16.2: 追踪传染病

学习目标

• 解释流行病学先驱者使用的研究方法
• 解释描述性、分析性和实验性流行病学研究是如何确定发病和死亡原因的

流行病学的根源在于医生的工作，他们寻找疾病发生模式以了解如何预防疾病。 疾病可以传播的想法是理解某些模式的重要先决条件。 1546年，吉罗拉莫·弗拉卡斯托罗在他的论文《De Contagi one et Contagiosis Morbis》中首次提出了疾病的细菌理论，但该理论多年来一直与其他理论（例如混乱假说）竞争（见我们的祖先知道什么）。 疾病原因的不确定性并不是从疾病模式中获得有用知识的绝对障碍。 一些重要的研究人员，例如弗洛伦斯·南丁格尔，赞同混乱假说。 19 世纪向接受细菌理论的过渡为疾病模式的研究提供了坚实的机械基础。 对约翰·斯诺、弗洛伦斯·南丁格尔、伊格纳兹·塞默尔维斯、约瑟夫·李斯特、罗伯特·科赫、路易斯·巴斯德等19世纪医生和研究人员的研究播下了现代流行病学的种子。

流行病学先锋

约翰·斯诺（图\(\PageIndex{1}\)）是一位英国医生，被称为流行病学之父，他确定了1854年伦敦布罗德街霍乱疫情的来源。 根据他在较早的霍乱疫情（1848—1849 年）期间的观察，斯诺提出，霍乱是通过粪口传播途径传播的，而微生物是传染病原体。 他以两种方式调查了1854年的霍乱疫情。 首先，斯诺怀疑受污染的水是疫情的来源，因此确定了感染者的水源。 他发现，在从伦敦下游泰晤士河取水的人中，霍乱病例频率很高。 这些水含有来自伦敦和上游定居点的垃圾和污水。 他还指出，啤酒厂工人没有感染霍乱，经调查发现，啤酒厂老板向工人提供了啤酒供他们饮用，并表示他们可能没有喝水。 ¹ 其次，他还精心绘制了霍乱发病率图，发现使用位于布罗德街的特定水泵的人中霍乱发病率很高。 根据斯诺的建议，当地官员拆下了泵的手柄，² 从而遏制了布罗德街霍乱疫情。

图\(\PageIndex{1}\)：（a）约翰·斯诺（1813—1858 年），英国医生，流行病学之父。 (b) 斯诺对霍乱发病率的详细测绘导致在布罗德街（红场）发现了导致1854年霍乱疫情的受污染水泵。 （来源 a：“Rsabbatini” /Wikimedia Commons 对作品的修改）

斯诺的工作是一项早期的流行病学研究，它促成了第一个已知的疫情公共卫生应对措施。 斯诺细致的病例追踪方法现在已成为研究疾病爆发和将新疾病与其病因联系起来的常见做法。 他的工作进一步揭示了不卫生的污水处理做法以及泰晤士河垃圾倾倒的影响。 此外，他的研究支持细菌疾病理论，该理论认为疾病可以通过受污染的物品传播，包括被粪便污染的水。

斯诺的著作说明了今天所谓的传染病传播的常见来源，所有感染者都有一个单一的来源。 在这种情况下，唯一的来源是远低于Broad Street泵的污染。 常见源点差的类型包括点源扩散、连续的公共源点差和间歇性公共源点差。 在传染病的点源传播中，共同来源的作用时间很短，少于病原体的潜伏期。 点源传播的一个例子是在集体野餐时吃一种受污染的土豆沙拉。 在持续的共同来源传播中，感染发生的时间会很长，比潜伏期还要长。 持续的共同水源传播的一个例子是伦敦市下游的水源，该水源持续受到来自上游的污水的污染。 最后，随着共同源的间歇性传播，感染会持续一段时间，停止，然后重新开始。 这可以从一口井的感染中看出，这口井只是在大雨之后才被污染，并且在短时间内清除了污染。

