为何COVID-19的"超级传播者"从无到有,且呈现无限扩张的趋势?

首先,超级传播者(super-spreader)的定义是什么?

超级传播者指具有极高传染性的带毒者,比正常带毒者更容易传染他人,从而易于导致疫情大规模暴发。目前,对于超级传播者尚无统一的定义标准,取决于流行病的不同属性。世界卫生组织(WHO)于2003年将SARS超级传播者定义为将病毒传染给十人以上的感染者。不少超级传播案例会表现出典型的80/20法则,即20%的感染者导致80%的疫情传播[1]。

其次,超级传播者的本质和机制是什么?

行话称为无标度网络,可以解读为在一个网络的很多节点中,几个关键节点即集散节点(hub)决定了网络的运行。一旦病毒传播到这种节点,就能够迅速扩散,此节点就是超级传播者(图1 )。最典型的是经过多地的旅行者,拥有在不同集群(cluster)中传播的能力,从而导致远距离的快速传播[2-3]。

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▲图1 当年SARS在香港和加拿大、英国、新加坡的流行,最终都能追溯到一个来香港参加宴会的广东医生(患者1),通过一系列超级节点(患者6,35,130,127)传播

在流行病学中,病毒的"传染能力"通常用基本再生数RO(basic reproductive number)表示,它是指在没有干预的情况下,在全部易感人群中,一个患者平均可以传染的人数。换句话说,就是在自由传播的情况下,一个病人平均能感染多少人。RO能反映传染病在不加控制时的内在传播能力,也能为公共卫生政策提供参考。多项研究[4-5]发现,COVID-19与SARS的RO相当,其传染能力也相当。值得注意的是,超级传播者的出现让SARS疫情控制变得更为容易,只要找到这些人并将他们隔离,疫情就容易控制了。COVID-19的情况也是如此。

其实,定义超级传播者不能单单依靠其传染的人数来做判断,还要考虑病原体及疾病的作用方式,患者所处的环境及其在有限时间内的活动等。一般来说,商务旅行者、商业店铺人员、聚会的宗教人士、医护人员等更易传播病毒。例如,据新近《柳叶刀》杂志报道[6],呼吸道感染是朝圣者中最常见的疾病(占朝圣者的40%–90%),且朝圣者之间由于参加宗教仪式而缺乏社交距离,这增加了他们感染和传播呼吸道疾病的风险。

第三,超级传播者的传播模式都是一样的吗?

回答是差异非常大,尤其是不同的病原体(细菌vs 病毒)。

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图2 1909年"伤寒玛丽"在报纸上的插图

医学史上著名的人物-"伤寒玛丽(Typhoid Mary)"不是重症患者,甚至连轻型病人也不是!她是美国发现的第一位无症状伤寒杆菌带菌者(无症状感染者),她终身携带伤寒杆菌,却从未出现过伤寒症状,先后感染了至少51人,其中3人因此死亡(图2)。值得一提的是,她作为家庭厨师却从不洗手的坏习惯(即便是上卫生间以后)使这些病菌通过粪-口传播,导致多个家庭被感染,这便成为长期以来欧美国家民众重视洗手的重要原因。然而,这一原则用到SARS和COVID-19则完全无效,手卫生堪称楷模的西方人包括VIP大批感染,有力地证明不同疾病的入侵门户不一样。

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图3 1918年西班牙流感的传播路径

有史以来最具破坏力的传染病大流行即1918年的西班牙流感,起始于美国福斯顿军营中的0号超级传播者——列兵阿尔伯特·吉特切尔(Albert Gitchell)。巧合的是,他是一名厨师,即炊事班战士。1918年3月早上,他不明原因出现头痛、发热等症状,军医本以为他只是感冒,但之后的情形急转直下,症状相似的病人开始一个接一个地往医院送,到中午已有107人住进了病房。3天内军营中的患者增加到了500多人,3周后则增长到了1100人。此后,流感病毒跟随8万多名美军一起被送往了欧洲战场,加上病毒变异,成为全球20世纪初最令人胆寒的杀手(图3)。不难设想,经过100余年以后的当今,西班牙流感如果再现,通过现代化的交通工具其传播无疑将会更快、更强、更远。

