基于运气理论探索香港呼吸道传染病与气象因素的相关性

张林，陈子颖，刘忠第，梁峰，张轩,4*

(1.天津中医药大学第一附属医院，天津 300193；2.天津中医药大学，天津 301617； 3.香港浸会大学中医药学院，香港 999077；4.香港浸会大学深圳研究院，广东 深圳 518057)

呼吸道传染病是指病原微生物从口腔、鼻腔、支气管等侵入人体，主要通过呼吸道传播、感染的疾病，临床上以咳嗽、发热、流涕等症状为主，多好发于冬春季[1]。临床上常见的呼吸道传染病有流行性腮腺炎、麻疹、风疹、百日咳、猩红热、肺结核等，多属于乙类(如：麻疹、百日咳、猩红热、肺结核)或丙类(如：流腮、风疹)传染病[2]。根据病原微生物的不同，临床西药常用抗生素、抗病毒等疗法[3-4]。中医药辨证论治分为：外感风寒者治以辛温解表，外感风热者治以辛凉解表，湿热者清热利湿。既往研究发现，呼吸道传染病的流行与自然气候变化密切相关[5]。但不同地域的研究结果不尽相同，如有学者研究中国广西2005—2012年的气象因素对腮腺炎发病的影响，发现温度和流腮发病率呈正相关[6]。还有学者研究发现香港地区的猩红热流行与最低气温和平均风速密切相关[7]。另外，有学者研究北京地区的麻疹发病情况与日平均气温呈显著负相关，与日平均相对湿度和风速呈显著正相关[8]。由此可见，RID的流行与当地的气象变化密切相关。

中医学重视“天人合一”思想，认为人体生命活动的变化均与天时气象密切相关,而始于《黄帝内经》的五运六气理论则是这一思想的最集中体现[9]。运气理论利用干支模式，构建了“疾病-运气-气候”的体系，即五运的太过、不及，六气的客主加临，运气的同化、异化等，均有可能导致疾病的发生。尤其是在六气升降失常、三年化疫等异常气候变化时，极有可能会出现疫病(即传染病)的流行[10-11]。贺娟等学者根据运气理论，将北京地区的呼吸道传染病与3年前的异常气候(即与干支运气格局不相符的年份)作关联性分析，发现通过“三年化疫”理论预测传染病流行，与实际情况的符合率高于60%[12]。鲁晏武等学者结合南京地区的气象资料，探讨五运六气与金疫(肺系传染病)发病的关联性，得出运气理论对于防治当地金疫流行具有参考价值的结论[13]。张维骏等学者根据2019年底的运气特点，分析了与新冠肺炎流行的相关性[14],其认为己亥终之气运火热加临，冬行春令,庚子初之气运寒凉加临，春行秋令，二者均非时之气，民多疫病，病理机制多是火热伤阴，故表现多以表寒里热的咳嗽、发热为主，根据五运六气推演的临床表现与最新的诊疗指南相同[15]，初期多用清热解毒、宣发里热的连花清瘟颗粒[16],疗效显著，说明结合五运六气，探索呼吸道传染病的发病规律，可以指导临床用药，预防疾病的进展，突出中医“治未病”的理念。基于既往诸多研究报道可以看出，运气理论在预测呼吸道传染病方面具有实用价值，还可以指导临床用药，预防疾病进展。

香港位于我国华南地区，与广东省相连，全年日照时间长，气温偏高，降雨多，湿度大，这种高温潮湿的环境在一定程度上会促进传染病病毒的传播[17]。香港地区的特殊地理环境和气候条件也使当地的呼吸道传染病流行具有较明显的地域性特征。一直以来，香港在传染病预防方面斥资巨大，然而中医在其中发挥的作用尚属有限。因此，深入挖掘运气预测理论在当地的实用价值，将有助于提高香港中医药在防治呼吸道传染病方面的能力。

1 资料与方法

1.1 数据来源

由香港特别行政区卫生署卫生防护中心提供的1997—2019年呼吸道传染病(包括流腮、麻疹、风疹、百日咳、肺结核、猩红热)年、月发病数据；以及由香港特别行政区天文台提供的1994—2019年各气象因素(包括平均气温、相对湿度、降雨量、云量、风速、水气压、露点温度、总日照、太阳总辐射共9项)年、月、日平均值。

