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COVID-19大流行何時結束?
 

中興大學 生物系統工程研究室 陳加忠

 
 

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春天為常態,以及秋天群體免疫?我們評估疫情前景為在2021年結束。

This article was a collaborative effort by Sarun Charumilind, Matt Craven, Jessica Lamb, Adam Sabow, and Matt Wilson.  20209

1920年,一個世界厭倦的通過的一次世界大戰。1918年通過了流感大流行。人們拼命試圖自過去的鬥爭和悲劇中移出。要啟動重建生活。人們都在尋找的一個回歸到正常狀態的方法,幾乎每一個國家發現自己處在一個1920年代類似的位置。

八個多月,有900,000 人死亡的COVID-19大流行,世界各地的人們都嚮往著一個結束。在我們看來,有是兩個重要的 結束定義,每一個有其單獨的時間表:

— 達到群體免疫力,作為流行病學終點。當社會對COVID-19免疫的人數比例足以阻止廣泛的持續傳播時,就會出現一個終點。許多國家都希望有一個疫苗做為大眾的必要工作,以實現群體免疫力。當這個終點到達,類似2020年的公共衛生緊急干預措施部署將不會再被需要。儘管可能需要定期進行疫苗接種,也許類似於每年度流感疫苗注射,但是廣泛傳播的威脅將消失。

— 向正常狀態的過渡。幾乎所有社會和經濟生活的各個方面都能恢復,而無需擔心持續的死亡率,死亡率不再高於一個國家的歷史平均水準或長期達到健康的結果,就會出現第二個(可能更早)的終點。該過程將通過高風險人群的疫苗接種等工具來實現。快速,準確的測試;改良療法;並繼續加強對公共衛生的反應。接下來的常態生活不會與過去相同它可能是令人驚訝的方式,有意想不到的輪廓,到達那階段將是漸進的,但該過渡方式將使得許多作業恢復熟悉的場景。例如航空旅行,繁華的商店,嗡嗡作響的工廠,設施齊全的餐廳以及滿載負荷營運的體育館。

此兩者端當然是相關的,但不是線性的。最遲是在達到群體免疫力後才開始向正常過渡。但是,在公眾健康反應強烈的地區,常態可能在大流行的流行病學問世之前就已經出現了。

實現目標的時間表會因地點而異。在本文中,我們將解釋評估標準,這些標準將是確定何時達到每個標準的關鍵因素。在美國和大多數其他發達經濟體中,最有可能在2021年第三或第四季度達到流行病學的終點,並有可能在2021年第一季度或第二季度更快地恢復正常。除了大多數人對於恢復正常生活的不耐煩等待外,消除對我們經濟限制的時間越長,經濟損失就越大。

流行病學終點

大多數國家將獲得群體免疫的希望放在疫苗問世。當達到群體免疫力時,可以停止正在進行的針對COVID-19的公共衛生干預措施。而且不必擔心會死灰復燃。終點的時間點會因國家/地區而異,並受許多因素影響:

—  COVID-19疫苗的到來,功效和採用— 這是群體免疫時間表中的最大推動力2

一個群體暴露於COVID-19的自然免疫力在。據我們估計,全球有9000萬至3億人可能具有自然免疫力 

—  暴露於其他冠狀病毒可能產生的交叉免疫4    

其他免疫接種可能帶來的部分免疫,例如卡介苗-卡梅特桿菌(BCG)肺結核疫苗

 《註釋》

約翰霍普金斯大學與醫學院冠狀病毒資源中心,2020918日,coronavirus.jhu.edu

病毒中和抗體也可以賦予免疫力,但不太可能有足夠的規模以在大種群中實現群體免疫。

有關計算和來源,請參見側欄,影響時間表的群體免疫關鍵因素。

4 Jose Mateus等人,未暴露的人類中的選擇性和交叉反應性SARS-CoV-2 T細胞表位,《科學》,202084日,科學。sciencemag.org

5 Martha K. Berg等人,強制性芽孢桿菌Calmette-GuérinBCG)疫苗接種可預測COVID-19傳播的曲線變平,

《科學進展》,20208月,第6卷,第32期,advanced.sciencemag.org

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人們在混合方式上的地區差異,這將產生不同的群體免疫臨界值

考慮第一個也是最關鍵的變量:疫苗的到來,其效力和採用。我們看到了四種可能的疫苗功效和採用情況,如表1所示。這兩種情況的不同組合各種因素將賦予授予的免疫力不同的水準。這代表著在每種情況下達到群體免疫力所需要的自然免疫力的程度。超出顯示範圍的功效和採用的組合是可能的。其他變量也將有對此時間表造成影響。達到群體免疫(參見附文的關鍵因素影響的時間表,以群體免疫力)。

 

影響群體免疫時間表的關鍵因素

除了來自疫苗,一些其他因素將對一定人口製造路徑,實現COVID-19群體的免疫力在一個給定的人口。自然免疫力SARS-COV-2 在全球範圍內,大約有3000萬人感染有COVID-19,更超過90萬已經死亡。其餘部分已恢復也一定程度天然的對SARS-CoV的免疫雖然已經出現再感染的一些記載的案例。多數專家預計,大部分人對暴露在病毒一段時期後產生免疫。

