7 你的晚间流感预报
我第一次听说满月效应(the full moon effect)是在波士顿参加急诊医生培训的时候。该理论认为,与月亮渐圆或渐缺时相比,在满月时,急诊室会接诊到更多有精神问题的患者。人类很早便发现了心理健康与月亮之间的关系。英语里的“疯子”(lunatic)一词源于拉丁语lunaticus,意思是“被月亮击中”。满月效应甚至成了学术研究的主题。
至少有5个研究团队探究了月相与急诊患者数量之间的相关性[1] ,但是未发现它们之间存在关联性的任何证据。然而,不争的事实是,在满月时,被救护车送往急诊科的患者数量异常的多,急诊科工作人员也格外忙碌。
急诊科的工作节奏和忙碌程度是可以预测的。临近中午之前,急诊科通常都很安静。最繁忙的时间是从中午到晚上10点。如前所述,在感恩节和圣诞节当天,很少有患者来就诊。黑色星期五则恰恰相反,急诊科里人满为患。我在市中心急诊室工作时,夏季是伤人事件的高发季节。户外活动更为频繁,人群聚集的地方增多,饮酒量也随之上升。“如果天气进入‘烧烤模式’了,”在我缝合一位患者胸部的刀伤时,他这样告诉我:“会让人热得想拿刀捅人。”
流感同样是可以预测的,而这也是它神秘的一点。流感的暴发极具规律性,但我们并不了解其中的原因。它在秋季和冬季出现,然后像熊冬眠一样,在春天消失不见。其他传染病也有季节性[2] 。脊髓灰质炎疫情在夏季出现。麻疹病例数量也会随季节而变化。通过接种疫苗,这些疾病几乎已被根除,但流感仍然是一种顽疾,使我们陷入一种虚假的安全感中。在1918年流感大流行的初期便发生了这一情况。
1918年9月,《美国医学会杂志》(The Journal of the American Medical Association)指出,在美国的几个城市和许多军营都暴发了一种新的、更具毒性的流感。专家建议人们保持冷静。此次暴发似乎遵循了通常的流感模式,而且第一波疫情几乎已经从盟军部队消失。由于流感具有季节性,它将在春季消失。
《美国医学会杂志》指出,“此次流感不应该引起更大的重视”[3] ,也不应该“引发与通常的流感相比更大的恐惧”。1918年流感大流行的模式具有流感的典型特征,但致死率却异常的高。
为什么存在流感季?为什么夏天患流感的概率很低?长期以来,人们一直怀疑流感的传播取决于气候。一些科学家认为,空气在大气层外缘流动的方式可能会影响流感的季节性特征[4] ,使更多的病毒颗粒扩散到我们呼吸的空气中。除了大气变化之外,其他研究人员还关注了湿度对流感季节性的影响。
值得注意的是,流感并非在所有地方都存在季节性特征。在热带地区[5] ,便不存在流感季,流感在全年一般都处于较低水平,尽管有些地方在雨季会出现峰值。只有在温带地区,流感患者数量才会随季节变化而上升或下降。这些地区位于热带地区的北部和南部,一直延伸到北极和南极。在欧洲、加拿大、美国、俄罗斯、北非和澳大利亚南端的大部分地方,气温差别很大。距离热带地区越远,冬季和夏季气候变化就越大,流感病毒的季节性就越明显。
关于流感季的存在的多种阐释理论中,最著名要数“室内传染理论”(indoor contagion theory)。根据该理论,在冬天,人们大部分时间待在室内,而且人与人之间密切接触的概率更高。舒适的环境和近距离的接触促进了病毒传播,使流感病例数量上升。这在学校和大学校园中最为明显;在那里,年轻人住在一起,在较小的范围内生活、学习、活动。