关于超级传播者的传播模式,国内外未见分类意见。我们分析资料,认为根据传播链上的超级传播者人数,不外乎"单人"和"多人"两种(图4)。图1 中的患者1属于前者,而患者6,35,130,127属于后者。其中"单人"的第一个称为原发,后面出现多人则为继发。两种类型的分布与病毒的特性、含量、传播特性都有关系,危害显然是后者强于前者,且取决于每个感染者的传播能力。如果超级传播者普遍存在的话,其传播威力就会大很多,所以COVID-19很可能就是后者为主的类型。这使我们想起的当年在中国红极一时的前南斯拉夫电影《瓦尔特保卫沙拉热窝》,电影结束时的两人之间的一问一答,问题:在沙拉热窝瓦尔特究竟是谁?回答:整个城市就是。


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图4 超级传播者的两种传播模式 :"单人"和"多人"两种

第四,SARS与COVID-19疫情中的超级传播者各有何特点?

让我们复习一下二者的主要例证。先谈谈SARS的"超级传播事件":

号称毒王级的SARS 超级传播者海鲜商人周某,2003年大年二十九因明显的高烧和咳嗽症状住进了广州中山二院,两天后通过呼吸道把病毒传给了30多名医务人员。之后被转入了中山三院,救护车的两名医生、两名护士和一名司机被传染。在中山三院又传染了大约20多名医务人员,整个医院的传染病区几乎因他而陷入瘫痪。之后,周某又被转入广州市第八人民医院,在那里病愈出院。

然而,事情并未结束。2003年2月15日,中山二院的一位感染者(刘某医生)从广州到香港, 参加侄儿的婚礼。当时,刘的很多同事已经病倒,但他本人只是觉得有些不适,和夫人坐了三小时大巴到达香港,并入住了位于九龙窝打老道75号的三星级酒店九龙维景酒店,当晚刘医生发病,出现高烧、咳嗽、喷嚏,在九楼的走廊上呕吐。第二天,刘医生离开了酒店,住进了附近的香港医院,3月4日,刘医生经医治无效死亡。不过,他住过的酒店已经成了SARS向全球传播的最大中转站。在那里,病原至少被传给了16位酒店住客,并由这些人把疫病扩散到了全球……从而启动了一系列国际上的广泛传播,所以有"一个人,一部电梯,一个宾馆,一个小区,一架飞机"之说(图5)[7]。

其后,在香港进一步发生了两起以上超级传播事件。一名26岁男子因肺炎于2003年3月4日收入威尔斯亲王医院,一项临床操作系支气管扩张器,加上医院过度拥挤和过道的通风系统,助长了病毒的传播。两周内医院工作人员、病人和来访者156人感染送进了医院, 其中138人被诊断出患有SARS。

另外一起暴发的患者为一名因慢性肾衰竭而接受血液透析的男士,据报道,在他所居住淘大花园E座的数间浴室内,连接垂直排水管与卫生固定装置的隔水阀未能正常运作,易产生气溶胶,从而将病原体传播到浴室。此外,居民在许多浴室安装的强力窗户风扇产生了显著的负压,放大了气溶胶回流,结果导致329人受感染,42人死亡。这些病例集中在特定的楼层,其模式用简单的人传人是无法解释的。这次暴发提示,在探索病原体在空气动态传播时,应考虑室内空气质量和建筑物通风的重要性。此外,还表明在某些个体中,免疫系统缺陷可能会增加病毒载量,使他们成为超级传播者。

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图5 超级传播者在MERS和SARS传播中的作用[7]

SARS期间北京一超级传播者徐某为山西太原人,于2003年 2月15日到广东进货被感染, 2月28日一家到北京301医院就诊,后转院302医院,她的父母、弟弟及弟媳先后被感染住院,父母先后身亡。 此后一个月之内,302医院传染病病区的40余名医护人员中,有30多位感染。一周后,探视她的舅舅也开始发烧,到北京佑安医院看病,随即感染了那里的医护人员和患者,亦形成了一条超级传播链。

