防疫总方程——通用传染病循环因果序列

输

本文采用公理化和原理性的通用传染病循环因果序列，有效建立了适用于所有传染病的通用数学模型。它可以推导出所有已知和未知传染病的发展规律，不仅可以为所有自然产生的传染病研究和防治提供系统的原理性指导，而且可以为基因或生物武器攻击与防护提供基本的原理性指导。

一、为什么要建立最少依赖于病原体知识的防疫总方程

 自1898年发现病毒至今，人类发现和研究过的病毒只有4000多种。自然界病毒种类到底有多少，目前唯一准确的答案是“不知道”，各类猜测的数量都极为庞大，为千万量级。除病毒之外的其他病原体很多也是类似情况。从近年发生的传染病来看，新型病原体引发的大规模流行传染病频繁出现。1988年，上海因生食毛蚶发生甲肝大流行，3个月确诊30万人，死亡31人。15年后的2002年底2003年初，广东因食用野生动物果子狸导致SARS大流行，8个月时间确诊8069人，死亡774人。17年后的2019年底2020年初，武汉因华南海鲜市场食用野生动物发生新型肺炎，至2020年2月2日晚24时，确诊人数17259人，死亡361人，新增确诊2827例，连续多天新增确诊在2000左右且还在不断走高，疫情还远未结束。国际上埃博拉病毒、MERS病毒、尼帕病毒等都是新型病原体导致的传染病流行，并带来严重的公共卫生、社会和经济灾难。当新型的传染病在临床上有表现时，事实上就已经进入了初始阶段的爆发期，在几个月的极短时间内，如果不能做出正确的判断和非常及时的应对，该传染病就会进入大流行的阶段。但是，新病原体研究，以及疫苗和药物的研发并获得批文，正常的时间长度都是以年甚至十年来计算，虽然疫情发生时可以临时调整研发和新药上市流程，但受病原体及药物研发本身客观规律约束依然很难及时应对。因此，进行尽可能不依赖于病原体知识的传染病规律研究和防治就显得极为重要和紧迫。另一方面，医学本身因为当前研究方法所限，在科学基础上存在一定的缺陷，因此在一些研究中存在严重的盲点。尤其过度依赖于对病原体认知的疫情分析，屡屡错失最初期的准确疫情判断。如在2002-2003年的SARS流行中最初判断为衣原体，2019-2020年新型肺炎的流行初期，即使很快确定了病原体类型，但因最初四百多个临床数据中“未发现人传人”“传染性不如SARS”等做出“疫情可防可控”的判断，客观上的确延误了对疫情的应对。这些错误的判断并非来自于政府官员和普通医学工作者，而是来自于大量医学权威甚至传染病学权威人士。仅不到一个月后就发现这种最初被认为“传染性不如SARS的病毒”传播性却突然加强。又迅速进入一级响应以及封城。封城无疑是应该的，但匆忙之间的封城事实上在短期内极大加剧了武汉的传染数量。本次并未大量出现“超级传播者”，但在短期内确诊数量已经超过SARS。防疫总方程就是受此触发所获得的研究结果，我们也借此机会探讨建立医学这门学科的完善科学基础的工作。该方程的基本原理如下：传染病流行是建立在传播环境连接的大量人体形成的传播网络基础上的。在人体内，病原体会增殖，同时人体内的免疫系统也会做出应答，从而形成了两者之间循环因果的关系，或者通俗点说是两者间的一场“战争”。“战争循环因果序列”的数学研究表明，即使士兵素质以及武器装备完全相同，面对一个军的敌人，用一个排、一个师、一个集团军群发起攻击，其战果是完全不一样的。这就是为什么身体素质完全相同，在相同时间相同地方感染了相同的病原体，因为病原体入侵数量不同，他们会表现出完全不一样的结果，可以从隐性感染、有轻度临床表现、重症甚至病亡。对付疾病，就是人类社会和人体内的免疫体与病原体之间的一场战争，如果只是在现有医学体系下进行研究，而不引入战争的基本规律，怎么可能准确理解这场新型肺炎战争的发展变化呢？病原体排出体外进入环境，再进入其他人感染入侵部位，完全可以借用通信网络的原理进行分析。排出位置就是信源，入侵部位就是信宿。从信源到信宿的整个通路，可以进行“病原体信号”的衰减，放大等分析。病原体入侵的数量，病原体与免疫系统各自增殖的速度、病原体对免疫系统损耗率等决定的人体内病原体数量（或浓度）的变化，病原体排出到环境的数量，以及环境的传播情况等几个简单的参数，就足以决定整个社会传染病的发展规律。只要在发现传染病的最初阶段迅速查明这些最关键的参数，就足以完备地、精确地知道当前传染病的状态，其流行的未来发展变化规律，应当采取的措施等，其他研究都是次一级的课题。就如同只要知道了月球的质量和质心位置，速度，就足以精确计算出月球的轨道和运行规律。至于月球上的陨石坑形状，颜色，月壤物质的化学成份等无穷无尽的其他信息，对于月球的轨道计算是完全无关紧要的，尽管研究它们也很重要。但是，以上这些对于认识传染病关最重要和关键的信息，在迄今为止的所有关于新型肺炎报道、学术论文中都极为欠缺，这充分说明了现在传染病学的学术方向本身就存在根本性的偏差，也充分证明了传染病学最权威的专业专家群屡次在重大疫情初期判断失误的根本原因所在。传染病的规律不仅由人体内的病原体与免疫体发展变化决定，更重要的是由环境决定，过度地把眼光放在病人和病原体身上，怎么可能不带来认识的偏差？这不是医学专业细节问题，而是由基本的物理学所决定的最广泛的科学规律，必然归属于物理学一个细节分支的医学当然也得遵守。当我们迫切需要知道一颗新发现的小行星是否会撞地球时，专业学者们不应当花费太多时间和精力在研究它的颜色、是否有水、铁含量是多少、钙含量是多少、形状是什么等等完全无关紧要的问题，这些问题可以等它无害地越过地球、将要飞向遥远太空时再研究也不迟，我们当前最迫切需要知道的只是它的运行轨道。一种病原体是否会人传人，对传染病是否会流行起来是一个极为重要的问题。影响它的核心参数其实只有极少的几个：受感染者病原体排出量，是否会通过环境最终输入到另外人群的感染入侵部位。在本文的防疫总方程中，只需要极少量的几个可测量的参数就可以迅速完备地确定，理论上这只要几个病例就足够了。尤其环境里病原体浓度变化和人员集散程度，是决定传染病发展规律的最重要参数。但在2019-nCov流行的初期已经有四百多个病例却依然无法进行精确的判断。最初只发现传染途径是飞沫传播，直到确诊人数达到上万时，才发现还存在粪-口传播问题。常用的依赖于临床病统计学分析的传染率等指标，必须要足够的临床病人数量才能得出结论。可是，这次2019-nCov流行过程已经充分证明：当临床病例已经达到一定的具有统计意义的程度时，时间已经晚了，并且未来会有越来越多机会出现这样的病原体。这不仅是因为只有“聪明”到这种程度的病原体才会“适者生存”传播流行起来，而且人工设计作为基因武器的病原体更是会采用这种方式来进行成功的攻击。假设没有任何人为因素介入，传染病在整个流行过程中也会存在很多有规律的奇特变化，它主要不是病毒本身基因变异所致，而是环境因素变化起到最关键的作用。尤其环境里病原体浓度变化，最终导致传染病表现出完全不同的规律性。传染病学研究已经充分证明，受感染者初期病原体入侵数量越大，潜伏期就越短。而在其他条件不变的前提下，传播环境里病原体的浓度越高，其入侵数量就会越大，显性感染出现临床表现的人就越多，这会在宏观统计学上表现出在传染病发展过程中同一地区的传播性逐步加强。另一方面，感染初期入侵数量越大，病情和预后会越严重，表现为死亡率会相应增大。环境里病原体的浓度，会随病原体携带者的增加而增加。最后，随着传染病传播越来越广，被感染的人口数量越来越多，无论是否有临床表现（显性感染和隐性感染），体内具有抗体的人就越来越多。到一定程度，新感染数量就会突然大幅度下降。如果叠加气候变化不适宜病原体传播，整个疫情就突然间销声匿迹。过很多年以后，人体内抗体逐步下降甚至消失，人们也慢慢忘掉相应的传染病流行灾难而疏于防范，又会突然出现另一次传染病的大流行，重复以上过程。由于环境是影响力如此重要的环节，因此改变环境也就是预防和治疗传染病最重要的切入点，这也为无数传染病防治实践所证明。传播率（R0等）并不仅仅是病原体基因决定的，而且更重要是环境决定的。在采取防治措施后传播率会显著下降已经充分证明了这一点。尽管本数学模型是以传染病为切入点，但对该模型中不同参数的数值进行调整，可以适用于大量其他疾病的研究，如癌症等。现在医学领域认为癌症是不能传染的，但癌症在人体内的“扩散”，事实上也是一种人体内的“传染”。它可看作是病原体外在环境传播率接近于零的传染病。因此，本文建立的防疫总方程是一个医学领域非常基本的、可以揭示深刻因果关系的数学规律。