许多网站采用该理论作为对流感季节性的解释。这一事实进一步说明,我们要对互联网上的信息持谨慎态度。这种解释听上去似乎很有道理,但当你仔细推敲时,便会发现许多问题[6] 。对于大多数西方成年人来说,我们与他人一起待在室内时间并不随季节而变化。我们全年上班。如果天气暖和,我们会出去吃午饭,但除此之外,我们的社交活动量不会变化。学生于8月或9月初返校,但与其他人群一样,他们会在11月开始出现疼痛和发烧症状。我们在夏季使用公共交通的频率高于冬季[7] ,从而更容易接触打喷嚏或咳嗽的人。然而,夏季却很少有流感病例。这实在令人费解。英国病毒学家克里斯托弗·安德鲁斯(Christopher Andrews)写道:“如果密切接触是导致流感的唯一因素,那么伦敦交通系统将在全年都会造成疫情的暴发[8] 。”安德鲁斯是1933年首次发现人类甲型流感病毒团队的成员。邮轮全年都在运营,尽管乘客之间存在密切接触,但邮轮上的流感模式与陆地上的流感模式并无差别。
英国天体物理学家弗雷德·霍伊尔(Fred Hoyle)认为,流感与太阳黑子有关;太阳黑子是太阳磁场的爆发,会使太阳表面变色。可以肯定的是,霍伊尔是一位颇具争议的理论家。他曾经认为,病毒和细菌不是在地球上进化而来,而是通过彗星到达地球——就像搭便车一样[9] 。霍伊尔驳斥了得到广泛认同的大爆炸理论,相信始终存在一个处于稳定状态的宇宙[10] 。因此,他提出流感大流行与太阳活动有关并不奇怪。
1990年,他在著名的科学期刊《自然》上发表了一篇文章[11] ,指出了太阳黑子活动与流感暴发之间的关系。他推测这两者之间可能存在关联。霍伊尔指出,英国最近的一次流感疫情与有史以来最大的一次太阳黑子爆发在时间上一致,并提供了一张显示全球流感大流行与太阳黑子活动之间关系的图表。太阳黑子周期中的每个峰值都伴随着流感大流行。霍伊尔认为,来自太阳的强烈电子耀斑进入地球轨道,从而可能使带电病毒颗粒从较高的大气层扩散到我们的鼻孔中。
你很可能对这一观点不屑一顾,但请以科学之名保持耐心。太阳活动的增加确实会对地球产生影响。用美国国家航空航天局(NASA)的话来说[12] ,如果太阳活动能够“使电网中的变压器爆炸”,那么我们难道不应该至少考虑一下霍伊尔的观点吗?既然我们可以预测增强的太阳活动的周期,那么我们是否应该将其应用于对流感季节性的解释?太阳黑子理论的一个主要问题是,流感大流行的定义具有过高的主观性,因此人们可以随意对其下定义,以适应任何模型[13] 或论证。所以,霍伊尔的理论仍然处于边缘地带。这并不奇怪。对于流感季节性的解释,流行病学家并不太关心太阳黑子,而是更关注太阳光以及它控制人体内维生素D水平的方式。
维生素D理论,与冬季的免疫功能丧失有关。在北半球的冬季,太阳在天空中处于较低的角度,导致日照时间减少。因此,人体内产生较少的褪黑激素和维生素D,从而导致免疫力下降,患病以及感染流感的概率上升。换句话说,流感疫情可能与白天的长短和我们接受日照的时长有关。
维生素D对我们的健康至关重要。虽然可以从饮食中摄取部分维生素D,但人体中的大部分维生素D都来自阳光。在人体合成一种叫作7-脱氢胆固醇(7-dehydrocholesterol)的胆固醇后,它会被运送到皮肤,在阳光中的紫外线照射下转化为维生素D[14] 。维生素D可以促进白细胞对抗入侵的微生物。一些被称为巨噬细胞和自然杀伤细胞的白细胞将肽和细胞因子释放到感染了流感病毒或细菌的细胞中。如果没有维生素D,作为免疫系统核心的这些白细胞便不能很好地发挥作用。实际上,它们可能根本发挥不了作用。如果自然杀伤细胞不能发挥作用,我们便很容易受到各种病毒性和细菌性疾病的侵害。
