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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
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
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
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
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：
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
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。
六、应用举例
1. 带口罩的作用
2. 喝水排出
3. 传播率、毒力如何随传染病环境参数而改变
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
5. 得病后是否绝对不会再染病
6. 基因战原则
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。
7. 隔离的重要作用
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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