基于運氣理論探索香港呼吸道傳染病與氣象因素的相關(guān)性

張林，陳子穎，劉忠第，梁峰，張軒,4*

(1.天津中醫(yī)藥大學第一附屬醫(yī)院，天津 300193；2.天津中醫(yī)藥大學，天津 301617； 3.香港浸會大學中醫(yī)藥學院，香港 999077；4.香港浸會大學深圳研究院，廣東 深圳 518057)

呼吸道傳染病是指病原微生物從口腔、鼻腔、支氣管等侵入人體，主要通過呼吸道傳播、感染的疾病，臨床上以咳嗽、發(fā)熱、流涕等癥狀為主，多好發(fā)于冬春季[1]。臨床上常見的呼吸道傳染病有流行性腮腺炎、麻疹、風疹、百日咳、猩紅熱、肺結(jié)核等，多屬于乙類(如：麻疹、百日咳、猩紅熱、肺結(jié)核)或丙類(如：流腮、風疹)傳染病[2]。根據(jù)病原微生物的不同，臨床西藥常用抗生素、抗病毒等療法[3-4]。中醫(yī)藥辨證論治分為：外感風寒者治以辛溫解表，外感風熱者治以辛涼解表，濕熱者清熱利濕。既往研究發(fā)現(xiàn)，呼吸道傳染病的流行與自然氣候變化密切相關(guān)[5]。但不同地域的研究結(jié)果不盡相同，如有學者研究中國廣西2005—2012年的氣象因素對腮腺炎發(fā)病的影響，發(fā)現(xiàn)溫度和流腮發(fā)病率呈正相關(guān)[6]。還有學者研究發(fā)現(xiàn)香港地區(qū)的猩紅熱流行與最低氣溫和平均風速密切相關(guān)[7]。另外，有學者研究北京地區(qū)的麻疹發(fā)病情況與日平均氣溫呈顯著負相關(guān)，與日平均相對濕度和風速呈顯著正相關(guān)[8]。由此可見，RID的流行與當?shù)氐臍庀笞兓芮邢嚓P(guān)。

中醫(yī)學重視“天人合一”思想，認為人體生命活動的變化均與天時氣象密切相關(guān),而始于《黃帝內(nèi)經(jīng)》的五運六氣理論則是這一思想的最集中體現(xiàn)[9]。運氣理論利用干支模式，構(gòu)建了“疾病-運氣-氣候”的體系，即五運的太過、不及，六氣的客主加臨，運氣的同化、異化等，均有可能導(dǎo)致疾病的發(fā)生。尤其是在六氣升降失常、三年化疫等異常氣候變化時，極有可能會出現(xiàn)疫病(即傳染病)的流行[10-11]。賀娟等學者根據(jù)運氣理論，將北京地區(qū)的呼吸道傳染病與3年前的異常氣候(即與干支運氣格局不相符的年份)作關(guān)聯(lián)性分析，發(fā)現(xiàn)通過“三年化疫”理論預(yù)測傳染病流行，與實際情況的符合率高于60%[12]。魯晏武等學者結(jié)合南京地區(qū)的氣象資料，探討五運六氣與金疫(肺系傳染病)發(fā)病的關(guān)聯(lián)性，得出運氣理論對于防治當?shù)亟鹨吡餍芯哂袇⒖純r值的結(jié)論[13]。張維駿等學者根據(jù)2019年底的運氣特點，分析了與新冠肺炎流行的相關(guān)性[14],其認為己亥終之氣運火熱加臨，冬行春令,庚子初之氣運寒涼加臨，春行秋令，二者均非時之氣，民多疫病，病理機制多是火熱傷陰，故表現(xiàn)多以表寒里熱的咳嗽、發(fā)熱為主，根據(jù)五運六氣推演的臨床表現(xiàn)與最新的診療指南相同[15]，初期多用清熱解毒、宣發(fā)里熱的連花清瘟顆粒[16],療效顯著，說明結(jié)合五運六氣，探索呼吸道傳染病的發(fā)病規(guī)律，可以指導(dǎo)臨床用藥，預(yù)防疾病的進展，突出中醫(yī)“治未病”的理念?；诩韧T多研究報道可以看出，運氣理論在預(yù)測呼吸道傳染病方面具有實用價值，還可以指導(dǎo)臨床用藥，預(yù)防疾病進展。

