们更需得到的是各种干预措施可能对血吸虫病传播带来的效果。例如，假设现实条件只允许每年给五个村的居民服药一周，那么给哪五个村服药控制效果更好？该模型模拟结果显示，在尾蚴和毛蚴存留率低、有效邻村数多的五个村给药，比单纯在血吸虫负荷量最大的村给药效率提高25%，说明治理血吸虫病应综合考虑空间关联、血吸虫负荷量等因素。此外，关于最佳服药时间等问题，都可通过模拟找到最好的决策。

        “上述结果证明，我们提出的血吸虫病时空动态概念模型可以实现，遥感和地理信息系统是该模型空间动态模拟不可缺少的组成部分，这类模型辅助空间决策可以使血吸虫病控制更加有效。”宫鹏介绍，他们已基于上述研究成果，与武汉大学测绘与遥感工程国家重点实验室合作，开发了具有自主知识产权、适合县及县以上血防机构的“血吸虫病控制管理地理信息系统”软件。同时开始将血吸虫病研究区域拓展到长江下游湖区，并开始研究疟疾、禽流感等其他传染病的时空分布。

        宫鹏最后强调，血吸虫病时空动态概念模型要进入实用，还需要做一系列的验证工作：首先要进一步深入研究血吸虫中间宿主钉螺密度估算的方法，使其更能充分利用越来越多的不同分辨率的遥感数据；其次，应继续开展多种流行因素及多尺度的空间关联性研究，将目前村级行政单元的空间关联性扩展到自然流域和县及以上的空间尺度；第三，必须通过更多实测数据，进一步完善校验、模拟机制；最后，有必要在模拟比较选择各种血吸虫病控制的最佳时机、最佳地点方面作更多尝试。

        他们相信，随着研究的不断深入，遥感和地理信息系统技术还将在鼠疫、肾综合征出血热等传染病传播模拟和控制决策中发挥至关重要的作用。 (责任编辑：泉水)

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