与常见的传播源相反，传播传播是通过直接或间接的人与人之间的接触发生的。 随着传播传播，没有单一的感染源；每个受感染者都会成为随后一次或多次感染的来源。 随着传播扩散，除非立即停止传播，否则感染的发生时间将超过潜伏期。 尽管点源通常会导致持续时间短的大规模局部疫情，但传播传播通常会导致持续时间更长的疫情，疫情可能因人群和疾病的不同而从小到大不等（图\(\PageIndex{2}\)）。 此外，由于人与人之间的传播，传播传播无法轻易地在单一来源（如点源传播）上阻止。

图\(\PageIndex{2}\)：(a) 可归因于点源传播的疫情通常持续时间很短。 (b) 由传播传播引起的疫情的持续时间可能更长。 （来源 a、b：修改疾病控制与预防中心的工作）

弗洛伦斯·南丁格尔的工作是早期流行病学研究的又一个例子。 1854 年，南丁格尔是英国军方派遣的一支护士队伍中的一员，他们负责在克里米亚战争期间照顾受伤的士兵。 南丁格尔保留了关于战争期间疾病和死亡原因的细致记录。 她的记录保存是后来成为流行病学科学的一项基本任务。 她对所收集数据的分析发表于 1858 年。 在这本书中，她用楔形图直方图（图\(\PageIndex{3}\)）展示了有关死亡原因的每月频率数据。 这种以图形方式呈现的数据在当时并不常见，它有力地表明，战争期间的绝大多数伤亡不是由于行动中受伤造成的，而是南丁格尔认为可以预防的传染病造成的。 这些疾病通常是由于卫生条件差和无法进入医院设施而发生的。 南丁格尔的发现导致英国军方医疗体系进行了多项改革。

约瑟夫·李斯特（Joseph Lister）提供了早期的流行病学证据，使诊所和医院采取了良好的公共卫生做法 这些环境在1800年代中期因手术伤口的致命感染而臭名昭著，当时疾病的细菌理论尚未被广泛接受（见《现代细胞理论基础》）。 大多数医生在患者就诊之间没有洗手，也没有对手术工具进行清洁和消毒。 但是，李斯特发现了碳酸（也称为苯酚）的消毒特性（参见使用化学物质控制微生物）。 他介绍了几种消毒方案，大大降低了术后感染率。 ³ 他要求为他工作的外科医生使用 5% 的碳酸溶液在患者之间清洁手术工具，甚至在手术过程中将溶液喷洒到绷带和手术部位上方（图\(\PageIndex{4}\)）。 他还采取了预防措施，避免从皮肤或衣服上引入感染源，在手术前和手术期间脱下外套，卷起袖子，用稀释的碳酸溶液洗手。

图\(\PageIndex{3}\)：（a）弗洛伦斯·南丁格尔报告了她在克里米亚战争中作为护士收集的数据。 (b) Nightingale的图表显示了冲突当月因各种原因造成的士兵死亡人数。 特定月份的死亡总数等于该月的楔形面积。 楔形的彩色部分代表不同的死亡原因：伤口（粉色）、可预防的传染病（灰色）和所有其他原因（棕色）。

图\(\PageIndex{4}\)：约瑟夫·李斯特在手术期间开始使用碳酸（苯酚）。 这幅手术插图显示了一罐加压的碳酸被喷洒在手术部位。

链接到学习

约翰·斯诺自己对自己作品的叙述还有其他链接和信息。

该 CDC资源进一步打破了点源疫情的预期模式。

在此处了解有关南丁格尔楔形图的更多信息。

练习\(\PageIndex{1}\)

1. 解释疾病的常见来源传播和传播传播之间的区别。
2. 描述约翰·斯诺、弗洛伦斯·南丁格尔和约瑟夫·李斯特的观察是如何改善公共卫生的。

流行病学研究的类型

如今，流行病学家利用研究设计，即收集数据的方式来检验假设，类似于研究人群中发生的其他现象的研究人员的假设。 这些方法可以分为观察性研究（其中受试者不受操纵）和实验研究（受试者受到操纵）。 总的来说，这些研究为现代流行病学家提供了多种工具来探索传染病与他们可能感染的易感人群之间的联系。