香港位于我國華南地區(qū)，與廣東省相連，全年日照時間長，氣溫偏高，降雨多，濕度大，這種高溫潮濕的環(huán)境在一定程度上會促進傳染病病毒的傳播[17]。香港地區(qū)的特殊地理環(huán)境和氣候條件也使當?shù)氐暮粑纻魅静×餍芯哂休^明顯的地域性特征。一直以來，香港在傳染病預(yù)防方面斥資巨大，然而中醫(yī)在其中發(fā)揮的作用尚屬有限。因此，深入挖掘運氣預(yù)測理論在當?shù)氐膶嵱脙r值，將有助于提高香港中醫(yī)藥在防治呼吸道傳染病方面的能力。

1 資料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

由香港特別行政區(qū)衛(wèi)生署衛(wèi)生防護中心提供的1997—2019年呼吸道傳染病(包括流腮、麻疹、風疹、百日咳、肺結(jié)核、猩紅熱)年、月發(fā)病數(shù)據(jù)；以及由香港特別行政區(qū)天文臺提供的1994—2019年各氣象因素(包括平均氣溫、相對濕度、降雨量、云量、風速、水氣壓、露點溫度、總?cè)照铡⑻柨傒椛涔?項)年、月、日平均值。

1.2 數(shù)據(jù)處理

本研究以大寒為起始點劃分一年的六氣時段，即初之氣(大寒—驚蟄，約為1—2月)、二之氣(春分—立夏，約為3—4月)、三之氣(小滿—小暑，約為5—6月)、四之氣(大暑—白露，約為7—8月)、五之氣(秋分—立冬，約為9—10月)、終之氣 (小雪—小寒，約為11—12月)?；趥魅静〉脑掳l(fā)病數(shù)據(jù)，統(tǒng)計出1997—2019年共23年間呼吸道傳染病的六氣發(fā)病數(shù)；基于氣象因素的日數(shù)據(jù)，統(tǒng)計出1994—2019年共27年間上述9項氣象因子的六氣平均值。

1.3 統(tǒng)計方法

鑒于BP(back propagation)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有獨特的信息存儲方式、良好的容錯性、大規(guī)模的非線性并行處理方式以及強大的自組織、自學習和自適應(yīng)能力，故近些年來，該方法廣泛應(yīng)用于傳染病預(yù)測及與氣象因素關(guān)系的分析中[18-19]。針對本研究數(shù)據(jù)的非線性特點，我們利用BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法，研究呼吸道傳染病的發(fā)病與同期及前期氣象變化之間的關(guān)聯(lián)性，從不同時段、角度建立預(yù)測模型。在模型建立過程中，氣象因子為輸入變量，傳染病發(fā)病數(shù)為輸出變量，各自包含138組數(shù)據(jù)，按照統(tǒng)計學常規(guī)的7∶ 3比例隨機抽取數(shù)據(jù)進行訓練及預(yù)測，比較各預(yù)測模型的精度，選取精度最高的模型，分析其中貢獻度較大的氣象因子。以上統(tǒng)計分析均采用SPSS 25.0軟件完成。

2 結(jié)果

2.1 描述性統(tǒng)計

香港地區(qū)的呼吸道傳染病在三之氣時段發(fā)病最多，這段時期(小滿—小暑，約為5—6月)的平均氣溫、相對濕度、降雨量、云量、露點溫度均處于全年的高峰范圍，屬于濕熱氣候環(huán)境。詳見表1。

表1 呼吸道傳染病與各氣象因素的六氣數(shù)據(jù)表

2.2 統(tǒng)計分析

在當年氣候因素的基礎(chǔ)上，加入前期(1～3年前)的氣象因子，可以有效提高模型的預(yù)測精度。其中以模型3(即包括：當年+1年前+2年前)的預(yù)測效果最佳，精度達到54%，詳見表2；最重要的影響因素是當年的水汽壓，詳見表3。基于模型3得出的呼吸道傳染病發(fā)病預(yù)測值，與實際發(fā)病趨勢基本吻合，但在個別發(fā)病高峰期會出現(xiàn)預(yù)測不充分的現(xiàn)象，詳見圖1。

