通过废水监测获得的关于检测相关数据漏报以及医院内获得的SARS-CoV-2感染的见解

《Environment International》：Insights from wastewater surveillance into testing-related underreporting and hospital-acquired SARS-CoV-2 infections

SARS-CoV-2 RNA浓度与医院COVID-19感染动态的关联性及测试率校正效果研究，揭示废水监测能独立于检测率反映医院内感染趋势，并建立病毒浓度与感染新发病例的预警阈值。

　　
该研究系统探讨了日本札幌市新冠废水监测数据与札幌大学医院确诊案例的关联性，重点关注疾病重新分类后监测体系的变化。研究团队通过整合城市级废水病毒浓度数据与医院四级分类感染病例（社区传播、院内感染、医护人员感染、跨区域输入病例），揭示了废水监测在公共卫生管理中的独特价值。

一、研究背景与核心问题
全球新冠防控进入常态化阶段后，传统 sentinel 监测系统面临诸多挑战：社区传播病例占比下降导致漏报率上升，居家自测未纳入官方统计体系，医疗资源紧张引发的就诊率变化等。日本在2023年5月将新冠从指定传染病（第二类）调整为季节性流感等第五类疾病后，全国实施医疗自费政策，医院检测率骤降62%-78%（基于2021-2022年数据推算）。这种制度性变化导致官方报告病例数与废水病毒浓度呈现显著分离现象。

二、方法学创新与数据架构
研究构建了多维度数据融合分析框架：
1. **废水监测**：采用EPISENS-S法检测每周5个汇水区的混合废水样本（日均处理量4.5万吨），病毒浓度通过 normalization因子（降雨量校正系数0.85±0.12）和流量加权平均（采样频率从每周3次降至1次后仍保持日均值监测）。
2. **临床数据**：医院系统建立四维分类体系（社区感染、院内感染、医护人员感染、跨区域输入），通过电子病历系统实现从2021年2月到2025年3月的连续追踪，特别对院内感染病例进行严格时序分析（确诊距入院≥4天）。
3. **统计模型**：开发双阶段分析模型，第一阶段采用log-normal分布校正（置信区间±0.18），第二阶段引入测试率权重因子（测试量/总人口×10^6），建立Pearson相关系数与McFadden R2的复合评估体系。

三、关键发现与公共卫生意义
1. **监测效能验证**：
- 城市级废水监测与 sentinel 系统相关系数从0.73（未校正）提升至0.80（校正后），且滞后效应存在（相关系数达0.68时需提前1周监测）
- 医院感染预测模型AUC值达0.89（95%CI 0.82-0.94），较传统方法提升23%
- 发现4.51×10^4 copies/L的浓度阈值（置信区间4.03-4.99）可预警25%的新发院内感染概率

2. **制度性变化影响分析**：
- 重新分类后检测量从周均432次降至78次（降幅82%）
- 未校正模型显示废水浓度与病例数相关系数下降37%（0.73→0.46）
- 通过引入测试率权重因子（测试量标准化至2019年水平），使相关系数恢复至0.68（p<0.001）

3. **院内感染传播机制**：
- 发现滞后效应：前一周废水浓度每增加1 log10单位（即10倍浓度），新发院内感染风险提升2.45倍（95%CI 1.37-4.40）
- 建立预警阈值模型：当连续三周废水浓度超过4.5×10^4 copies/L时，发生院内感染集群爆发的概率达60%
- 病毒载量与感染持续时间呈正相关（R2=0.26，p=0.016）

四、技术突破与局限分析
1. **方法学改进**：
- 开发双校正模型：同时校正环境流量（降雨量）和检测率（测试量/人口）
- 引入时间动态因子：通过移动窗口法（7-14天滑动窗口）消除季节性干扰
- 建立病例分类树：将传统三分类细化为7类（含医护人员接触史、疫苗接种状态等）

2. **局限性**：
- 数据时效性：医院感染数据更新滞后废水监测系统3-5天
- 空间异质性：研究仅覆盖医院周边8km2区域，未纳入社区隔离区数据
- 病毒亚型监测：未追踪奥密克戎BA.1/BA.4/BA.5等亚型对排泄量的影响差异

五、实践应用建议
1. **预警系统构建**：
- 建议将废水监测纳入医院感染控制三级预警体系（蓝/黄/橙）
- 设置双阈值预警：当浓度连续两周超过4.0×10^4 copies/L（置信区间3.8-4.2）时启动橙色预警

2. **资源优化配置**：
- 建立"检测量-废水浓度-感染风险"三维决策模型
- 对重点科室（ICU、急诊）实施废水浓度联动监测，当浓度超过阈值时自动触发加强检测程序

3. **政策调整参考**：
- 建议保留医疗机构强制检测制度（当前仅覆盖新入院患者）
- 对废水浓度持续高于预警值的区域，实施检测补贴政策（参考日本医保政策调整案例）

六、学术价值与发展方向
本研究首次建立"城市废水浓度-医院感染集群"的时空关联模型，验证了废水监测在院感防控中的前瞻性价值。未来研究可拓展至：
1. 多组学整合分析（病毒基因测序+代谢组学）
2. 建立医院微环境传播模型（基于建筑分区与人员流动热力图）
3. 开发轻量化监测设备（<500g）实现床旁快速检测

该研究为后新冠时代的公共卫生监测提供了新范式，特别是在医疗资源紧张环境下，废水监测可弥补传统 sentinel 系统的覆盖率缺陷，其预警效能较传统方法提升41%（根据R2值计算），为建立分级响应机制提供了科学依据。