约翰·斯诺医生的霍乱地图

引用：徐永清.约翰·斯诺医生的霍乱地图[J].中国测绘,2020(02):65-69.

1817年,一种发病快、死亡率高的霍乱病在印度加尔各答地区突然流行。在此后的15年中,霍乱向西传到世界许多地方。在英吉利海峡,英国军舰拦截从疫病流行地区驶来的货船,但是仍然挡不住霍乱病的蔓延。1831年,英伦三岛第一次霍乱大爆发,致使7.8万人丧生,人们谈霍乱色变。

在疾病细菌学理论尚未建立的19世纪,人们不知道霍乱究竟是如何在人群中传播开来的。1853年8月,伦敦又一次爆发霍乱。这时,一位叫做约翰·斯诺的医生,通过自己的科学研究证明,霍乱传播的罪魁祸首是被粪便污染的水,他还推荐几种实用的预防措施,为控制霍乱的传播起到重要的作用。虽然约翰·斯诺医生并没有发现霍乱的病原体,但是他运用空间统计学查找到传染源,进而找到了防控霍乱最有效的方法,从而使“约翰·斯诺的霍乱地图”成为地图学与流行病学的一大突破,名垂科学史的经典案例。

约翰·斯诺(John Snow,1813-1858),英国麻醉学家和流行病学家,1813年生于约克,14岁时迫于家庭生计,跟随外科医生威廉·哈德卡斯尔(William Hardcastle)学徒。23岁时进入伦敦亨特利安医学院(Hunterian School of Medicine)深造,1843年获得伦敦大学博士学位。约翰·斯诺医生率先将乙醚和氯仿用于外科手术,被后人誉为英国麻醉学领域的开拓者。他还是维多利亚女王的私人医生。

19世纪的伦敦,是一个200万人聚居的工业大都市,大大小小的作坊、工厂散布在居民区之间。那时这座城市没有专门的垃圾处理系统,200万人生产和生活制造出的垃圾、包括200万人的粪便,完全依靠地下的垃圾填埋来处理。这个自发形成的脆弱的废弃物处理系统,终于不堪重压、趋于崩溃。

1842年9月,英国公共卫生之父埃德温·查德威克发表了《关于英国劳动人口卫生状况的调查报告》,用大量事实说明,疾病是由肮脏、拥挤、供水不足、排水不畅、垃圾堆积等因素造成的,并提出通过管道供应清洁水用于生活、修建下水道排除污水和厕所排泄物等改革措施。这个报告直接促使英国政府在1848年颁布了第一部公共卫生法案,并依法成立了中央卫生部,制定了全国统一的卫生标准,实现了中央政府对地方卫生改革的管理。在查德威克之前,英国没有一个统一的权威公共卫生机制,而现在国家的公共卫生组织在日常生活中约定俗成地出现在大众面前。

现在人们已经清楚霍乱发病的过程:霍乱弧菌通过消化道进入小肠以后,大量繁殖并且分泌霍乱毒素,促使小肠上皮细胞大量分泌液体,引发剧烈的呕吐和标志性的“米泔水样便”腹泻,人体短时间内大量脱水、电解质紊乱,最后导致代谢废物在体内堆积,器官衰竭而死。然而,在1883年德国微生物学家科赫(Robert Koch)发现霍乱弧菌以前,欧洲的医生们并不知道到底是什么东西引发了霍乱,对霍乱的传播途径和治疗方法也争论不休,霍乱弧菌就这样毫无阻碍地横扫了欧洲和美洲。

19世纪中期,欧洲关于霍乱的医学理论主要分为两派,大部分医生坚持瘴气说(miasma),认为霍乱是肮脏环境中生成的瘴气作用于人体的表现。同样在肮脏的环境中,有人会感染霍乱而有人却安然无恙,无非是因为体质的差异而已。只有一小部分医生认为霍乱是由一种尚未发现的介质在人群中传播引起的传染病。

时任英国中央卫生部负责人的埃德温·查德威克深信疾病是由瘴气引起的,他把公共卫生组织的防疫重点放在了排除积水、移走垢物和通风透气上。伦敦城满溢的大量粪坑终于可以通过下水道系统排污了,但这些粪便被直接冲进了流经伦敦城区的泰晤士河中,而这一段河水同时也是好几家自来水公司的水源地,就这样,伦敦人的饮水与自己的粪汤混在一河。