表2 呼吸道傳染病-氣象預(yù)測模型結(jié)果匯總

表3 模型3中的各氣象因素影響重要性匯總

圖1 基于模型3輸出的呼吸道傳染病預(yù)測值與實驗發(fā)病值的比較

3 討論

3.1 RID與金疫

RID屬于中醫(yī)金疫的范疇，《素問遺篇·本病論》中曰：“假令庚辰陽年太過，如己卯天數(shù)有余者，雖交得庚辰年也，陽明猶尚治天……即天陽明而地太陰也，故地不奉天也……金運太虛，反受火勝……其后三年化成金疫也”，論述了金疫的發(fā)生與運氣失常有關(guān)。即：假如庚辰年金運太過，前一年(乙卯年)的陽明燥金之氣任在治天，導(dǎo)致金運太虛，反受火勝，三年化生為金疫(所生之疫五行屬金，因前一年“金運太虛”，反受火勝)[20]?！叭昊摺崩碚撛趯W界受到關(guān)注是源于2003年SARS的流行。如顧植山等學者依據(jù)“三年化疫”理論，以及天虛、人虛、邪虛的“三虛理論”，結(jié)合2000年的運氣和氣象特點，推斷2002—2003年金疫的發(fā)生原因[21]。又如一項2000年合肥的氣象資料也研究分析了“三年化大疫”，是指要在2002—2003年發(fā)生疫情[22]。另外，《素問遺篇》提到:“三年化成金疫也, 速至壬午, 徐至癸未, 金疫至也”，描述了疫情發(fā)生的時間在運氣失常的2～3年后，并強調(diào)了“三虛致疫”的運氣特點[21]。這些都為傳染病的早期預(yù)警提供了有益的時間參考。

3.2 RID與氣象之間的關(guān)系

無論是SARS還是COVID-19，都屬于中醫(yī)的金疫，即呼吸道傳染病。有國外研究報道，在美國建立的13個氣候模型的氣候數(shù)據(jù)可以預(yù)測到2050年，紐約和密爾沃基的日平均溫度可能是 32 ℃，高溫與臭氧超標天數(shù)有強烈關(guān)系，極易誘發(fā)RID系統(tǒng)疾病的爆發(fā)[23]。澳大利亞一項關(guān)于呼吸道合胞體的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，呼吸道合胞體的爆發(fā)在秋季中晚期(4—5月)最高，冬季(6—8月)逐漸減少，氣象因子中8周降雨量與相對濕度對其爆發(fā)在時間上密切相關(guān)[24]。根據(jù)美國疾病控制預(yù)防中心(CDC)和世界衛(wèi)生組織(WHO)在2010—2015年全球流行病學調(diào)查流感、呼吸道和副流感病毒傳染病的研究發(fā)現(xiàn)，這些RID發(fā)病率全年波動，但是不同國家(加拿大、英國、澳大利亞等)的發(fā)病峰值明顯同步[25]。在國內(nèi)對RID的研究中，顧志偉通過2006年湖州市中心醫(yī)院于氣象資料分析，水汽壓、平均氣壓、降水量等氣象因子與RID發(fā)生密切[26]，得出的結(jié)論與本研究類似，均與平均水汽壓有關(guān)。一項1996—2010年麻疹在上海市的發(fā)病研究，麻疹發(fā)病數(shù)同當月平均氣溫呈正相關(guān)[27]。以上研究表明，RID與氣候變化密切相關(guān)，雖然發(fā)病的波動范圍和氣象因素之間存在一定的差異，但是發(fā)病的峰值會有同步趨勢，RID與氣象因素之間存在密切的聯(lián)系[25]。

