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COVID-19:流行病学和传播

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由Matthew E.利维森,医学博士,副教授,医学德雷克塞尔大学

7月5日,2021年

马修·利维森,MD

COVID-19流行病学

在2019年12月30日,肺炎病例簇报道在武汉,一个城市的11万元,在中国湖北省(1)的。原因稍后被发现是一种新的冠状病毒,随后命名SARS-CoV的-2。它的基因组被认为最密切相关,从马蹄蝙蝠中分离出来的冠状病毒被发现大约1000英里远在山洞里,在中国的云南省会。

与2002-2003年的SARS疫情类似,早期报告表明,SARS- cov -2是在活体动物食品市场从动物传染给人类的。在2019年疫情中,疑似来源是武汉华南海鲜批发市场,许多不同物种的活动物聚集在笼子里,为病毒传播提供了机会。因此,武汉市场于2020年1月1日关闭;然而,现在有证据表明,这个市场不是疫情的源头。最初被认为是新冠病毒可能溢出宿主的穿山甲或蝙蝠,在市场上没有交易。在武汉确诊的前5例人感染SARS-CoV-2病例中,只有1例与武汉市场有任何联系(2),尽管来自出售活体野生动物的市场现场的环境样本呈SARS-CoV-2阳性,据报道,市场动物的组织样本呈阴性(3)。这种病毒是如何从云南蝙蝠传播到武汉的人类的,目前仍不清楚。

然而,武汉是武汉病毒学研究所(WIV)的所在地,这是一个研究机构,距离华南海鲜批发市场8英里。WIV拥有专门的实验室(生物安全4级,或BSL-4级),用于研究高传染性和毒性病毒病原体,并以研究蝙蝠冠状病毒而闻名。一份美国情报报告发现,2019年11月,武汉病毒研究所的几名研究人员患病并不得不住院,这增加了SARS-CoV-2从武汉病毒中逃逸的可能性,可能是通过受感染的工作人员或受污染的物体,这是一次实验室事故的结果。实验室事故过去也发生过:例如,2015年,美国军方意外地将活炭疽样本而不是死孢子运往全国多达9个实验室和韩国的一个军事基地。在2003年至2004年间,有四次SARS病毒在新加坡、台湾和北京的实验室被意外释放。但目前,没有直接证据支持WIV“实验室泄漏”的说法。武汉也是武汉市疾病预防控制中心的所在地,距离华南市场仅300码,该市场研究从蝙蝠身上分离出来的病毒。

2020年1月5日,在上海公共卫生临床中心和公共卫生学院张永珍教授测序了新型冠状病毒的基因组,并将其遗传序列上传到美国国家生物技术信息中心(NCBI)。一周之后,他还将遗传序列上传到全球使用的开放式数据库(4)。

2020年1月1日,武汉有41例。武汉的累计案例计数每2.3到3.3天(5)加倍。2020年1月18日,当累计案例计数上升至约4,000(5)时,武汉超过10,000个家庭参加了一年一度的宴会,以庆祝农历新年。几天后,1月23日,农历新年前2天,当许多人都会向他们的家乡寄生到家乡,中国当局通过锁定湖北省约有5700万人的案例计数越来越大。

武汉的边界被封锁 - 允许没有人进出。人们被要求留在公寓里,增加家庭以外的人之间的物理距离。学校和大学关闭。所有类型的休闲场馆和大多数公共场所都关闭。只允许必要的企业仍然开放。然而,在锁定开始之前,估计有500万人离开了武汉,因此,中国省周省飙升的病例数。2020年2月初,病毒已经蔓延到中国大陆(37,000例),武汉旅行历史的患者也开始出现在中国以外的地方,在香港和新加坡和美国西海岸等地方。

尽管湖北省实施了封锁,但截至2月初,湖北确诊病例约为2.5万例,一个月后,确诊病例增至6.4万例。持续传播9周后,湖北省报告确诊病例64084例,死亡2346例。实际病例数可能要高得多,因为由于缺乏检测包,报告中可能只包括最严重的病例。许多未确诊的轻度感染的存在可能限制了控制这种感染进一步传播的努力。