二、通过该方程可以得出的部分结论

只有用真正科学的方法，才能明确2019-nCov传染病过程中的经验教训是什么。通过本文提出的防疫总方程主要可以得出如下的结论。

1.真正科学的认知才是有效解决问题的前提

人类认识上的通病就是发生问题之后总是习惯于去怪罪别人，尤其找一个被道德绑架和追责的对象，目前这样做是极其危险的。此次2019-nCov以及2002-2003年的SARS之所以比常规的流行感冒更危险，原因就在于它会导致人的免疫系统做出过度反应，杀伤正常的肺细胞。如果没有这个过度反应，无论上次的SARS还是这次的2019-nCov，即使根本不去管它，最终结果和一次普通的流感也差不多。目前如果过度去强调追责，政府官员和学者们可能会在重压之下做出不适当的过度反应，导致适得其反的后果。
事后诸葛亮式（现在几乎所有人都已经是诸葛亮了）的指责并不会带给人们有效的经验教训总结。现在有谁（尤其是那些马后炮最起劲的人）在12月8号出现疫情时，就明确清晰地给了人们一个对疫情走向的判断，同时给出其判断的确切科学依据是什么，并且告诉人们应该怎样做吗？没有，不是政府和媒体层面没有，不是普通专业的医学界没有，包括最权威的学术界也没有。“是否存在人传人？”，“疫情是否可控？”等这些当前传染病学里的概念本身就是存在严重问题的。最初有8个当地医学专业人员透露出一定的信息，他们曾被当作谣言。这导致现在人们从最初要对当地政府追责，变成去对第一批考察的权威专家追责。他们是否有责任是另外一个问题，但我们希望对这场疫情的反思不要变成中国人习惯的纯粹政治斗争的导火线，而是真正科学反思的契机。这8位当地专业医护人员是值得尊敬的，但就算当初这8位当地专业医护人员传出的信息的确被认真看待了，是否就足以得出系统的正确结论？这个问题只要简单地去回顾一下当时传递的信息就足够了。吃后悔药并不能解决问题。根据本文的防疫总方程，以12月8日的数据为基础就可以做出非常精确的判断——疫情已经进入大爆发阶段，并且它可以给出什么才是初期阶段必须迅速获得的最重要测量数据。这些医学理论在过去没有，如果没有这些，无论把这场疫情变成畅快到何种程度的政治斗争，都不解决真正的问题，下次还会犯同样的错误。没有本文所揭示的防疫总方程，即使当初那8位医学工作者传出的信息被认真看待，也绝不可能得出系统准确的结论。有人从基因战和生物战角度的阴谋论来研究这个问题，相应的武器研究已经是国际间公开的绝密，问题并不是能否作这种假设，而是应当如何科学地进行相关的研究——如何获得受到基因战攻击的确切证据，以便进行有效的反击？如何防止和有效应对基因战攻击？不能仅仅是提出各种怀疑。极力地去追究别人的责任，似乎就不再用考虑每个人自己都应当思考些什么，应当反思些什么了。1988年的上海甲肝，2002年的SARS，这次的新型肺炎都有强有力证据显示与食用野生动物相关。社会上的每一个人难道不该都认真的反思一下自己做错了什么吗？疫情中的社会舆论也会对传染病的发展产生至关重要的影响。这种一出事就只是想着去追究别人问题，而不是全社会成员都先反思自己，本身就是疫情定期爆发最关键原因之一。并且，如果是敌对国家进行有针对性的基因战攻击，在疫情爆发期间进行配合性的舆论战，定点攻击应对疫情的关键决策点和工作环节，使其决策和行动走样，也会极大地有助于疫情更快更大规模地扩散，并使疫情快速向不可控制的方向发展。