更多的感染可能還沒有發現。估計的病例檢測比例範圍為311012。這代表著全世界約有9000萬至3億人對SARS-CoV-2具有一定的免疫力。感染率差異很大。在某些地方,例如孟買和紐約,部分人群的身體陽性率高達50。但是,這些很可能是離群值:在大多數國家,少於10%(通常少於5%)的人群其抗體檢測呈陽性4

最近的一些研究表明T細胞與其他冠狀病毒的交叉反應,許多沒有收縮的COVID-19在特定的免疫細胞(細胞)中具有交叉反應性。他們中的大多數人是通過感染其他冠狀病毒而獲得的,這些冠狀病毒使他們的免疫系統對COVID-19起反應。5 T細胞交叉反應在實際上可以免疫個體的程度尚未得到證實。如果T細胞交叉反應性提供了有意義的免疫力,它將在群體免疫方面取得重大進展。交互反應性免疫的患病率可能因地區而異。

由於其他處理免疫而產生部分免疫研究表明,需要接種卡介苗的國家與較低的COVID-19感染率和相關死亡率相關,並且在某些關鍵因素如流行階段,發展,鄉村,人口密度方面均已常態化,以及與年齡結構相關6。因果關係尚未得到證明。

實現群體免疫的臨界值門檻為實現COVID-19代表群體免疫力的是一個人口的百分比需求,來產生的免疫力,以疾病以防止未來持續傳播。一旦達到臨界值,整個人口將受到保護7

在實際應用中,群體免疫臨界值很複雜,並隨設置而變化。該根據幾個大的假設。一種是人口的每個成員與所有其他人口的成員隨機混合。在現實中,人們混合大多與他人互動的模式是相似的族群。相互作用較少的亞群其群體免疫臨界值低於相互作用較多的亞群。據估計,全部測試的群體免疫升臨界值可以低於此值這將是,用較少的相互作用亞群可能壓低總體臨界值,而亞群與更多的互動都不成比例已經被感染8

幾位正在建立整合種群混合異質性動態模型的COVID-19的流行病學家預測,群體免疫的臨界值比以前想像的要低。許多模型預測臨界值約為40%至50%。其他流行病學家對那些希望估計值提出了質疑,並指出在獲得更好的信息之前,政策應基於對群體免疫臨界值的保守估計9

約翰霍普金斯大學與醫學院冠狀病毒資源中心,2020918日,coronavirus.jhu.edu

2 Charlie Giattino“ COVID-19的流行病學模型如何幫助我們估計感染的真實數量,《數據世界》,2020824日,ourworldindata.o rgHazhir RahmandadJohn StermanTse Yang Lim估計86個國家/地區的COVID-19漏報:預測和控制的含義,” medRxiv202083日,medrxiv.org

並非所有的血清調查都使用隨機抽樣方法。

4 “ COVID-19:數據NYC Health2020921日,nyc.gov。摘要統計數據,SeroTracker2020916日,serotracker.com

尼娜樂伯特等人,“SARS-CoV-2特異性T細胞免疫在COVID-19SARS,和未感染的對照的情況下,” 自然,AU 陣風202020年,584卷,第457-62 nature.com

6 Martha K. Berg等人,強制性芽孢桿菌Calmette-GuérinBCG)疫苗接種預測了COVID-19傳播的扁平曲線,《科學進展》,20208月,第6卷,第32期,advanced.sciencemag org

基本生殖數(R0)是傳染性或傳染性的量度。對於COVID-19,通常可以將其視為所有人均易感人群中單個病例直接產生的預期病例數。COVID-19R0值正在辯論中,估計範圍為24。有關低端估算的示例,請參見Max Fisher“ R0,可能很快影響我們生活的混亂指標,解釋,《紐約時報》,2020423日,nytimes.com。有關高端估算的示例,請參見Seth Flaxman等人,估算非藥物干預措施對歐洲COVID-19的影響,《自然》,2020813日,第584卷,第257–61頁, nature.com

8 Frank BallTom BrittonPieter Trapman數學模型揭示了種群異質性對群體對SARS-CoV-2免疫的影響,《科學》,2020814日,第369卷,第6,505頁,第846–9science.sciencemag.org

9 Abstractions Blog “ COVID-19的群體免疫的棘手數學Kevin Hartnett的博客條目,2020630日,quantamagazine.orgApoorva Mandavilli如果'群體免疫力'比科學家想像的要近,該怎麼辦?,《紐約時報》,2020817日,nytimes.com

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根據我們的變量,並讀取未來數月內及其的當前狀態的可能的進展,我們估計美國實現群體免疫最有可能的時間是2021年第三或第四季度。

可以在短短六個月內將疫苗分配到足夠多的人群以誘導群體免疫。這將要求迅速提供數億劑疫苗。有效的疫苗供應鏈,以及人們願意在2021年上半年進行疫苗接種。根據來自美國的公開聲明我們相信,這些都是合理的期望。來自疫苗製造商以及消費者對疫苗的信心調查的結果7

