傳染病動力學模型在隔離預防輪狀病毒醫院感染中的應用

黃 璜，單旭征，龍云淑，許春瓊

(成都大學附屬醫院，四川 成都 610081)

·論著·

傳染病動力學模型在隔離預防輪狀病毒醫院感染中的應用

黃 璜，單旭征，龍云淑，許春瓊

(成都大學附屬醫院，四川 成都 610081)

目的 構建輪狀病毒(RV)醫院內傳播及防控策略的傳染病動力學模型。方法 應用傳染病動力學的方法，構建不同隔離措施下的RV SEIR模型，評價隔離措施效果。結果 假設對所有患者進行隔離，在傳播第3天采取隔離措施，則感染者在傳播第5天為4.3例，在第7天達高峰(6.4例)，直至傳播第14天，感染者人數降至3.4例。在傳播第2天采取隔離措施，則感染者在傳播第6天達4.0例，第8天感染者即降至3.2例。在傳播第1天采取隔離措施,則感染者最多為2.4例，即不會發生醫院感染暴發。早期隔離能有效阻止RV感染暴發，隔離時間越晚，感染人數越多，暴發持續時間越長。結論 RV醫院感染暴發較易發生，早期發現，及時隔離RV患兒是防止醫院感染暴發的有效措施。

輪狀病毒； 醫院感染； SEIR； 嬰幼兒腹瀉； 接觸傳播

[Chin J Infect Control，2017，16(5)：470-473]

輪狀病毒(rotavirus, RV)是嬰幼兒重型腹瀉的主要病原體，我國每年秋冬季節有40%～60%的嬰幼兒重癥腹瀉由RV引起，估計每年可造成約2萬 5歲以下幼兒死亡[1]。研究[2-4]表明，我國住院腹瀉兒童RV陽性檢出率為25.9%～39.45%。由于RV具有較高的傳染性，易感者僅需要10個病毒即可感染[5]，且主要通過接觸傳播，較易發生醫院感染。為有效防止RV醫院感染暴發，本研究首次通過傳染病動力學模型模擬在不同時間采取隔離措施時RV醫院傳播過程，比較RV傳播過程中不同時期采取隔離措施時，醫院感染暴發的開始時間、持續時間及感染人數，為有效防止其醫院感染暴發提供理論依據。

1 資料與方法

1.1 模型簡介 傳染病動力學是對傳染病進行理論性定量研究的一種重要方法[6]，其在已知的流行過程基礎上建立能反映疾病動力學的數學模型，通過對模型的研究，了解疾病的發生發展過程及流行規律。由于RV感染具有潛伏期，本研究構建由易感者(S)、潛伏者(E)、感染者(I)、康復者(R)構成的SEIR模型。其中S為t時刻尚未染病但可能染病的人數，記為S(t);E為t時刻處于潛伏期的人數，記為E(t)；I為t時刻已經染病且處于傳染期的人數，記為I(t)；R為t時刻已經從感染者中移出的人數，記為R(t)；若總人數N為常數則N(t)= S(t)+ E(t)+ I(t)+ R(t)。易感染者從感染到移出的過程見圖1。

圖1 SEIR模型過程圖

Figure 1 Flow chart of SEIR model

模型方程為：

β=β0×接觸率C(N)，稱為有效接觸率，表示一例感染者傳染易感者的能力，其中β0為人群全部為易感者時，一例感染者傳染易感者的能力。ε為潛伏期的倒數，表示潛伏者轉變為感染者的比例。γ為傳染期的倒數，表示感染者轉變為康復者的比例。

1.2 模型的假設與參數設定 (1)醫院住院患者較少，接觸率與人口總數成正比，此時C(N)=ΚN,β=Κβ0，疾病發生率不受總人口數影響。 (2)每日新入院易感者恒定，記為Λ。(3)每日出院率恒定，記為μ。(4)不考慮死亡患者。(5)疾病在醫院自然傳播時未采取任何措施。本研究采用Matlab軟件構建模型，主要參數設置見表1。

表1 SEIR模型主要參數設置

2 結 果

2.1 醫院自然傳播 以綜合醫院兒科住院患兒為研究對象，則模型傳播過程見圖2。

圖2 醫院傳播模型過程圖

模型方程為：

設平均每日在院患兒為100例，平均每日新入院患兒20例，根據某三甲綜合醫院兩歲以下患兒比率為64%，則初期醫院易感者S為64例，每日新入院易感者Λ為13例，以某三甲綜合醫院兒科出院率為參考，設μ為0.2，仿真結果顯示，醫院初期進入1例RV腹瀉患兒，如無任何防控措施，在傳播第4天，感染者人數達4.5例，即引起醫院感染暴發，此時感染人數不斷增多，在傳播第15天，感染者人數達42.4例。見圖3。

圖3 醫院RV自然傳播圖

Figure3Diagramofnaturaltransmissionofrotavirusinhospital

2.2 采取隔離措施后醫院傳播 如對患者進行隔離，則模型傳播過程見圖4。

圖4 采取隔離措施后醫院傳播模型過程圖

Figure 4 Flow chart of hospital transmission model after isolation measures were taken

