張宏偉

2019 年12 月出現(xiàn)的新型冠狀病毒肺炎（corona virus disease 2019，COVID-19），簡(jiǎn)稱“新冠肺炎”,已經(jīng)成為全世界大流行疾病。此次大流行是自1918 年甲型流感暴發(fā)以來(lái)最為嚴(yán)重的疫情，對(duì)人類的工作和生活以及整個(gè)世界的秩序產(chǎn)生了重大的影響。全世界的疫情防控雖然取得了階段性的效果，但病毒變異株的出現(xiàn)如德爾塔病毒株、BA.2 病毒株以及奧密克戎病毒株等增加了疫情防控的難度?，F(xiàn)階段疫情防控主要是在疫苗接種的同時(shí)，加強(qiáng)采取佩戴口罩、勤洗手和保持社交距離等措施。這些措施在阻止疫情的傳播和蔓延方面發(fā)揮了重要作用。新型冠狀病毒（severe acute respiratory syndrome coronavirus 2，SARS-CoV-2），簡(jiǎn)稱“新冠病毒”，感染者的早發(fā)現(xiàn)則是疫情防控中最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)之一。海軍部隊(duì)承擔(dān)著重要的軍事任務(wù)，最大限度地控制新冠肺炎疫情的影響是當(dāng)前緊迫的工作，大型軍用艦船部隊(duì)新冠肺炎疫情防控是其中最為重要的組成部分。筆者就大型軍艦新冠病毒感染控制中如何早期發(fā)現(xiàn)感染者，從而及時(shí)采取防控措施進(jìn)行探討。

1 大型軍用艦船人員新冠肺炎疫情防控的緊迫性

軍用艦船如航母作為海軍重要的力量，在維護(hù)國(guó)家安全，執(zhí)行重大任務(wù)等行動(dòng)中發(fā)揮著重要的作用。大型軍用艦船所承載的人員種類多、數(shù)量大，在現(xiàn)階段疫情背景下，能否做到有效控制感染和防止疫情發(fā)生，是關(guān)系到能否保證大型軍用艦船作戰(zhàn)能力，能否及時(shí)完成所承擔(dān)任務(wù)的關(guān)鍵。疫情發(fā)生以來(lái)，外國(guó)海軍尤其是美國(guó)和英國(guó)海軍已經(jīng)發(fā)生多起新冠肺炎聚集疫情，嚴(yán)重影響了正常的作訓(xùn)。資料表明美國(guó)海軍已經(jīng)有包括航母在內(nèi)的累計(jì)190多艘軍艦遭遇新冠肺炎疫情，超過了美國(guó)海軍所部屬軍艦（296）的64%［1］。因此，要充分認(rèn)識(shí)所面臨的新冠肺炎疫情對(duì)海軍部隊(duì)的影響，高度重視新冠肺炎疫情的防控工作。

新冠病毒感染的途徑復(fù)雜，目前仍在不斷認(rèn)識(shí)當(dāng)中。新冠肺炎確診病例和無(wú)癥狀感染者是主要的傳染源。傳播途徑主要是經(jīng)呼吸道飛沫和密切接觸傳播；接觸被病毒污染的物品以及在相對(duì)封閉的環(huán)境中暴露于高濃度氣溶膠也可造成感染；同時(shí)，傳染源的糞便、尿液對(duì)環(huán)境污染也可能造成接觸傳播或氣溶膠傳播。目前，國(guó)內(nèi)陸續(xù)發(fā)生的新冠肺炎疫情主要是由于港口和機(jī)場(chǎng)相關(guān)作業(yè)人員接觸境外物品造成的感染而引起。大型軍用艦船尤其是航母上的人員就像生活在一個(gè)海上移動(dòng)的居民社區(qū)，房間密集，人員密度高，人與人之間的距離比較近。新冠病毒常見的傳播途徑都可能在大型軍用艦船上存在，一旦出現(xiàn)新冠病毒感染者，很容易在短時(shí)間內(nèi)發(fā)生傳播，如果沒有及時(shí)發(fā)現(xiàn)并給予有效控制，就會(huì)發(fā)生聚集性疫情，從而造成嚴(yán)重的后果。所以，在大型軍用艦船部隊(duì)中建立感染者早發(fā)現(xiàn)的監(jiān)測(cè)方法是非常必要的。

