不同時(shí)空尺度瘧疾傳播風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)及環(huán)境影響因素研究.pdf

1、背景:
　　瘧疾(malaria)是由瘧原蟲寄生于人體引起的一種傳染病,通過被感染的蚊子叮咬傳播。瘧原蟲在人體肝臟發(fā)育,然后感染紅細(xì)胞增殖成裂殖子,使紅細(xì)胞脹大破裂,大量代謝產(chǎn)物進(jìn)入血流導(dǎo)致機(jī)體發(fā)病。臨床表現(xiàn)以周期性寒戰(zhàn)、高熱,頭痛、嘔吐,繼之大汗后緩解為主要特點(diǎn)。通常發(fā)生在蚊子叮咬后的10～15天。感染人體的瘧原蟲包括:間日瘧原蟲(Plasmodium vivax)、惡性瘧原蟲(Plasmodium falciparum)、三日

2、瘧原蟲(Plasmodium malariae)及卵形瘧原蟲(Plasmodium ovale),分別引起間日瘧、惡性瘧、三日瘧和卵形瘧。根據(jù)世界衛(wèi)生組織報(bào)告,到2010年,全球大約33億人口(約占世界人口的50％)受瘧疾威脅,每年約有2.16億人感染瘧疾,約65.5萬人因瘧疾死亡,大部分來自貧窮的國(guó)家。
　　歷史上,安徽省一直是我國(guó)瘧疾流行重災(zāi)區(qū)之一,20世紀(jì)60～70年代,瘧疾年發(fā)病人數(shù)曾超過千萬,1980年安徽省瘧疾發(fā)病數(shù)達(dá)

3、到112萬人,占全國(guó)瘧疾報(bào)告病例數(shù)的33.9%。在黨和政府的高度重視下,制定了瘧疾防治工作的一系列政策和規(guī)劃,在人力、物力、財(cái)力等方面給予大力支持。經(jīng)過近20年的努力,到上世紀(jì)90年代末期,安徽省大部分縣市達(dá)到了基本消除瘧疾的標(biāo)準(zhǔn)(年發(fā)病率低于萬分之一)。安徽省年發(fā)病率從1990年52/10萬降低到1999年1.3/10萬。但在2000年以后我國(guó)瘧疾疫情曾一度出現(xiàn)回升,主要集中在安徽、河南和江蘇省。2006年安徽省全年瘧疾報(bào)告病例近3.

4、5萬人,占全國(guó)瘧疾報(bào)告病例數(shù)的54.5%,成為安徽省重點(diǎn)防控的傳染病。安徽省瘧疾的復(fù)燃引起了衛(wèi)生防病部門和學(xué)術(shù)界的高度重視,采取了大量的防控措施,2006年以后瘧疾疫情得到了有效的控制,逐年發(fā)病率大幅度的降低。但是,什么原因?qū)е掳不帐’懠苍?000年后復(fù)燃還不是很明確。
　　相關(guān)研究認(rèn)為氣候因素的變化會(huì)嚴(yán)重影響瘧疾傳播媒介的數(shù)量和叮咬頻率,以及瘧原蟲在蚊體內(nèi)寄生的外潛伏期。然而,全球變暖和世界范圍內(nèi)的瘧疾發(fā)病增加之間的關(guān)系仍然存在

5、很大的爭(zhēng)議。此外,過去的研究大多集中在惡性瘧傳播,間日瘧與其有著不同的傳播媒介和傳播特征,但其與氣候變化特點(diǎn)的研究相對(duì)較少。安徽省是間日瘧流行的地區(qū),中華按蚊是主要傳播媒介,主要孳生場(chǎng)所集中在稻田及其灌溉系統(tǒng),還有住宅附近的池塘、洼地、水坑等。控制間日瘧的傳播優(yōu)選控制傳染源為主,采取休止期根治的方式可以有效地降低瘧疾的傳播。因此,明確瘧疾病例的時(shí)間和空間分布特征,才能采取有針對(duì)性的防治策略和措施。另一方面,從安徽省瘧疾空間的分析結(jié)果上看

