基于“三年化疫”理論探討香港地區(qū)水痘發(fā)病與不同時(shí)期氣象變化的關(guān)聯(lián)性*

王喜紅，周小涵，黃涵婧，張 林，陳夢(mèng)琳，劉忠第，梁 峰，張 軒

（1.天津中醫(yī)藥大學(xué)第一附屬醫(yī)院，天津 300193；2.北京中醫(yī)藥大學(xué)中醫(yī)學(xué)院，北京 100029；3.天津中醫(yī)藥大學(xué)，天津 301617；4.香港浸會(huì)大學(xué)中醫(yī)藥學(xué)院/香港中醫(yī)藥臨床研究中心，香港 999077；5.香港浸會(huì)大學(xué)深圳研究院，廣東 深圳 518057）

水痘是一種由水痘-帶狀皰疹病毒（varicella-zoster virus,VZV）初次感染引起的急性呼吸道傳染病，臨床以分批出現(xiàn)并同時(shí)存在紅色斑丘疹、皰疹、痂疹為特征，常見于嬰幼兒和學(xué)齡前兒童。該病通常表現(xiàn)為良性并有自愈性，但仍有部分病例出現(xiàn)嚴(yán)重的并發(fā)癥，涉及呼吸[1-2]、神經(jīng)[3-4]及其它系統(tǒng)疾病[5-6]，有些后果嚴(yán)重[7-8]；成人若罹患水痘，發(fā)病癥狀往往比兒童更嚴(yán)重。據(jù)統(tǒng)計(jì)，≥45歲患者的住院風(fēng)險(xiǎn)和死亡風(fēng)險(xiǎn)分別是5～14歲患者的4～50倍和174倍[9]，被感染的成年人和孕婦往往更易發(fā)展為嚴(yán)重感染[10]。在我國，水痘發(fā)病率近年來呈上升趨勢(shì)且存在空間聚集性特點(diǎn)。2016—2019年我國水痘病例年均報(bào)告發(fā)病率為55.05/10萬，遠(yuǎn)高于2005—2015年水痘年均報(bào)告發(fā)病率（23.04/10萬）水平[11]。其中南方沿海地區(qū)為水痘的高發(fā)病聚集區(qū)，尤以廣西省報(bào)告發(fā)病數(shù)最多[12]。盡管疫苗在水痘防控工作中已發(fā)揮了巨大的作用，但因其在保護(hù)效力持久性方面仍有不足，且存在隨時(shí)間推移保護(hù)水平有所衰減的初步證據(jù)[10]，因此水痘的防控形勢(shì)依然嚴(yán)峻[13-16]。

水痘發(fā)病具有明顯的季節(jié)性，在既往研究中，有學(xué)者注重從氣象角度進(jìn)行探討，旨在為其防治與預(yù)測(cè)提供新依據(jù)[17-21]。中醫(yī)的運(yùn)氣學(xué)說是氣象和疾病相關(guān)的理論，是中醫(yī)學(xué)的氣象疾病學(xué)，集中體現(xiàn)了中醫(yī)學(xué)“天人合一”的整體觀思想，并以“運(yùn)氣-氣象-疾病”兩兩相關(guān)的模式揭示了其中的關(guān)聯(lián)性[22]?！端貑枴ち?jié)臟象論篇》指出：“不知年之所加，氣之盛衰，虛實(shí)之所起，不可以為工矣?！笨梢?，運(yùn)氣學(xué)說是指導(dǎo)中醫(yī)藥防治疾病的重要理論之一，尤其在流行性傳染病的防治和預(yù)測(cè)方面，具有獨(dú)特價(jià)值。《素問·刺法論篇》云：“天地迭移，三年化疫”。明確指出疫病流行不僅受當(dāng)年氣候的影響，還與3年前的氣候變化有關(guān)。曾經(jīng)有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)：2003年SARS（嚴(yán)重急性呼吸綜合征）的流行[23]及目前COVID-19（新型冠狀病毒肺炎）的大暴發(fā)[24]，均與3年前的異常氣候變化相關(guān)。除呼吸道傳染病外[25]，腸道傳染病[26]、蟲媒傳染病[27]的流行，也與“三年化疫”的學(xué)說有關(guān)。

