2005—2017年新疆14个地州市基于传染病动力学结核病流行状况定量研究

李虎玲，张学良，王 凯

(1 新疆医科大学公共卫生学院，新疆 乌鲁木齐 830011；2 新疆医科大学医学工程技术学院，新疆 乌鲁木齐 830011)

结核病是由结核分枝杆菌(简称结核菌)引起的慢性呼吸道传染病[1]，是一种对人类健康构成严重危害的慢性传染性疾病，已成为全球关注的严重公共卫生问题。结核病在全球广泛流行，东南亚和西太平洋地区的结核病人数最多，占全球的58%，其中印度、印度尼西亚和中国的结核病人数分别占全球的23%、10%和10%[2]。世界卫生组织于2016年发布的全球结核病报告表明，2016年中国结核病的发病数为92万例，发病率为67/10万，结核病死亡数为3.5万例，死亡率为2.6/10万，在全球22个结核病高负担国家中，中国的结核病发病例数居第3位，仅次于印度和印度尼西亚[3]。新疆是全国结核病高发省区之一，2011—2015年新疆结核病发病率高于全国水平，位居全国31省市首位，2015年传染病网络直报系统数据显示，结核病发病率是全国的2.9倍[4-5]。2016年结核病累计发病数46 973例，发病率为199.04/10万，死亡300例，死亡率为1.27/10万[6]。新疆结核病疫情十分严重，本研究通过建立结核病的传染病动力学模型定量给出新疆各地(州、市)结核病的流行状况，确定结核病防控重点地区，并预测各地(州、市)未来几年结核病的发病情况，显示疾病的发展趋势，揭示疾病的流行规律，为人类防控传染病流行提供理论基础和数据依据。

1 资料与方法

1.1 资料来源 新疆维吾尔自治区疾病控制中心统计的 2005年1月—2017年12月新疆14个地(州、市)结核病每月新发病数量，见图1。

1.2 方法

1.2.1 数学模型 1995 年Blower等[7]在Nature Medicine期刊提出肺结核传播模型，模型中将人群分成三类：易感者(X)，潜伏感染者(L)和活跃的传染性肺结核患者(T)，模型的框图如图2所示。

图12005—2017年新疆14个地(州、市)结核病每月新发病数量分布图

Figure1 Distribution of the number of new TB cases per month in 14 prefectures of Xinjiang in 2005-2017

图2 结核病传播模型框图

该模型由下面的微分方程组表示：

其中，∏表示单位时间进入易感人群的数量；μ表示人群的自然死亡率；β表示传染率，反映单个活动性患者成功感染单个易感者的可能性；当易感者被活动性患者感染，有(1-p)的可能性转化为潜伏感染者，p的概率直接转化成活动性肺结核患者；ν表示潜伏感染者体内病菌被激活，转化为活动性肺结核的系数；μt表示因病死亡率。

1.2.2 结核病基本再生数(R0)R0表示在发病初期，当所有人均为易感者时，一个患者在其平均患病期内所传染的人数[8]。通常，R0=1 可作为决定疾病是否消亡的一个阈值，当R0<1时，疾病逐步消亡；而当R0>1时，疾病将始终存在而形成地方病。R0的值越大疾病疫情越严重，本文使用的结核病模型的R0计算公式为

采用马尔可夫链蒙特卡洛(MCMC)算法，可以估计出各地区β和ν值，详见表1。

1.3 统计学处理 应用R 3.4.1分析软件对所有数据进行统计处理，MCMC 参数估计方法应用R 3.4.1中的deBInfer包。

2 结果

2.1 模型拟合结果 利用模型(1)拟合新疆14个地(州、市)2005—2014 年 10 年的结核病累计发病数的变化趋势，并用2015—2017年结核病累计数据进行验证，模型拟合结果良好，详见图3。图中红色的点是新疆14个地(州、市)实际结核病累计发病数据，蓝色的点是各地(州、市) 2015—2017年结核病累计发病数的预测值，蓝色的曲线是模型拟合的结核病累计发病数，灰色部分是由该曲线95%置信区间(CI)形成的置信带。利用模型(1)拟合各地(州、市)2005—2014 年结核病累计发病人数得到的各参数的估计值，见表1。

表1 新疆14个地(州、市)结核病动力学模型中参数的估计值

2.2R0分析 根据参数估计值并结合R0公式，分别估计出14个地(州、市)的R0值，见表2。14个地(州、市)中，喀什地区的R0最大[11.38 (95%CI:11.33～11.50) ]；R0在5～7之间的地区包括乌鲁木齐市、和田地区、克孜勒苏柯尔克孜自治州；R0在2～4之间的地区包括伊犁哈萨克自治州、昌吉回族自治州、巴音郭楞蒙古自治州,R0在1～2之间的地区包括克拉玛依市、哈密地区、博尔塔拉蒙古自治州、阿克苏地区、塔城地区；R0<1的地区包括吐鲁番地区、阿勒泰地区。将14个地(州、市)的R0表示在新疆地图上,按照R0值的大小，以颜色的深浅表示各地(州、市)结核病的发病严重程度，即颜色越深表示该地区结核病疫情比较严重，相反则较轻。南疆地区结核病疫情最严重，尤其是喀什地区。见图4。

