这篇博客分两部分

1.数据分析将对肺炎传播预测(线性回归LinearRegression)

2.关于这场战疫文献详述(借鉴回形针PaperClip)


仙说技术结果:


好消息:预测值-非湖北患者将会曲线减缓 预计今明增加值为677,592人

坏消息:回归模型给出的2.3日湖北确诊感染数量将在:13049人左右


使用线性逻辑斯蒂回归预测

代码关注下方公众号回复“肺炎”即可。

使用多项式回归以及指数回归对确诊人数进行预测

我尝试分别使用多项式函数和指数函数对历史数据进行拟合,并对预测结果进行比较:发现指数函数拟合得到的预测结果偏高,多项式拟合的结果较为合理。由于官方平台公布的数据也在实时更新,因此预测结果仅作参考!


坏消息:武汉确诊患者将会大幅上升

数据来源:

预测结果:

由于大家都在竭尽全力抢救治疗以及对患者进行隔离,以及武汉医院火神山等医院速度建立完成,全国支援的速度提升,以及红十会的整改开诚布公,实际的确诊数量应该会低于理论值。

数据来源:新型冠状肺炎病情实时跟踪

数据爬取日期:2020年2月3日 09点


完整代码截图:

和你一样,学长也一直着关注这场突然爆发的新型冠状病毒肺炎。这篇博客第二部分,我会解释这一切是如何发生、传播和感染的。

来吧。

关于这场肺炎战疫


Part 1 感染


首先我们要知道,病毒是如何感染患者的。


病毒要进入细胞,细胞上就必须要有它对应的受体(Receptor)。比如艾滋病病毒 HIV 的常见受体是 CD4 蛋白,通常在血液里免疫细胞的表面,所以 HIV 可以通过血液传播,而不用担心空气传播。


而这次新型冠状病毒的受体和 SARS 一样,都是血管紧张素转化酶 2(ACE2)。这意味着病毒要感染人类,首先得接触到有这种酶的细胞,完成受体结合。


而我们恰好有不少这种细胞就暴露在空气中——黏膜。


黏膜的意义在于分泌黏液,保持湿润。


我们的嘴唇、眼皮、鼻腔和口腔里都有大量的黏膜细胞,当病毒以某种方式接触到你的口腔黏膜,与受体结合,感染就开始了。


为了让你理解接下来发生了什么,我们做了一个简化后的大致流程。


首先冠状病毒的包膜会和细胞膜融合,释放病毒遗传物质——一段 RNA 单链。


这种 RNA 可以直接作为信使 RNA,骗过细胞里的核糖体,合成 RNA 复制酶。


RNA 复制酶会根据病毒 RNA 生成 RNA 负链,这条负链会继续和复制酶生成更多病毒的 RAN 片段和 RNA 正链,这些不同 RNA 片段又会和核糖体生成更多不同的病毒蛋白质结构。


最后,蛋白外壳和 RNA 会组合生成新的冠状病毒颗粒,通过高尔基体分泌至细胞外,感染新的细胞。


每个被感染的细胞会产生成千上万个新病毒颗粒,蔓延到气管、支气管,最终到达肺泡,引发肺炎。


感染完成后,传播也不是难事。你三对唾液腺分泌的唾液会混合着来自咽喉等部位的呼吸道分泌物,让包裹着病毒的唾液随着你的喷嚏和咳嗽传播到空气中,接触其他人的黏膜。


黏膜感染,飞沫传播,这就是冠状病毒为什么这么容易传播的原因。


2019 年 12 月 8 日,一位来自华南海鲜市场病人因为持续 7 天的发热、咳嗽和呼吸困难入院。5 天后,他没有去过海鲜市场妻子也因为不明原因肺炎入院。


2020 年 1 月 1 日,华南海鲜市场关闭。 1 月 2 日,41 名新型肺炎患者被确诊。


此时喜迎春节的市民们还不知道,一场可能感染上万人的瘟疫已经开始了。

Part 2 传播


在这篇 1 月 24 日发表于《柳叶刀》的论文中,我们可以了解最早被确诊的 41 名患者的具体情况。


Clinical features of pat...hina.pdf1.5MB


《2019-nCoV感染患者的临床特征》


截至 1 月 22 日, 41 人中有 28 人出院, 6 人死亡。发烧和咳嗽是最常见的症状,从起病到呼吸困难,平均 8 天。


在肺炎初期,人传人的信号就已经很明显了,这 41 人中有 14 人都没有去过华南海鲜市场。


1 月 24 日的另一篇论文研究了一个 12 月 29 前往在武汉旅行的深圳家庭。


A familial cluster of pne...ster.pdf2.1MB


《一场与 2019 年新型冠状病毒相关的家族肺炎表明了人与人之间的传播:家庭聚集研究》


最早出现症状的男士在到达武汉后的第 4 天开始发烧腹泻,之后 3 天,他的老婆岳父岳母和也都开始发烧咳嗽。 1 月 5 日,全家返回深圳,4 天后,没有去过武汉的母亲开始全身乏力。