香港地處我國華南沿岸，所處緯度較低，屬于亞熱帶季風(fēng)氣候，全年氣溫較高，夏季炎熱且潮濕，冬季涼爽而干燥。香港人口密度大、流行動(dòng)強(qiáng)，當(dāng)?shù)氐乃话l(fā)病例數(shù)仍然較高。既往研究中，基于運(yùn)氣學(xué)說探討香港地區(qū)傳染病發(fā)病的文獻(xiàn)較為缺如。因此，本研究嘗試?yán)迷摰貐^(qū)的水痘發(fā)病和氣象資料數(shù)據(jù)，通過BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，從不同時(shí)間維度分析水痘與氣象的相關(guān)性，探討運(yùn)氣學(xué)說在當(dāng)?shù)氐膶?shí)際應(yīng)用價(jià)值，以及“三年化疫”理論在傳染病預(yù)測(cè)中的科學(xué)內(nèi)涵，并且為香港本地水痘的預(yù)測(cè)和防治提供有益參考。

1 資料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源 由香港特別行政區(qū)衛(wèi)生署衛(wèi)生防護(hù)中心提供的1999—2019年水痘年、月發(fā)病數(shù)據(jù)，以及由香港特別行政區(qū)天文臺(tái)提供的1996—2019年各氣象因素（包括：平均氣溫、相對(duì)濕度、降雨量、云量、風(fēng)速、水氣壓、露點(diǎn)溫度、總?cè)照?、太陽總輻射?項(xiàng)）年、月、日平均值。

1.2 數(shù)據(jù)處理 本研究以大寒為起始點(diǎn)劃分一年的六氣時(shí)段，即初之氣（大寒-驚蟄，約為1—2月）、二之氣（春分-立夏，約為3—4月）、三之氣（小滿-小暑，約為5—6月）、四之氣（大暑-白露，約為7—8月）、五之氣（秋分-立冬，約為9—10月）、終之氣（小雪-小寒，約為11—12月）[28]。基于水痘的月發(fā)病數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)出1999—2019年共21年間的六氣發(fā)病數(shù)；基于氣象因素的日數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)出1996—2019年共24年間上述9項(xiàng)氣象因子的六氣平均值。

1.3 數(shù)據(jù)分析（1）描述香港地區(qū)水痘的年發(fā)病與六氣發(fā)病趨勢(shì)，結(jié)合實(shí)際氣候特征分析水痘高發(fā)與1～3年前異常氣候的相關(guān)性。其中，實(shí)際氣候與干支運(yùn)氣的比較方法，是依據(jù)各年相應(yīng)氣象因子上半年、下半年的均值與總年同期均值進(jìn)行比較，分析1996—2019年逐年干支推演與實(shí)際氣候的符合率，將司天或在泉之氣不相呼應(yīng)的年份視為剛?cè)崾啬?。水痘高發(fā)年的判斷標(biāo)準(zhǔn)為：高于1999—2019年共21年發(fā)病平均值的年份即為高發(fā)年。（2）如果水痘高發(fā)確與前期氣候異常有關(guān)，則進(jìn)一步采用BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立氣象-水痘發(fā)病的預(yù)測(cè)模型，綜合評(píng)估水痘流行與前期氣象之間可能存在的關(guān)聯(lián)。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 鑒于BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有獨(dú)特的信息存儲(chǔ)方式、良好的容錯(cuò)性、大規(guī)模的非線性并行處理方式，以及強(qiáng)大的自組織、自學(xué)習(xí)和自適應(yīng)能力，故近些年來，該方法廣泛應(yīng)用于傳染病預(yù)測(cè)及與氣象因素關(guān)聯(lián)性的分析中[26，29]。針對(duì)本研究數(shù)據(jù)的非線性特點(diǎn)，筆者利用BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法，研究水痘傳染病的發(fā)病與同期及前期（1～3年前）氣象變化之間的關(guān)聯(lián)性，從不同時(shí)段角度（即當(dāng)年、1年前、2年前、3年前、1年前～當(dāng)年、2年前～當(dāng)年及3年前～當(dāng)年）分別建立預(yù)測(cè)模型。在模型建立過程中，氣象因子為輸入變量，水痘發(fā)病數(shù)為輸出變量，各自包含126組數(shù)據(jù)，按照統(tǒng)計(jì)學(xué)常規(guī)的7∶3比例隨機(jī)抽取數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練及預(yù)測(cè)，比較各預(yù)測(cè)模型的精度，選取精度最高的模型，分析其中貢獻(xiàn)度較大的氣象因子。以上統(tǒng)計(jì)分析均采用SPSS 25.0軟件完成。