2.对医院体系的反思

本次疫情有两个值得总结的经验教训。除延后判断疫情爆发外，在全面启动应对措施上也存在一定的瑕疵。封城和进入一级响应的确是极为必要的，但配套措施稍晚了一点。很多人只是在简单地赞扬更早采取一级响应的地方政府，但事实上，在没有基本准备的前提下，直接进入一级响应人为引爆了传播的第二轮行情（野生动物市场是第一轮行情引爆地）。尤其是作为重点疫区的武汉。大量疑似病人在这种信息的刺激下蜂拥而至到医院，进不了某个医院又不断转到其他医院的过程中毫无疑问会极大加剧传播性。

以上是截至2020年2月2日晚24点的新疑似和确诊病例的变化情况。从上图可见1月20日前变化是相对平缓的增加，22日之后增量逐步加大。而在25日之后有一个突发的异常高峰和持续走高。其原因有两个，一是前期积压的确诊病例此后体现出来，26号的异常高峰应当主要是这个积压释放的体现。二是23和24日大量人员蜂拥到武汉当地医院就诊极大增加了“医院感染”。这会在23日之后的14天之内呈现出来。23日各地逐步进入一级响应，武汉封城，去武汉当地医院就诊的人员爆满。23和24日大量人员拥挤在武汉当地医院，带来了25号之后疑似和确诊病例爆发性增长。

湖北的确诊人数在27号及之后一直在1千左右徘徊，在23和24日之后7到8天的平均潜伏期处，2月1日的新增确诊从1347暴增到1921，应当是这次失控带来感染加剧的体现。尽管传染病医学界早就知道“医院获得性感染”（hospital acquired infection，或医院感染），医护人员与病人、病人之间、医护人员之间的交叉感染（cross infection）以及诊疗过程中的医源性感染（iatrogenic infection）（参见：杨绍基、李兰娟、任红等《传染病学》[第8版]，p2）这些专业术语，但是，“知道”和“如何正确地做”是两回事情。很多研究表明医院的环境本身就是很多疾病的重要来源之一，因为众多不同疾患的病人拥挤在医院里，与大量医护人员密切接触，是传染病传播的最理想场所。因为经济等方面的原因，现在的医院大多以普通企业的方式在发展。为了形象和经济效益，追求规模大、科室齐全以及“三甲”的品牌。但事实上，越是这样的“好医院”，对病人的吸引力越强，病床越抢手，长期有一大堆人员排着队挂号、付费、待诊和取药的地方，就越是病潮汹涌，各类病原体也越是齐全，其环境里的病原体浓度就越高，感染起来效率也越高，越是容易出现“超级传播”现象。当年的SARS如果没有“小汤山医院”，很难如此快速地扑灭。2019-2020的新型肺炎中也以极端地高速度（10天左右时间）新建了火神山医院、雷神山医院等。但是，小汤山医院只是一个临时建设的医院，2010年就拆除了，却没有从中认识到一个更深刻的教训——人类的医院本身就不应该按照病原体的主要汇集地和扩散地模式来建设。既然小汤山、火神山、雷神山等医院作用如此之巨大，为什么不在常规的医院建设上从中学会点什么？而只在灾难发生时才想到它们，用完就拆除呢？除了野生动物市场之外，我们还能找到比现在的三甲医院病原体种类更齐全、人流更拥挤的集散地吗？适当的经济规模、分散、专业才应当是未来医院的发展方向。当然，有那么多医院已经按现在的模式存在了，不可能一下把它们全改掉。有一个采用全新技术的方法可以在现有医院体系下尽最大可能减少病人集中到医院。例如，采用5G高清视频技术进行远程预约挂号、远程诊断、远程付费、快递上门送药......必须到医院面对面处理的问题，可以在病人精确预约的时间到达处理，不要在医院排队。必须排队的地方采用隔离化、定时消毒的小单间，公共区域一旦超过一定的人员，就应限制进入等。

3.环境重要性

本文的防疫总方程研究结果明确指示：传染病流行过程中病毒的基因变异是次要的，环境（尤其是环境里病原体的浓度）是传染病流行过程中最重要的、也是防治过程中可操作性最强的一个环节。传染病流行过程中出现的很多奇怪的变化并不是病原体本身特性改变，而是传染环境的变化造成。因此，切不可以某个阶段以统计学方法得出的数据就说某个病原体传播率是多少，从而以此来判定未来传染病的走向。因为传染病流行过程中会自己改变传染的环境，从而极大地自我改变传播率。体外人工培养的病原体研究的确有些表现出传染特性上的变化，如肺鼠疫在体外培养多代之后致病性会降低，但“基因变异说”有一个很难解释的内在逻辑矛盾之处：因为基因变异而带来的任何生物进化都有一个基本的规律，就是物种进化的各向差异性，会形成分散的进化树。基因变异是一种很随机的现象。之所以进化出某种新的物种，是因为这种基因突变更适应某个环境，从而它的繁殖率更高，并逐步侵占其他同类的生存空间。因为适应不同地区和空间，同源的物种就进化发展成不同的物种（进化树上的各个分支）。可是病原体基因在一场持续时间很短的流行过程中，在极为广泛的地区显示出相同或非常类似的变化特征。如果其原因是基因变异造成，那么就是无以计数的病原体同时发生了一样的基因突变，这只有一种可能，是病原体的基因本身早就确定了要在特定的时间内向这个方向变化。这在基因科学和进化论的逻辑上都难以解释。我们未曾见到过有哪个论文明确说明了传染病在短时间的传播过程中其基因突变是怎么改变了病理特征，到底哪一段基因造成了这样的变化。“基因变异说”都只是一些假设和猜测。本文的防疫总方程是在假定病原体基因整个流行过程中基本一样，仅仅是通过流行过程中对环境造成的改变，就可以在数学上精确推导出各种符合实际但表面上看似奇怪的变化，这就完全避开了基因突变说的内在逻辑困难。并且，它证明了防治传染病的基本规律——改变环境远远比改变人体本身重要得多，也有效得多。防疫总方程是假设一切传染病都是可以人传人的。之所以很多传染病没有在“临床上”表现出来，只是因为人传人的传播率低于某个阈值。但如果进行广泛的免疫学检测，我们预测那些统计学上没有人传人的传染病中，也可发现因人传人而使相应感染者存在相应病原体或特异性的抗体。如果传染病流行过程中对环境的改变超过一定限度，初期不存在人传人现象的传染病，就会在某个阶段突然展现出大规模人传人的特性，且越来越强。所有以上预测都不依赖于病原体的基因发生改变，而仅仅依赖于防疫总方程的数学模型本身的精确推演。