2 廢水流行病學(xué)監(jiān)測(cè)在新冠病毒感染者早發(fā)現(xiàn)中的潛在價(jià)值及作用

新冠肺炎給世界的公共衛(wèi)生帶來(lái)了重大的挑戰(zhàn)。缺乏發(fā)現(xiàn)潛在病例的有效方法和不能準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)疫情導(dǎo)致新冠肺炎迅速蔓延，阻礙了許多國(guó)家開展疫情防控工作。構(gòu)成傳染病流行3 個(gè)部分中的傳播途徑和人群易感性對(duì)于新發(fā)傳染病的新冠病毒很容易實(shí)現(xiàn)，所以傳染源的早期發(fā)現(xiàn)就變得格外重要。新冠肺炎潛伏期為1～14 d，在發(fā)病前1～2 d 和發(fā)病初期的傳染性相對(duì)較強(qiáng)。所以，在新冠肺炎疫情防控中感染者的早發(fā)現(xiàn)是整個(gè)防控綜合措施中的重要環(huán)節(jié)。新冠肺炎疫情處置效果與及時(shí)發(fā)現(xiàn)早期感染者有著極其密切的聯(lián)系。目前核酸檢測(cè)作為發(fā)現(xiàn)新冠病毒感染者的手段，已經(jīng)普遍運(yùn)用到實(shí)際的防控工作之中并發(fā)揮了重要作用。在全國(guó)各地發(fā)生的疫情中，通過多輪的核酸檢測(cè)已達(dá)到及時(shí)發(fā)現(xiàn)感染者，這對(duì)阻斷疫情蔓延和及時(shí)應(yīng)急處置起到了關(guān)鍵作用。這種方法的價(jià)值也在前期發(fā)生的幾起疫情控制中得到了證實(shí)。但是，核酸檢測(cè)只是在緊急狀態(tài)下使用的方法，作為一種監(jiān)測(cè)手段的價(jià)值不大且可行性低，主要是受時(shí)間長(zhǎng)、費(fèi)用高等因素影響，不能成為大范圍、長(zhǎng)期連續(xù)日常監(jiān)測(cè)的手段。