2003年4月15日,一名冠心病、II型糖尿病和慢性肾衰竭的54岁男性到天津平津医院就诊,当天入院后出现发烧、肌痛和喉咙痛,一名医生根据病人在另一家医院有过SARS接触史,疑诊为SARS;4月17日转至天津胸科医院治疗2天,4月19日再次转至天津传染病医院,抢救无效死亡(图6)。然而,在平津医院,该患者直接感染了33人。这起案例提示,长期患病或患有糖尿病、肾病等慢性疾病的老年人易于变成超级传播者[8]。

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图6 天津医院与SARS暴发相关的传染链

再谈谈COVID-19的超级传播事件:

韩国"31号确诊病例"为新天地教会信徒61岁女性,一人传播277人。截至2020年2月22日,韩国在过去17小时内新增的142例COVID-19病例中,有131例发生在大邱和庆尚北道地区,其中38例与当地宗教组织新天地大邱教会有关,92例与发生医院内集体感染的庆尚北道淸道郡大南医院有关。新增确诊病例集中暴发的大邱市和庆尚北道地区,均与这名"31号超级传播者"及当地新天地教会的集会活动密不可分。这正是由于"31号确诊病例"无明显症状,持续的排毒和到处活动,造成了大面积的人员感染。

3月8日美国疾病控制与预防中心(CDC)公布一项调查,芝加哥一名男性超级传播者,该先后通过参加葬礼、聚餐及生日晚会,致使大约16人被感染,年龄在5岁至86岁之间,其中至少10人被该男子直接传染,已有3人死亡。

3月22日在沙特西部麦加发现了72例新增病例,均为土耳其国籍,他们确诊时在同一个酒店居住,此前该酒店曾有确诊病例居住,这也意味着沙特境内首次发现超级传播者。

据英国广播公司(BBC)3月27日报道,印度北部旁遮普邦一名70岁男子在死后被发现感染COVID-19,该男子在去世前曾进行大量社交活动,其中旁遮普邦所有确诊病例中的28例都与他有直接接触,也包括他的19名亲属,为防止疫情扩散,旁遮普邦隔离了24个村庄的约2.6万名居民,但隔离的居民中有多少被感染等待进一步监测报道,不过这表明印度亦已经出现了超级传播者。

在3月初,冰岛发现一个滑雪度假团有15人感染了SARS-CoV-2,回溯病毒源头后发现应该是在Ischgl感染的。Ischgl的超级传播者造成了数十人感染。根据4月2日奥地利卫生部发布的消息,真正的首例病例应该发生在2月5号,源头是一位瑞士游客, 其SARS-CoV-2检测结果为阳性。

1月20~22日,英格兰确诊的"三号患者"沃尔什参加了109人的行业会议,与他一样来自海外的与会代表共有94人,其中包括一位来自武汉的参会者。会议结束后,该男子登上飞机前往了海外之行的第二站——勃朗峰附近的法国滑雪胜地。1月24日至28日,他与多位英国籍人士在雪地坡顶的木屋里度过了五天时光。28日当天,他乘坐从日内瓦飞往伦敦盖特威克机场的航班返回英国,当时机上还载有其他183名乘客与6名机组人员。回到家后,他曾在当地社区中心参加了瑜伽课,还在2月1日晚去了一家酒吧小酌。2月4~5日,马来西亚与韩国先后确诊了1例与2例与该会议有关的病例。直至新加坡会议中有人确诊的消息传来,他才意识到自己有可能感染了SARS-CoV-2,随即向公共医疗机构报告,并立即转移至NHS高危传染病(HCID)专业治疗中心接受治疗。结果导致英国、西班牙及法国三国11人感染。

媒体所称的郑州"毒王"郭伟鹏7天途径8个城市飞4个欧洲国家看球,全程他共坐了6趟航班,1趟高铁,在上班期间又搭乘了郑州的地铁1号线和5号线,这期间他所接触的人,无法统计,难以预估,然而,其中43名接触者皆为阴性,并未成为超级传播者,这可能系因其病毒携带量较少,达不到感染所需的阈值,故其所谓"毒王"称号并不合适。同期, "晋江毒王"张XX导致4000人被隔离,有7人确诊感染COVID-19,但隔离的4000人中最终有多少人被感染有待报道,"晋江毒王"的称号不够标准。