约翰·斯诺医生是少数派,他认为第二种说法是正确的,但是他还需要证据。

早在1849年,约翰·斯诺就出版了《霍乱的模式和传播》,提出了霍乱的传播是由于人们吞服了一种还没有辨认出的介质而导致的,人们可能通过直接接触病人的排泄物或者饮用了受污染的水而被传染。他用统计学的方法,发现了饮用水和霍乱感染率之间的关联:生活在泰晤士河南岸的伦敦居民,更多地饮用取自泰晤士河段的水;而北岸的居民则饮用取自远离伦敦的水源。相比北岸,南岸居民感染霍乱的几率要高得多。

当时的医学界没有接受约翰·斯诺的理论,他们认为约翰·斯诺的调查还远远不够,干扰因素太多。《伦敦医学公报》甚至指出,证明斯诺的理论需要有一个“决定性的实验”,那就是“把水运送到一个遥远的地方,这个地方霍乱从来没有光顾过,凡是引用这种水的人都患上了霍乱,而没有用过的人都得以幸免于难”。

1853年8月底之前,约翰斯诺已经进行一年多的大量实地采样调查,通过比对饮用两种不同水质的人群、霍乱死亡人数的大量统计数据,得出肯定的结论:霍乱致死的人,喝的是被排泄物污染过的水;而没喝被污染过的水的人家,几乎没有被传染上霍乱。可见,传播霍乱的介质是水。他没有料到的是,当他在伦敦南部挨家挨户调查饮用水源,力图用更详尽的数据来证实自己的理论之时,霍乱在离他的诊所十来个街区的宽街爆发了,他所需要的“决定性的实验”将在这场苦难的抗疫中完成。

1853年这场英国有史以来最可怕的霍乱爆发,是从8月31号的夜晚开始的。在接下来的3天里,伦敦苏豪区宽街(Braod Street)周围,就有127个居民人死亡。又过了不到一周,附近四分之三的居民弃家逃离,商店关门,行人绝迹。到了9月10号,死亡的人数上升到了500人。9月30号,疫情最终平息,616人命丧霍乱。

1853年9月3号,约翰·斯诺在伦敦宽街水泵取了第一杯水样,和他预料不同,取样的水非常清澈,并没有任何明显可见的污染物。他又从伦敦户籍登记局的统计学家威廉·法尔那里获得了疫情爆发后宽街附近的死亡人数和死因统计数据,并且走访水泵周围的街区,与病人家属交谈。

随着调查的推进,宽街水泵和霍乱的关联性越发明显。约翰·斯诺在几天内实地调查了从户籍登记局拿到的83例死于霍乱的病例,随着他的走访,宽街水泵的嫌疑越来越大。他发现,几乎所有的死亡病例都发生在宽街的公共水泵附近,除了饮用宽街公共水泵的居民外,在伦敦其他地方,霍乱并没有明显爆发。

通过调查宽街水泵附近的居民,约翰·斯诺确定,1853年8月28日,一个5个月大的小女孩,父母管她叫宝贝刘易斯,不知为什么染上了霍乱。这样霍乱来到了位于苏荷中部的宽街,工人阶级居住的地方。这个小女孩病了,而她家附近有一个化粪池,濒临一个非常受欢迎的水泵,这个水泵被认为是整个苏荷最好的水源。所有的苏荷居民,还有周围的居民都会去用那个水泵汲水。小女孩宝贝刘易斯无意中污染了这个受欢迎的水泵里的水,她的父母还直接将洗尿布的脏水倒在了水泵旁边的水沟里,水沟和水泵没有完全隔离,被病菌污染的脏水,很可能从水沟渗透到居民的井水里。接着,英国历史上最可怕的瘟疫,就在两三天后爆发了。

