分层人群与季节性因素下疫苗接种对霍乱传播动力学影响的建模研究

为解决发展中国家霍乱疫苗接种覆盖率不足的问题，研究人员构建了分层人群SIRVBS数学模型，结合季节性因素分析疫苗接种对霍乱传播的影响。研究发现，高暴露人群需70%接种率、低暴露人群需62%接种率才能阻断传播，为优化疫苗分配策略提供了理论依据。该研究发表于《Infectious Disease Modelling》，对霍乱防控具有重要指导意义。

　　

霍乱作为一种由霍乱弧菌引起的急性腹泻病，至今仍在缺乏清洁水源和卫生设施的发展中国家肆虐。世界卫生组织数据显示，未经治疗的霍乱病例死亡率可高达50%。尽管口服霍乱疫苗(OCV)已被证明安全有效，但在最需要的发展中国家接种率仍然偏低。更复杂的是，霍乱传播呈现明显的季节性波动，且不同人群的暴露风险存在显著差异——这给疫苗资源的优化配置带来了巨大挑战。

针对这一难题，Sètondji Diane Zanvo等研究人员在《Infectious Disease Modelling》发表了一项开创性研究。他们构建了一个包含疫苗接种策略的非线性确定性数学模型，首次将人群按暴露程度分为高暴露(S₁)和低暴露(S₂)两个层级，同时引入季节性强迫函数来模拟环境因素的影响。研究团队采用埃塞俄比亚2015-2019年的霍乱月报数据，通过最小二乘法结合MATLAB优化工具箱进行参数估计，并运用下一代矩阵法计算关键流行病学指标。

关键技术方法
研究采用SIRVBS（易感-接种-康复-细菌-症状）隔室模型框架，通过微分方程组描述人群动态。使用fminsearch算法进行参数优化，RMSE评估拟合优度。敏感性分析采用标准化弹性指数，计算参数对控制再生数(R_c)的影响程度。数据来源于埃塞俄比亚公共卫生研究院的监测报告和世界银行人口统计数据。

主要研究结果
3.1.1 控制再生数计算
通过下一代矩阵法推导得出：高暴露人群控制再生数R_c1=2.70，低暴露人群R_c2=1.66，整体R_c=2.18。在无干预情况下，基本再生数R₀₁=3.35，R₀₂=2.60，平均R₀=2.98，显示高暴露人群始终是主要传播源。

3.1.3 敏感性分析
疫苗接种率(ω)对R_c的弹性指数为负值，证实提高接种率可有效抑制传播。计算显示：高暴露人群需≥70%接种率、低暴露人群需≥62%接种率才能将R_c降至1以下。

4.2 模型拟合
参数估计显示高暴露人群的细菌排出率(ξ₁)=1.006（95%CI:0.79-1.22），显著高于低暴露人群(h=0.86)。季节性振幅α≈1，证实降雨量对传播具有强调控作用。

4.3 数值模拟
疫苗接种覆盖率每提高10%，高暴露人群病例数下降23.7%。当接种率达临界值时，疫情曲线振幅显著降低，说明接种策略能平抑季节性流行高峰。

结论与意义
该研究首次量化了分层疫苗接种策略对霍乱传播的影响，揭示针对高风险人群优先接种可产生"靶向保护"效应。建立的SIRVBS模型能准确预测季节性流行趋势，为资源有限地区的疫苗分配提供了决策依据。特别是证实了在埃塞俄比亚等流行区，将70%疫苗优先覆盖高暴露人群（如贫民窟居民），可比均匀分配策略多预防38%的病例。这些发现对实现WHO《终结霍乱路线图》目标具有重要实践价值，也为其他具有季节性和人群异质性的传染病防控提供了方法学参考。