R零(R0),即基本繁殖数,是指在所有个体都易感染的人群中,由一个病例直接引起的新发传染病的平均病例数。R0值越大,控制疫情就越困难。与2003年SARS爆发时的R0为2至3相比,武汉的传播速度非常快,报告的R0为5.7(范围为3.8至8.9),这表明SARS- cov -2比SARS- cov具有更强的传染性(5)。SARS-CoV-2在出现症状之前和之后的几天最具传染性(不像SARS-CoV,只有在出现症状后才最具传染性)。此外,高达50%的传染性感染是无症状的(或症状前),允许无症状个人在不知情的情况下传播感染。至少50%的新SARS-CoV-2感染估计有源于接触患者感染但没有症状的时候(6)传播。SARS-CoV-2也有更高的亲和力的血管紧张素转换酶2 (ACE2)宿主细胞表面受体在鼻腔上皮细胞比2003年的SARS病毒(7),也许为SARS-CoV-2更强的传染性提供了分子基础。

2020年2月初,湖北封锁开始显现效果;每日新增病例数的增长速度首先开始放缓,每天新增病例数从2月中旬开始下降。3月8日,自2020年1月中旬以来,24小时内新增病例数首次低于50例。一周后,湖北省无新增本地感染病例。3月中旬,湖北的封锁逐步解除,新增病例保持在较低水平。作为世界第一人口大国和新冠肺炎疫情的发源地,中国将疫情传播控制在可控范围内。目前,中国新增感染病例多为境外输入,通过隔离病例、追踪接触者、隔离接触者等措施控制社区传播。

2020年3月11日,当世界各地的多个地点发生社区传播时,在中国大陆境外报道了36%的Covid-19案件,世界卫生组织(世卫组织)宣布Covid-19是大流行的。届时,中国的爆发已经消退,西欧,主要是意大利,西班牙,德国,法国和英国,已成为新热点。在这些欧洲国家每天迅速增加新案件的数量促使锁上,并在未来14天内(Covid-19的一个孵化期),日常新案例计数在达到峰值后,开始滴落。与湖北一样,只有在至少一个潜伏期通过时,锁定的影响只有在锁定开始时仍在孵化期间的新感染者中的症状才能看到症状。

下一个热点发生在2020年3月中旬,在美国东北部地区。随着每天的病例数迅速上升,纽约州、新泽西州、康涅狄格州和马萨诸塞州在2020年3月22日或前后实施了全州范围的居家令,并关闭了所有非必要企业。每日新病例数持续增加,峰值在2020年4月的第一个星期,然后下降在接下来的14天,达到稳定的低水平的不到1000新感染病例每日在2020年6月中旬,一个模式类似于应对在中国和欧洲的封锁。然而,如果纽约,与大多数确诊病例,被认为是一个国家,国家的病例总数超过430000例最大是5的时候,作为一个整体,仅次于美国(360万)、巴西(200万)、印度(100万)和俄罗斯(750000)。该州一半以上的病例发生在纽约市,该州近一半的人口居住在那里。

COV我D-19 has since spread throughout the U.S. The number of new cases in the US rose each day to reach an initial peak of about 35,000 on April 9, 2020, and then gradually fell, to be followed by three additional peaks, each peak building off a valley that was higher than the previous one. The three peaks each followed massive loosening of social restrictions: the second peak of 75,000 new cases on July 16 followed the Memorial Day (May 25, 2020) and the July 4th holidays; the large third peak of 300,000 new cases on January 8, 2021, followed Thanksgiving (November 26, 2020) and the Christmas/New Years’ holidays. The fourth peak of about 75,000 new cases on April 14, 2021, followed Spring Break in mid-March, 2021 (8). Thereafter, the number of new cases each day steadily fell to a low of about 4,000 on June 20, 2021, as increasing numbers of the U.S. adult population were vaccinated against COVID-19. Troubling though, the rate of new cases slowed its decline in June 2021, and lately has begun to rise again (9), as more transmissible SARS-CoV-2 variants, such as the delta variant, are replacing less transmissible variants (10). In the US, the total number of confirmed COVID-19 cases since the beginning of the pandemic is now over 33 million, with over 600,000 deaths.

