复旦公卫研究:对于中国 Omicron 流行情况的建模预测

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复旦公卫研究:对于中国 Omicron 流行情况的建模预测

发布日期:2022-05-13 11:44    点击次数:132
5 月 10 日,复旦大学公共卫生学院在 Nature Medicine 发表了一篇 Omicron 在中国流行的建模文章(该文章于 2022 年 3 月投稿)。该研究设计了一个针对 2022 年 Omicron 在上海传播初期经过校正的病毒传播年龄分布的易感-潜伏-感染-感染结束-易感 (SLIRS) 模型,以预测新冠感染负担(即病例数、需要住院和重症监护的患者数。此外,该模型还考虑了以下因素:特定年龄的疫苗覆盖率数据,疫苗对不同临床终点的保护力(预防感染、住院、重症、死亡),疫苗保护力减弱,不同抗病毒疗法和非药物干预措施(NPI,如戴口罩、减少聚集、加强检测、保持社交距离等)的效果。该研究结果表明,截至 2022 年 3 月,我国的疫苗接种水平形成的免疫屏障并不能有效防止 Omicron 感染高峰,导致严重医疗资源耗竭,ICU 需求数峰值将是现有 ICU 数量的 15.6 倍,可能导致 155 万人死亡。通过确保疫苗接种覆盖、增加抗病毒疗法可及性、确保维持非药物干预措施(NPI)的实施可以避免医疗系统的崩溃。这表明疫苗接种、抗病毒治疗、NPI 综合措施应该成为后续疫情防控的重点。以下为该论文内容编译。引言自从 2021 年 11 月在南非首次发现 Omicron 变种后,该毒株已快速传播到世界各地,并取代 Delta 成为主流毒株。目前已经证实 Omicron 具有更高的传播性和免疫逃逸能力,此前的疫苗及干预措施带来的保护效果减弱,这些特征导致了 Omicron 在各国的流行。尽管 Omicron 导致的临床严重结局的风险低于 Delta,但 Omicron 导致的感染总数已经导致了全球范围内的医疗资源紧张(包括美国和英国)。以英国为例,Omicron 波导致的感染率高于当地 2021 年冬季的第二轮疫情( 2022 年 1 月 14 日至 2 月 4 日期间每周报告超过 1000 人死亡)。中国在 2020 年初控制湖北首波疫情后,采取了许多 NPI 措施来避免新冠疫情的暴发(主要来自境外输入),在整个大流行期间保持了普通人群的低感染率,为中国提供了大规模接种新冠疫苗的时间窗。截至 2022 年 4 月 18 日,我国 91.4% 的 3 岁以上人群完成疫苗全程接种,其中 53.7% 完成加强针接种。但疫苗带来的人群免疫力可能并不足以预防新冠疫情的暴发。2022 年 3 月 1 日至 4 月 22 日,中国报道超过 50 万例本土 Omicron 感染,其中大多数(约 93%)在上海。为了应对更强传播性和免疫逃逸的毒株,中国采取了动态清零政策,包括一系列快速识别感染者并阻断传播链的措施。截至 2022 年 5 月,已有两款抗病毒药物在国内获批:BRII-196/BRII-198,奈玛特韦/利托那韦组合(即 PALOVID)。本研究中,我们探讨了将防疫重点转变为缓解疫情,采用新冠化解策略的可行性。我们基于 2022 年上海的 Omicron 疫情数据,模拟了中国的 Omicron 疫情趋势,预测对病床及 ICU 资源的需求量,并探索结合疫苗接种、抗病毒疗法、NPI 的防控措施,避免医疗系统的崩溃。研究结果我们模拟了没有 NPI 干预和抗病毒治疗的基线情况。具体模拟条件如下:1、在 2022 年 3 月 1 日向中国人群引入 20 名 Omicron 感染者;2、模拟初期设置病毒 R 值=3.9,考虑到后续人群疫苗接种覆盖,R 值降低到 3.4(在采取严格的管控措施前);3、每天实现 500 万剂灭活疫苗接种(直到达到后续公布的人群接种量);4、90% 完成疫苗接种人群会在 6 个月内接受加强针;5、同源加强针和异源加强针能产生相同的保护力;6、没有抗病毒治疗。