登革热监测方法的系列研究

论文摘要

研究背景登革热是由伊蚊传播的一种急性传染病，主要分布于热带和亚热带的国家和地区，是分布最广、发病人数最多的虫媒传染病之一，估计全球每年有1亿例感染者，对人群健康造成极大威胁。登革热在我国主要分布在东南沿海的广东、福建、海南和台湾四省，近年来在浙江等地也出现了局部流行。随着全球气候的不断变暖，登革热有向北逐渐扩散的趋势，同时，全球化趋势、自然生态系统的破坏也使得该传染病的预防和控制工作越发复杂。疾病监测是指长期、连续、系统地收集疾病的动态分布及其影响因素的资料，经过分析将信息上报和反馈，以便及时采取干预措施并评价其效果。疾病监测工作包括4个基本环节：收集资料、分析资料、反馈信息和利用信息。其中充分利用监测信息对疾病流行进行预测预警是疾病监测的主要目的之一。我国目前对登革热的监测包括人间疫情监测（疫情监测、血清学监测、病原学监测）和媒介监测（媒介密度监测、病毒监测）两方面。信息管理是疾病监测的核心环节。传统的监测信息管理无论是“逐级上报”还是“网络直报”模式都只能完成一般的属性信息管理工作，不能完成从地理概念出发的操作，往往缺乏有关疾病的地理空间信息，这就难以有效反映疾病的地理空间分布特征和空间关系，无法准确掌握疾病的流行规律，因此，尽快研究设计出方便实用的疾病监测信息管理系统成为迫在眉睫的事情。近年来地理信息系统技术发展迅速，其与公共卫生领域的结合不断紧密，它已成为处理、分析和可视化空间资料必不可少的工具。建立基于地理信息系统相关技术的信息管理系统是对传染病疫情适时监控、预警、快速反应的重要手段，它可以及时掌握传染病疫情的发展、变化，使疫情信息的传递更加及时、准确，使有关部门能够在第一时间内及时采取应急措施，减少不必要的损失。媒介监测对于登革热的预测具有重要意义。目前对媒介伊蚊的监测主要采用幼虫监测法，指标为房屋指数、容器指数和布雷图指数等；2005年5月提出的《全国病媒生物监测方案（试行）》将诱蚊诱卵器列为伊蚊的监测方法之一，但应用还不广泛。数据信息的管理是传染病监测过程中的重要一环。2004年之前，我国传染病疫情信息主要由医疗卫生机构使用纸质报告卡，通过邮寄或电话方式向区疾病预防控制机构报告，由其按全国统一的软件录入计算机的逐级上报的模式；从2004年元月开始，国家卫生部规定所有法定传染病和其他一些重要传染病疫情全部通过联网数据库“中国疾病预防控制信息系统”进行网络直报，但一些虫媒传染病如登革热等的媒介昆虫监测资料由各监测单位自行管理，并不统一上报。在预测预警方面，目前无论是国内还是国外，都还没有有效的方法可以对登革热流行进行预测预警。有相关研究认为，伊蚊房屋指数、容器指数和布雷图指数较高时，登革热流行的危险性增加，因此全球多数国家主要以这些指标作为登革热流行前的预警指标，我国要求平时将布雷图指数控制在20以下，而登革热流行时，则要求迅速将其控制在5以下。我国现行的伊蚊监测方法主要为幼虫监测法，这种方法最早是用于黄热病媒介埃及伊蚊的监测，存在工作量大，干扰因素多的缺点，也不完全适用于半野栖的白纹伊蚊。它主要是通过对房屋、庭院中积水容器里的伊蚊幼虫、蛹数量进行监测，进而对环境中的成蚊密度进行估算，但由于现代社会的发展，城市中的建筑主要以楼房为主，庭院和积水容器的数量越来越少，对它们的监测已不足以反映环境中的蚊虫密度。林立丰等设计的新型伊蚊监测工具诱蚊诱卵器已经作为常规监测方法之一在我国一些地区进行应用，这种装置对白纹伊蚊的特异性较强，但诱蚊诱卵效率并不高。而国外应用较广的伊蚊监测方法——诱卵杯法，也存在不能捕获成蚊和诱卵效率低的缺点。因此，改进传统的监测方法，提高蚊媒监测工具的诱蚊和诱卵效率，使之更准确的反映环境中的蚊虫密度和带毒情况，是对登革热进行有效预防和预测的先决条件。寻找合适的蚊虫诱引剂是解决方法之一。传统的登革热预警指标主要是蚊媒的监测数据，但仅用该指标预测效果不理想。例如，新加坡自1979年以来房屋指数控制在2以下和巴西布雷图指数控制在5以下，登革热仍不断流行。因为登革热是由媒介伊蚊传播的急性传染病，因此环境中伊蚊的密度以及影响伊蚊密度的一些因素如气候变化等都会对登革热的流行产生影响，若想对登革热进行较准确的预测预警，必须在登革热流行数据的基础上，结合气候因素、环境因素等建立多因素的预测预警模型。