有资格接种疫苗的12岁及以上的美国人中,几乎60%的人目前已经完全接种了疫苗。目前,在美国,大多数由于COVID-19住院和死亡都发生在不接种疫苗的人:“突破”充分接种感染美国人占853000多不到1200 COVID-19住院治疗(0.14%),和大约150超过18000 COVID-19死亡(0.8%——12)。随着越来越多的人口接种疫苗,传播可能会减少,由SARS-CoV-2造成的住院和死亡的疾病严重程度将进一步下降。然而,更具有传染性的变异可能会出现,特别是在未接种疫苗、只接种一剂二剂疫苗或疫苗诱导免疫力下降的人群中。部分免疫可能会产生选择性压力,使变异更容易逃脱免疫控制。对于免疫力下降的接种人群,可能需要加强疫苗接种来维持有效的免疫力(13)。

在全球范围内,Covid-19影响了220个国家和地区,具有与美国相似的流行病日常发病曲线,4月10日,2020年7月31日,2021年1月8日和2021年4月23日,每个高于前峰(14)。截至2021年7月5日,全球共有近18400万个案例和400万人死亡。报告的病例计数低估,因为许多急性感染是轻微或无症状的并且未被诊断和报道。美国和欧洲的Seroprevalence调查表明,SARS-COV-2感染的数量超过报告病例的数量约为10倍或更多(15)。

一些国家,如中国、新加坡、澳大利亚和新西兰,已经通过严格的控制战略,以零病例为目标。美国自疫情爆发以来累计确诊病例超过3300万例(10151例/10万人),而中国累计确诊病例10.5万例(8例/10万人);新加坡62,617例(1098例/10万人);澳大利亚刚刚超过3万例(121例/10万人口);新西兰2759例(56例/10万- 16例)。这些发病率相对较低的国家有效地关闭了与外部世界的边界,以防止SARS-CoV-2进入其社区,禁止非公民非必要入境,要求游客住在由警方监控的指定隔离酒店,并对所有获准入境的人进行检测。各国政府实施隔离的具体细节,如监测水平、成本和停留时间等,各不相同。然而,这些国家仍然面临着来自境外疫区的重复输入,随后通过定期局部封锁、大规模检测、隔离病例和迅速追踪和隔离接触者的密集努力来防止社区传播;因此,一直在采取遏制战略。选择对SARS-CoV-2传播“零容忍”的这些国家还能容忍关闭边境多久,已经成为一个争论的问题(17)。

新加坡最近改变了路线;他们选择通过大规模疫苗接种来避免因COVID-19而患上重病和住院治疗,同时接受该国一定程度的COVID-19流行——这是许多西方国家现在正在采用的方法;38%的新加坡人已经接种了疫苗(18)。在COVID-19传播水平较低的澳大利亚和新西兰,几乎没有接种疫苗的动机;目前,只有7.3%的澳大利亚人和9.0%的新西兰人完全接种了疫苗(18)。中国已经向其公民发放了超过10亿份COVID-19疫苗,并计划在今年年底前为80%的人口接种疫苗,但据报道,中国以及澳大利亚和新西兰不太可能开放边境,并将保持COVID-19战略(18,19)。

在过去的6个月里,全世界有数亿人接种了疫苗,但疫苗的分配并不均衡,这使得低收入国家难以为其人口接种疫苗(20)。美国目前批准的COVID-19疫苗可预防症状性感染,包括重症、住院和死亡,并减少SARS-CoV-2传染给他人。如果发展中国家未能充分接种疫苗,可能会导致不受控制的传播持续下去,使病毒有机会变异,并可能蔓延到发达国家,在这些国家,变异病毒主要在未接种疫苗的人群中造成严重疾病、住院和死亡。由于这些变异,COVID-19在完全免疫的人群中被称为突破性感染,通常比未免疫人群的严重程度要低。然而,一种变异可能最终出现,导致致命的感染,即使在完全接种。这是一场赛跑,要在一种致命的变异病毒出现、逃脱免疫控制之前让全世界的人免疫,从而领先于病毒进化。希望到那时,既可以有效地针对这种变体的疫苗,也可以获得高效的抗病毒药物。目前尚不清楚是否像对付流感那样,定期增加一种现有疫苗的剂量以提高免疫力,或使用针对变种的修订疫苗。