在冬季光照时间极短的地方会发生什么呢?我在伦敦长大。在伦敦阴沉的冬季里,太阳可能早上8点才升起,而下午4点便已落山。在黑暗中上下学不仅令人沮丧,对我的免疫系统也造成威胁。英国人的 维生素D水平低于那些生活在阳光充足的地方的人。从某种程度上说,阴暗的冬季的死亡人数是夏季的两倍[15] 。这个问题对英国的老年人[16] 来说尤其严重。他们的长袖衣服虽然可以抵御寒冷,但却使他们无法接触阳光。低维生素D水平在非裔美国人中也比在像我一样面色苍白的英国人中更为常见[17] 。事实上,他们的维生素D水平可能是我们的七分之一甚至更低,因为他们皮肤中的黑色素会降低阳光将7-脱氢胆固醇转化为维生素D的能力。我们不知道这是否会导致非裔美国人流感发病率的提高,但他们的肺炎和流感死亡率比白人高10个百分点[18] 。这一事实也印证了我们观察得出的观点:维生素D、阳光以及人体与阳光之间的关系在改变人体免疫反应中发挥的重要作用。
40年前,苏联的研究人员提出以下假设:生活在遥远北方的俄罗斯人在光照时间很短的冬季比在光照时间长的夏季更容易感染流感病毒。
为了验证这一假设,他们给两组患者接种了含有弱化病毒的流感疫苗。
一组患者在夏天接种了疫苗;另一组患者在冬天接种了疫苗,因为他们住在北极圈附近,因此光照极少。他们发现,在冬季接种疫苗的患者因疫苗的副作用而发烧的可能性,是另一组患者的8倍[19] 。光照量的减少使人体产生较少的维生素D,导致免疫系统的功能减弱,因而流感疫苗会产生更多的副作用。
维生素D可以使我们的免疫系统功能良好运转,那么我们在饮食中补充额外的维生素D就能完全预防流感吗?也许可以。在一项实验中,研究人员让日本的两组小学生分别服用维生素D补充剂和安慰剂[20] 。
服用维生素D的那一组感染流感的概率明显减少。然而,针对健康的新西兰成年人展开的类似研究未发现病毒感染数量有任何减少[21] 。老年人补充额外的维生素D[22] ,并没有改善他们对流感疫苗的 免疫反应,这非常令人失望(尤其是对于英国的老年人来说)。面对这些相互矛盾的研究,临床医生可以将所有结果汇集在一起,然后进行分析。这称为统合分析(meta-analysis)。有一项统合分析汇总了11项维生素D研究的结果[23] 。分析表明,维生素D确实能够有效减少流感样疾病的数量,但不能保证人们可以完全阻止其发生。换言之,你可以摄入大量的维生素D,但仍然会感染流感。
维生素D理论认为,流感的季节性特征不是由病毒的特征造成的,而是由我们人体免疫系统的特征造成的。如果我们能够实现人体对流感病毒的全年性防御,那么冬季流感患者的数量便不会增加。与此相反,一些研究人员认为,一些与人体免疫系统或太阳无关的因素能够最好地解释流感的季节性特征,比如天气。
哥伦比亚大学的流行病学家杰夫·沙曼(Jeff Shaman)使用计算机模型来预测下一个流感热点地区。他最初是一名地球物理学家,转而研究免疫学,后来从事气候和大气科学研究。他的博士论文是关于模拟蚊媒疾病的传播及其与天气的关系。正是在调查西尼罗河病毒(West Nile virus)的传播时,他开始关注不那么奇特但更常见的流感病毒,以及它如何受湿度的影响。
2007年,来自纽约西奈山医学院的一个团队研究了冷空气和湿度在流感病毒传播中的作用[24] 。他们把豚鼠作为研究对象。豚鼠非常容易受到人流感病毒的感染。研究人员首先将装有受到感染的豚鼠的笼子放在装有未受感染的豚鼠的笼子旁边,然后将空气从受到感染的豚鼠一侧吹向未受感染的豚鼠一侧,并同时改变温度和湿度[25] 。他们发现,当温度和湿度都很低时,疾病传播的概率很高。然而随着湿度和温度的升高,病毒变得不易传播。事实上,一旦温度达到86华氏度(30摄氏度),流感病毒根本不会传播。未受感染的豚鼠保持了快乐、健康的状态[26] 。