气候变化可以使蚊虫的地理分布范围发生变化，提高繁殖速度，增加叮咬率等而直接影响疾病传播。因此，监测气候因素的变化，进而分析气候因素在传染病发生中所起的作用，将有助于制定更有效的传染病预防控制策略。登革热主要由伊蚊进行传播，而蚊虫密度又受到气温、降雨量、湿度等气侯因素的影响，因此通过进行登革热与气侯因素的相关研究，可以建立基于气侯因素的登革热早期预测预警系统。鉴于上述背景和分析，我们进行了登革热监测方法的系列研究，旨在提高登革热监测的效能与预警水平，促进登革热预防与控制工作的科学发展。目的1．构建基于地理信息系统的登革热监测信息管理系统；2．筛选有效的诱引剂，提高白纹伊蚊的监测效果；3．分析气候因素对登革热流行的影响，为进一步建立登革热预警模型提供科学依据。方法1．基于GIS的登革热监测信息管理系统研究采用北京超图地理信息技术有限公司开发的SuperMap Objects5．2全组件式开发平台实现系统的构建。以Visual Basic6．0为集成环境，通过Active数据对象（ADO）、数据访问对象（DAO）和数据环境（DE）等软件工程技术利用SuperMapObjects核心组件实现登革热相关空间数据库的集成，通过调用动态函数库（DLL）实现GIS组件功能与数据库程序之问的数据传递和数据表现，并且构成统一的无缝界面。2．不同诱引剂对白纹伊蚊密度监测效果影响的研究2．1诱引剂的准备（1）容器颜色实验：对照组：诱蚊诱卵器中放入1张直径为10 cm的圆形滤纸，加入20ml过夜自来水，加盖，标记，备用；杯身黑色组：诱蚊诱卵器杯身上部2／3用黑色塑料包裹，其余同对照组。（2）浸出液实验：大黍组：称取3g新鲜大黍叶，剪碎，浸泡于盛有300ml过夜自来水的烧杯中，放在60℃水浴加热2h，然后用纱布过滤，所得液体即为大黍叶浸出液；轮胎组：废旧汽车轮胎块，剪成碎块，浸泡于一个有300ml过夜自来水的烧杯中，放在60℃水浴中加热2h，然后用纱布过滤，所得液体即为轮胎浸出液；对照组同（1）。（3）化学诱引剂实验：乳酸组：左旋乳酸与过夜自来水混合稀释为0．5mg/ml、1mg/ml、2mg／ml、5mg/ml、10mg/ml、20mg/ml溶液，备用；对照组同（1）。（4）酵母来源CO2实验：实验一：分为实验组和对照组。实验组每个诱蚊诱卵器中加入50ml过夜自来水配制的25％蔗醣溶液和0．25g酵母粉，并在杯壁上部用双面胶贴一圈宽3cm的滤纸，加盖，标记，备用；对照组同（1）。实验二：实验分为五个组，分别为A组：自来水+酵母粉+蔗醣，B组：自来水+蔗醣，C组：自来水+酵母粉，D组：自来水，E：原诱蚊诱卵杯。其中ABCD组每个诱蚊诱卵杯中加50ml液体，杯壁上部用双面胶贴一圈宽3cm的滤纸。蔗醣浓度为25％，酵母粉为0．25g/杯。E组为对照组，同（1）。实验三：实验分为六个组，分别为A组：5％蔗糖溶液50ml+0．25g酵母粉，B组：15％蔗糖溶液50ml+0．25g酵母粉，C组：25％蔗糖溶液50ml+0．25g酵母粉，D组：35％蔗糖溶液50ml+0．25g酵母粉，E组：45％蔗糖溶液50ml+0．25g酵母粉，F组：对照组，同（1）。2．2布放和回收（1）室内实验：从野外获得白纹伊蚊蚊卵进行培养，羽化后3～4d，将小白鼠固定挂在蚊笼内供成蚊吸血，1d后取50只雌蚊放入蒙式蚊帐（1．2 m×1．8 m×1．5 m），在四个角落布放诱蚊诱卵器。连续布放5天后，观察计算诱到的蚊虫数，并将虫卵倒进白搪瓷盆，在放大镜下观察计算蚊卵数。每一实验重复2次。（2）室外实验：将准备好的诱蚊诱卵器布放到家属区周围的绿化带内和地下停车场里，每个布放点内诱蚊诱卵器间隔20cm，点与点间隔25m左右。在诱蚊诱卵器布放后的每天下午15～16点钟检查诱蚊诱卵情况，连续7天。检查时用10倍放大镜观察，记录捕获的蚊虫数及种类，完成后将其放回原来位置，7天后统一收回。3．气候因素对登革热的影响收集广州市历年蚊媒监测资料（人工小时捕蚊数）、登革热发病人数和气候资料，用SPSS13．0软件建立数据库及进行统计分析。