美国儿童疫苗接种率下降下已消除传染病再现的建模研究：对公共卫生的重大警示

本文通过模拟模型评估美国儿童疫苗接种率下降对麻疹、风疹、脊髓灰质炎和白喉等疾病的影响。研究发现，接种率下降会增加疾病暴发风险，麻疹可能率先重新流行。这警示我们，维持高接种率对预防传染病卷土重来至关重要。

　　

研究背景

自 20 世纪初以来，美国通过儿童常规疫苗接种，成功消除了多种传染病，如麻疹、风疹、白喉、脊髓灰质炎等。疫苗接种使得这些疾病的持续本地传播得以停止，天花更是在全球范围内被根除。疫苗的广泛应用建立起群体免疫屏障，有效阻止了疾病传播。

然而近年来，美国疫苗接种率呈下降趋势，这一现象在 COVID-19 大流行后愈发明显。政策因素（如个人信仰豁免增多）、错误信息传播、民众对疫苗的不信任等，共同导致了反疫苗情绪上升。这种情绪使得疫苗可预防疾病的暴发次数和病例数不断增加，2024 年以来，美国麻疹暴发次数显著增多，还出现了大型疫情，众多儿童因此住院治疗。

与此同时，美国正在进行关于修改长期儿童疫苗接种计划的政策辩论，内容包括停止某些常规疫苗推荐、取消学校疫苗接种强制要求等。这一系列变化可能进一步降低疫苗覆盖率，增加已消除传染病再现的风险。在这样的背景下，开展此项建模研究意义重大，它能帮助我们了解儿童疫苗接种率下降的潜在长期影响，为政策制定提供依据。

研究方法

1. 模型构建：研究团队开发了一种随机、离散时间、年龄特异性的个体模型。该模型能模拟美国 50 个州和哥伦比亚特区内，麻疹、风疹、脊髓灰质炎和白喉的感染输入和动态传播过程。在模型开始时，会为每个个体分配年龄组、居住州和病原体特异性免疫状态。易感个体暴露于感染源后，会经历从易感（Susceptible）到暴露（Exposed）、感染（Infectious）再到康复（Recovered）的健康状态转变。
2. 参数设定：每种病原体都有独特的建模方式。麻疹和风疹疫苗被假定为能产生全或无的保护效果，但疫苗效力并非完美；脊髓灰质炎疫苗（自 2000 年起美国仅使用灭活脊髓灰质炎疫苗）主要预防临床重症（如麻痹性脊髓灰质炎）和传播，而非预防感染；白喉疫苗则模拟为可降低临床严重程度和传播，但不阻止感染或定植。模型还纳入了疾病自然史参数（如潜伏期、传染期）、基本再生数（R0）等，这些参数均基于文献估计。同时，模型考虑了年龄特异性的社会混合模式、母体抗体的被动转移（约 6 个月保护期）、各州的人口统计学特征（出生率、死亡率）等因素。
3. 数据来源与模型验证：模拟人口时，研究人员使用了美国人口普查局 2019 年的各州出生率、人口规模和年龄分布数据，以及美国国家卫生统计中心的各州和年龄特异性死亡率数据。人口免疫状态则结合了国家免疫调查数据和已发表文献数据。为验证模型有效性，研究人员在当前疫苗接种覆盖率水平下，对每种传染病进行了为期 5 年的模拟，并将模型预测的病例数与美国疾病控制与预防中心公布的实际病例数进行对比。
4. 场景分析与敏感性分析：研究设定了多种儿童疫苗接种覆盖率变化场景，包括与 2004 - 2023 年平均接种率相比，立即下降 5% - 100%（100% 下降表示停止常规儿童疫苗接种），以及立即增加 5% - 10%。每个场景模拟时长为 25 年，以评估长期传播动态。同时，进行了概率敏感性分析，通过同时改变多个模型输入参数（如基本再生数、人口免疫状态、感染输入率等），来确定它们对结果的影响，并计算部分秩相关系数评估相对影响。此外，还对感染相关并发症的估计值进行了敏感性分析，以及模拟了多种替代模型设定。

