15.2: 流行病学
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流行病学领域涉及传染病发生的地理分布和时间，以及传染病在自然界中的传播和维持方式，目的是识别和控制疫情。 流行病学包括病因学（疾病原因研究）和疾病传播调查（疾病传播机制）。 因此，流行病学家是研究人类疾病的原因和模式的科学家，其中包括检查统计数据以确定健康威胁并提出减少这些威胁的策略。
下面的视频重点介绍了流行病学家王爱丽丝的工作。 尽管本页上的许多示例侧重于传染病（由生物危害引起），但流行病学家也可以研究非传染性疾病（例如中毒或肥胖）。 视频末尾的文字说：“你是疾病预防控制中心吗？ 有关CDC就业机会的更多信息，请访问：jobs.cdc.gov”。
流行病学史
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。
约翰·斯诺（图\(\PageIndex{a}\)）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。 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，从而遏制了布罗德街霍乱疫情。 约翰·斯诺自己对自己作品的叙述还有其他链接和信息。
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。
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，她在楔形图直方图（图\(\PageIndex{b}\)）中提供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。 在此处了解有关南丁格尔楔形图的更多信息。
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 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。 他介绍了几种消毒方案，大大降低了术后感染率。 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，甚至在手术期间将溶液喷洒在绷带上和手术部位上方（图\(\PageIndex{c}\)）。 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。
分析人群中的疾病
流行病学分析总是参照人群进行，人群是面临疾病或病症风险的个体群体。 人口可以按地理位置进行定义，但如果该地区只有一部分人易受影响，则可能需要额外的标准。 易感人群可以通过特定的行为来定义，例如静脉注射吸毒、养特定宠物或加入某个机构（例如大学）。 能够定义人口很重要，因为流行病学中大多数感兴趣的衡量标准都是参照人口规模进行的。
患病状态称为发病率。 人群中的发病率可以用几种不同的方式表达。 发病率或总发病率以个人数表示，不考虑人口规模。 发病率可以表示为人口中标准人数（例如 100,000）中患病个体的数量，或占人口的百分比。
发病率有两个方面与流行病学家有关：疾病的流行及其发病率。 患病率是特定人群中某一时间点患有某种疾病的人数或比例。 例如，美国疾病控制与预防中心（CDC）估计，2018年美国约有120万人患有活动性人类免疫缺陷病毒（HIV）感染。 以比例或比率表示，人口中每10万人中有367名感染者。 另一方面，发病率是一段时间内新发病例的数量或比例。 美国疾病预防控制中心估计，同年有36,400例新诊断的HIV感染病例，相当于人口中每10万人中有11.1例新发病例。 发病率和患病率之间的关系可以从图中看出\(\PageIndex{d}\)。 对于像HIV感染这样的慢性疾病，患病率通常会高于发病率，因为它表示多年来累计的新病例数减去不再活跃的病例数（因为患者死亡或已经治愈）。
除了发病率外，还可以报告死亡率（死亡）的发生率和流行率。 死亡率可以表示为死于疾病的人口百分比或每 100,000 人的死亡人数（或其他合适的标准数字）。
发病模式
仅偶尔出现且通常不集中的疾病被称为散发性疾病。 散发性疾病的例子包括破伤风、狂犬病和鼠疫。 在美国，导致破伤风的细菌破伤风梭菌在土壤环境中无处不在，但感染发病率很少发生，而且发生在分散的地方，因为大多数人都接种了疫苗，适当清洁了伤口，或者很少出现这种情况会导致感染。 同样，在美国，每年都有几例零星的鼠疫病例，通常是由西部各州农村地区的啮齿动物感染的。
在特定地理区域内的人群中持续存在（通常处于较低水平）的疾病称为地方病。 例如，疟疾在巴西的某些地区流行，但在美国却不流行。
在一个地理区域内在短时间内发生的病例数超过预期的疾病称为流行病。 流感是常见流行病的一个很好的例子。 在北半球，流感的发病模式每年冬天都呈上升趋势。 这些季节性增长是预料之中的，因此说流感每年冬天都会流行并不准确；但是，某些冬季在特定地区通常会出现大量季节性流感病例，这种情况可以算作流行病（数字\(\PageIndex{e-f}\)）。