如果疫苗非常有效且能順利啟動,或者如果在人群中發現了顯著的交叉免疫性,則可以在2021年第二季度立即達到群體免疫性(圖表2)。

另一方面,可能此期限無法達到該流行病的流行病學終點,直到2022年。如果早期的候選疫苗具有療效或安全性問題,或者如果他們的分佈和採納是緩慢的。在最壞的情況,我們看到了一個長尾巴的可能性,如果作為COVID-19疫苗的療效低和自然免疫力持續時間較短,美國可能依然在掙扎直到2023

群體的免疫力路徑,在其他高收入國家都可能是大致相似。該時間表將有所不同,根據不同的疫苗獲得和部署,並在各級的天然免疫和可能性,還有在交叉免疫和以前的覆蓋水準的其他疫苗,例如的卡介苗疫苗。即使有些地方達到群體免疫力,部分流行COVID-19 的疾病仍是可能在世界各地保持。例如在受戰爭影響的地區或在社區與持續低注射疫苗。在這樣的地方,一直到達到群體免疫力,COV ID-19可能類似於麻疹。對大多數人而言不是日常威脅,而是持續存在的風險。如果免疫力下降(例如如果未完全採用加強疫苗),那麼COVID-19 可能會成為更廣泛的地方病。

將到來的群體免疫力不意味著完全的結束所有的公共衛生干預措施。這有可能是常規方式,以需要維持免疫力。持續監測,對COVID-19 將是需要。但群體免疫力將代表著目前實行的許多國家緊急措施可能會被取消。

政府放鬆公共衛生措施的步伐將至關重要。其中一些措施(例如全面封鎖和對某些行業的限制)會帶來重大的社會和經濟後果,而其他(例如測試和追蹤)後果卻並不嚴重。許多國家的政府都採用了目的在減少COVID-19數目情況下。和超額死亡率的完全措施。這種措施同時最大限度地限制社會和經濟程度。

 過渡到正常

大流行的第二個終點可能早於第一個終點。我們估計,在美國和其他發達經濟體中,最有可能發生這種情況的時間是2021年第一季度或第二季度。關鍵因素是死亡率降低。社會已經習慣於追踪COVID-19感染的數量(病例數)。但是病例數很重要,主要是因為人們正在死於這種疾病,並且因為倖存者可能在感染後遭受長期健康後果。後者是一個科學不確定的領域,但人們擔心某些康復的患者將面臨長期的影響8

大多數國家在減少與COVID-19相關的死亡和住院人數方面取得了可觀的進步。有些接近消除超額死亡率。這些結果通常是通過結合適度有效的干預措施而不是一次大爆炸作業來實現的(圖3)。

當人們確信自己可以做過去所做的事情而不會危及自​​己或他人時,將以任何形式採取逐步過渡到下一個常態。要獲得人們信心,就需要繼續降低死亡率和減少並發症的進展,並需要進行進一步的科學研究,以了解康復患者的長期健康後續結果。恢復信心後,人們將獲得滿滿的酒吧,餐館,劇院和運動場。出國飛行(高風險人群除外);並獲得與大流行前相似的常規醫療服務。

如前所述,這種過渡的時機將取決於群體免疫的進展,因為免疫力增強的人意味著較少的死亡和長期健康後果,以及一個國家的公共衛生應對措施的有效性。過渡將是漸進的。他們已經在某些地方開始,可能會很好。

交叉免疫將有助於加快時間表。以下5種附加標準也將有助於過渡到正常。

 1.  政府在不顯著限制經濟和社會活動的公共衛生干預措施。例如檢測和追踪的應用方面不斷改進    

 2. 遵守公共衛生措施,直到我們獲得群體免疫    

 3. 準確,廣泛可用的快速測試,可以有效地開展特定活動    

 4. 治療(包括前和暴露後預防性藥物)和COVID-19的臨床管理不斷進步,從而降低感染發生率有實質性的進展。通過有效的藥物,和臨床管理的改變。 

 5. 公眾相信從COVID-19中康復的人不會對健康產生重大的長期影響 

 在大多數先進國家,其2021年第一或第二季度的給出的相互聯繫中顯示在全球經濟中,恢復正常狀態的國家/地區時間表彼此之間並不完全獨立。

為此,我們需要在流行病學終點上取得重大進展,包括在第四季度獲得緊急使用授權批准的有效疫苗。在2020年或2021年第一季度,平穩推出並被高風險人群採用。

COVID-19大流行的流行病學和正常現象都很重要。在轉型的下一個正常將標誌著一個重要的社會和經濟里程碑,群體免疫將是一個更明確的結束流行病。在美國,而在過渡到正常,如果能早日實現這一目標,那麼流行病學的終點似乎最有可能在2021年下半年達到。其他發達經濟體的時間表也差不多。

Sarun Charumilind and Jessica Lamb are both partners in McKinsey’s Philadelphia office, Matt Craven is a partner in the Silicon Valley office, Adam Sabow is a senior partner in the Chicago office, and Matt Wilson is a senior partner in the New York office.

The authors wish to thank Gaurav Agrawal, Xavier Azcue, Jennifer Heller, Anthony Ramirez, and Sven Smit for their contributions to this article.