2 結(jié) 果

2.1 香港地區(qū)的水痘發(fā)病特點(diǎn) 在1999—2019年間，香港地區(qū)每年均有水痘發(fā)病，合計(jì)總數(shù)為226 604例，平均發(fā)病數(shù)為1 0791。盡管自2013年后水痘的年發(fā)病數(shù)有所下降，但近年來仍有反復(fù)波動(dòng)。（見圖1）從六氣時(shí)段觀察，水痘在冬春，即終之氣（11—12月）與初之氣（1—2月）時(shí)段高發(fā)，約占總發(fā)病數(shù)的44.8%。（見圖2）

圖1 香港地區(qū)1999—2019年水痘年發(fā)病趨勢(shì)

圖2 香港地區(qū)1999—2019年水痘六氣時(shí)段發(fā)病趨勢(shì)

2.2 香港地區(qū)的實(shí)際氣候特點(diǎn) 從六氣角度觀察，香港地區(qū)在終之氣與初之氣時(shí)段的平均氣溫、相對(duì)濕度、降雨量、露點(diǎn)溫度、太陽總輻射均是全年低谷值，反映了冬春時(shí)段涼爽而干燥的實(shí)際氣候特征。（見表1）通過比較逐年的干支運(yùn)氣與實(shí)際氣候特點(diǎn)，筆者發(fā)現(xiàn)：在1996—2019年間，有17年涉及司天、在泉之氣的異常（即與實(shí)際氣候不符），其中有10年（即1996年、2002年、2003年、2004年、2005年、2009年、2010年、2011年、2015年、2018年）可以歸類為“剛?cè)崾亍蹦辏瓷弦荒甑乃咎旎蛟谌畾狻安煌宋弧?，致使本年的司天或在泉之氣“不遷正”。（見表2）

表1 1996—2019年各氣象因素的六氣數(shù)據(jù)表

表1 1996—2019年各氣象因素的六氣數(shù)據(jù)表

氣象因素 初之氣 二之氣 三之氣 四之氣 五之氣 終之氣平均氣溫（℃） 17.3±1.6 22.8±1.5 27.9±0.8 28.8±0.6 26.1±1.3 19.0±1.4平均相對(duì)濕度（%） 78.4±5.6 82.9±4.6 82.3±3.4 80.3±3.1 74.4±4.7 70.8±7.4平均降雨量（mm） 1.9±4.2 3.6±6.3 13.3±10.8 12.8±13.0 2.5±3.8 0.9±2.2平均云量（%） 70.6±11.2 77.2±9.8 76.6±9.6 68.3±9.9 59.9±11.6 55.3±16.2平均氣壓（hPa） 1 019.3±0.9 1 014.5±1.1 1 007.6±0.9 1 005.3±1.2 1 011.3±1.1 1 018.5±0.8平均露點(diǎn)溫度（℃） 12.5±1.4 17.9±0.9 23.9±0.6 25.2±0.3 22.1±0.7 14.6±1.3平均總?cè)照眨╤） 124.5±31.7 108.2±21.7 138.5±27.6 189.0±28.2 185.9±23.5 165.8±32.6平均太陽總輻射（MJ/m2） 310.5±46.9 357.9±40.1 443.3±50.8 513.4±54.1 451.7±37.4 352.4±37.9平均風(fēng)速（km/h） 24.5±1.7 22.0±2.2 21.0±1.7 20.1±2.0 23.8±2.5 26.6±1.3