在全球范围内发生的流行病被称为大流行病。 例如，HIV/AIDS（获得性免疫缺陷综合症）和冠状病毒病19（COVID-19）是流行性疾病，而新型流感病毒株经常流行起来。
病因
在研究流行病时，流行病学家的首要任务是确定疾病的原因，称为病因或病原体。 将疾病与特定的病原体联系起来可能具有挑战性，因为通常需要付出额外的努力来证明直接的因果关系，而不是简单的关联。 仅观察疾病与疑似病原体之间的关联是不够的；需要对照实验来消除其他可能的原因。 此外，如果无法立即得出导致疫情的原因的线索，通常很难发现病原体。 疾病的体征和症状通常也是非特异性的，这意味着许多不同的药物可以产生相同的体征和症状。 即使科学家熟悉病原体，这也会使诊断变得复杂。
罗伯特·科赫是1800年代后期第一位专门证明疾病（炭疽病）病原体的科学家。 科赫制定了四个标准，现在被称为科赫的假设，为了将疾病与致病微生物积极联系起来，必须满足这些标准（图\(\PageIndex{g}\)）。 1876 年至 1905 年间，许多常见疾病都与其病因有关，包括霍乱、白喉、淋病、脑膜炎、鼠疫、梅毒、破伤风和肺结核。 今天，我们使用分子科赫的假设，这是科赫最初假设的变体。 （你可以在这里阅读更多关于这两者的信息。 )
疾病如何传播
了解传染性病原体如何传播对于预防传染病至关重要。 要使病原体长期持续存在，它们需要在它们通常居住的地方建立储存库。 水库可以是活生物体（老鼠、蝙蝠、浣熊、牲畜等），也可以是非生物场所。 非生物水库可以包括环境中的土壤和水。 它们可能自然藏有生物体，因为它可能在那个环境中生长。 这些环境还可能被人类粪便中的病原体、中间宿主流出的病原体或中间宿主残骸中所含的病原体的污染。
能够在不出现症状的情况下传播病原体的个体被称为携带者。 被动携带者被病原体污染，可以机械地将其传播给另一个宿主；但是，被动携带者不会被感染。 相比之下，活性携带者是可以将疾病传播给他人的受感染个体。 活跃的携带者可能表现出感染的体征或症状，也可能不出现。
不管储藏在哪里，感染都必须发生传播才能传播。 接触传播包括直接接触或间接接触。 人与人之间的传播是直接接触传播的一种形式。 在这里，病原体是通过两个人（图\(\PageIndex{h}\)）之间的身体接触通过触摸、亲吻、性交或飞沫喷雾等动作传播的。 间接接触传播涉及被感染者或宿主的病原体污染的称为烟雾的无生命物体（图\(\PageIndex{i}\)）。 例如，患有普通感冒的人可能会打喷嚏，导致飞沫落在桌布或地毯等烟雾上，或者该人可能会擦鼻子，然后将粘液转移到门把手或毛巾等烟雾中。
车辆传播是指通过水、食物和空气等车辆传播病原体。 不良的卫生方法造成的水污染会导致水传播疾病。 在世界许多地区，水传播疾病仍然是一个严重的问题。 世界卫生组织（WHO）估计，受污染的饮用水每年造成超过500,000人死亡。 同样，因处理或储存不当而受到污染的食物可能导致食源性疾病传播。 被称为气溶胶的灰尘和细颗粒可以漂浮在空气中，可以携带病原体并促进疾病的空气传播。
疾病也可以通过机械或生物媒介传播，即一种将疾病从一个宿主带到另一个宿主的动物（通常是节肢动物）。 蜱虫、跳蚤和蚊子就是病媒的例子（图\(\PageIndex{j}\)）。 机械媒介促进了机械传播，机械载体是一种在不被感染的情况下将病原体从一个宿主携带到另一个宿主的动物。 当病原体在将病原体从一个宿主@@ 传播到另一个宿主的生物载体中繁殖时，就会发生生物传播（图\(\PageIndex{k}\)）。
生态系统退化可以通过多种机制增加疾病的传播。 首先，它可以促进病媒种群。 例如，森林砍伐、水坝和城市化增加了积水量，增加了蚊子等媒介的栖息地。 此外，气候变化可能会扩大仅限于热带或亚热带地区的疾病媒介范围。 其次，水循环的中断可能创造有利于病原体的条件。 例如，来自农业的肥料径流会增加营养水平，使水体更适合引起霍乱的细菌。 土地利用变化和气候变化导致的洪水增多也助长了水传播疾病的传播。
生态系统退化加剧疾病传播的第三种方式是减少生物多样性。 例如，莱姆病是由疏螺旋体细菌引起的，并通过蜱虫（图\(\PageIndex{l-m}\)）从小型哺乳动物（水库）传播给人类。 有些水库（松鼠和负鼠）会去除蜱虫，减少感染，但野外小鼠不能。 相对于松鼠和负鼠，栖息地的破碎增加了野外小鼠，从而增加了莱姆病的储存量。
可以对疑似或已知接触过某些传染性病原体的个人进行隔离或隔离，以防止将该疾病传播给他人。 医院和其他医疗机构通常会设立特殊病房，以隔离患有结核病或 COVID-19 等特别危险疾病的患者（图\(\PageIndex{n}\)）。 视环境而定，这些病房可能配备特殊的空气处理方法，工作人员可以实施特殊规程以限制传播风险，例如在医务人员进出时使用个人防护设备或使用化学消毒剂喷雾剂。
归因
由 OpenStax（获得 CC- B Y 许可）的《微生物学》中的《疾病与流行病学》中的 Melissa Ha 修改。 在 openstax.org 上免费访问。