最终,这个 7 口之家里,6 人确诊新冠肺炎,包括他没有明显症状的儿子。


在密切接触的家庭成员里传播冠状病毒并不难。


首先是喷嚏,你会喷出 10000 个以上的飞沫,最远传到 8 米之外。


然后是咳嗽,1000-2000 粒飞沫,最远 6 米。


最后,即使是平静的说话每分钟也会产生大概 500 粒飞沫。


这是你打出喷嚏后 0.34 秒的样子。


绿色的是那些100 微米以上的大飞沫运动轨迹,因为足够重,它们会在 10 秒内落在地上。而红色的则是小飞沫们形成的雾云。


它们会在空气中迅速蒸发变小,成为干燥的飞沫核。上皮细胞蛋白质会包裹着冠状病毒,在空气中漂荡,接触其他人的黏膜。


1 月 30 的这篇论文进一步分析了武汉前 425 例确诊患者的数据。


Early Transmission Dy...onia.pdf0.4MB



这张表中,横坐标是从感染至发病的时间,纵坐标是相对概率。可以看到大部分感染者 7 天内就会发病,病毒的平均潜伏期是 5.2 天。


现在我们知道,在 2020 年 1 月 11 日之前确诊的 295 人里,只有 45 人去过华南海鲜市场,此外还有 7 名医护人员。但在十天之后,人们才意识到要戴口罩了。

Part 3 口罩


从 2020 年 1 月 20 日开始,口罩就成为了稀缺资源。


看起来戴口罩当然是个好办法,口罩的多层结构可以有效的阻隔大颗粒,而那些纳米级的微粒又会因为静电效应被吸附在内部纤维上。


所以,如果我们把颗粒的直径作为横坐标,过滤效率作为纵坐标,这些口罩的过滤效果实际上是一条 U 型曲线。


可以看到,最难过滤的其实是直径 0.3 微米左右的颗粒。这也是为什么大多数口罩把 0.3 微米的氯化钠过滤能力作为测试指标,能在测试中过滤 95% 以上的就是 N95。


N95 的过滤效果当然最好,但即便是效果最烂的纱布口罩,对于 10 微米以上也就是我们头发直径十分之一左右的颗粒,也能做到接近 80% 的防护率。


那飞沫核的尺寸到底有多大呢?


根据这份 07 年的论文,咳嗽产生的飞沫核尺寸 82% 都集中在 0.74-2.12 微米。


The Size and Concentr...ects.pdf0.2MB



这么看,绝大多数飞沫核用普通的医用口罩就已经够了,而在美国 2800 多名流感医护人员参与的一项随机试验中,佩戴 N95 口罩和医用口罩的流感感染率甚至并没有显著差别。


所以,也别在意那些繁杂的口罩类型,品牌和各国标准了。相比是不是戴着 N95,更重要的是:你洗手了吗?


洗手是因为你的手上很可能有活着的冠状病毒。


以 SARS 病毒为例,在这份军事医学科学院的研究中,它们在玻璃、塑料、金属上都可以存活至少 2 天,它们随着飞沫留在各种地方,而你的的手很可能就会摸到。


SARS病毒在外界环境...敬云.pdf0.4MB



然后你揉眼睛抠鼻屎的时候,病毒就会接触到黏膜细胞,完成感染。


所以,洗手。洗久一点。


Part 4 勇气

最后一个问题是,还会死多少人?