表2 1996—2019年間的異常氣候年份表

2.3 香港地區(qū)水痘的高發(fā)與前3年氣候異常之間的關(guān)聯(lián)評(píng)估 在1999—2019年共21年中，有10年為水痘高發(fā)年，其中8年涉及了前1～3年出現(xiàn)剛?cè)崾?，氣候異常的情況，因此水痘高發(fā)與剛?cè)崾刂叭昊摺遍g的吻合率達(dá)80%。（見表3）

表3 香港地區(qū)水痘的高發(fā)與前3年出現(xiàn)“剛?cè)崾亍遍g的吻合性評(píng)價(jià)

2.4 基于“三年化疫”理論建立氣象-水痘發(fā)病預(yù)測(cè)模型 由表4可見：?jiǎn)为?dú)利用1年的氣象因素建模，其預(yù)測(cè)效果不如利用同期+前期的綜合氣象因素所建立的模型；其中以模型5（即包括：當(dāng)年+1年前）的預(yù)測(cè)效果最佳，精度達(dá)到55%；其次是模型7（即包括：當(dāng)年+1～3年前），預(yù)測(cè)精度為51%。在預(yù)測(cè)精度最好的模型5中，貢獻(xiàn)度最大的氣象因素為太陽總輻射（見圖3）。

表4 基于不同時(shí)期的氣象-水痘發(fā)病預(yù)測(cè)模型結(jié)果匯總

圖3 模型5中的各氣象因素影響重要性分布

3 討 論

目前，關(guān)于水痘與同期氣象關(guān)系的研究很多[17,20-21]，但與前期氣候變化關(guān)聯(lián)的研究報(bào)道較少。本研究以香港地區(qū)為例，基于中醫(yī)運(yùn)氣學(xué)說的“三年化疫”理論，追溯到3年前的氣候變化來研究水痘的發(fā)生，體現(xiàn)了“早期預(yù)警”的運(yùn)氣理論特色，在時(shí)間上促進(jìn)了預(yù)警系統(tǒng)關(guān)口的前移，提高了預(yù)測(cè)的超前性。另外，利用BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立預(yù)測(cè)模型，較Spearman相關(guān)分析、多元線性回歸模型等更適合于傳染病數(shù)據(jù)非正態(tài)的分布特點(diǎn)[30-31]，得到更客觀的預(yù)測(cè)效果。

在中醫(yī)學(xué)中，水痘病名首見于南宋《小兒衛(wèi)生總微論方》：“其瘡皮薄，如水泡，破即易干者，謂之水痘?！薄夺t(yī)宗金鑒》認(rèn)為“水痘發(fā)于脾肺二經(jīng),由濕熱而成也”，為外感水痘時(shí)邪，內(nèi)傷濕熱所致。其病變臟腑主要在肺、脾，蓋肺主皮毛，脾主肌肉，水痘時(shí)邪從口鼻而入，蘊(yùn)郁肺脾，與內(nèi)濕相搏，發(fā)于肌表而致水痘[32]。從六氣角度觀察，水痘在冬春季高發(fā)（終之氣與初之氣），該時(shí)段人體肌腠緊密難以疏泄，濕聚久而化熱，與外邪相搏，熏蒸肌表而成水痘布露。這與既往我國泰州、濟(jì)南等地的研究結(jié)論較為一致，提示了冬、春季分別為水痘發(fā)病的大、小高峰[33-34]。結(jié)合氣象特點(diǎn)分析，太陽總輻射是影響水痘發(fā)病最重要的氣象因素。冬季太陽輻射量較低，涼爽而干燥；人們更傾向于室內(nèi)活動(dòng)，空間相對(duì)有限，為水痘病毒的繁殖與傳播提供了便利條件。這與既往一些學(xué)者在波蘭、澳大利亞等地的研究結(jié)論基本一致，均顯示太陽總輻射為影響水痘發(fā)病的關(guān)鍵氣象因素[35-36]。既往也有學(xué)者研究臺(tái)灣、湖北等地區(qū)的水痘發(fā)病，發(fā)現(xiàn)與溫度、日照顯著相關(guān)[17,37]；這兩種氣象因子皆與太陽總輻射密切相關(guān)。太陽輻射作為地球表層最終的能量來源，其變化可產(chǎn)生多方面的綜合效應(yīng)，故不可避免地對(duì)地表溫度、日照時(shí)數(shù)產(chǎn)生影響[38]。