3.3 本研究的RID-運氣-氣象模型標建

本研究利用BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法，建立香港地區(qū)RID-運氣-氣象模型，發(fā)現(xiàn)RID的發(fā)病率與當年的平均水汽壓關(guān)系最密切，尤其是在加入了1～2年前的綜合氣象因素后，所建立的發(fā)病預(yù)測模型，精度明顯提升，這些正是中醫(yī)“三年化疫”理論的表現(xiàn)。研究顯示：(1)香港地區(qū)的RID發(fā)病數(shù)最高在三之氣(5—6月份)，最低在初之氣(1—2月份),香港地區(qū)屬于亞熱帶季風性氣候，高溫多雨，陽光充沛，高溫高濕的條件可能通過增加沉積在表面的病毒數(shù)量以及增加病毒在表面液滴的存活率來促進病毒的接觸傳播[28]，民眾易感受風熱之邪，邪客肺衛(wèi)，發(fā)為RID；(2)在該模型中，與RID發(fā)病密切相關(guān)的是平均水汽壓，會導(dǎo)致含病原微生物的氣溶膠在濕度越大的空氣中懸浮的時間更長，傳播的機會更大[29]；(3)本研究的“RID-運氣-氣象”模型在加入1～3年的前期氣象數(shù)據(jù)可以提高模型的預(yù)測效果，2年前至當年的氣象數(shù)據(jù)建模的預(yù)測效果最好，精度為54%；提示了香港地區(qū)的RID流行可以基于1～2年前的氣象變化建立預(yù)警模型。

3.4 運氣與臨床用藥

香港全年濕熱，溫度較高，根據(jù)當?shù)氐臍夂蛱攸c，可以針對性地用藥，在治療RID時可以在解表藥上兼顧祛濕，不僅宣肺解表，還需顧護中焦，此外，尚需結(jié)合五運六氣來用藥。比如韓維哲等學者強調(diào)了結(jié)合五運六氣用藥的重要性，六乙年少商運歲金不及所設(shè)之方常用紫菀湯[30]，而戊戌年歲火太過, 最易出現(xiàn)肺金受邪，常用司天麥冬湯[31]，臨床療效顯著，這里均體現(xiàn)了中醫(yī)“天人相應(yīng)”的理念。而根據(jù)時氣過盛和時氣過衰，以五運六氣為基礎(chǔ)，可以有針對性地選擇方藥。若厥陰風木過盛之時, 可見風溫風熱、六脈浮盛、表實壯熱等，治以涼瀉、酸瀉,備選方劑為葳蕤湯、銀翹散和消毒犀角飲[32]。而厥陰風木過衰時可見頭痛發(fā)熱、肢體煩疼、瘡疹未透等, 治以溫補、辛補，備選九味羌活湯、升麻葛根湯或葛根解肌湯。其他歲運時段過盛或者過衰，亦可針對用藥。綜上所述，構(gòu)建“RID-運氣-氣象”預(yù)測模型，不僅可以對RID的流行進行預(yù)警，還可以結(jié)合五運六氣，指導(dǎo)RID患者服藥，一方面用預(yù)警模型做到“未病先防”，另一方面根據(jù)五運六氣選擇方藥做到“既病防變”，更好地發(fā)揚中醫(yī)藥“治未病”的理念。

3.5 本研究的局限與展望

本研究存在一定的局限性：(1)RID的發(fā)病因素復(fù)雜，RID的發(fā)病不僅僅與氣象因素有關(guān)，還與經(jīng)濟、文化、政治等因素相關(guān)，如Lancet研究發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)在大流行的COVID-19發(fā)病數(shù)與不同國家的經(jīng)濟和政治政策等有關(guān)[33],因此，本研究認為今后的類似研究應(yīng)該考慮其他因素；(2)本研究只探索了6種RID發(fā)病與氣象因素的關(guān)系，無法涵蓋其他呼吸道傳染病，例如傳染性的病毒性肺炎、各型的流行性感冒等[34]，建議往后的類似研究應(yīng)該將疾病具體化，或者增加病種涵蓋范圍；(3)本研究只納入9種氣象因子，氣象因子的內(nèi)涵很廣泛，不僅僅包括本研究的范圍，還有紫外線暴露時間、能見度、臭氧含量、蒸發(fā)量等，其中臭氧超標天數(shù)能誘發(fā)呼吸系統(tǒng)疾病的爆發(fā)[23]，充分納入相關(guān)的氣象因素，能夠更充分地反應(yīng)氣象因素對疾病的影響，建議今后的類似研究增加其他氣象因素。