观察性研究

在观察性研究中，数据是通过测量（例如白细胞计数等生理变量）或访谈中问题的答案（例如最近的旅行或运动频率）从研究参与者那里收集的。 观察性研究中的受试者通常是从受影响或未受影响的人群中随机选择的。 但是，观察性研究中的受试者绝不是由研究人员操纵的。 观察性研究通常比实验研究更容易进行，在某些情况下，出于伦理原因，它们可能是唯一可能的研究。

观察性研究只能衡量疾病发生与可能的病原体之间的关联；它们不一定能证明因果关系。 例如，假设一项研究发现大量饮用咖啡与皮肤癌发病率降低之间存在关联。 这可能表明咖啡可以预防皮肤癌，但可能还涉及另一个无法测量的因素，例如参与者受到的阳光照射量。 如果事实证明，与少喝咖啡的人相比，喝咖啡的人在办公室工作更多，在户外晒太阳的时间更少，那么皮肤癌的发病率较低可能是因为阳光照射较少，而不是喝咖啡。 观察性研究无法区分这两个潜在原因。

观察性研究中有几种有用的方法。 其中包括被归类为描述性流行病学和分析流行病学的方法。 描述性流行病学在探索性研究阶段收集有关疾病疫情、受影响个体以及该疾病如何随着时间的推移传播的信息。 此类研究将包括访谈患者、其接触者及其家人；检查样本和医疗记录；甚至包括食物和饮料的消费史。 这样的研究可以在疫情仍在发生时进行。 描述性研究可能构成制定因果关系假设的基础，该假设可以通过更严格的观察和实验研究来检验。

分析流行病学采用精心挑选的人群，试图更有说服力地评估有关疾病爆发潜在原因的假设。 病例的选择通常是随机进行的，因此由于研究参与者的某些共同特征，结果没有偏见。 分析研究可以通过时光倒流（回顾性研究）或随着事件的发展（前瞻性研究）来收集数据。

回顾性研究收集了过去有关当今病例的数据。 数据可以包括受影响个人的病史、年龄、性别或职业史等信息。 这种类型的研究考察了研究人员选择或可用的因素与疾病发生之间的关联。

前瞻性研究跟踪个体并在研究过程中监测他们的疾病状态。 有关研究对象特征及其环境的数据是在研究开始时和研究期间收集的，以便可以将生病的受试者与未生病的受试者进行比较。 同样，研究人员可以寻找疾病状态与研究期间测量的变量之间的关联，以揭示可能的原因。

分析研究将群体纳入其设计中，以帮助找出与疾病的关联。 基于群组的分析研究方法包括队列研究、病例对照研究和横断面研究。 群组方法检查具有特定特征的个体群体（称为同期群）。 例如，群组可能由出生在同一年和同一地点的人组成；也可能由练习或避免特定行为的人组成，例如吸烟者或不吸烟者。 在队列研究中，可以对队列进行前瞻性跟踪或回顾性研究。 如果只跟踪单个队列，则将受影响的人与同一组中未受影响的人进行比较。 记录和分析疾病结局，试图确定队列中个体特征与疾病发病率之间的相关性。 群组研究是在不违反禁止受试者暴露于危险因素的伦理禁令的情况下确定病因的有用方法。 群组通常是根据个人在自己的选择或环境中已经接触到的可疑风险因素来识别和定义的。

病例对照研究通常是回顾性的，将一组患有疾病的人与没有该疾病的类似人群进行比较。 病例对照研究比队列研究的效率要高得多，因为研究人员可以故意选择已经受到该疾病影响的受试者，而不是等着看随机样本中的哪些受试者会患上疾病。

一项横断面研究分析了人群中随机选择的个体，并将受疾病或病症影响的人与在单个时间点未受影响的人进行比较。 对受试者进行比较，以寻找某些可测量变量与疾病或病症之间的关联。 横断面研究还用于确定疾病的患病率。

实验研究

实验流行病学使用实验室或临床研究，在这些研究中，研究人员操纵研究对象以研究疾病与潜在病原体之间的联系或评估治疗方法。 治疗的例子可能是服用药物、加入或排除不同的饮食物品、体育锻炼或特定的外科手术。 动物或人类被用作测试对象。 由于实验研究涉及对受试者的操纵，因此出于伦理原因，它们通常更加困难，有时甚至是不可能的。