2.3 模型预测结果 利用结核病模型，预测新疆14个地(州、市)2018—2022 年结核病新发病数，见图5。大部分地区2018—2022年结核病新发病数在波动中呈现缓慢上升趋势，虽然喀什地区结核病新发病例数有所下降，但新发病基数较大，若对此未采取有效的控制措施，预计到2021年累积发病数为196 610 例，2022 年喀什地区结核病的累积发病数为 210 514例，2022年新发病数达14 954例。

A 乌鲁木齐市； B 克拉玛依市; C 昌吉回族自治州; D 吐鲁番地区; E 哈密地区; F 博尔塔拉蒙古自治州; G 巴音郭楞蒙古自治州; H 克孜勒苏柯尔克孜自治州; I 阿克苏地区; J 塔城地区; K 喀什地区; L 和田地区; M 伊犁哈萨克自治州; N 阿勒泰地区

图3 新疆14个地(州、市)结核病累计发病数实际值与预测值

图4 新疆14个地(州、市)R0值

图5新疆各地(州、市)2018—2022年结核病新发病数的预测值

Figure5 Predictive values of TB new cases in prefectures of Xinjiang in 2018-2022

3 讨论

目前，对结核病的流行病学研究方法主要包括描述性研究、分析性研究、实验性研究，而动力学研究相对较少[10]。肺结核传播动力学方法是肺结核预防控制的一种新方法，随着肺结核传播模型的完善和在防治工作中的应用，肺结核传播动力学模型在预防医学中的诸多成功应用案例，充分说明了肺结核模型应用于传染病预测与控制是合理的，也是可行的。

本研究利用动力学模型，根据结核病发病数据，通过MCMC方法给出参数估计值，并模拟出新疆14个地(州、市)的R0值。通过R0值的大小可知，结核病在新疆南疆地区最严重，尤其是喀什地区(R0=11.38,95%CI:11.33～11.50)。近年调查研究表明,南疆地区活动性肺结核和菌阳性肺结核患病率分别高于东疆地区2～7倍，高于北疆地区1～3倍，充分说明新疆结核病防治工作的艰巨性和长期性[9,11]。2011—2015年全疆结核病报告发病率总体在波动中呈现上升趋势，南疆地区发病率最高的喀什地区5年平均报告发病率为380.79/10万。喀什地区结核病疫情严重的原因可能受经济条件、结核病防治人力资源匮乏、人群对疾病的防控意识较低等因素的影响。此外，生活习惯和交通等条件也是南疆地区结核病疫情高发的原因[12,5]。本组研究结果显示，北疆地区伊犁州结核病疫情较严重(R0=2.22，95%CI:2.18～2.28)。这与全疆实行新型结核病服务体系有关，早些年多数以因症就诊为主，患者缺乏主动就诊意识。自2012年起，新疆正式开始在全疆范围内推行新型结核病防治服务体系，截至2015 年年末，全疆94 个县(市、区)已全部落实完成。在新型防治服务体系下，伊犁哈萨克自治州医疗机构服务水平和查痰意识增强，提高了肺结核病例的发现水平，转诊(占53.2%)成为发现患者的主要途径[13-15]。各地(州、市)2005—2017年结核病每月新发病数的分布图显示，2014年之后，伊犁哈萨克自治州、喀什地区、和田地区、阿克苏地区、克孜勒苏柯尔克孜自治州和乌鲁木齐市的结核病病例数显著增加，说明在新型结核病服务模式中，结核病防治工作取得了明显进步。东疆地区，乌鲁木齐市结核病疫情较为严重(R0=5.46，95%CI:5.28～5.50)。乌鲁木齐市患病率高与筛查肺结核病的方法检出率高有关，其次，影响乌鲁木齐市肺结核发病的可能因素主要还有人口密度高。乌鲁木齐市的结核病疫情较严峻，需要在以后的工作中加强对医疗机构规范化管理和督导检查工作，提高各级医疗机构结核病的发现、报告和转诊比例，适当增加医疗卫生资源的投入，尤其是结核病防控专业机构及防疫人员，进一步促进肺结核的防控工作[16-17]。

结核病动力学模型预测各地(州、市)2018—2022年结核病新发病情况，结果显示大部分地区结核病新发病数在波动中呈现逐年稳步增长趋势，虽然南疆的喀什地区结核病新发病数有下降趋势，但由于历年新发病基数较大，导致喀什地区的结核病负担仍然较重，提示新疆维吾尔自治区结核病重点监控对象为南疆喀什地区。

综上所述，新疆结核病疫情仍十分严重，有关政府部门应当高度重视结核病疫情较严重的地区,尤其是南疆地区，如在喀什地区建立结核病综合防治示范区，提高喀什地区结核病防治服务能力，关注疫情较重的区(县)，并在政策上给予倾斜,技术上给予支持，从而从根本上控制新疆结核病的疫情。