蚊虫密度与气候因素的关系应用Spearson等级相关和逐步多元线性回归方法进行分析，登革热发病与白纹伊蚊密度、气候因素的关系应用主成分logistic回归方法进行分析。应用误差反向传播神经网络建立白纹伊蚊密度的预测模型。使用Matlab软件作为建模工具，以广州市1996至2000年间的气候和白纹伊蚊监测数据作为网络的学习训练样本，以2001年的数据作为预测样本。结果1．基于GIS的登革热监测信息管理系统研究本系统根据登革热数据管理的特点，简化了用户操作，使系统的易用性得到增强。主要的功能有以下几方面：（1）文件管理。（2）数据库建立（3）地图的创建与操作。（4）查询：图查属性，属性查图，图形和属性数据双向查询检索。（5）专题图的制作：根据用户选择的属性数据项进行专题图的显示。（6）空间分析：缓冲区分析。（7）进行有关属性数据的统计分析。（8）提供操作结果多种形式的输出。2．不同诱引剂对白纹伊蚊密度监测效果影响的研究（1）容器颜色实验：诱蚊诱卵器杯身变为黑色并没有增强其诱捕白纹伊蚊的能力，反而增加了蚊虫逃逸的概率，室内和室外实验中实验组蚊虫逃逸率分别为50％和66．7％，而对照组为0。（2）浸出液实验：大黍浸出液、轮胎浸出液在室内和室外实验中诱蚊阳性杯数、诱蚊数、诱卵数均与对照组相差不大，在诱蚊指数、诱蚊密度指数、诱卵指数、诱卵密度指数的比较上，差异均没有统计学意义（P>0．05）。（3）化学诱引剂实验：在室内乳酸实验中，随L-乳酸浓度的升高，诱蚊诱卵器捕获白纹伊蚊和蚊卵的数量均呈先升后降的趋势，在浓度为1mg/ml时诱引力最强，随后逐渐下降。乳酸各浓度组诱蚊指数、诱蚊密度指数、诱卵指数、诱卵密度指数与对照组比较差异均没有统计学意义（P>0．05）。室外现场实验的结果与实验室研究结果一致，1mg／ml L-乳酸的诱蚊指数、诱蚊密度指数、诱卵指数和诱卵密度指数分别为55．56％，1．8，55．56％，60．50，高于对照组的38．89％，1．14，50％，56．89，但差异均没有统计学意义（P>0．05）。（4）酵母来源CO2实验实验一：诱蚊诱卵器随布放时间的延长，捕获白纹伊蚊的数量、诱蚊指数和诱蚊密度指数均呈逐渐上升的趋势。布放7天，CO2组的诱蚊指数从40．74％增长到74．07％，诱蚊密度指数从1．64上升为3．10；对照组的诱蚊指数从18．52％增长到40．74％，诱蚊密度指数从1．20上升为1．36。CO2组每天的诱蚊指数、诱蚊密度指数均高于对照组，其中2～7天的诱蚊指数和诱蚊密度指数两组比较差异有统计学意义（P<0．05）。实验二：实验组每天的诱蚊指数和诱蚊密度指数均为CO2组最高，对照组较低。布放7天的诱蚊指数由高到低分别为CO2组（89．66％）、蔗醣组（44．83％）、酵母组（40．00％）、自来水组（33．33％）和对照组（26．67％）。统计检验显示各组每天的诱蚊指数比较差异均有统计学意义（P<0．01）。布放7天的诱蚊密度指数由高到低分别为CO2组（6．19）、蔗醣组（2．08）、酵母组（1．58）、自来水组（1．40）和对照组（1．75）。统计检验显示各组4～7天的诱蚊密度指数比较差异均有统计学意义（P<0．05）。实验三：布放7天的诱蚊指数由高到低分别为5％蔗醣浓度组（96．55％）、15％蔗醣浓度组（93．33％）、25％蔗醣浓度组（93．10％）、对照组（90．00％）、35％蔗醣浓度组（88．89％）、45％蔗醣浓度组（82．76％）。统计检验显示各组1～5天的诱蚊指数比较差异均有统计学意义（P<0．05）。布放7天的诱蚊密度指数由高到低分别为45％蔗醣浓度组（5．21）、5％蔗醣浓度组（5．04）、15％蔗糖浓度组（4．64）、35％蔗醣浓度组（4．08）、25％蔗醣浓度组（3．70）和对照组（2．52）。统计检验显示各组间每天的诱蚊密度指数比较差异没有统计学意义（P>0．05）。3．气候因素与登革热流行的关系（1）相关分析广州市在连续7年里人工小时捕蚊总数与同期的蒸发量、相对湿度、日照、温度、降雨量都存在正相关关系，而与气压有负相关关系（P<0．