科赫的假设需要实验干预来确定疾病的病原体。 与观察性研究不同，实验研究可以提供有力的证据来支持原因，因为当研究人员操纵受试者时，其他因素通常保持不变。 将一组接受治疗的结果与未接受治疗但在所有其他方面都接受相同治疗的组的结果进行比较。 例如，一组人可能会接受以药丸形式给药的药物方案，而未接受治疗的组则接受安慰剂（一种看起来相同但没有活性成分的药丸）。 除了给药外，两组的治疗方法都尽可能相似。 由于治疗组和未治疗组中的其他变量都保持不变，因此研究人员更确定治疗组的任何变化都是特定操纵的结果。

实验研究为疾病的病因提供了最有力的证据，但也必须精心设计，以消除偏见的微妙影响。 通常，对人类的实验研究是以双盲研究的形式进行的，这意味着受试者和研究人员都不知道谁是治疗病例，谁不是。 这种设计消除了研究中一个众所周知的偏见原因，即安慰剂效应，在这种原因中，受试者或研究人员对治疗的了解可能会影响结果。

练习\(\PageIndex{2}\)

1. 描述观察性研究和实验研究的优缺点。
2. 解释选择一组受试者进行分析研究的方式。

临床重点：第 3 部分

由于实验室检测证实沙门氏菌（一种常见的食源性病原体）为病原体，流行病学家怀疑疫情是由为该地区服务的食品加工设施的污染引起的。 对患者的访谈侧重于感恩节假期期间和之后的食物消费，这与疫情发生的时间相对应。 在访谈中，患者被要求列出在假日聚会上消费的物品，并描述每种物品在家庭成员和亲属中的消费范围。 他们还被问及食品的来源（例如，品牌、购买地点、购买日期）。 通过提出这些问题，卫生官员希望找出可以追溯到疫情源头的模式。

对访谈回复的分析最终将几乎所有案例都与食用一种叫做 turducken 的节日菜肴联系起来，这种鸡塞在火鸡里塞满了鸭子里。 Turducken是一种通常不全年食用的菜肴，这可以解释感恩节假期过后病例激增的原因。 其他分析显示，受影响患者食用的杜杜肯斯是购买的，已经塞满了，可以煮熟。 此外，预先填充的 turduckens 都是在同一家地区杂货连锁店以两个不同的品牌出售的。 经过进一步调查，官员们将这两个品牌追溯到一个单一的加工厂，该工厂在佛罗里达州的整个狭长地带供应门店。

练习\(\PageIndex{3}\)

1. 这是常见源点差还是传播价差的例子？
2. 在确定疫情来源后，公共卫生办公室可能会采取哪些后续措施？

关键概念和摘要

• 约翰·斯诺、弗洛伦斯·南丁格尔和约瑟夫·李斯特等流行病学的早期先驱者在人口层面上研究了疾病，并利用数据破坏了疾病传播。
• 描述性流行病学研究依靠病例分析和患者病史来获取有关疫情的信息，通常是在疫情仍在发生的时候。
• 回顾性流行病学研究使用历史数据来确定与当前病例疾病状态的关联。 前瞻性流行病学研究收集数据并跟踪病例，以发现与未来疾病状态的关联。
• 分析性流行病学研究是精心设计的观察性研究，旨在比较各群体并揭示环境或遗传因素与疾病之间的关联。
• 实验流行病学研究通过操纵受试者并将其与对照受试者进行比较，为疾病或治疗的因果关系提供了有力的证据。

脚注

1. 约翰·斯诺。 论霍乱的沟通方式。 第二版，放大了很多。 约翰·丘吉尔，1855 年。
2. 约翰·斯诺。 “金广场附近和德普特福德的霍乱。” 《医学时报》和《公报》第9期（1854）：321—322。 http://www.ph.ucla.edu/epi/snow/chol...densquare.html。
3. O.M. Lidwell。 “约瑟夫·李斯特和空中感染。” 流行病学与感染 99（1987）：569—578。www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/arti... 00006-0004.pdf。