这是从 1 月 11 日到 1 月 31 日全中国累计确诊和死亡人数的增长曲线。


如果我们用总死亡数除以总确诊数,可以得到一个 2% 左右的患病死亡率。


但这样的计算方式并不准确。


根据前 425 名确诊患者的数据,我们可以知道病毒的平均潜伏期是 5.2 天,从发病到就诊平均是 4.6 天,就诊到入院平均 4.5 天,而入院到 ICU 是 3.5 天,假设从 ICU 到死亡是 3 天,整个过程就是 21 天左右。


而如果就诊 3 天后就能确诊,那从确诊到死亡大概是 8 天。所以,1 月 31 号的死亡患者大概在 1 月 23 号确诊。


如果我们用湖北省 1 月 29 — 1 月 31 日这三天死亡的 124 人除以 1 月 21 — 1 月 23 日确诊的 279 人的话,病死率高达 44.4%。


但因为湖北省的医疗资源紧张确诊困难,很多老年病患发展到了重症才能确诊,病死率肯定偏高。相比之下,除湖北省外全国其他地区的数据更能反映真实情况。


1 月 29 ——1 月 31 日,中国其他省份死亡患者共 3 人,除以 1 月 21 — 1 月 23 日确诊的 260人,病死率在 1.1% 左右,确实不高。


如果按照这个病死率倒推 1 月 21 — 23 日的湖北感染者,那应该不是 279 人,而是 10700 人。


当然,这也只是一个非常粗糙的计算过程,样本量小,也不一定那么准确。但随着未来数据的完善,病死率的结果会越来越清晰。


疫情爆发后,多家机构也陆续发布了对于新型冠状病毒的 R0 值的预估,大多数都在 2-3 之间。


R0 (Basic reproduction number)基本传染数,意味着在不做干预的情况下单个感染者传播疾病的平均人数。


新型冠状病毒的 R0 在 2-3 意味着每个感染者会将病毒传染给 2-3 个人。这也是肺炎在初期开始爆发的原因。


但随着外部环境的强干预,这个平均传染数会开始降低,比如 03 年 SARS 最初的平均传染数是 2.9,然后在 2.0-3.5 之间波动,最后降至 0.4,直到完全消失。对于新冠肺炎,这条曲线也是一样。


这场瘟疫让我们所有人精神紧张,但实际上,倒霉的事情每天都在发生。


过去几年,中国平均每年有 8.8 万人死于流感引发的呼吸系统疾病,6.3 万人死于交通事故,3.8 万人死于安全事故。


只要我们迈出家门,去工地,去写字楼,去流水线,风险就已经存在了。


我们当然应该把倒霉的概率尽可能降低,但我们之所以赞颂勇气,是因为我们人类总是在明知风险的时候,仍然选择做我们该做的事情。


最后我们来看一眼这场肺炎的主角——这个直径在 0.1 微米左右的畸形圆球。


可怕吗?我们已经知道了它的 RNA 序列、知道了它的感染机制、传播机制、临床表现和致死概率。


其实也没那么吓人。


如果我们被这个吓到,吓到要锁死来自武汉的邻居,吓到要攻击陌生的求助者,吓到要以谣言的名义让大家不敢说话。那才是真的吓人。


人类的赞歌是勇气的赞歌,赞美所有还在认真工作的人们,希望新的一年,我们都能有更多勇气。拜拜。



参考资料


1. MSF Canada. “HIV/AIDS"

https://www.doctorswithoutborders.ca/hiv-aids


2. Huang, Chaolin, et al. “Clinical features of patients infected with 2019 novel coronavirus in Wuhan, China." The Lancet (2020).

DOI: 10.1016/S0140-6736(20)30183-5


3. Chan, Jasper Fuk-Woo, et al. “A familial cluster of pneumonia associated with the 2019 novel coronavirus indicating person-to-person transmission: a study of a family cluster." The Lancet (2020).

DOI: 10.1016/S0140-6736(20)30154-9


4. Li, Qun, et al. “Early Transmission Dynamics in Wuhan, China, of Novel Coronavirus–Infected Pneumonia." The New England Journal of Medicine (2020).

DOI: 10.1056/NEJMoa2001316


5. 央视新闻《【新闻1+1】钟南山肯定新型冠状病毒肺炎人传人》

https://youtu.be/VTUkjDfwLnU


6. Yang, Shinhao, et al. “The size and concentration of droplets generated by coughing in human subjects." Journal of Aerosol Medicine 20.4 (2007).

DOI: 10.1089/jam.2007.0610


7. Radonovich, Lewis J., et al. “N95 respirators vs medical masks for preventing influenza among health care personnel: a randomized clinical trial." Jama 322.9 (2019).

DOI: 10.1001/jama.2019.11645


8. 中国疾病预防控制中心《中国疾病预防控制中心关于印发中国流感疫苗预防接种技术指南(2019-2020)的通知》

http://www.chinacdc.cn/jkzt/crb/bl/lxxgm/jszl_2251/201910/W020191017382174982602.pdf


9. 中华人民共和国国家统计局·国家数据·交通事故死亡

http://data.stats.gov.cn/search.htm?s=交通事故死亡

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