研究结果

1. 疫苗接种率与基线免疫水平：2004 - 2023 年，美国各州儿童疫苗接种覆盖率存在差异。麻疹 - 腮腺炎 - 风疹（MMR）疫苗接种率在 88% - 96% 之间，白喉（白喉、破伤风和百日咳疫苗系列）接种率在 78% - 91% 之间，灭活脊髓灰质炎疫苗系列接种率在 90% - 97% 之间。3 - 4 岁儿童的基线免疫水平，麻疹为 85% - 93%，风疹为 85% - 93%，白喉（针对严重白喉）为 78% - 91%，脊髓灰质炎（针对麻痹性脊髓灰质炎）为 90% - 97%。
2. 模型有效性验证：在当前疫苗接种率的基础场景下，模型预测的 5 年病例数与历史估计值大致相符，证明了模型的有效性。
3. 不同接种率场景下的疾病负担：在 25 年的模拟期内，当前接种率下，预计麻疹病例数为 851,300 例（95% 不确定区间 [UI]，381,300 - 130 万例），风疹 190 例（95% UI，154 - 230 例），脊髓灰质炎 18 例（95% UI，3 - 61 例），白喉 8 例（95% UI，1 - 22 例），还会有相应的并发症、住院和死亡病例。MMR 疫苗接种率提高 5%，麻疹病例数预计为 5800 例（95% UI，3100 - 19,400 例）；提高 10%，预计为 2700 例（95% UI，2200 - 3400 例）。相反，MMR 疫苗接种率下降 10%，预计麻疹病例数将达 1110 万例（95% UI，1010 - 1210 万例）。若常规儿童疫苗接种率下降 25% 或 50%，各类疾病病例数、并发症数、住院数和死亡数都会大幅增加。
4. 疾病再现为地方性流行的时间和概率：不同疾病和疫苗覆盖率场景下，疾病再现为地方性流行的时间和概率差异显著。在当前接种率下，麻疹在 83% 的模拟中预计 20.9 年（95% UI，17.4 - 24.6 年）再现为地方性流行，其他疾病大多不会。接种率提高 5%，麻疹不会再现为地方性流行。接种率下降 25%，脊髓灰质炎在 11% 的模拟中 23.3 年再现为地方性流行；下降 50%，麻疹、风疹、脊髓灰质炎和白喉再现为地方性流行的概率和时间各不相同，且不同州对疾病暴发和再现为地方性流行的易感性存在差异，得克萨斯州麻疹风险最高。
5. 敏感性分析结果：敏感性分析表明，对研究结果影响最大的参数是病原体基本再生数和感染输入率。较高的基本再生数意味着更高的群体免疫阈值，会导致病例数非线性增加和更早再现为地方性流行；较高的感染输入率会增加疾病再现为地方性流行的机会。此外，较低的初始群体免疫会缩短疾病再现为地方性流行的时间。不同的地方性流行定义、感染输入模型设定、疫苗保护假设等，对结果影响较小。

研究讨论

1. 疾病再现风险与差异：本研究表明，常规儿童疫苗接种率下降会导致 4 种传染病在特定场景下再现并重新成为地方性流行疾病，但不同疾病在病例数变化、再现时间和群体免疫阈值上差异明显。麻疹在疫苗接种率普遍下降时，最有可能率先大规模暴发并重新成为地方性流行疾病；风疹、脊髓灰质炎和白喉则需要疫苗覆盖率更低且持续时间更长，才会出现暴发和持续传播。
2. 麻疹的特殊风险：当前接种率下，麻疹可能在未来 20 年内重新成为地方性流行疾病，这是由于部分州的常规接种率低于历史水平和维持消除传播所需的阈值。这意味着美国可能正接近失去足够群体免疫力以预防麻疹地方性传播的临界值，需要提高儿童疫苗接种率来避免这一情况。
3. 其他传染病的情况：在当前接种率下，风疹、白喉和脊髓灰质炎在美国可能维持消除状态，但输入病例仍可能引发不同规模和持续时间的散发性暴发。
4. 影响疾病再现的因素：疾病再现风险和模式的差异主要由病原体特征（基本再生数决定群体免疫阈值）、初始群体免疫水平（历史接种情况）、感染输入风险（麻疹输入最常见，脊髓灰质炎和白喉输入罕见），以及免疫异质性、疫苗保护类型等因素决定。
5. 研究的意义与局限性：本研究为继续进行高覆盖率的常规儿童疫苗接种提供了数据支持，有助于评估不同疫苗接种率下降场景下的疾病风险。但研究存在局限性，如模型结构和假设简化、未充分考虑州内异质性、感染输入率测量可能不准确、未考虑疫情相关反应性接种等。这些局限性可能导致对疾病暴发风险和再现速度的低估。

研究结论

基于此项建模研究，儿童疫苗接种率下降会增加已消除的疫苗可预防传染病的暴发频率和规模，最终导致它们重新成为地方性流行疾病。不同疾病再现为地方性流行的时间和临界阈值差异很大，麻疹最有可能率先重新成为地方性流行疾病，在当前接种率下，若不提高疫苗覆盖率和加强公共卫生应对，这种情况就可能发生。因此，美国需要继续维持高覆盖率的常规儿童疫苗接种，以预防疫苗可预防传染病的再次流行。