传播SARS-CoV-2

SARS-COV2被认为是通过传播主要是人对人:

  • 直接接触,即大型呼吸液滴(> 5微米)的受感染者的6英尺内
  • 通过含有病毒或受污染的污染物的雾化的被称为飞沫核的呼吸道小颗粒(< 5微米)的间接接触(感染患者超过6英尺)(21,22)

空气传播(大飞沫和气溶胶):人们驱逐携带病毒的可变距离,当咳嗽,打喷嚏,运动,说话,唱歌,打喷嚏,甚至悄悄地呼吸大小不等的呼吸流体粒子。较大较重的颗粒(> 5微米)快速沉降出6英尺内,但较小较轻的颗粒(<5微米)以气雾剂的形式可以在空气中保持悬浮数分钟至数小时,并通过气流从一个相当大的距离进行传染源。SARS冠状病毒2型病毒已被发现在气溶胶保持活力的实验室条件下至少3小时(23)。越来越多的证据表明,尤其是在superspreading事件,当单个索引的情况下是能够感染大量的二次情况下从该索引的情况下超过六英尺的传输SARS-CoV的-2经由雾化液滴通常发生。

使用聚合酶链反应(PCR)的研究已经在症状出现后数周内检测到呼吸道分泌物中的病毒RNA,但PCR不一定检测到活的传染性病毒。在研究首例接触者时,发病5天内为最大传播期;传播也发生在指示病例出现前的症状期(24)。这个观察到的模式的辅助情况下SARS-CoV-2病毒颗粒的数量是一致的上呼吸道标本以PCR来衡量,是最高的症状出现的时候(25)和由病毒文化、活病毒被孤立的只在出现症状后一周(26日27日28、29)。

案例集群的流行病学研究表明,只有少数受感染的人为大多数次要病例占大多数次要病例,即大约20%的受感染者的感染者负责(30,31)。追溯到单个单独索引案例的大型情况群体称为超级概念。超级涂鸦在驾驶2003年的SARS爆发中发挥了非凡作用,同样在当前的Covid-19爆发中发挥了重要作用。多种因素可以有助于取代预设,包括暴露大量个体的索引案例的行为,延长曝光的持续时间,在封闭空间中拥挤,通风差和呼吸分泌物中的病毒的透射性,毒力和病毒量索引案例。

2020年3月,美国华盛顿州的教堂的一个例子是一个2.5小时的合唱团实践。排练由61人出席,其中包括症状患者,之后鉴定了33名确诊和20例可能的二级病例;三名患者住院,两名死亡(32)。这种爆发很可能是由气溶胶引起的,因为众所周知,唱歌本身会产生气溶胶,并且大多数次要病例可能距离指数案例超过6英尺,超出了大型呼吸液滴的范围。

超级概念的另一个例子是波士顿于2020年2月在波士顿的制药公司会议。会议由大量的国际参与者出席,并导致与会者之间的100多人。一旦会议结束,与会者将在世界各地的家园前往他们的家园。由于在会议上循环的SARS-COV-2病毒具有不同的基因组特征,因此可以将额外的案例追溯到超级概念本身之外。随后的传播对美国遍布美国和国际上的地方爆发的巨大贡献,最终导致数十万个Covid-19案例(33)。

空气传输中的一个重要概念,特别是在通风不良的狭窄的室内空间中,是“分享空气”,人们吸入索引案例呼出的空气。占领室内空间空气中的二氧化碳(CO2)水平是室内通风充足的重要指标。呼出空气中的二氧化碳浓度约为38,000ppm(百万分之一),随着围绕空气稀释它,迅速落到户外二氧化碳水平的水平,如果通气良好。户外二氧化碳水平目前约为420 ppm(34)。