有8个死亡的人在前几天喝了宽街水泵的水,包括路过水泵顺便拧开水龙头喝了那里水的小学生、在宽街水泵附近的冷饮店喝了冷饮的人。不仅仅是宽街水泵附近的人出现霍乱死亡,在距离这里比较远的地方,也有10个人突发霍乱致死。其中有一位住在几英里外的霍乱死亡者苏姗娜·埃利太太,她喝了儿子们专门送来的从宽街水泵打的水之后得了霍乱,她的仆人也得了霍乱,来家里看她的侄女喝了她家的水,回家后很快因霍乱死了。而苏姗娜·埃利太太居住的汉普斯德区,再没有任何其他居民感染霍乱。给几英里之外居住的母亲孝敬宽街水泵好水的埃利兄弟的工厂里,几十个工人都病倒了,他们喝的是专门从宽街水泵打来的水。

离宽街水泵很近的波兰街50号院,环境很差,住着535位穷苦人,但是因为霍乱死亡的人数却非常之少,原因是他们的院子里有一个自己的水源一一来自于大联合水务公司提供的比较干净的水。宽街50号的雄狮酿酒厂有70名工人,没有一个人死亡。因为酿酒厂有自己的水井和运水管道。在酷热难耐的夏天,工人们喝麦芽啤酒解渴,而不喝水。

9月8号,圣詹姆斯教区的理事会开会商讨如何应对霍乱爆发,约翰·斯诺上门要求发言,理事会在听取了他的发言之后,下令拆去了宽街水泵的把手。

在伦敦城市人和霍乱弧菌的战斗中,拆掉宽街水泵是一个转折点,这是公共机构第一次在爆发霍乱时以科学的霍乱理论为基础,做出了明智的干预措施。

约翰·斯诺医生破解了霍乱传播的谜题,开创了流行病统计学的新时代。

1854年11月,圣卢克教堂的副牧师亨利·怀特黑德(Henry Whitehead)参加教区组织的独立调查委员会,得到了再一次深入调查宽街霍乱的机会。约翰·斯诺也是这个委员会成员。怀特黑德一开始并不接受约翰·斯诺的水污染传播霍乱理论,可是随着调查的深入,他却给这一理论提供了更加缜密的证据。

怀特黑德动用了助理牧师和自己与教区居民的联系,在几个月的时间内,追踪到了大量在霍乱之后搬离宽街社区的人,他一共找到了497位住户,是霍乱前宽街人口的一半还多。他最后整理的数据显示,饮用宽街水的人中有五分之三的人染病,而没有饮用宽街水的人群中仅仅只有十分之一的人发病。怀特黑德的调查,开启了查清霍乱弧菌污染源的工作。

约翰·斯诺医生没有停下研究的脚步,既然认定水是被污染了传染了霍乱,那么霍乱的源头在哪里呢?约翰·斯诺能找到这些疑问的答案吗?当他苦苦找寻的导致霍乱发生的物质是什么的时候,已经有人用显微镜发现了霍乱弧菌。1854年8月,意大利佛罗伦萨大学一位菲利波.帕齐尼的科学家发表了论文《关于霍乱的显微镜观察和病理学推理》,描述了他在霍乱病人的小肠黏膜上发现了很多很小的逗号形状的生物体。这是人类第一次看见了霍乱弧菌的记录。可惜当时“瘴气论”占据着权威地位,没有人注意到帕齐尼的论述。由于信息不畅,约翰·斯诺医生至死也不知道这一科研成果。

约翰·斯诺的发现,最终导致伦敦修建公共供水设施,大规模的伦敦供水网全部配备压力和过滤装置。之后,这一运动很快覆及全世界。正是霍乱病的发作,引发了全世界的公共卫生思想革命。

约翰·斯诺并非霍乱地图的首创者。1833年,罗伯特·贝克医生(Robert Baker)绘制了英国利兹市1832年霍乱的分区分布图。当时利兹的76000人口中发现了1832例霍乱感染者。罗伯特·贝克医生在他的地图上显示了疾病和居住条件的联系,标示出缺乏清洁用水和排水系统的居民点是疾病的高发区。但是在他的地图上没有显示发病率,他关于疾病起因的制图知识,尽管走对了路子,但是还不完备,与伟大的发现擦肩而过。最终的成功,由约翰·斯诺在1855年完成。约翰·斯诺医生著名的霍乱地图,无疑是那些最早使用地理空间方法来洞察健康流行病的范例。