模拟基线结果表明,在没有 NPI 干预的情况下,2022 年 3 月进入中国的 Omicron 可能导致出现病例海啸。在 6 个月的模拟期内,预计出现 1.122 亿例感染者(每 1,000 人 79.58 例),510 万住院人数(每 1000 人 3.60 人), 270 万 ICU 患者(每 1000 人 1.89 人)和 160 万人死亡(每 1000 人 1.10 人),其中2022 年 5~7 月是病例新增高峰(图 1~2)。图 1:基线情景下模拟中国预计 Omicron 负担(2022 年 3 月至 2022 年 9 月)根据模型,接种疫苗人群中 41.3% 会成为非重症住院患者,28.2% 需要进入 ICU。大多数非重症住院患者为成年人群 (18-59 岁 26.6% , 60 岁以上 59.1%),超过 90% 的 ICU 患者为 60 岁以上人群(图 1)。尽管未接种人群比例仅占总人口 12.1%,预计大多数死亡病例(76.7%)都来自未接种疫苗群体,且 74.7% 来自 60 岁以上未接种疫苗人群(图 1)。除了对全国平均水平进行分析外,我们比较了上海、山东、山西三地的情况,结果表明各地具有很大的差异性。如,上海预估的每 1,000 人的死亡人数为 1.79(截至 4 月 15 日,62% 的 60 岁以上人群完成疫苗接种,38% 接种加强针),山东预估死亡数据为 0.84(≥60 岁人群疫苗接种率更高,89.16% 完全接种疫苗,72.45% 接种加强针) (图 2)。图 2:不同年龄组感染结局(中国整体、上海、山西、山东)为了评估 Omicron 流行对全国医疗系统的影响,我们默认所有新冠住院患者都需要呼吸系统病床、所有重症病例都需要入住 ICU,估算结果显示,在 Omicron 流行高峰期,预计全国需要 157 万张呼系统疾病病床,低于我国现有数量 310 万张;但 ICU 床位需求高峰(100万)将达到我国现有床位数量(64000)的 15.6 倍,且 ICU 床位短缺期将持续 44 天(图 3 )。图 3:预计床位与 ICU 资源需求情况在地区分析中,上海、山西、山东均会发生 ICU 床位严重短缺的情况(图 3 )。如果我们按照乐观的疫苗保护力进行估算,预计全国住院人数增加 77.3%、ICU 入院人数增加 62.1% 和死亡人数增加 50.2%。单一干预措施的影响我们分别评估了三种疫情手段的影响:1、疫苗接种(包括异源加强针和提高 60 岁以上人群疫苗接种覆盖率)未接种疫苗者的疫苗接种覆盖率。2、抗病毒疗法。3、NPI。通过增加老年人群疫苗覆盖率(为所有符合条件者接种疫苗,包括全程接种与加强针接种),能够将住院人数下降 33.8%、ICU 入住人数降低 54.1%、死亡人数降低 60.8%(图 4)。图 4:按照乐观的疫苗保护力进行估算,不同干预措施对新冠负担的影响在没有 NPI 干预的情况下,假设有症状患者中 50% 可以得到 BRII-196/BRII-198 治疗(降低 80% 住院和死亡风险),那么预估总住院人数可能降低 36.5%,总 ICU 入住人数降低 39.9%,总死亡人数降低 40.0%。 如果所有有症状患者都可以服用 奈玛特韦/利托那韦组合治疗(即 PALOVID)组合(降低  89%  住院和死亡风险,国内已获批),那么预估总住院人数可能降低  81.2%,总 ICU 入住人数降低 88.8% ,总死亡人数降低  88.9%(图 4)。我们随后模拟了引入不同级别 NPI 的影响(有疫苗接种,但没有抗病毒治疗):1、如果采用全国学校停课措施,虽然能让总感染人数减少 3.5%,但整体新冠负担并没有降低,因为主要感染人群为老年群体。2、全国学校停课+关闭所有工作场所:住院人数降低 23.8%、ICU入住数降低 13.1%、死亡人数降低 22.4%。其次,我们模拟了 NPI 措施能够相同程度减少不同年龄组感染风险的情况,在这种情况下,只有采用让新冠病毒 Rt≤2 的 NPI 措施才能减少新冠负担(住院率降低 40.1%、ICU 入住数降低 33.4%、死亡人数 48.6%(图 4)。