在这一发现的影响下,沙曼开始研究湿度对流感的影响,并建立了计算机模拟以预测下一次流感暴发的地方。美国疾病控制与预防中心的科学家也对湿度和流感传播之间的关系感兴趣。在一项实验中,他们使用“由计算机控制的线性马达驱动的金属波纹管”制造了模拟咳嗽机[27]。他们在“咳嗽机”中装满各种大小的流感病毒颗粒,并将其对准嘴部换为颗粒计数器的一个人体模型。他们首先记录传播的病毒量,然后改变房间的湿度并重复此次实验。在低湿度环境中,病毒颗粒保持传染性的时间长度比在高湿度环境中多出5倍。因此,保持高湿度在理论上可以减少空气中的流感病毒数量。但实际上,使用加湿器来对抗流感并不可行。尽管一部分人能够安装并使用加湿器,但加湿器的总体使用率却非常低。对于预算紧张的人来说,购买加湿器远非在他们的考虑范围之内。室内公共场所极少安装加湿器,然而我们大部分是在这些场所接触那些咳嗽和打喷嚏的人。
如果湿度有助于解释流感的季节性特征,而天气预报也会报道空气湿度,那么我们能否根据天气来预测流感的暴发?这中间存在很大的挑战性,因为流感的传播取决于许多因素,而且每种因素都以不可预测的方式发生变化。在一篇关于该主题的学术论文中,沙曼和一位同事写道,“传染病的动态是非线性的[28] ,在本质上是混乱的。”任何学术期刊都不会刊登学者所写的对传染病传播方式轻易下结论的论文。传染病的传播没有简单的规律可循。
虽然天气预报也是非线性的,但我们已将其纳入日常生活中。天气预报也遵循非常复杂的规则并具有变量。因此,准确预测下周天气也极其困难。流感预测的构成要素与天气预报相似。天气预报需要跟踪云的形成,而流感预测需要测量湿度。我们无须了解热量在大气层中运动的方式,而是研究流感如何在人群中流动。流感预测不依赖于雷达和卫星,而是依赖于微生物等效物——由急诊科和医生办公室提供的咽喉细菌检查和快速流感检测。因此,流感预测人员能够实时了解流感。电视天气预报员能够利用实时雷达进行天气预报,流感预测人员会根据现有的实际观察结果报告流感情况,并不断重新校准。
风暴警报会预测两三种可能的风暴路径,每条路径具有不同的可能性。这被称为集合预报(ensemble forecasting)[29] 。集合预报包含数十个或数百个数据点,每个数据点的预测结果可能会略有不同,但是当它们组合起来时,便能产生最可能和最不可能的情况,以及某些中间情况。目前,流感预测人员可以对流感季可能发生的情况进行集合预测。
最终预测结果包括一些可能的情况及其发生的可能性。
在2012年秋天的流感季期间,沙曼和他的同事通过他们的预测模型预估了美国108个城市的流感传播情况,并制作了每周实时流感预测。
起初,预测似乎并没有用。这些预测的总体准确度非常低。如果是天气预报员给出这样的预测,你可能会换台。但随着他们从现场 添加了更多数据,该模型得以迅速改善。到此次流感季结束时,该团队的天气模型的流感预测准确率约为75%[30] 。这一结果并不完美,但它的表现远胜于仅基于历史数据的预测。
沙曼对流感的成功预测引起了位于亚特兰大的美国疾病控制与预防中心的关注。2014年,该中心宣布沙曼成为其主办的“预测流感季挑战赛”[31] 的获胜者,沙曼因此获得了7.5万美元奖金。基于这些成功的经验,沙曼对流感预测的未来抱有很大的期望。他希望在流感季,在10点新闻中播出天气预报的同时,也可以播出晚间流感预报。这种想法并不奇怪。毕竟电视天气报告一直都包含花粉指数和空气污染警报。
作为一名急诊医生,我不确定流感预测对我有什么作用。如果天气预报说降水概率约为80%,我出门时会带伞。但是如果根据流感预测,流感季在一周内达到峰值的概率为80%,我又能做些什么呢?