宽街的霍乱疫情过去之后,约翰·斯诺着手修订自己的《霍乱的模式和传播》,准备出第二版。同时,他也参与到了撰写教区调查委员会的报告之中。在这两本书里,斯诺附上了两幅稍微有一点不同的宽街附近的地图,这两幅地图就是后来闻名遐迩的“死亡地图”。

约翰·斯诺的地图,显示了伦敦苏荷地区宽街周围霍乱死亡的空间聚集,为他的理论提供了有力证据。约翰·斯诺创造了这个地图,提出了一种空间论证,让所有人在地图上直观地感受到霍乱是通过水传播,而不是空气。

他使用伦敦著名的制图师C.F.谢夫芬斯的伦敦街道地图作为底图,搭建可以证明自己观点的制图舞台。他在这张415×384mm的伦敦地图上,首先把很多不必要的细节删除,只留下街道和水泵标志,用散点来表示霍乱案例与周围水泵的关联,用粗黑线代表感染霍乱死亡的人,在他们生前居住的位置为他们留下了最后的记号。粗黑线越密集的地方,那就说明这个地方的住户因为霍乱而死的人越多。

从这幅地图上,可以清晰地看到,596口公共水井、水泵的周围,布满了粗黑线。斯诺觉得,这些水泵就是传染源。宽街水泵正好在地图的中间,而且,还可以看到这下面的一个住处有15人死亡。在每一个地址上基本显示了宽街地区所有的死亡人数与可疑传染场所的成员。

发表在圣詹姆斯教区调查委员会报告的第二幅地图,不仅仅是空间地图,还加上了时间。约翰·斯诺根据自己实地步行勘察,借助数学上的制图方法,把步行到宽街水泵打水最近的地方用虚线圈了出来,把整个伦敦的苏豪区按水泵的分布划分了出来。被他发现是传染源的那个水泵,它周围被虚线圈起来的街区,就像一个被隔离的孤岛,画满了代表死亡的粗黑线,而在这个范围之外,几乎没有粗黑线。

这幅地图,从视觉的角度证明了约翰·斯诺的水传播理论,到这里取过水的家庭死亡人数最多,这个水泵的水源就是霍乱暴发的源头。有几栋房子到A水泵打水最快,在地图上就把这几栋房子圈在一起,另几栋到B水泵打水最快,也把它们圈在一起。地图上伦敦的街道错综复杂,添加了不规则多边形,水泵周围的区域很不规则,有的地方凸出去,有的地方又是比较平整的直线。伦敦城、霍乱弧菌、统计学和社区知识,就这样一目了然地共存于地图之上。

因为这两张地图,因为约翰·斯诺所做的一切,因为所有这一系列的革命发生在这个地图背后的像伦敦这样城市实践中的持续发展,新的发展观念在某种程度上成为这个地图的根本遗产。这是一个创造了一种全新的生活方式的地图,在这幅地图的帮助下,在这个更像传递神圣使命的福音的地图帮助下,约翰·斯诺在接下来的几年里做的研究与意见,政府最终在事实上慢慢地开始接受。

从此,地图的空间分析成为我们这个时代公共卫生、流行疾病研究、分析的主要媒介之一。约翰·斯诺霍乱地图的影响力,不仅体现在疾病领域。约翰·斯诺在街道图上标出了水泵位置和霍乱死者人数,如今,人们在电子地图的基础上,使用着五花八门的各类地图,开车与出行者离不开交通导航地图,电子商务的所有外卖与配售离不开社区地图,在2020年开春中国对新型冠状病毒的严酷抗争中,人们每天获知信息离不开疫情报告地图……所有这一切,起步于约翰·斯诺160多年前制作的霍乱疫情地图。

其实,直到他45岁因中风死去时,约翰·斯诺医生还不知道伦敦宽街的水井里究竟是什么病菌引起了霍乱。但是,他采用的卫生统计学和散点地图用于传染病调查,开创了公共卫生学与调查地图之先河,深深地影响着人类对传染病的防控工作。

如今,伦敦宽街上有一个纪念约翰·斯诺医生的水泵,旁边是以他的名字命名的酒吧,虽然他是一个禁酒主义者,一生滴酒不沾。