华盛顿州和俄勒冈州COVID-19疫苗接种对人群免疫保护及住院率影响的数学模型评估

本研究通过构建年龄和区域结构化的区室模型，量化评估了SARS-CoV-2疫苗接种对美国西北部两州（2020-2022年）住院率的保护效果。研究人员利用疫苗效力元回归参数，结合华盛顿州和俄勒冈州卫生部门的住院数据，验证了疫苗接种在Alpha和Delta变异株流行期间分别预防了90%和87%的住院病例，其中65岁以上人群获益最显著（78%）。研究首次证实18-49岁人群接种对老年群体的间接保护效应，为疫苗分配策略提供关键证据。论文发表于《Open Forum Infectious Diseases》。

　　

研究背景

当COVID-19在2020年初席卷美国时，华盛顿州报告了全美首例死亡病例。随着mRNA疫苗的快速研发，到2021年3月美国已启动大规模接种。然而，免疫保护的持久性、新变异株的免疫逃逸以及自然感染与疫苗诱导免疫的交互作用，使得真实世界的疫苗效果评估变得异常复杂。既往研究多聚焦于疫苗对死亡率的直接影响，但对住院率的保护效应、不同年龄组接种的间接效益，以及变异株流行期间的动态变化仍缺乏系统量化。

研究方法

研究团队构建了包含12个免疫状态的年龄-区域结构化区室模型，追踪疫苗接种（基础免疫/加强针）、自然感染和混合免疫等免疫获得事件（ICE）。模型参数来源于对100余项研究的元回归分析，量化了不同免疫类型对感染（EC）和重症（EM）的保护强度及衰减规律。使用华盛顿州和俄勒冈州卫生部门的住院数据（2020-2022年）校准时变接触矩阵，并通过CDC血清学监测验证模型。通过反事实模拟（设定无疫苗接种/无加强针/特定年龄组未接种等场景）评估疫苗效果。

主要结果

1. 1.

   人群免疫动态

   模型显示截至2022年9月，两州对感染和重症的群体免疫水平分别达71.8%和87.6%。Omicron流行期间免疫保护短暂下降，但加强针接种使65岁以上人群住院风险再降40.5%。

2. 2.

   疫苗直接效益

   疫苗接种整体预防74.3%（95%CI 68.5%-78.3%）的住院病例，其中Alpha和Delta流行期分别达90.4%和87%。65岁以上人群获益最显著，住院减少77.5%。

3. 3.

   年龄组交叉保护

   反事实模拟揭示18-49岁人群接种间接预防了54.8K（38.3K-68.7K）老年住院病例，占该年龄组总保护效果的42.4%。相较仅接种50岁以上人群的方案，扩展至18-49岁可使65岁以上住院进一步降低42%。

结论与意义

该研究首次通过数学模型证实：

1）美国西北部疫苗接种计划避免了四分之三的COVID-19住院；

2）年轻人群接种通过阻断传播链显著保护老年群体；

3）加强针在Omicron流行期维持了关键保护效果。这些发现为未来疫苗分配策略提供了量化依据，强调全年龄接种对控制流行病负担的重要性。研究局限性包括未考虑医疗挤兑对结局的影响，以及简化了Omicron对前代变异株的交叉保护假设。