通过准确的流感预测,沙曼希望医院改变其人员配置的模式,如果情况非常糟糕,则可以准备额外的设备,如呼吸机。在一般的流感季,医院完全可以应对少量增加的由流感并发症引起呼吸衰竭的患者。但如果发生了诸如1918年流感大流行那样的疫情,医院里会出现大量需要治疗的患者。
假设在亚特兰大大都会区发生了持续8周的流感大流行。在疫情暴发的高峰期,估计每周有2000名患者需要住院,而亚特兰大重症监护病房中超过四分之三的床位将被流感患者占用。除了出于其他原因在重症监护病房接受治疗的患者所需的呼吸机之外,将近一半的现有呼吸机将会用在流感病情最严重的患者身上[32] 。此时,沙曼的流感预测方法可能会发挥巨大的作用。因为它预测了可能的病例数量以及流感大流行达到峰值的时间,从而使医院管理人员和公共卫生官员有时间提前作计划安排。
这个方法本身很好,但是由于医院的管理方式问题,我对它能否发挥作用持怀疑态度。我已经在急诊科工作了多年,但医院从未对自身的人员配置或药物供应模式作出任何改变,以应对非常严重的流感疫情。
医院很少采取这些措施,因为它们要么非常昂贵,要么不切实际,或两者兼而有之。医院应该取消哪些手术,以便在重症监护室为可能根本不会来的流感患者预留床位?许多急诊科已经是在以最大负荷运行,而且医院缺少护士[33] 。没有太多额外空间来摆放更多的病床。医院病床就像飞机座位:如果病床闲置,便不会产生任何收入。因此,医院会尽量让病床使用率达到或接近100%。要求医院为尚未发生的流感疫情预留床位及工作人员,就像要求航空公司为可能不会登机的乘客预留10排座位一样。
公共卫生官员对沙曼的流感预报持怀疑态度。他们认为沙曼应该放弃这个想法,鼓励人们接种疫苗便足够了。但沙曼认为,他的流感预报可以针对易感人群,并有助于提高美国的疫苗接种率[34] (在成年人中,这一数值约为40%)。接种疫苗之后,免疫系统需要几周时间才能激发足够的免疫反应。时机至关重要。如果鼓励人们进行免疫接种的公共卫生运动是基于当年流感疫情的实际风险,其效果可能会更好。
我们也可以从恶劣天气预报——飓风预测中吸取教训。收到错误的飓风预警的人群[35] 会改变他们将来对待此类警报的态度,他们对这些警报的信任度会降低。关于流感的公共卫生公告,如果能够准确预测流感 季的严重程度,其有效性将会提高。公告不能只告诉人们“去接种疫苗”。相反,它应该告知大家,“现在应及时接种疫苗,因为流感的高峰期预计会在10天内到来”。
由于杰夫·沙曼和其他人所做的努力,我们对流感的季节性特征的了解已经超过了从前。湿度、阳光和温度似乎都在发挥作用,但所有该领域的工作者都知道,还有更多因素等待着我们去发现。我们准确预测流感疫情的高峰和低谷的能力似乎正在提高,但要实现每日流感预报的梦想仍然遥不可及。也许,对抗流感的最佳方法不是去管它会何时暴发,而是在关键时刻对其进行阻击,以便在第一时间防止它蔓延。这便是药品存在的作用。药品非常重要,因此被保存在秘密的仓库中。药品受到珍视和保护,并为制造商带来了巨大的利润。但是,在我们对抗流感的过程中,药物是带来了革命性的变化,还是仅仅给了人们一种安全感却依然无法治愈疾病?