6、,發(fā)病率存在著明顯的空間異質(zhì)性,對(duì)于這種空間分布的差異性原因的分析,是對(duì)該地區(qū)瘧疾防控中亟待解決的科學(xué)問題之一。
　　目的:
　　探討2000年后安徽省瘧疾發(fā)病率上升的主要原因;闡明近20安徽省年來瘧疾的流行趨勢(shì)及變化特征,識(shí)別瘧疾傳播的熱點(diǎn)區(qū)域,綜合分析氣象、地理、環(huán)境等因素對(duì)該地區(qū)瘧疾疫情的影響,建立該地區(qū)瘧疾傳播風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)模型,為建立瘧疾早期預(yù)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)降低瘧疾發(fā)病率提供科學(xué)依據(jù),為瘧疾疫情的防控和合理配置衛(wèi)生資源提供理

7、論指導(dǎo)。從方法學(xué)建立基于空間分析(GIS、GS、GPS)技術(shù)和數(shù)理統(tǒng)計(jì)學(xué)方法相結(jié)合的瘧疾傳播風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)模型,評(píng)估瘧疾傳播風(fēng)險(xiǎn)的空間區(qū)域差異和時(shí)間變化趨勢(shì),為相關(guān)媒介疾病的研究提供方法學(xué)支持。
　　方法:
　　收集1990～2009年安徽省各縣市瘧疾的月發(fā)病率監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和氣象數(shù)據(jù);將各縣市年均發(fā)病率與相應(yīng)的行政邊界圖層進(jìn)行空間關(guān)聯(lián),繪制安徽省各縣市瘧疾年發(fā)病率空間分布圖;采用Spearman correlation分析方法來確定不

8、同研究區(qū)域(淮北、江淮、江南)瘧疾月平均發(fā)病率和氣候因素之間的關(guān)系和“滯后”效應(yīng);構(gòu)建多項(xiàng)式分布滯后模型(Polynomial Distributed Lag Model,PDL)來定量分析環(huán)境因素對(duì)瘧疾發(fā)病率貢獻(xiàn)的大小,擬合和預(yù)測(cè)瘧疾的發(fā)病率;用AIC準(zhǔn)則(Akaike information criterion)選定PDL模型參數(shù),計(jì)算模型的校正決定系數(shù)(Adjusted R-squared)和擬合值的殘差(Residual),并對(duì)

9、模型擬合值的殘差序列進(jìn)行了白噪聲(White Noise)檢驗(yàn)(Ljung-Box Q統(tǒng)計(jì)量),評(píng)估模型的擬合優(yōu)度(goodness-of-fit of the models);應(yīng)用均方根誤差(the root means quare error,RMSE)評(píng)價(jià)模型的預(yù)測(cè)效果,針對(duì)預(yù)測(cè)值的殘差序列進(jìn)行白噪聲檢驗(yàn)(應(yīng)用Ljung-Box Q統(tǒng)計(jì)量);利用時(shí)間移動(dòng)窗口掃描(Temporal scan statistical method)、

10、空間自相關(guān)(Spatial autocorrelation)和空間聚類分析(Spatial cluster analysis)研究瘧疾發(fā)病的時(shí)間和空間分布特點(diǎn),確定發(fā)病的熱點(diǎn)區(qū)域;應(yīng)用2005～2010年安徽省瘧疾患者的詳細(xì)家庭住址信息,查詢患者的家庭住址坐標(biāo),應(yīng)用ArcGIS9.2軟件定位到安徽省地形圖上;應(yīng)用地理信息系統(tǒng)(GIS)技術(shù)將研究區(qū)域劃分為25平方公里(5km×5km)大小的柵格地圖,利用時(shí)間序列面板數(shù)據(jù)模型(Panel

11、data regression model)方法分析環(huán)境變量與瘧疾發(fā)病率之間的關(guān)系,評(píng)估瘧疾傳播風(fēng)險(xiǎn)空間區(qū)域差異的環(huán)境影響因素。
　　結(jié)果:
　　1.安徽省1990～2009年間共報(bào)告瘧疾病例198875例,時(shí)空分析結(jié)果顯示瘧疾發(fā)病率變化存在空間異質(zhì)性。1990～1999年期間,淮北、江淮、江南三個(gè)地區(qū)的發(fā)病率均呈現(xiàn)顯著的下降趨勢(shì),從2000年以后,僅淮北地區(qū)發(fā)病率呈明顯上升趨勢(shì),2006年達(dá)到發(fā)病高峰90.54/10000