这次新病毒SARS-CoV-2,全球感染人数远远超过SARS,特别是欧美国家更为突出,超级传播者在其中扮演的角色日益引起重视。可以肯定的是,目前在防控认识上仍然存在不足:①较长时间认为COVID-19病情温和,病死率低,从而不重视超级传播的风险;②对传染病的溯源工作不够细致,认识上经过"不传染→有限传染→传染→高度传染"的4级跳;③认为危重病人是传染的主要来源,而忽略了真正的高危人群,实际上后者接触人群要广泛很多,且不易防控;④低估了COVID-19的传染性及超级传播的普遍存在;⑤没有把握好入侵门户这一关,重洗手而非戴口罩,后者在欧美国家问题突出。

第五, 为什么对COVID-19疫情中的超级传播者认识过程这么长?而且西方国家未能利用我国的经验?

针对COVID-19疫情,直到2月中旬,国内有一些文章专门采访和讨论:为何至今没有发现超级传播者?钟南山院士的回答是:不排除超级传播者的存在,但是可以避免。

从专家角度看,多年来的公认意见是,如果有医护人员染病可视为人传人的发生,若进一步出现家庭聚集性病例、医院内感染,抑或社区性暴发,就要高度怀疑超级传播者的存在可能。实际上,上述三种情况在始发地武汉的早期已经先后出现,例如,去年12月一名71岁的老人就传给14(15)名医务人员,而且一名医生就同时经管了来自4个家庭的16名病人,至于社区性暴发更是比比皆是。因此,有关处理上做到透明性、警惕性、有效性和快捷性都很重要。

当时有不少人指出,本病无症状感染者所占的比例非常低,携带的病毒数量也比较少,传播的危害是比较小的,不会成为超级传播者;超级传播者"从历史来看都是属于重症患者"。

值得注意的是,虽然通常认为无症状感染者携带病毒数量比较少,但据此认为他们不会成为超级传播者这是值得商榷的,有不少病人实际上处于潜伏期,在早期流行阶段发生超级传播的可能性较大。反观重症患者,超级传播者还不一定多,这主要系因重症患者主要通过医生护理人员传播,这在SARS早期不知情的情况下是极为可能的。然而,一旦认识了解并采取有效防范措施,让患者住进了隔离病房,防范措施严密,接触的人非常有限的,显然反倒不容易传播了。

由此可见,高免疫力以及免疫能力较弱的人均可能成为超级传播者。前者无明显症状,活动空间大,在日常生活中接触很多人,无意间造成大面积传染;后者体内所复制的病毒则较常人更多,即使减少日常活动,也很容易传染给身边更多人。

第六, 如何总结COVID-19疫情中的超级传播者的经验?

通过复习大量文献[9]与历史经验,我认为超级传播者需要三个基本条件:第一,感染者需要在上呼吸道积累到一定数量的病毒;第二,呼吸道要开始排出一定数量的病毒;第三,短时间内无保护情况下反复接触多名易感者。符合前面两个条件的感染者很多,但是没有在短时间内反复接触多人,仍然不一定能变成超级传播者,例如本次疫情中武汉"硬核"大学生,就选择自我隔离这一方式,避免了传染他人;西藏唯一一例SARS-CoV-2感染者,途中采取有效防护措施,成功避免了传染他人。对于危重病患者,可以达到前面两个条件,且呼吸道往往排出大量病毒,但是不一定在短时间内反复接触多人。由于病情重,接触的除了家属,就是医务人员,这就取决于接触者的防护措施。按照我国的情况,始发地(武汉到湖北)和继发地防护措施是从无到有,就会出现巨大差异。

值得注意的是,在疫情如此重的情况下,欧美国家所推崇的群体免疫,甚至建议不戴口罩,这完全是为超级传播创造有利条件,完全是本末倒置,从而导致欧洲小国疫情失控,无力应对也只能被迫放弃,正所谓"存人失地,人地皆存;存地失人,人地皆失。"