三、医学的科学化

不仅中医的科学性不够，西医的科学性也是不足的。一切科学的基础都是数学和测量，西医在病理和生理测量等方面有相对完善的基础，但在数学化和理论上存在不足，从而更大程度上展现的是一种经验性知识的总结。它体现在如下方面：以统计学相关性分析为基础的理论研究，一般都难以揭示因果关系。这是一切以统计学为基础的学科共性的问题，医学也不例外，这使其较容易存在病理原因认知上的偏差。认为基因变异是导致传染特性变化的观念就是由此产生的。医学本身更多的测量对象是有“临床表现”的样本，这会带来统计学和测量理论上的“幸存者偏差”。尽管早就发现有难以在临床上体现的隐性感染等现象存在，但因为测量样本更多来自于“临床”，无临床表现的对象很可能根本不会去医院、较难获得测量数据，因此容易导致测量数据不完备。尤其在传染病初期，只根据极少有临床表现的病人测量数据，难免产生判断上的偏差。因此，我们强调在新型传染病发生的初期，应当尽可能对与潜在病源有接触的无临床表现人员中进行抗体筛查，以及环境筛查，来作为真实传播状态的指标。有临床表现的病人一般只能是自然产生的，以此为样本按实验方法进行分组对比统计时，很难控制所有变量，这会使相关分析结果受到很大干扰。例如，要想研究病原体初始入侵量与潜伏期以及病症严重性、预后等因素之间的关系，相对简单可行的办法是取一个潜伏期的中位数，以此为分界点将样本分成前后两组，以此进行对照分析和各要素的相关性分析。对照实验的确是很基本和常用的实验方法，因此很多研究文献都是按这种方法进行。但是，潜伏期的长短不仅取决于病毒在人体内增殖速度，而且取决于病原体入侵量和人体内免疫体生长速度（“免疫体增长率”）的不同。即使假设相同的病原体在不同人体内增殖速度（“病原体增殖率”）是一样的，因不同身体素质的人免疫体增长率有差异，也会影响病原体数量在人体内增长的速度。另外，不同人因身体素质的差异，会在病原体数量不同时（如血液中的病原体浓度不同）开始临床表现（达到“致病体内量阈值”）。这些参数的不同都会导致潜伏期长短出现变化。如果不能有效地区分出样本中不同病人免疫体增长率、致病入侵量阈值、致病体内量阈值，这些因素就会对样本统计数据的相关计算结果产生干扰。传染病本质上应当遵循网络传播规律。但因为医学专家或传染病专家缺乏网络传播的知识结构，难以系统地从这样的角度来进行研究。也有些非医学的学者采用所谓“网络动力学”的方法来研究谣言、计算机病毒和传染病毒的传播规律。这个方向是有道理的，只是一方面这种研究较多体现为统计学的规律，另一方面仅仅体现为网络动力学的数学模型是远远不够的，必须要将传染病的基本原理充分融合进去才算完备。科赫法则（Koch's postulates）被认为是判定病原体的基本原则。事实上，这个法则就是经典的穆勒归纳法在确定病原体领域的具体应用而已。科赫法则与穆勒五法的对应关系如下：
但是，要准确应用科赫法则，不仅需要两次对潜在病原体进行纯培养，而且需要足够的病例样本才够准确，这个因果关系的确认路径较长，而且精确度从现在需求来看已经不足。现代建立在分子生物学基础上的基因测序等基因测量方法精确度极高，人们也越来越重视来自这个领域的测量结果。但关键问题在于：传染病的很多规律并不能直接从基因序列测序结果中推导出来，甚至主要的规律变化并不取决于病原体的基因。综上所述，因为缺少传染病因果关系的系统研究，就无法以公理化的方法来建立病理变化的精确数学关系，从而给传染病发生初期临床样本极少情况下的准确判断带来极大困难。中医科学性的缺乏表现在其理论概念几乎都不可测量。例如“阴阳理论”，阴多少、阳多少，该如何测量，完全没有依据。“五行相生相克”的“相生率”，“相克率”该如何评估，没有任何计量基准，甚至根本就没有人想过要研究这样的测量方法。“阴阳”“五行”本身都是没有任何可测量的精确定义、只有艺术化描述的概念。中医的确提供了系统化（天人合一）认识人体和病理的哲学，但只是一种具启发性的思想。中医的科学化以什么为标准？只有在新的医学理论中完全看不到任何传统中医概念、一切科学化的中医学理论必须完全还原为现代医学尤其是整个现代科学体系的时候，才算真正继承和发展了这个传统的文化。