1.2 数据处理

本研究以大寒为起始点划分一年的六气时段，即初之气(大寒—惊蛰，约为1—2月)、二之气(春分—立夏，约为3—4月)、三之气(小满—小暑，约为5—6月)、四之气(大暑—白露，约为7—8月)、五之气(秋分—立冬，约为9—10月)、终之气 (小雪—小寒，约为11—12月)。基于传染病的月发病数据，统计出1997—2019年共23年间呼吸道传染病的六气发病数；基于气象因素的日数据，统计出1994—2019年共27年间上述9项气象因子的六气平均值。

1.3 统计方法

鉴于BP(back propagation)人工神经网络具有独特的信息存储方式、良好的容错性、大规模的非线性并行处理方式以及强大的自组织、自学习和自适应能力，故近些年来，该方法广泛应用于传染病预测及与气象因素关系的分析中[18-19]。针对本研究数据的非线性特点，我们利用BP人工神经网络方法，研究呼吸道传染病的发病与同期及前期气象变化之间的关联性，从不同时段、角度建立预测模型。在模型建立过程中，气象因子为输入变量，传染病发病数为输出变量，各自包含138组数据，按照统计学常规的7∶ 3比例随机抽取数据进行训练及预测，比较各预测模型的精度，选取精度最高的模型，分析其中贡献度较大的气象因子。以上统计分析均采用SPSS 25.0软件完成。

2 结果

2.1 描述性统计

香港地区的呼吸道传染病在三之气时段发病最多，这段时期(小满—小暑，约为5—6月)的平均气温、相对湿度、降雨量、云量、露点温度均处于全年的高峰范围，属于湿热气候环境。详见表1。

表1 呼吸道传染病与各气象因素的六气数据表

2.2 统计分析

在当年气候因素的基础上，加入前期(1～3年前)的气象因子，可以有效提高模型的预测精度。其中以模型3(即包括：当年+1年前+2年前)的预测效果最佳，精度达到54%，详见表2；最重要的影响因素是当年的水汽压，详见表3。基于模型3得出的呼吸道传染病发病预测值，与实际发病趋势基本吻合，但在个别发病高峰期会出现预测不充分的现象，详见图1。

表2 呼吸道传染病-气象预测模型结果汇总

表3 模型3中的各气象因素影响重要性汇总

图1 基于模型3输出的呼吸道传染病预测值与实验发病值的比较

3 讨论

3.1 RID与金疫

RID属于中医金疫的范畴，《素问遗篇·本病论》中曰：“假令庚辰阳年太过，如己卯天数有余者，虽交得庚辰年也，阳明犹尚治天……即天阳明而地太阴也，故地不奉天也……金运太虚，反受火胜……其后三年化成金疫也”，论述了金疫的发生与运气失常有关。即：假如庚辰年金运太过，前一年(乙卯年)的阳明燥金之气任在治天，导致金运太虚，反受火胜，三年化生为金疫(所生之疫五行属金，因前一年“金运太虚”，反受火胜)[20]。“三年化疫”理论在学界受到关注是源于2003年SARS的流行。如顾植山等学者依据“三年化疫”理论，以及天虚、人虚、邪虚的“三虚理论”，结合2000年的运气和气象特点，推断2002—2003年金疫的发生原因[21]。又如一项2000年合肥的气象资料也研究分析了“三年化大疫”，是指要在2002—2003年发生疫情[22]。另外，《素问遗篇》提到:“三年化成金疫也, 速至壬午, 徐至癸未, 金疫至也”，描述了疫情发生的时间在运气失常的2～3年后，并强调了“三虚致疫”的运气特点[21]。这些都为传染病的早期预警提供了有益的时间参考。