因此,面对历史留下的教训,应清楚认识到超级传播者不一定都是属于重症患者,而无症状感染者同样可以能成为超级传播者,且已经在本次疫情充分证明其为最主要的蔓延原因。

遗憾的是,目前我们所发现和定义的超级传播者,全部来源于对已经发生过的传播事件的分析,并没有一种方法指导我们预先判断谁将会是超级传播者。值得注意的是,超级传播者并不等于超级传播事件,目前根据以往病例及SARS-CoV-2致病作用机制等特点,推断超级传播事件具有以下几个特点:

①机体的免疫状态(图7):对于一些免疫力低下的人群,如合并其他基础疾病的患者尤其是老年人,病毒在体内的复制能力较强,在咳嗽和打喷嚏时释放的病原体则更多,例如号称毒王级的SARS 超级传播者海鲜商人周某因症状明显入院,通过传染给医生护理人员。而有些感染者体质较好,免疫系统对病毒"高度耐受",自身没有特殊症状,日常生活自如,也可能会在无意间感染更多人,例如将SARS-CoV-2传染给3国11人的英国男子,就曾在短期内往返于新加坡、法国、英国多地,累计接触过几百人;韩国大邱新发现的超级传播者,也曾两次前往"新天地"教会做礼拜,共接触1001人,目前至少有458名确诊患者,被查出与大邱教会有关联,被韩国官方认定为超级传播事件。这种程度的人群密集接触,有时会比自身的传染力更可怕。

②行为特点:在目前交通便捷的时代,喜欢旅游出行的患者还没出现症状,病原体就搭着飞机高铁到处跑。

③环境因素:相对封闭和人口密集的场所容易出现超级传播者。此外,医务人员因工作原因会接触大量易感人群,若是被感染,也容易成为超级传播者。

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图7 免疫力低下vs无症状者的超级传播者

总之,虽然在超级传播事件中超级传播者是扳机,但是并非唯一决定因素,传播链上的不同宿主行为及其生活环境都会对超级传播事件产生一定的影响。尽管限于目前的技术手段,事前无法判断谁是超级传播者,但是我们可以控制超级传播事件中的另外两个因素即宿主行为和环境。因此,对于新出现且尚留给人们很多未知因素的COVID-19,它的无症状感染者的传染性在尚未完全确定之前切不可大意。由此可见,保持警惕,信息透明,追踪传染源,实施积极的监测和隔离措施,限制医院间的转诊,隔离疑似和确诊病人,均可有效预防进一步疫情传播。为了避免猝不及防的超级传播事件,实际上非常简单,只要人人正确戴口罩,保持适当距离,超级传播现象就会有效控制,且通过复习文献和媒体报道,还从来没见过SARS 或COVID-19有双方都正确戴口罩而发生超级传播现象的报道。



参考文献

1. Watts, DJ, Peretti JM. Viral marketing for the real world (Harvard Business School Publishing, 2007).

2. Christakis NA, Fowler JH. Social network sensors for early detection of contagious outbreaks. PloS one, 2010, 5(9): e12948 .

3. Lloyd-Smith JO, Schreiber, SJ, Kopp P, et al. Superspreading and the effect of individual variation on disease mergence. Nature, 2005, 438(70660): 355–359.

4. Riley S, Fraser C, Donnelly CA, et al. Transmission dynamics of the etiological agent of SARS in Hong Kong: impact of public health interventions. Science, 2003, 300(5627): 1961-1966.

5. Li Q, Guan X, Wu P, et al. Early transmission dynamics in Wuhan, China, of novel coronavirus-infected pneumonia. N Engl J Med, 2020, 382(13): 1199-1207.

6. Memish ZA, Ahmed QA, Schlagenhauf P, et al. No time for dilemma: mass gatherings must be suspended. Lancet, 2020, S0140-6736(20): 30754-30756.

7. Wong G, Liu W, Liu Y, et al. MERS, SARS, and Ebola: The role of super-spreaders in infectious disease. Cell Host Microbe, 2015, 18(4): 398-401.

8. Wang ShX, Li YM, Sun BC, et al. The SARS outbreak in a general hospital in Tianjin, China: the case of super-spreader. Epidemiol Infect, 2006, 134(4):786-791.

9. Stein RA. Super-spreaders in infectious diseases. Int J Infect Dis, 2011, 15(8): e510-513.


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