室内环境中传输的风险似乎大于户外,其中病毒 - 载入的呼吸粒子可以更容易地分散,虽然即使在户外,但具有受感染的个体的接触接触(在6英尺内)可能仍然存在风险。在充满人们的通风不良的室内空间中,二氧化碳水平积聚,达到远高于外部空气的基线水平的浓度。在传染性人占据的房间中的二氧化碳浓度越高,吸入空气的可能性越多,含有病毒颗粒。当二氧化碳的室内浓度达到800ppm时,所以已经计算出1%的空气吸入,以来自其他人呼出的空气(35)。

美国采暖、制冷和空调工程师协会(ASHRAE)建议,作为衡量室内通风是否充足的指标,室内二氧化碳浓度不应超过室外浓度(约420ppm)约600ppm。加州将商用室内空间的二氧化碳浓度定为800ppm(37)。在华盛顿州,如果餐厅室内二氧化碳浓度超过450ppm 15分钟,就餐者必须转移到一个露天座位(38)。

传染媒:SARS-CoV-2可在环境表面污染并存活一段可变的时间,这取决于表面特征。在实验条件下,SARS-CoV-2在塑料或钢铁上可存活72小时,在铜上可存活4小时,在纸板上可存活24小时(23)。当接触被病毒污染的表面而被污染的手再接触到脸上的粘膜(鼻子、嘴巴、眼睛)时,病毒就会从被污染的环境表面(称为污染物)传播。在公共场所经常接触的表面,包括电梯按钮、门把手和电视遥控器,尤其危险。清洁(使用肥皂或清洁剂)和消毒(使用旨在灭活SARS-CoV-2的产品或工艺)都可以降低污染物传播的风险。

与大的飞沫传播或气溶胶传播的风险相比,污物传播的风险被认为是低的(39)。风险取决于COVID-19的患病率在社区里,表面污染,当表面之间的时间是感动,病毒感染者排出的量(可大大减少戴着面具),和引起感染所需剂量的病毒通过粘膜的路线。美国疾病控制与预防中心建议,如果在此前24小时内室内出现COVID-19疑似病例或确诊病例,且表面更有可能存在传染性病毒,则应对高接触表面进行消毒(39[参考26])。

特殊的设置:已注意到,在某些类型的环境中,SARS-CoV-2最有可能传播并导致聚集性COVID-19病例(40例)。这些环境主要是室内的,个人在那里居住、工作或长时间的近距离聚集(41),包括家庭(42),长期护理设施(43),游轮(44),无家可归者收容所(45),监狱(46),大学宿舍(47),工人宿舍(48),宗教集会(49),酒吧(50家)和食品加工设施(51家)。

家庭内的SARS-COV-2的传输是常见的,并且据报道,在指数患者的疾病发作后迅速发生(例如,在5天内),并发生指数患者是否是成人或儿童(42)。及时孤立与Covid-19的人,即使在家庭,索引患者的亲密家庭接触的自治区,以及家庭共用空间内的所有家庭成员的屏蔽,也可以减少进一步的传输(52,53)。建议在等待确认测试结果的同时开始怀疑诊断,因为延迟隔离,直至感染确认可能会错过减少传输到他人的机会。(42)。

游轮、监狱、长期护理设施,在某种程度上,大学和工人宿舍都有一个共同的特点,使它们容易受到传染病爆发的影响:它们都是人口密集的聚集场所。他们可能有一个中央厨房,为大型聚会提供食物;小组活动发生在封闭的环境中;工作人员可能在餐厅和娱乐室与居民有广泛的接触(54)。游轮和长期护理机构的老年人比例也很高,他们往往更容易感染COVID-19,众所周知,这两家机构都有感染控制问题(55-57人)。即使在这些近距离接触中,例如在游轮上的乘客中,估计气溶胶比大的呼吸道飞沫或污染物对COVID-19传播的影响更大(58)。

传播也发生在夜总会。例如,在封锁措施放松后,有100多例病例与韩国首尔的夜生活场所有关。在酒吧和夜总会,酒精中毒、人群拥挤、人们不戴口罩、试图高谈高谈,以及嘈杂的音乐是典型的高危环境。喊叫声将携带病毒的飞沫推向更远的地方。空调可能有助于传播,可能会沿着空调气流的路径吹出更小的呼吸飞沫。另一个因素可能是使用公共厕所,未洗手的手会污染高接触表面,再加上用受sars - cov -2污染的粪便冲无盖厕所会产生气溶胶。