四、关键概念及其参数的抽象和定义

要获得科学的公理化理论，必须进行一定的抽象，而不是完全现实的对象描述。在进行抽象之前，我们会先简单介绍一下需要进行抽象分析的实际对象。

1. 病原体与感染环境

传染病学认为各种传染病都是由特异性病原体（pathogen）引起，主要是多种微生物。已经发现的病原体种类有很多，包括朊粒，病毒，衣原体，立克次体，支原体，细菌，真菌，螺旋体等。传染病学也把一些寄生虫归为病原体，如原虫，蠕虫，医学昆虫等。但有些寄生虫可能并不进入人体内（多为医学昆虫），而是通过叮咬等将真正的病原体注入人体内导致人发病。有些医学昆虫会把自己的卵产在人体内，导致发病。我们只把产在人体内的卵以及通过叮咬注入人体内的细菌、病毒等看作病原体，而不把产卵的成虫看作病原体。从传播网络的角度看，我们把不进入人体内的寄生虫归为传播媒介、中间宿主等。这样，抽象的、公理化的病原体做如下定义：“病原体”是侵入人体内，通过在人体内释放有毒物质或直接破坏人体正常细胞，导致人肌体受到损害。病原体可在人体内通过数量上的繁殖不断加大这种损害，导致人产生不同程度的疾病。从后面将要谈到的免疫系统来说，病原体也称为“抗原”，为简化整个概念系统，我们省略“抗原”这个专业术语。我们剥离掉病原体的具体特征，而只体现为一些抽象的特征参数。具体病原体的差异，仅仅是这些特征参数的差异。特征参数有如下这些：

数量。人体、环境或中间宿主等特定空间体积内的病原体数量。单位“个”。

入侵量。在一定时间内，通过人体感染位置从外界感染环境进入人体的病原体数量。单位“个”。与入侵量相关的重要问题是入侵部位，是从口、鼻等入侵，还是因蚊虫叮咬直接从胳膊皮肤进入血液，还是因用手揉眼睛从眼部侵入等等。

排出量。病原体在人体内繁殖后，通过某个出口向外排出病原体的数量。单位“个”。病原体的排出有两个作用，一是减少了人体内病原体的数量，因此从这方面看它是有益的。二是排出的病原体可能通过一定的环境传播到其他人的感染入侵部位，这就带来病原体在不同人体间的传播。与病原体入侵类似，与排出相关的重要问题也是排出的部位或途径，是从口鼻处呼吸排出到空气里，打喷嚏产生飞沬，粪便尿液排泄，汗液排出，还是蚊虫叮咬等排出到医学昆虫体内。排出与入侵的部位重要性体现在：人与人的传播必须通过排出到环境，再通过环境到其他人的入侵部位，才能建立起人与人传播的网络通路。在1988年上海甲肝流行中，最初的传播通路是通过粪便排出，因卫生条件所限，排出的粪便污染水源，水源里的毛蚶接受了病原体，通过其他人食用毛蚶传播。另一个传播路径是飞沫排出到空气中，再通过其他渠道传播到其他人口鼻中。如果无法建立起染病者输出与其他人入侵的传播网络通路，就无法人传人。但如果直接将感染者已经存在大量病原体的血液抽取并注射到其他人体内，直接建立起这个传播通路，就没有理由不人传人了。因此，能否人传人是排出部位——外部环境——入侵部位之间的通路能否建立起来的问题，而不是病原体基因和人体内部的问题。如果只研究病原体和人怎么可能解决这个问题呢？

因为现在城市下水道系统的完善，粪便尿液排出基本都通过专用的封闭下水道系统排走了，很难再与入侵部位之间建立起传播通路，因此这类排出很难成为流行的传染病。但通过飞沫很容易在不同人之间近距离接触的空气中形成近乎无处不在的“无线”传播通路，因此可以通过飞沫排出的病原体将越来越成为未来新型传染病流行的主要传播渠道，应引起重点关注。只要存在飞沫排出，可以在暴露空间生存一定时间，基本上就可判定一定存在人传人的路径。从基因战角度来说，如果要开发基因武器，有飞沫排出的病原体就是最重点研究的对象。如果2019-nCov病毒传播初期，只在极少量病例者飞沫中检测到病原体存在并且在空气中可以生存足够长的时间，即使没有任何人传人的病例，即使全部病例全都是与华南市场有关，也足以做出存在人传人危险的判断了，而根本不需要等到实际出现有统计学意义的病例积累。

繁殖率。假设在没有受到免疫体任何清除作用、以及没有任何入侵和输出的前提下，病原体在进入人体后单位时间内繁殖新增的数量，除以繁殖前的数量。单位“%/时间单位”。

繁殖率=(繁殖量/原数量）/时间                                 （1）

新增量=繁殖量 + 入侵量                                           （2）

增殖率=新增量/原数量/时间 =(繁殖量+入侵量）/原数量/时间  （3）

感染环境。包含一定数量病原体，且可产生感染的任何物理空间或中间宿主。健康人员进入这个环境，尤其感染入口接触这个环境，就会导致病原体有机会入侵。

感染环境生存时间。病原体输出之后，在感染环境中可以存活的时间长度。单位（小时）。

感染环境病原体浓度。人体感染入口处环境单位空间内的病原数量，单位为“个/立方厘米”或“个/平方厘米”。

入侵率。入侵病原体数量与感染环境病原体浓度之比，单位为“%立方厘米/时间单位”或“%平方厘米/时间单位”。

入侵率 =（病原入侵量/感染环境病原体浓度）/时间单位           （4）

致病入侵量阈值。在没有任何防治措施的前提下，会导致最终产生临床表现的初始最低入侵数量。低于这个阈值只产生隐性感染，高于这个阈值就会有致病性的临床表现。不同病原体这个阈值可能有很大差异。例如伤寒的致病入侵量阈值为10万个，而细菌性痢疾只有10个。