但以上所有模拟措施都无法将我国新冠死亡人数降低到年度流感相关死亡人数水平(88000 例/年)(图 4),且 ICU 需求为实际容纳量的 1.7~14.8 倍(图 3b)。考虑到关闭所有学校和工作场所以及实施严格的 NPI 以将 Rt 降低到 2 会导致超出预测窗口(6 个月),因此本分析未评估以上措施的最终影响(图 3b)。综合干预措施的影响以上三种单独的干预的干预措施都无法将死亡人数减少到流感水平或避免 ICU 挤兑(图 3~4),因此,我们评估了综合干预手段的影响,即同时提高疫苗接种覆盖率、提供抗病毒药物治疗、NPI,在这种情况下,不会出现医疗资源耗竭或 ICU 挤兑的情况,死亡人数将降低至与季节性流感相当。综合干预的关键是增加老年人群的疫苗接种率和抗病毒疗法的广泛应用,如果这两点无法满足,则需要依靠能够令 Rt≤2 的 NPI 干预措施,防止医疗系统崩溃。总结与讨论通过对新冠病毒传播模型的模拟,我们的研究表明,如果中国不采取动态清零策略,Omicron 将造成严重的新冠负担。在截至 2022 年 3 月我国疫苗接种水平形成的免疫屏障情况下,Omicron 可能导致住院人数、ICU 入住数和死亡人数大幅增加,导致医疗系统崩溃,ICU 需求数峰值将是现有 ICU 数量的 15.6 倍, 如果任由 Omicron 在中国大陆不受控制的传播,我们预计 6 个月内每 1,000 人中有 1.10 人死亡,相比之下,美国在2021 年 12 月 15 日至 2022 年 4 月 15 日(即当地 Omicron 流行期间)报告的死亡数据是 187,372 例(即每 1,000 人中有 0.38 人死亡)。我们估计,中国死亡人数中 77% 来自未接种疫苗人群,且其中大多数为老年未接种人群(5200 万人),这样类似的趋势已经可以在香港地区第五轮疫情中观察到。如果老年人疫苗接种率显着增加(97%),且 50% 及以上的有症状感染者能够接受抗病毒治疗,ICU 的高峰入住率将不超过实际承载能力、总死亡人数降低至与季节性流感相当。在没有实现这两个条件的情况下,为了避免医疗系统崩溃,最乐观的策略似乎是严格依赖 NPI 措施。中国是一个高度多样化的国家,东部沿海有特大城市,西北部有农村地区,这种差异也体现在各地的疫苗接种覆盖率、人口结构、医疗资源等方面。综合这样的差异,我们的模型预测显示中国不同地区新冠负担有很大的不同。根据预测,上海地区人群可能面对比山东、山西等其他地区更严重的新冠负担,这种负担的差异主要来自 60 岁以上老年人群,且老年人群的疫苗覆盖率更低。这一结果证实了扩大老年人群接种、针对特殊人群制定免疫策略的重要性。研究局限性:1、假设死亡率在预测期内保持不变,但研究表明医疗资源高度紧张时期,死亡率可能增加。2、当前与 Omicron 流行病学特征、临床严重程度、抗病毒疗法有效性等研究仍不完全清楚,为此我们进行了广泛的敏感性分析,以探索不确定性影响的模型参数。3、暂时没有各地区的抗病毒治疗数据,因此未纳入分析。不同地区抗病毒疗法覆盖的差异性,可能扩大各地新冠负担的差异。总而言之,如果 Omicron 暴发持续增加,尽管我国截至 2022 年 3 月已实现 ≥90% 的疫苗接种覆盖率和 ≥40% 的同源加强针覆盖率,我们预计中国的医疗保健系统将由于 ICU 的严重短缺而崩溃。随着流感季节到来,应该持续强化增加老年人疫苗接种覆盖率、提供可及的抗病毒治疗、实施严格的 NPI  (如戴口罩、加强检测、保持社交距离和减少聚集),防止医疗系统崩溃,降低死亡人数。从长远来看,改善通风、加强重症监护资源储备、研究新型高效疫苗提供持久免疫保护力是重要措施。策划:gyouza|题图来源:文献截图丁香园招聘1. 新媒体运营实习生(丁香园)独立运营丁香园公众号丁香早读栏目协助运营丁香园公众号工作地点:杭州点此直接投递简历2. 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