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- 有两种测量湿度的方法:相对和绝对。相对湿度是你听天气预报时所听到的。它的测量方法是将一定体积大气中所含的水分与相同体积内的颗粒物环境完全浸润所需要的水分的比值。当天气预报告诉你室外湿度时,它所指的就是这个意思。如果大气中的水分含量不变,随着温度升高,湿度降低。在冬天,空气更冷,锁水能力下降。所以,冬天的相对湿度会更高。沙曼和他在哥伦比亚大学的研究小组关注绝对湿度,所测的是在一个不考虑其他变量的特定时期的特定大气环境里的水含量。通过关注绝对湿度,研究者可以把气温这个变量剔除。这种方式能够更好地反映室内和室外的湿度是相关联的。在家里,绝对湿度和室外的绝对湿度有很好的相关性,反之,两者的相关性很弱。参见J. L. Nguyen,J. Schwartz,and D. W. Dockery,“TheRelationship between Indoor and OutdoorTemperature,Apparent Temperature,Relative Humidity,and Absolute Humidity”,Indoor Air 24,no.1 (2014):103-12. 提示:这个研究的样本只有16例家庭。
- 几内亚猪也是1918年流感大流行的受害者。1918年9月,在科迪军营(Camp Cody)——这是一个在新墨西哥州的军事基地,暴发了一场持续了3个月的流感。到流感结束时,基地医院收治了超过3000例患者,超过了所有驻地部队人数的1/4以上。5名护士和差不多250名士兵死亡。在一份关于此次流感暴发的报告中,作者们描述了被感染士兵的体温、血细胞计数,以及尿液分析,但是他们绕了一段没有预料到的远路。他们记录了在1918年流感到达军营之后很短时间内几内亚猪开始死亡。起先,医生们认为它们死于食物中毒,但是在尸检时,他们发现了“肺炎的明显信号”。这些动物经受了和士兵一样的病痛。“在此期间,”他们写道:“这些病猪打寒战,毛竖起来,在猪圈的角落里挤在一起,只在进食时挪动身体,这种状态一直持续到死亡之前。呼吸急促、喘息。猪的特征性尖叫声几乎听不到了。这些动物很明显处在昏昏沉沉的状态,且昏迷程度慢慢加深,直到死亡。在死亡前,这些动物会翻个身,起身一两次,然后使劲儿再做一次,在15-30分钟内,它会死去。”参见Frederick Lamb and Edward Brannin,“TheEpidemic Respiratory Infectionat Camp Cody N.M.”,JAMA 72,no.15 (1919):1056-62.
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- 这些数据来自X. Zhang,M. I.Meltzer,and P. M. Wortley,“Flu Surge—a Tool toEstimate Demand for Hospital Services During the Next Pandemic Influenza”,Medical DecisionMaking 26,no.6 (2006):617-23. 它假设一个流感大流行持续了8周,波及25%的人口。如果持续3个月,波及人口达1/3,那后果将会更糟糕,需要85%的呼吸机来支持最虚弱的流感患者。作者来自亚特兰大的疾控中心,这可能是为什么他们的数据基于该城市的原因。他们创造的用来进行估算的工具叫作FluSurge,目前是开放使用的。但是需要提醒的是,这个数据是会引起恐慌的。
- 有许多学术文献报道了护士短缺问题,但是不连贯。劳动统计局(The Bureau of LaborStatistics)指出,近期进入市场的护士数量有所上升,导致这个职业出现了竞争,但只是在某些地区。“Registered Nurses”,United States Department of Labor. Accessed April 29 2017.https://www.bls.gov/ooh/healthcare/registered-nurses.htm#tab-6.
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- Kristin Dow and Susan Cutter,“Crying Wolf:Repeat Responses to Hurricane EvacuationOrders”,Coastal Management 26,no.4 (1998):237-52. 这篇文章讨论了人们对州级警报的反应。就像其他从公共卫生部门出来的文章一样,是官方的。
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