致病体内量阈值。病原体在人体内达到这个最低数量，人就会最终表现出病症。

致死入侵量阈值。在没有任何防治和治疗措施前提下，会导致死亡的初始最低入侵数量。

致死体内量阈值。病原体在人体内达到这个最低数量，就会导致人死亡。

减少量。在一定的时间内，病原体因排出、被药物杀死、被免疫体清除等三方面原因而减少的数量。单位为“个”。

减少量 = 排出量 + 药物杀死量 + 免疫体清除量                         （5）

如果减少量大于新增量，人体内的病原体数量就会下降，人的病症就会开始减轻，并至最终痊愈。

除以上参数外，病原体的尺寸，形状，DNA，致病机理，细胞结构等都完全不予考虑。经过这样的抽象，我们对病原体的研究几乎只需要考虑单纯的各类数量因素即可。其毒力（virulence）等、致病能力、传播能力等必然与不同病原体基因相关的因素，也可完全转化为4个阈值以及输出等参数来体现。也就是说，只要把病原体数量问题搞清楚，传染病流行的主要规律就基本清楚了。这也提示了在新型传染病出现的初期，医学专业界的重点精力应当放在数量参数的测量和研究上，其他一切研究如果不能服务于数量参数研究的，都可往后放。因此，在新型传染病开始的至少半年之内，一切与该病原体数量研究无关的相关学术论文应当限制发表。我们只有清楚这一点，才有确切的科学依据去说哪些抢着发表论文的学者行为不恰当，原因何在，哪些是恰当和应当重点鼓励的。在一个新发现的可能撞地球的小行星时，学术界花过多精力去研究它的外形如何、化学成分等行为显然是不恰当、甚至是不道德的。以上参数有些测量起来较为困难，有些较容易测量。但只要清楚以上参数，将一些容易测量的参数首先获取，就可以通过相互的数学关系推算出其他难以测量的参数。例如，潜伏期是入侵量、增殖率、致病体内量阈值三个参数的函数，潜伏期相对是比较容易测量的，那么通过潜伏期和两个参数的测量就可以计算出另外一个参数。这样，只需要极少病例相关参数的测量，很快就可以把所有关键性的参数值测算出来。

2. 免疫体

免疫系统简介如果没有免疫系统，人体根本就无法承受任何病原体的入侵。相对于病原体可以比较容易简化为数量描述，免疫系统就复杂得多。免疫系统抗击病原体的行为称为“免疫应答”。免疫应答分为保护性的免疫应答和变态反应两大类。所谓“变态反应”也叫超敏反应，是由于免疫系统对并不一定有害的入侵物质（如花粉等）做出了“错误”的应答，这反而形成一种免疫系统的过敏性疾病了。为模型简化起见，我们在本文讨论中完全忽略这类变态反应，而只讨论前者。保护性的免疫应答可分为“特异性的”和“非特异性的”两类。所谓“非特异性的”简单说就是“无区别地清除”。它包括屏障、无区别的细胞吞噬、体液因子对病原体的清除作用等。如果病原体还附着于体外，并不能对人体产生危害作用的话，我们就不认为它已经算入侵了人体。当然，病原体已经位于感染入口位置也是很危险的，它们可能随时会进入人体，也可能通过接触（如握手等）而传播给他人。但为准确定义，我们只把进入人体内（即使还在内部屏障之外）的病原体计算到入侵数量里。同时，也只将体内的免疫机制算作抽象的“免疫体”。如血液中的吞噬细胞算作抽象免疫体，而皮肤上体液因子里的溶菌酶就不计入免疫体。特异性的免疫应答是指对特定的病原体会进行识别，从而只激发针对该病原体的免疫应答。这样的免疫体会产生针对该特定病原体的“抗体”。免疫学里的“抗体”和“抗原”都是从分子水平来描述的（如免疫球蛋白）。而病原体可能是分子水平，也可能是细胞、细菌或更大的寄生虫等生物体。但是，为简化数学模型起见，我们也忽略“抗体”这个专业词汇，把血液里的吞噬细胞，单元的抗体等都称为“免疫体”。免疫体是已经可以起作用的免疫物质，而不是潜在的、还未被激发的免疫物质。特异性免疫可分为细胞免疫（由T淋巴细胞介导）和体液免疫（由B淋巴细胞介导）。T淋巴细胞免疫不是将病原体吞噬，而是通过毒性淋巴因子将病原体杀死。体液免疫是通过产生特异性的免疫球蛋白(Ig)起应答作用，Ig有五种类型：IgG、IgA、IgM、IgD、IgE。免疫系统的机理相对是比较复杂的，T淋巴细胞对体液细胞也有促进作用，五种不同免疫球蛋白的功能各不相同，并且在免疫机制全过程中起作用的先后次序也不一样。为简化模型起见，我们依据对病原体的清除能力，将不同免疫体抽象成统一数量单位的测量对象，其参考为吞噬细胞数量，T细胞数量，以及免疫球蛋白数量。以单位清除能力归一化为“免疫体数量”。免疫体对病原体的清除能力，与免疫体数量完全成线性的正比关系。

免疫体数量。在某个时间点上，人体内针对特定病原体的免疫体总量。单位“个”。

病原清除率。在单位时间内，被清除的人体内病原体数量除以免疫体数量。单位“%/时间单位”。

病原清除率=（被清除的人体内病原体数量/免疫体数量）/时间单位（6）

免疫体增长率。在单位时间内，体内新产生的免疫体数量除以原免疫体数量。单位“%/时间单位”。

免疫体增长率 = 体内受病原体刺激新增长的免疫体数量/原免疫体数量/时间                                                                                    （7）

免疫体损耗量。在一定的时间内，因完成正常的对病原体清除，以及受到病原体损害等而失去应答功能的免疫体数量。单位为“个”。

免疫体损耗率。在单位时间内，损耗的免疫体与体内病原体数量之比。无量纲。

免疫体损耗率 = 免疫体损耗量/体内病原体数量                   （8）

经过以上抽象和科学定义之后，人体内病原体与免疫体之间就可构成一种非常类似于战争与战策循环因果序列的数学关系。
新免疫体数量 = （1 + 免疫体增长率 ）×原免疫体数量 — 免疫体损耗率 ×原体内病原体数量 + 注射疫苗刺激产生的免疫体 + 直接注射的免疫体    （9）新体内病原体数量 =（1+增殖率）×原病原体数量 + 入侵量 — 排出量 — 免疫清除量 — 药物清除量=（1+增殖率）×原病原体数量 + 入侵量 — 排出量 — 原免疫体数量 × 病原清除率 — 药物清除量                           （10）
（9）和（10）式构成了人体内病原体与免疫体的循环因果序列方程组。以上定义的免疫体参数中，有很多是在平时状态下就可以持续深入测量和研究的。如吞噬细胞的清除率等。有些可能只有针对特定病原体才能进行研究，如病原清除率。但无论如何，有了以上定义和抽象的系列参数构成的研究框架之后，在出现新的病原体时，理论上只需要最少量的测量数据，就可以对特定病原体的人体内微观疾病发展规律，以及全社会宏观的传播规律进行精确研究和判定了。