基于廢水的流行病學(xué)（wastewater based epidemiology，WBE）監(jiān)測(cè)，又稱廢水監(jiān)測(cè)（wastewater monitoring，WM）或污水監(jiān)測(cè)，適用于對(duì)人類排泄物中生物體、基因和化學(xué)品進(jìn)行監(jiān)測(cè)。WBE 監(jiān)測(cè)的資料可以用來(lái)了解集水區(qū)的人口健康狀況，已成功用于脊髓灰質(zhì)炎病毒、麻疹和非法藥物的監(jiān)測(cè)中等，并取得較為理想的效果。目前人們正在開展其在新冠肺炎疫情控制應(yīng)用方面的研究。WBE 是追蹤新冠病毒在人群中傳播有價(jià)值的早期預(yù)警的監(jiān)測(cè)工具，監(jiān)測(cè)的對(duì)象既包括有癥狀的患者，也包括無(wú)癥狀感染者和漏診的感染者。以往WBE 監(jiān)測(cè)針對(duì)的病原體都為腸道微生物。雖然新冠肺炎是冠狀病毒引起的呼吸道疾病，但在病例的糞便中發(fā)現(xiàn)有大量的冠狀病毒基因組的脫落，最終到達(dá)廢水中。冠狀病毒通過糞便排出，在廢水（未經(jīng)處理的廢水）中可以存活數(shù)小時(shí)至數(shù)天。新冠病毒動(dòng)力學(xué)研究表明，糞便中的病毒可平均持續(xù)22 d［2］。資料顯示，在沒有任何病例報(bào)告之前，在污水樣本中就可以檢測(cè)到新冠病毒RNA，新冠病毒基因組單位增加后，新冠病毒的數(shù)量也隨之增加，說(shuō)明通過健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)病例之前，開展病毒監(jiān)測(cè)以達(dá)到早發(fā)現(xiàn)感染者是可行的［3-4］。在加利福尼亞大學(xué)圣迭戈分校，利用廢水檢測(cè)可以追蹤到85% 的案例。當(dāng)采集的樣本呈陽(yáng)性時(shí)，學(xué)校就會(huì)發(fā)出有針對(duì)性的信息，以便開展相關(guān)的檢測(cè)和隔離等措施。匈牙利在第1 波新冠肺炎疫情之后，引入了污水監(jiān)測(cè)以預(yù)測(cè)感染的復(fù)燃。數(shù)據(jù)表明，在病例數(shù)上升前2 周檢測(cè)到污水中的第1 個(gè)陽(yáng)性信號(hào)，有效地預(yù)測(cè)了匈牙利暴發(fā)的第2 波疫情。研究表明，廢水監(jiān)測(cè)方法即使在相對(duì)較低頻率（每周）采樣的情況下也是有效的，同時(shí)也是疫情檢測(cè)方法中具有較高成本效益的方法［5］。在西班牙開展的一項(xiàng)對(duì)處理巴塞羅那市區(qū)約85% 居民的2 座大型污水廠的研究表明，在報(bào)告第1 例新冠肺炎病例之前41 d，已經(jīng)在污水中檢測(cè)到了新冠病毒，提示廢水監(jiān)測(cè)對(duì)早期發(fā)現(xiàn)人群中病例的有效性。污水監(jiān)測(cè)可以預(yù)測(cè)新冠肺炎的暴發(fā)，指導(dǎo)開展迅速和充分的措施來(lái)減輕大流行的影響，并且可以對(duì)控制措施的影響進(jìn)行評(píng)估［6］。污水監(jiān)測(cè)早期發(fā)現(xiàn)集水區(qū)范圍內(nèi)的新冠病毒感染情況，用于指導(dǎo)追蹤病例、預(yù)測(cè)疫情變化、確定檢測(cè)目標(biāo)、估計(jì)目標(biāo)區(qū)內(nèi)感染者總?cè)藬?shù)、評(píng)估和驗(yàn)證干預(yù)措施有效性以及確認(rèn)疫情結(jié)束等方面。此外，還將在描述疫苗普及程度和效力等方面發(fā)揮重要作用。

大型軍用艦船上污水來(lái)源的范圍以及收集和處理的方法明確，利用污水建立監(jiān)測(cè)平臺(tái)的可行性高且容易實(shí)施。大型軍用艦船建有污水艙和灰水艙，從常規(guī)廢水監(jiān)測(cè)的樣本來(lái)源上來(lái)看，污水艙可作為首選的監(jiān)測(cè)點(diǎn)。灰水艙采樣是否能夠滿足檢測(cè)樣本的要求，還需開展進(jìn)一步的調(diào)查。通過對(duì)集水區(qū)和不同分支污水的采樣檢測(cè)，可以對(duì)所屬人員的健康相關(guān)資料進(jìn)行長(zhǎng)期、連續(xù)地收集，實(shí)時(shí)分析數(shù)據(jù)的變化，評(píng)估潛在風(fēng)險(xiǎn)，準(zhǔn)確調(diào)節(jié)防控措施。所以，在污水中檢測(cè)新冠病毒作為大型軍用艦船人群中是否發(fā)生該病毒傳播以及確定暴發(fā)規(guī)模的監(jiān)測(cè)工具，不但具有重大的實(shí)際價(jià)值而且還具有較高的可行性。