3.2 RID与气象之间的关系

无论是SARS还是COVID-19，都属于中医的金疫，即呼吸道传染病。有国外研究报道，在美国建立的13个气候模型的气候数据可以预测到2050年，纽约和密尔沃基的日平均温度可能是 32 ℃，高温与臭氧超标天数有强烈关系，极易诱发RID系统疾病的爆发[23]。澳大利亚一项关于呼吸道合胞体的调查发现，呼吸道合胞体的爆发在秋季中晚期(4—5月)最高，冬季(6—8月)逐渐减少，气象因子中8周降雨量与相对湿度对其爆发在时间上密切相关[24]。根据美国疾病控制预防中心(CDC)和世界卫生组织(WHO)在2010—2015年全球流行病学调查流感、呼吸道和副流感病毒传染病的研究发现，这些RID发病率全年波动，但是不同国家(加拿大、英国、澳大利亚等)的发病峰值明显同步[25]。在国内对RID的研究中，顾志伟通过2006年湖州市中心医院于气象资料分析，水汽压、平均气压、降水量等气象因子与RID发生密切[26]，得出的结论与本研究类似，均与平均水汽压有关。一项1996—2010年麻疹在上海市的发病研究，麻疹发病数同当月平均气温呈正相关[27]。以上研究表明，RID与气候变化密切相关，虽然发病的波动范围和气象因素之间存在一定的差异，但是发病的峰值会有同步趋势，RID与气象因素之间存在密切的联系[25]。

3.3 本研究的RID-运气-气象模型标建

本研究利用BP人工神经网络方法，建立香港地区RID-运气-气象模型，发现RID的发病率与当年的平均水汽压关系最密切，尤其是在加入了1～2年前的综合气象因素后，所建立的发病预测模型，精度明显提升，这些正是中医“三年化疫”理论的表现。研究显示：(1)香港地区的RID发病数最高在三之气(5—6月份)，最低在初之气(1—2月份),香港地区属于亚热带季风性气候，高温多雨，阳光充沛，高温高湿的条件可能通过增加沉积在表面的病毒数量以及增加病毒在表面液滴的存活率来促进病毒的接触传播[28]，民众易感受风热之邪，邪客肺卫，发为RID；(2)在该模型中，与RID发病密切相关的是平均水汽压，会导致含病原微生物的气溶胶在湿度越大的空气中悬浮的时间更长，传播的机会更大[29]；(3)本研究的“RID-运气-气象”模型在加入1～3年的前期气象数据可以提高模型的预测效果，2年前至当年的气象数据建模的预测效果最好，精度为54%；提示了香港地区的RID流行可以基于1～2年前的气象变化建立预警模型。

3.4 运气与临床用药

香港全年湿热，温度较高，根据当地的气候特点，可以针对性地用药，在治疗RID时可以在解表药上兼顾祛湿，不仅宣肺解表，还需顾护中焦，此外，尚需结合五运六气来用药。比如韩维哲等学者强调了结合五运六气用药的重要性，六乙年少商运岁金不及所设之方常用紫菀汤[30]，而戊戌年岁火太过, 最易出现肺金受邪，常用司天麦冬汤[31]，临床疗效显著，这里均体现了中医“天人相应”的理念。而根据时气过盛和时气过衰，以五运六气为基础，可以有针对性地选择方药。若厥阴风木过盛之时, 可见风温风热、六脉浮盛、表实壮热等，治以凉泻、酸泻,备选方剂为葳蕤汤、银翘散和消毒犀角饮[32]。而厥阴风木过衰时可见头痛发热、肢体烦疼、疮疹未透等, 治以温补、辛补，备选九味羌活汤、升麻葛根汤或葛根解肌汤。其他岁运时段过盛或者过衰，亦可针对用药。综上所述，构建“RID-运气-气象”预测模型，不仅可以对RID的流行进行预警，还可以结合五运六气，指导RID患者服药，一方面用预警模型做到“未病先防”，另一方面根据五运六气选择方药做到“既病防变”，更好地发扬中医药“治未病”的理念。

3.5 本研究的局限与展望

本研究存在一定的局限性：(1)RID的发病因素复杂，RID的发病不仅仅与气象因素有关，还与经济、文化、政治等因素相关，如Lancet研究发现，现在大流行的COVID-19发病数与不同国家的经济和政治政策等有关[33],因此，本研究认为今后的类似研究应该考虑其他因素；(2)本研究只探索了6种RID发病与气象因素的关系，无法涵盖其他呼吸道传染病，例如传染性的病毒性肺炎、各型的流行性感冒等[34]，建议往后的类似研究应该将疾病具体化，或者增加病种涵盖范围；(3)本研究只纳入9种气象因子，气象因子的内涵很广泛，不仅仅包括本研究的范围，还有紫外线暴露时间、能见度、臭氧含量、蒸发量等，其中臭氧超标天数能诱发呼吸系统疾病的爆发[23]，充分纳入相关的气象因素，能够更充分地反应气象因素对疾病的影响，建议今后的类似研究增加其他气象因素。