模型方程為：

此時β隨時間的變化而變化[9]，假設對所有患者進行隔離，則δ=1.0，仿真結果顯示，如在傳播第3天采取隔離措施，則在傳播第5天感染者為4.3例，在第7天達高峰(6.4例)，直至傳播第14天，感染者人數降至3.4例。如在傳播第2天采取隔離措施，則在傳播第6天感染者達4.0例，第8天感染者即降至3.2例。如在傳播第1天采取隔離措施則感染者最多為2.4例，即不會發生醫院感染暴發。見圖5。

A:傳播第3天采取隔離措施；B: 傳播第2天采取隔離措施;C: 傳播第1天采取隔離措施

3 討論

目前，國內對RV醫院感染的研究較少，回顧以往研究主要集中在臨床分析及護理干預兩方面。本研究應用matlab軟件構建RV在綜合醫院內傳播的動力學模型，結果顯示當每日入院20例患者時，如不采取任何措施，1例RV患者進入病房后，在傳播第4天即可發生醫院暴發，至傳播第8天，感染人數即可達到16.9例。若將每日入院人數調整至11例，即每日入院易感者人數為7例時，在傳播第8.5天，感染人數為7.9例，此時與尹麗等[10]報道的一起7 d內入院45例新生兒，發生8例RV醫院感染的暴發事件傳播過程基本一致。RV傳染性高，在病房中可通過被污染的醫護人員的手、醫療設施、醫療器械、奶瓶等傳播[11]，但現階段RV疫苗在我國尚未普及，因此患者隔離及環境消毒成為防止RV傳播的重要措施。本研究結果顯示，在傳播第3天采取隔離措施，醫院感染暴發仍需持續9 d，最高感染人數減少至6.4例；在傳播第2天采取隔離措施，醫院感染暴發僅持續2 d，最高感染人數為4例；如在傳播第1天采取隔離措施，則不發生醫院感染暴發，說明在本研究設定條件下，RV患兒入院后1天內隔離，才能有效阻止RV醫院感染暴發，隔離時間越晚，感染人數越多，暴發持續時間越長。為早期發現RV患兒，及時隔離，建議將RV快速檢測納入腹瀉患兒入院常規檢測，并對住院病房進行分區管理，設立腹瀉患兒專區，對未確診的腹瀉患兒進行預防性隔離。除環境物品與醫務人員手外，家屬手也是RV傳播的重要途徑[11]。研究[12]表明，5歲以下兒童家長對腹瀉的預防知識知曉程度較低，建議在RV高發時期，加強對患兒家長RV感染的預防知識宣教，降低患兒醫院感染風險。

本文通過構建不同條件的RV醫院感染暴發的動力學模型，有效評估不同時間采取隔離措施在醫院感染暴發防控中的作用，為防止RV醫院感染暴發提供科學理論依據，但由于缺乏兒科病房RV醫院感染暴發數據，未對模型進行實證研究，僅將模擬結果與以往研究進行對比，有待進一步研究。

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[5] 李蘭娟,任紅.傳染病學[M].北京，人民衛生出版社,2013.

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(本文編輯：左雙燕)

Application of epidemic dynamics model in isolating hospital-acquired rotavirus infection

HUANGHuang,SHANXu-zheng,LONGYun-shu,XUChun-qiong

(AffiliatedHospitalofChengduUniversity,Chengdu610081,China)

Objective To establish an epidemic dynamics model of the transmission and prevention strategies of rotavirus infection in hospital.Methods Rotavirus SEIR model based on different isolation measures was constructed using epidemic dynamics method, the effectiveness of isolation measures was evaluated.Results Supposing that all patients were isolated, isolation measures were taken on the 3rdday of transmission, there were 4.3 cases of infection on the 5thday of transmission, peaked on the 7thday(n=6.4), until the 14thday of transmission, the number of infected persons fell to 3.4 cases. If isolation measures were taken on the 2ndday of transmission, the infected persons reached 4.0 on the 6thday, and reduced to 3.2 cases on the 8thday. If isolation measures were taken on the 1stday of transmission, the infected persons reached 2.4 at most, healthcare-associated infection would not occur. Early isolation can effectively prevent the outbreak of rotavirus infection, the later the isolation, the more the infection occurs and the longer the outbreak lasts.Conclusion Rotavirus infection can easily break out in hospital, early discovery and early isolation of rotavirus infected child is the effective measure to avoid rotavirus infection outbreak in hospital.

rotavirus; healthcare-associated infection; SEIR； infantile diarrhea; contact isolation

2016-06-06

成都大學青年基金項目(2015XJZ32)；金牛區科協資助項目

黃璜(1990-)，女(漢族)，江西省豐城市人，醫師，主要從事醫院感染控制研究。

黃璜 E-mail：342714654@qq.com

10.3969/j.issn.1671-9638.2017.05.017

R725.1

A

1671-9638(2017)05-0470-04