3 大型軍用艦船建立新冠病毒感染早發(fā)現(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的思考

有效地預(yù)防、監(jiān)測(cè)和干預(yù)對(duì)于減緩和阻止大型軍用艦船新冠肺炎的傳播與流行具有重要意義。利用污水開展新冠病毒早期檢測(cè)是一種非侵入性的預(yù)警方法，在大型軍用艦船上利用污水構(gòu)建新冠病毒篩查和早發(fā)現(xiàn)潛在感染者的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可以提供快速、可行性高和可靠的途徑進(jìn)行新冠肺炎的預(yù)防、評(píng)估和干預(yù)。通過監(jiān)測(cè)結(jié)果可提示大型軍用艦船人群中是否存在新冠肺炎感染，及時(shí)早發(fā)現(xiàn)并預(yù)測(cè)新冠疫情，為開展更快速、更安全地應(yīng)急處置提供支撐。同時(shí)也為其他艦艇提供具有實(shí)際意義的有效方法。為此，應(yīng)在以下幾個(gè)方面進(jìn)行論證和研究。

3.1 開展大型軍用艦船感染者早發(fā)現(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建立技術(shù)的研究 在污水中可以檢測(cè)到多種病原體，包括新冠病毒，在未經(jīng)處理的廢水中存在新冠病毒，甚至可能持續(xù)數(shù)周，這是利用廢水開展流行病學(xué)監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)。實(shí)踐證明WBE 已成為有價(jià)值的疫情監(jiān)測(cè)輔助手段，在提供疫情的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制等方面發(fā)揮了重要作用。在新冠疫情的防控中，可在發(fā)現(xiàn)病毒的潛在傳播、已知變異的傳播及其未來(lái)的演變等方面發(fā)揮獨(dú)特的作用。艦隊(duì)指揮員可依據(jù)科學(xué)的信息采取相應(yīng)的措施如追蹤、限制人員流動(dòng)以及確定恢復(fù)正?；顒?dòng)的時(shí)間等。在大型軍用艦船上開展感染者早發(fā)現(xiàn)監(jiān)測(cè)技術(shù)相關(guān)的研究，應(yīng)針對(duì)大型軍用艦船的實(shí)際情況，對(duì)監(jiān)測(cè)的環(huán)節(jié)開展研究，如采樣方案、病毒檢測(cè)方法、建立通過病毒數(shù)量預(yù)測(cè)病例流行率的模型以及確定具體的檢測(cè)限等。然而廢水樣本中新冠病毒檢測(cè)/量化的主要挑戰(zhàn)之一是缺乏優(yōu)化和標(biāo)準(zhǔn)化的方案。

大型軍用艦船屬于低發(fā)病率的環(huán)境，開發(fā)敏感度和特異度高的檢測(cè)方法十分重要。大型軍用艦船應(yīng)用的方法應(yīng)符合快速、靈敏和定量等條件，以滿足實(shí)際的需要。目前有多種檢測(cè)手段，但靈敏度和特異度相差較大，其中較為理想的檢測(cè)方法是定量逆轉(zhuǎn)錄聚合酶鏈反應(yīng)（quantitative real time polymerase chain reaction，qRT-PCR）。以每毫升污水中10 個(gè)新冠病毒RNA 基因組為檢測(cè)限，利用qRTPCR 方法可在完全均質(zhì)的廢水中檢測(cè)出新冠病毒的有效范圍是在每144 萬(wàn)到200 萬(wàn)人中有1 人感染［7］?；诩堎|(zhì)設(shè)備的方法能實(shí)現(xiàn)病原體快速診斷和確定感染傳播，同時(shí)成本廉價(jià)，它克服了PCR 的局限性，并用于多種病原體感染檢測(cè)［8］。生物傳感器具有快速響應(yīng)、低成本等特點(diǎn)，在檢測(cè)廢水中的藥物、生物分子和微生物等領(lǐng)域得到應(yīng)用。用于污水分析的生物傳感器可為新冠疫情的預(yù)防、監(jiān)測(cè)和干預(yù)提供參考，可以較早地追蹤潛在的病毒攜帶者，降低了大型軍用艦船人員受感染的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)可提供實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)信息。