五、系统框架

上图是通用传染病循环因果序列的系统框架。在这个系统里，存在多个循环因果过程：

• 病原体入侵人体后增殖的自我循环因果过程。

• 免疫体受病原体刺激后自我增长的循环因果过程。

• 免疫体与病原体之间的循环因果过程。

• 人体内病原体经排出、感染环境、入侵他人形成的循环因果过程。

通过前述的定义，可以根据不同分析的需要，建立分析不同过程的循环因果序列方程，并以此进行精确的数学计算。根据这些过程建立的循环因果序列，与我在《超越战争论——战争与和平的数学原理》一书中建立的含有恢复量的“战策循环因果序列”分析方法完全一样，只不过是把病原体增殖，入侵，免疫体增长等等看作恢复量即可。以上涉及的一系列参数，相当多数可以在平时进行深入的研究，例如免疫体的增长等数据。还有较多数据是在人体外的，测量起来较为容易。例如病原体的繁殖速度、在体外生存时间等数据，可以在人体外模拟人体内环境进行纯培养来进行测量。因此，只要按照该研究系统获得完备的测量数据，并不需要很多病例就可以完成对相应病原体各种传播模式的计算和判断。

六、应用举例

1. 带口罩的作用

即使采用N95口罩，对非油性颗粒物（如粉尘、酸雾、漆雾、微生物等）的过滤效率达到95%，也不能完全过滤掉病原体。但是，有了这一层保护之后，相当于在入侵作用之前增加了一道病原体信号的衰减器，其衰减倍数为20倍。这并不是要将病原体完全消除，而是要使其入侵量低于致病入侵量阈值，这样即使有病原体入侵，因其数量较低也不会致病。另一方面，即使已经受感染的人群，带上口罩可以减少排出到环境的病原体，这可以极大减少感染环境中的病原体浓度。

2. 喝水排出

只要病原体可以通过尿液排出，喝水就是最好的药物之一。排出100万个病原体，与用药物杀死100万个病原体效果是一样的。持续将病原体排出，其作用一是可以减缓病原体的增长，减少对免疫体的损耗；二是减缓其达到致病体内量阈值尤其致死体内量阈值进程，为免疫体的增长赢得更多时间；三是增加血液流动，有助于免疫体效率的提升。据报道，2020年1月27日，江西萍乡首例确诊感染新型冠状病毒肺炎患者治愈出院。他连烧6天6夜，主要采用每天喝50斤水的方法战胜了疾病。因此，尽可能地大量喝水，是目前除了带口罩以外最通用的有效方法。因此，现在的防治过程中不要仅仅提倡带口罩，而且要大力宣传多喝水。

3. 传播率、毒力如何随传染病环境参数而改变

感染环境对传染病发展过程的影响就表现在病原体的浓度上。随着传染病的发展，会导致感染环境中的病原体浓度增加，从而入侵量就会增加，带来传播率和致病率的增加。尤其一些高浓度的环境，其传染能力会极大地提升。这种病原体浓度的增加可能是不同原因产生，一是外界的动物等感染大量增殖了相应病原体，二是人员密集，使得带病原体的人员数量增加，通过其排出密集积累带来该区间病原体浓度上升。以下我们通过一个数字游戏可以显著体验到传染病是如何在传播过程中自我改变传染特性的。
情景1

为简化起见，我们假设某传染病的传染环境为一铁路车厢，里面有乘客100人。他们对该病原体免疫能力都完全相同，其致病入侵量阈值为10个，致死入侵量阈值为30个。现假设有一乘客带病，体内有1万个病原体，在某个时序增殖了3000个，排出了200个，它们均匀散布到车厢空间里。这200个病原体正好被车厢里的100人通过呼吸道吸入，每人入侵量为2个。其结果是：

    染病的乘客新的体内病原体数量=10000 + 3000 -200 + 2 =12802个。    请注意该患者体内病原体数量远高于致死入侵量阈值，是因为病原体入侵前体内被激发的免疫数量很低。当病原体入侵后，体内免疫体数量已经极大增长，因此体内病原体数量远高于致死入侵量阈值，人却还可以很好地生存。    其他99个乘客的入侵量都是2，都远低于10。这个传播的结果是：99个乘客不仅没得病，反而都获得了免疫能力。因为只有一个乘客染病，并未被发现。当他因体内免疫体增长而自愈后，也获得了免疫能力。最后，这个病原体导致的传染病传播率为0，在无声无息中自然消失了。情景2

还是这种病原体，其他参数与情景1相同，只是最初染病的乘客为5人。这样排出量变为200*5=1000个。每人入侵量变为1000/100=10个。其结果是：

    染病的5人新的体内病原体数量=10000+3000-200+10=12810个。    其他95个乘客的入侵量都是10，全都出现病症了。传播率为95/5=19。但因为都是刚刚达到致病入侵量阈值，因此都只是轻微的得病，最终只是一场无人关注的普通流感。情景3

病原体相同，其他参数与情景1相同，只是最初染病的乘客为20个。这样排出量变为200*20=4000个。每人入侵量变为4000/100=40个。其结果是：

    染病的20个人体内病原体数量=10000+3000-200+40=12840个。    其他80个乘客的入侵量都是40，超过了致死入侵量阈值，结果是最初染病的20个人活了下来，而后期受感染的80人全部死亡。其传播率为80/20=4，病死率为80%，成为一场极为恶性的传染病。情景4

病原体相同，有5个乘客带有病原体，其每人体内量为2000个，新增量为200个，排出量为10个，并且都没有出现病症。其他参数与情景1相同。这样排出量为：10*5=50个。每个入侵量为5个。

