基于隔离、检测和公众意识策略的猴痘传播动力学建模与防控效果评估

本研究针对猴痘(monkeypox, mpox)病毒在人际和动物间传播的公共卫生挑战，通过建立确定性数学模型，系统评估了自我隔离、病毒检测和公众意识等非药物干预措施对疫情控制的影响。研究人员利用美国实际病例数据校准模型，发现基本再生数R0是决定疫情发展的关键阈值，当R0<1时疾病可被消除，而R0>1时需采取综合防控策略。研究特别揭示了传播概率(βah, βh)、隔离率(q)和公众警觉性(θ)等参数对疫情传播的敏感性，为制定精准防控政策提供了科学依据。

　　

猴痘作为一种人畜共患病毒性疾病，近年来在全球范围内持续引发公共卫生危机。2022-2023年全球报告的病例数超过9.7万例，而2024年非洲地区的病例数更是激增160%，死亡率高达195%。特别值得警惕的是，刚果民主共和国出现的Clade Ib毒株首次在非洲以外地区被发现，而美国2024年的病例数也攀升至656例。面对这一严峻形势，当前防控面临三大核心挑战：缺乏特效抗病毒药物、不同毒株(Clade I和Clade II)的致病性差异显著、以及非药物干预措施的效果缺乏量化评估。

来自尼日利亚Mountain Top University、沙特阿拉伯King Khalid University等多国研究机构的研究人员联合开展了一项开创性研究，通过建立八维非线性常微分方程模型，首次将自我隔离、病毒检测和公众意识三大干预措施纳入统一分析框架。这项发表在《Scientific Reports》的研究创新性地揭示了行为反馈机制如何通过公众认知影响防控措施的有效性，为制定精准防控策略提供了重要理论支撑。

研究团队主要运用了四种关键技术方法：1)基于美国2024年实际病例数据的非线性最小二乘拟合方法；2)下一代矩阵法计算基本再生数R0；3)Lyapunov函数理论证明模型平衡点的全局稳定性；4)归一化前向敏感性分析评估关键参数的敏感性。特别值得注意的是，模型校准使用了美国CDC公布的2024年1-8月每日病例数据，确保了研究结论的可靠性。

模型构建与理论分析
研究人员构建的模型将人群分为易感者(S_h)、潜伏期感染者(E_h)、确诊病例(I_h)、自我隔离者(S_fih)和康复者(R_h)五个仓室，同时考虑了动物宿主的三个仓室。模型创新性地引入了θ参数表示公众警觉效能，x表示检测阳性后自愿隔离的比例，κ表示感染者自我隔离的比例。通过稳定性分析证明，当R0<1时无病平衡点局部渐近稳定，而R0>1时存在地方病平衡点。

数据拟合与参数估计
研究采用美国实际病例数据对模型进行校准，估计出关键参数值：人际传播概率β_h=0.2216，动物传人概率β_ah=0.6929，公众警觉效能θ=0.1686。计算得到$\mathscr{R}_0≈1.0937，与实际情况吻合。拟合结果的均方根误差(RMSE)为11.4284，表明模型具有较好的预测能力。

敏感性分析
通过归一化前向敏感性分析发现，动物间传播率β_a和动物死亡率μ_a是对$\mathscr{R}_0影响最大的参数，敏感性指数分别为+1和-1.034。这一结果提示，控制动物宿主间的传播是防控关键。值得注意的是，公众警觉效能θ的敏感性指数为+0.0042，说明提高公众意识能有效降低传播风险。

干预效果模拟
数值模拟显示：当动物传人概率β_ah从0.3增至0.9时，感染峰值人数增加近3倍；将隔离率q从0.2提高到0.7可使感染峰值降低40%；而公众警觉效能θ提高至0.3时，可使疫情峰值推迟约20天。这些结果为分级分类防控提供了量化依据。

这项研究首次将隔离、检测和公众意识三大干预措施纳入统一模型框架，揭示了行为反馈机制在疫情防控中的关键作用。理论分析证实，即使部分遵守隔离措施(如κ=0.5)也能显著延缓疫情传播，这为资源有限地区的防控策略提供了重要参考。研究建立的敏感性分析框架明确指出，针对动物宿主传播链的干预(降低β_a)和提升公众警觉性(提高θ)是性价比最高的防控措施。这些发现不仅为当前猴痘疫情防控提供了科学指导，也为未来应对新发传染病建立了可扩展的分析范式。特别值得关注的是，研究揭示的后向 bifurcation现象表明，当$\mathscr{R}_0<1时疫情仍可能持续，这一发现对制定消除策略具有重要警示意义。