3.2 開展適合大型軍用艦船污水收集方法的研究 有效的采樣方法在廢水監(jiān)測(cè)中是至關(guān)重要的，是準(zhǔn)確描述新冠病毒傳播的重要基礎(chǔ)。目前針對(duì)廢水監(jiān)測(cè)中廢水濃縮方法主要包括超濾、聚乙二醇（polyethylene glycol，PEG）沉淀、直接污泥提取和脫脂牛奶絮凝等，主要針對(duì)的是非包膜腸道病毒。由于新冠病毒是一種包膜的呼吸道病毒，不同采樣地點(diǎn)的廢水情況也存在很大差異，在某種環(huán)境下可行的方法在其他環(huán)境中可能不一定可行。所以，這些方法如何在大型軍用艦船上進(jìn)行優(yōu)化、標(biāo)準(zhǔn)化以及運(yùn)用都需要研究加以明確。目前，還缺乏在大型軍用艦船所處的環(huán)境和溫度變化條件下，比如不同季節(jié)、不同地區(qū)以及廢水溫度等，新冠病毒在下水道降解損失相關(guān)的科學(xué)數(shù)據(jù)。此外，還應(yīng)開展針對(duì)新冠病毒隨溫度變化的衰減和可檢測(cè)性，以及降低檢測(cè)限和提高監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)精度等方面的研究工作。

3.3 數(shù)據(jù)參數(shù)和模型優(yōu)化可提高監(jiān)測(cè)預(yù)警準(zhǔn)確性 目前，核酸聚合酶鏈反應(yīng)（polymerase chain reaction，PCR）檢測(cè)方法用于新冠肺炎患者的確認(rèn)。雖然PCR 具有較高的靈敏度和特異性，但是，處理實(shí)驗(yàn)室復(fù)雜樣品需要熟練的人員，數(shù)據(jù)處理和分析的周期較長(zhǎng)。同時(shí)，在有效使用這一監(jiān)測(cè)方法時(shí)還需要考慮溫度效應(yīng)對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的影響，從而保證能夠獲得可靠的數(shù)據(jù)。建立通過病毒數(shù)量預(yù)測(cè)病例的模型是較為復(fù)雜的過程，應(yīng)結(jié)合其他來(lái)源的數(shù)據(jù)進(jìn)行參數(shù)的設(shè)定和模型的校正及優(yōu)化，及時(shí)準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)病毒隨時(shí)間的分布和流行的空間變化等。同時(shí)應(yīng)將廢水監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)與大型軍用艦船的公共衛(wèi)生數(shù)據(jù)相結(jié)合，共同為決策服務(wù)。由廢水中檢測(cè)出的病毒載量到人群感染狀況的評(píng)估，需要通過算法建立模型參數(shù)，優(yōu)化模型并利用模擬的數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證，整個(gè)過程的每個(gè)環(huán)節(jié)都需要開展相關(guān)的研究加以確定。對(duì)于大型軍用艦船來(lái)講，環(huán)境條件、人群規(guī)模以及廢水處理方式相對(duì)穩(wěn)定，這方面工作的開展有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。優(yōu)化后的模型對(duì)于其他艦船具有很大的參考意義。

4 小結(jié)

在新冠肺炎大流行中，WBE 的迅速發(fā)展表明其未來(lái)應(yīng)用的潛力巨大。WBE 是追蹤新冠病毒感染的一種快速、經(jīng)濟(jì)且靈敏穩(wěn)定的方式，可以用來(lái)提醒疫情防控相關(guān)人員注意特定排水區(qū)中存在的感染者。在大型軍用艦船上開展相關(guān)研究，確定符合實(shí)際的技術(shù)指標(biāo)和方案，建立廢水流行病學(xué)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該方法不但可監(jiān)測(cè)傳染病疫情，還可以用于大型軍用艦船艦員健康指標(biāo)的監(jiān)測(cè)。WBE 有能力為大型軍用艦船疫情防控的決策提供信息，對(duì)提升衛(wèi)生保障能力有著重要的作用。