05）；而人工小时捕获白纹伊蚊数与同期的蒸发量、相对湿度、绝对湿度、日照、温度、降雨量存在正相关关系，与气压存在负相关关系（P<0．05）。（2）回归分析采用逐步多元回归的方法筛选影响蚊虫密度的主要气候因素，以人工小时捕蚊总数为因变量，以各气候因素为自变量，进行逐步多元回归分析，发现仅绝对湿度一个因素对蚊虫密度的影响有统计学意义，可以纳入回归方程。模型的复相关系数为0．835，决定系数为0．697。用方差分析对整个回归模型进行检验，F=215．839，P<0．001，说明模型具有统计学意义。经回归分析得到回归方程：（?）=362．230+0．835X以人工小时白纹伊蚊数为因变量，以各气候因素为自变量，进行逐步多元回归分析，结果显示日照（X1）、风速（X2）、绝对湿度（X3）和温度（X4）四个因素对白纹伊蚊密度的影响有统计学意义，可以纳入回归方程。模型的复相关系数为0．850，决定系数为0．723。用方差分析对整个回归模型进行检验，F=59．323，P<0．001，说明模型具有统计学意义。经回归分析得到方程：（?）=1．959+0．609X1-0．186X2-0．256X3+0．349X4（3）主成分logistic回归分析选中前4个主成分代替原来的自变量，特征根分别为3．652、2．490、1．150、0．905，累积贡献率为88．626％。通过主成分因子负荷矩阵可知，第一主成分主要包含原变量温度、日照、相对湿度、蒸发量、伊蚊密度、降雨量和绝对湿度的信息，第二主成分主要包含原变量绝对湿度、降雨量和伊蚊密度的信息，第三主成分主要包含原变量风速的信息，第四主成分主要包含原变量气压的信息。主成分logistic回归后，将标准自变量还原为原变量，得到应变量y与原自变量X1-X9的回归方程：（?）=exp（-3．3926-0．0005X1+0．0241X2-0．00004X3-0．0001X4+0．0253X5+0．0341X6+0．0165X7-0．0012X8+0．0202X9）／1+exp（-3．3926-0．0005X1+0．0241X2-0．00004X3-0．0001X4+0．0253X5+0．0341X6+0．0165X7-0．0012X8+0．0202X9）（X1-X9分别代表：气压、蒸发量、相对湿度、绝对湿度、日照、温度、风速、降雨量、捕蚊数）（4）基于人工神经网络技术建立白纹伊蚊密度预测模型建立的BP神经网络模型经25次学习和训练，误差从0．305539下降至2．93751×10-14，预测符合率为80％。考虑到样本的容量比较小的原因，可以接受结果。结论基于GIS建立的登革热信息管理系统能够较好的将属性数据和空间信息结合，为相关数据的管理、展示和空间分析提供简单易用的操作平台。酵母来源的二氧化碳对白纹伊蚊有较强的吸引力，可以作为诱引剂与伊蚊监测工具结合应用，提高对蚊媒密度和带毒情况监测的准确度。气候因素中日照、风速、绝对湿度和温度对白纹伊蚊密度的影响较大，而温度、日照、蒸发量、白纹伊蚊密度与登革热的发生关系较为密切，有效的预警指标可以通过进一步研究从气候因素中进行提取；基于BP神经网络建立的白纹伊蚊密度预测模型有较好的预测效果，可以作为潜在的登革热预测预警模型进行更深入的研究。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 前言
• 1.1 疾病监测和预警
• 1.2 登革热监测的现状和存在的问题
• 1.3 登革热预警的现状和存在问题
• 1.4 本研究的目的
• 第二章 基于GIS的登革热监测信息管理系统研究
• 2.1 资料与方法
• 2.2 结果
• 2.3 讨论
• 第三章 不同诱引剂对白纹伊蚊密度监测效果影响的研究
• 第一节 容器颜色对诱蚊效果的影响
• 第二节 浸出液对诱蚊产卵效果的影响
• 第三节 化学诱引剂的诱蚊效果
• 第四节 酵母来源的二氧化碳的诱蚊效果
• 第五节 讨论
• 第四章 气候因素与登革热流行的关系
• 第一节 气候因素与登革热流行关系的相关和回归分析
• 第二节 基于人工神经网络技术建立白纹伊蚊密度预测模型
• 第三节 讨论
• 全文小结
• 本研究的创新点
• 参考文献
• 附录
• 致谢