12、0。江淮和江南均保持較低的發(fā)病水平,2000～2009年間平均發(fā)病率分別為3.47/100000±1.29和1.09/100000±0.54。瘧疾的發(fā)病具有明顯的季節(jié)性,發(fā)病高峰主要集中在6～11月之間。從空間變化趨勢(shì)分析顯示安徽省上世紀(jì)90年代瘧疾發(fā)病遍布全省且逐年降低,2000年后發(fā)病率開始增高,“熱點(diǎn)區(qū)域”由南向北變遷,并且“北移”現(xiàn)象明顯,年平均發(fā)病率的空間動(dòng)態(tài)變化差異較大。自1990年到2009年的20年期間,安徽省各縣市年平

13、均發(fā)病率從最低0.45/100000到最高88.65/100000,中位數(shù)10.45/100000。
　　2.空間自相關(guān)分析結(jié)果顯示安徽省瘧疾存在顯著的空間聚集性。選擇最大空間窗口半徑為安徽省20%的總?cè)丝跇?biāo)準(zhǔn)應(yīng)用空間聚類分析,結(jié)果表明安徽省北部和東部分別存在一個(gè)高聚類區(qū)。一級(jí)聚類區(qū)位于安徽省淮河北部,包括濉溪縣、宿州市、靈璧縣、蕭縣、淮北市、固鎮(zhèn)縣、蒙城縣、渦陽縣、利辛縣共9個(gè)縣區(qū),聚類中心點(diǎn)坐標(biāo)(33.678555N,116.

14、699142E),聚類半徑76.98km;二級(jí)聚類區(qū)位于安徽省中東部明光市、五河縣、鳳陽縣共3個(gè)縣區(qū),聚類中心點(diǎn)坐標(biāo)(32.807571N,118.111466E),聚類半徑52.28km。
　　3.針對(duì)安徽省瘧疾2000年后“反彈”的現(xiàn)象,應(yīng)用時(shí)間序列的多項(xiàng)式分布滯后模型進(jìn)行分析,多因素分析結(jié)果顯示:安徽省所有三個(gè)地區(qū)(淮北、江淮、江南)瘧疾的發(fā)病僅與1～2個(gè)月前的降雨量存在著密切的相關(guān),回歸系數(shù)分別為1.18、1.51、1.2

15、3。而與最高、最低溫度、平均溫度、相對(duì)濕度和MEI均沒有統(tǒng)計(jì)學(xué)上的關(guān)聯(lián)。建立的瘧疾風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)模型具有良好的擬合和預(yù)測(cè)效果。安徽省三個(gè)地區(qū)(淮北、江淮和江南)預(yù)測(cè)值的殘差均為白噪聲序列,均方根誤差值(the root mean square error,RMSE)分別為1.63、1.86、1.75。
　　4.安徽省瘧疾空間區(qū)域差異的影響因素研究顯示:單因素面板數(shù)據(jù)模型分析表明月均相對(duì)濕度(RH)、歸一化植被指數(shù)(NDVI)、月累計(jì)降雨

16、量(Accumulative rainfall)、月平均溫度(Average temperature)在1～3個(gè)月滯后條件下與月瘧疾發(fā)病率存在顯著正相關(guān),同時(shí)海拔和旱地面積也與瘧疾發(fā)病率存在顯著關(guān)聯(lián)。多因素面板數(shù)據(jù)模型分析結(jié)果表明月均相對(duì)濕度滯后1個(gè)月(IRR=1.29,P<0.01),NDVI在滯后2個(gè)月(IRR=1.05,P<0.01),降雨量在滯后1個(gè)月(IRR=1.11,P<0.01),平均溫度在滯后1個(gè)月(IRR=3.53,P

17、<0.01)與瘧疾的空間區(qū)域分布密切相關(guān)。土地利用分析結(jié)果顯示旱地面積增加會(huì)導(dǎo)致瘧疾發(fā)病的增高(IRR=1.23,P<0.01)。
　　結(jié)論:
　　本研究揭示了安徽省瘧疾發(fā)病率在2000年以后的“反彈”與當(dāng)?shù)丿懠舶l(fā)病高峰前1～2個(gè)月的降雨量變化密切相關(guān),構(gòu)建了瘧疾傳播風(fēng)險(xiǎn)的預(yù)測(cè)模型;安徽省1990～2009年間瘧疾傳播的熱點(diǎn)地區(qū)由南向北變遷,找出了近年來瘧疾傳播的季節(jié)性特點(diǎn)和空間熱點(diǎn)區(qū)域;導(dǎo)致安徽省瘧疾空間分布異質(zhì)性的主要影