    原来带病原体的10人每人新的体内量=2000+200-10+5=2195个    其他90个乘客入侵量为5，都低于致病入侵量阈值。最终所有人都获得了免疫能力，且没有任何人致病，传播率为0。这场传染病事实上入侵了每一个人，但却无任何人出现病症，成为一场无人知晓、无任何症状的病原体流行。这是一场虽然有人员聚集，但因最初爆发的带病原体人员体内量都很低，无法聚集起出现症状的传染病所需要的入侵量。当然，以上分析中所有人免疫能力相同，排出的病原体在人员聚集的车厢里均匀分布且全部被车厢里的人平均吸入而受入侵等假设在现实中不可能成立，但这个极简化的分析依然可以给我们很多重要的启示。以上四个情景充分展示了，基因完全相同的一种病原体，在传播率，致死率上天壤之别的差异及其原因所在。它们完全是由于传染病循环因果序列环境参数的不同导致，但在过去因为人们不理解这个规律，都以为是病原体的基因发生了改变。它也充分展示了：存在病原体和人员聚集的环境对于传染病的发展变化所起的作用之大会达到何等骇人的程度，也就该透彻地明白野生动物市场为什么屡屡成为恶性呼吸性传染病的发源地，然后现在规模过于庞大，科室太过齐全的医院体系又成为传染病发源之后的强力助推地。它们分别是这类传染病像火箭一般突然升天的一级火箭和二级火箭。其他封闭空间的大量人员聚集场所又成为三级火箭。以上分析还可得出一个极为重要的结论：病原体是否最初来源于野生动物并不重要，重要的是它能否成为病原体高浓度环境的生成场所。这些都是传统医学认识的致命盲点所在。

4. 会不会人传人

从传染病系统框图可见，只要在病原体排出部位——感染环境——入侵部位之间形成了通路，就绝对会人传人，不需要等出现病例后再作判断。如同移动通讯的基站一旦通电，只要传播距离与中间衰减物的衰减率等综合计算下来，到达手机处的信号强度高于其接收强度，手机一定能接收到信号。即使某部手机坏了，一时没看到接受信号，也并不表明该传播通路没有建立起来。因此，只要以通用传染病循环因果序列进行这个通路的检查，发现存在这个通路，就不需要等出现人传人的病例后再作判断。不同病原体基因的影响是排出部位与排出量。一般都有排出的，只是如果排出量极少，且在体外生存时间太短，发生的感染过程入侵量都极小，远低于致病入侵量阈值，这就不会有临床意义上的人传人。事实上是传过去了，只是因数量太少难以达到致病入侵量阈值而已。由于某些传播过程中可以隐性传染，或误以为是其他疾病而耽搁。因此，在武汉12月8日初期的41个2019-nCov病例不是完全来自华南海鲜市场，但病原体相同的判断后，应迅速检查非华南海鲜市场病人近期是否有动物接触史。如果没有，不应做出有不同传染源存在，而是已经出现人传人的判断。并且因为它可以通过飞沫传播，更是应当引起最高度的警觉。

5. 得病后是否绝对不会再染病

免疫能力的获得并不是绝对的，如果入侵量太大，同样可能再次染病。如同一个国家刚刚打完了一场战争，因战争的刺激会建立起其能力范围内数量最宠大的军事力量。如果远低于这个数量的敌方入侵很快会被消灭，表现出强大的免疫力。但如果此时突然入侵的敌方国家军队数量过于庞大，超过了该国的军队数量，同样可能击败这个国家。这样的结论同样与单个士兵的作战素质和武器装备的能力无关，而只是取决于数量关系。因此，得病后获得免疫能力的区别只是致病入侵量阈值极大提升了，但不是提升到无限大。是否会再染病并不完全取决于病原体的基因，而是取决于环境造成的入侵量与新的致病入侵量阈值的数量上的相对关系。

6. 基因战原则

现在我们从另一个角度来考虑问题，不是如何避免或减轻一场传染病，而是如何刺激起一场传染病，即要成功地发起一场基因战，需要遵从什么原则。根据以上分析，基因战从操作方法上有以下原则：

• 尽可能选择通过飞沫传播效率高的病原体，以最有效地建立起环境传播通路。

• 活体动物尤其野生动物市场是最佳的初始病原体散播地，以此制造出一批重症患者。

• 通过初期散播开始传染后，通过强烈要求信息公开刺激人群高度拥挤到大规模的医院，以点燃疫情的二级火箭。

• 对防疫决策链上各相关机构和人员进行极端追责等舆论战，使相关机构和人员手忙脚乱，忙中出错。

• 通过设计致病入侵量阈值和致死入侵量阈值，使得最终死亡率在1%-5%范围，这样足以导致全社会恐慌，同时又不致出现太大的人道灾难，使得基因战即使最终被发现，也不致于带来太严重的报复后果。这是对有较强报复能力的基因战对象的作战原则。

• 对没有任何报复能力的作战对象，可以通过调节两个入侵量阈值，获得高死亡率。

很不幸，无论2002-2003年的SARS、这次的2019-nCov、非洲埃博拉病毒等都比较符合以上特征。当然，仅凭这些特征的吻合并不能直接做出任何科学有效的推论，但它们对研究如何防御基因战无疑是有重要启示的。

7. 隔离的重要作用

只要将环境的传播效率降到一定程度，传染病的传播过程就会中止，其最重要的方法就是隔离。隔离就是将排出的病原体信号极大地衰减。将疑似和确诊病人集中起来，与其他人完全隔离，病原体就不会再向其他人传播。集中后的人员生活在不同房间，避免同时到就诊、就餐和入厕等公共区域，也是一种小区域内的隔离。只要人员不集中，即使空气中有排出的病原体，其浓度也不会高到致病的程度。

作者简介

汪涛

"人类第三次科学革命"倡导者，纯科学理论体系创始人，

历经30多年研究和实践形成科学经济学体系。

上海析易船舶技术有限公司联合创始人、总经理

云铝股份（000807）独立董事

浙江宇视科技 顾问

中央民族大学客座教授

作品：

《科学经济学原理——看见看不见的手》

《实验、测量与科学》

《超越战争论——战争与和平的数学原理》

《即将来临的粮食世界大战》

《纯电动：一统天下》

《生态社会人口论》

《通播网宣言》

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