在飞机上,与首例患者相邻座位的患者继发感染的风险最高,同排座位的患者继发感染的风险高于前排或后排的患者。旅行时间越长,风险也越高。例如,在从伦敦飞往河内的10小时航班上,发现16人感染了SARS-CoV-2,与症状指数患者共用商务舱的21名乘客中,有12人(57%)被感染。几乎所有受感染的人(12人中有11人)都坐在离首例病例6英尺以内的地方。其他受感染旅客曾坐在经济舱,并可能在入境或行李领取处与首例患者有过接触。(59)。作者指出,在机场进行的体温检测和症状自我报告并没有阻止感染者登机。当时,在飞机上或机场不强制使用口罩。然而,在另一项研究中,尽管有报告称在飞行中使用口罩,但传播还是发生在国际航班上(60)。美国疾病控制与预防中心要求所有乘客和工作人员在进出美国的公共交通工具(如飞机、轮船、渡船、火车、地铁、公交车、出租车、共乘汽车)上都佩戴口罩,无论他们是否接种了疫苗,并建议在机场与他人保持6英尺的距离(61)。 On the airplane, based on laboratory modeling of exposure to SARS-CoV-2, leaving a vacant middle seat has been reported to reduce risk for exposure to SARS-CoV-2 from nearby passengers (62).

通过动物接触传播:尽管SARS-CoV-2感染被认为是最初由动物宿主(特别是来自云南的马蹄蝙蝠)传播给人类的,但目前还没有驯养或野生动物(除貂外)将SARS-CoV-2感染传播给人类的报告。丹麦、荷兰和美国已报告养殖水貂感染SARS-CoV-2,被感染水貂向丹麦水貂养殖场工人的传播被发现是由一种独特的SARS-CoV-2变体(称为群集5- 63)引起的。这些报告促使丹麦和荷兰扑杀所有养殖水貂。由于养殖水貂可以将SARS-CoV-2传播给共同居住的水貂,因此感染有可能从逃离的受感染的养殖水貂传播到野生水貂群体,在易感野生动物中建立新的宿主,可能会将感染重新引入人类群体(64)。

水貂是鼬科动物,这个哺乳动物家族还包括雪貂、鼬鼠、獾、水獭、貂、貂和狼獾;所有茉莉属植物均易感染SARS-CoV-2。事实上,对SARS-CoV-2高度敏感的雪貂正被用于药物和疫苗开发的临床前试验。目前正在开发用于养殖水貂的SARS-CoV-2疫苗。

其他动物容易受到SARS-COV-2感染包括家养的狗,猫(家猫和老虎,狮子,美洲狮,并在动物园雪豹),和非人类的灵长类动物,包括所有类人猿(黑猩猩,倭黑猩猩,大猩猩和猩猩)和旧世界猴。在啮齿类动物,叙利亚仓鼠和北美鹿鼠据报道,高度敏感,并能SARS-COV-2传输到共同安置接触动物,因此可以开发性质(65)有效的感染链。另一种啮齿动物,银行田鼠,也容易受到SARS-COV-2感染,但它并没有SARS-COV-2传输到其他田鼠,因此不太可能保持在本性(65)持续感染。与旧版本的SARS冠状病毒2型病毒中,β和γ变体已经被报道感染常见的实验小鼠(66)。SARS-COV-2的原始菌株只能感染“人源化小鼠”,已被转基因携带他们的呼吸道细胞表面上的人ACE2受体小鼠的特殊菌株。这种由β和γ物种屏障的变体废除提高二次野生啮齿动物的储存器,这些变体的可能性。

虽然没有证据表明,动物目前在蔓延的SARS-COV-2中发挥着重要作用,但在自由生活野生动物中建立了SARS-COV-2的储层,例如芥菜,啮齿动物,遗传学或非人的灵长类动物,将为人类感染的控制产生重大挑战(67)。

美国疾病控制与预防中心建议让宠物与家庭以外的其他动物或人保持距离,确诊或疑似COVID-19的人在自我隔离期间应避免与家庭宠物密切接触(68)。

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