德国流感与COVID-19的竞争动态：基于年龄分层模型与部分交叉免疫的流行病学研究

本研究针对德国2020-2022年流感与COVID-19共流行现象，通过构建年龄分层的SEIQR（Susceptible-Exposed-Infected-Quarantined-Recovered）多病原体模型，结合真实世界数据分析了两种病毒的竞争关系与交叉免疫效应。研究发现，COVID-19的传播率（βc）显著高于流感（βi），且35-59岁人群为关键传播群体；部分交叉免疫（ηic/ηci）会增强病原体间交互作用，而隔离措施（α/σ）可有效抑制传播。该研究为多病原体共存下的公共卫生策略提供了理论依据，成果发表于《BMC Public Health》。

　　

研究背景与科学问题

当COVID-19疫情席卷全球时，季节性流感仍在温带地区持续流行。德国作为典型代表，面临两种呼吸道病毒共存的复杂局面。传统观点认为，病原体之间可能存在竞争或协同关系，但具体机制尚不明确。尤其令人困惑的是，2020年后流感病例骤降，而COVID-19持续暴发，这是否与病毒间相互作用有关？更关键的是，不同年龄群体的传播模式差异如何影响整体流行病学特征？这些问题对制定精准防控策略至关重要。

研究方法与技术路线

研究团队基于德国罗伯特·科赫研究所2020-2022年的监测数据，构建了包含6个年龄组（0-4岁至80+岁）的SEIQR（易感-潜伏-感染-隔离-康复）多病原体模型。通过Sobol敏感性分析筛选关键参数（如β_i/β_c），结合POLYMOD社交接触矩阵量化跨年龄传播。采用最小二乘法拟合真实数据，并利用Bootstrap法估计置信区间。模型特别纳入部分交叉免疫参数（η_i^c/η_cⁱ）和隔离效率（Ω_i/Ω_c），以模拟防控措施效果。

主要研究结果

1. 模型拟合与传播率差异

年龄分层模型显著优于全年龄模型（图3c）。单病原体模型中，流感在5-14岁儿童传播率最高（β_i=1.5×10^-4），而COVID-19在35-59岁成人中占主导（β_c=0.00028）。多病原体模型揭示两者存在竞争：流感早期暴发后迅速被COVID-19压制（图8），其传播率降至6.2×10^-12，而COVID-19传播率升至0.0009。

2. 年龄特异性传播动态

流感在5-14岁群体中再生数（??_i^aj）达2.31，而COVID-19在35-59岁群体中高达3.53（图6）。值得注意的是，0-4岁幼儿对两种病毒均呈现低传播率（β_c<0.0003），可能与居家隔离有关。

3. 交叉免疫与参数交互

Sobol分析显示，β_c对COVID-19感染数（I_c）方差贡献达83.6%。当存在部分交叉免疫（η=0.5）时，β_i与β_c的交互作用使总感染数增加3%（图9a），而完全交叉免疫（η=0）下该效应消失（图9b）。

i与β_c显著相关'>

结论与意义

该研究首次通过实证数据验证了流感与COVID-19在德国的竞争性共存机制。关键发现包括：

1. 1.

   年龄分层必要性：35-59岁成人是COVID-19防控重点，而儿童流感监测不可忽视；

2. 2.

   交叉免疫的调控作用：即使弱交叉免疫（η>0.2）也会显著改变流行曲线；

3. 3.

   多病原体建模优势：单一模型会高估流感传播率达4个数量级。

这些结论为疫苗分配（如优先覆盖中年群体）和动态调整隔离策略提供了科学依据。未来研究需进一步整合免疫印记（immune imprinting）和病毒进化数据，以应对新发变异株的挑战。