中醫(yī)運(yùn)氣理論認(rèn)為，疫病的流行與干支運(yùn)氣所形成的氣候周期性變化（尤其是異常氣候）密切相關(guān)。《素問·本病論篇》言：“剛?cè)岫?，失守其位……天地迭移，三年化疫，是謂根之可見，必有逃門?！敝赋鲆卟〕Ｒ蛩咎旎蛟谌畾獠幌嗪魬?yīng)所造成的異常氣候有關(guān)，等待2～3年即成疫病。本研究根據(jù)水痘的高發(fā)年份，詳察了其3年前的實(shí)際氣候變化，通過與干支推演做比較，發(fā)現(xiàn)在水痘高發(fā)的10年里，有8年出現(xiàn)了“3年前剛?cè)崾亍钡那闆r，相關(guān)的吻合率達(dá)80%；由此說明香港地區(qū)水痘流行與“三年化疫”的理論推測(cè)之間具有一定的吻合性?；谶@一點(diǎn)，我們進(jìn)一步利用BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的統(tǒng)計(jì)方法，從不同時(shí)間維度分析水痘與前期氣象的相關(guān)性。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：利用1年前或1～3年前的氣象有利于提高水痘發(fā)病預(yù)測(cè)模型的精度，從統(tǒng)計(jì)學(xué)角度證明了“三年化疫”理論的實(shí)用價(jià)值?！叭昊摺崩碚撜J(rèn)為，疫病發(fā)生的時(shí)間有“早至”和“晚至”的不同，但終不超過3年。本研究再次佐證了所謂“三年化疫”之“三年”并非機(jī)械固定的預(yù)測(cè)之?dāng)?shù)，而是約數(shù)，即1～3年[25]。在既往研究中，本研究團(tuán)隊(duì)也從“三年化疫”角度建立了某些傳染病的發(fā)病預(yù)測(cè)模型，如結(jié)核病[29]、風(fēng)疹[26]、流行性感冒[39]等。綜合前期研究與本研究的結(jié)果，在一定程度上可以證明“三年化疫”理論用于傳染病預(yù)測(cè)的科學(xué)性與實(shí)用性。

不過，本研究仍存在一定的局限性。首先，建模輸入因子只有氣象因素，未包含其它可能影響水痘發(fā)病的社會(huì)經(jīng)濟(jì)等因素，如當(dāng)?shù)氐男l(wèi)生發(fā)展水平、醫(yī)療設(shè)施及衛(wèi)生政策等。另外，由于研究所獲取的傳染病呈報(bào)數(shù)據(jù)是以月為單位，而非日數(shù)據(jù)，因此在處理六氣時(shí)段時(shí)亦不可避免地存在幾日誤差。在今后的研究中，建議應(yīng)注重分析和評(píng)估氣象因素與其余混雜因素在傳染病流行中的影響權(quán)重，探討建立混合因素模型的統(tǒng)計(jì)學(xué)方法，以及傳染病日數(shù)據(jù)的收集等。