武漢肺炎》新冠病毒颱風式傳播它的本質是什麼?

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新型冠狀病毒僅1微米大,卻讓全球動盪不安。到底這個千面病毒的本質是什麼?又如何傳播?(圖片來源/NIAID Flickr)

此次的新冠病毒與SARS颱風式的急速感染模式。像颱風一樣突然出現,快速散播,造成很大的傷害後又很快消失。

這種流行病在歷史上常常發生,若只在某個地區出現,稱為小流行病(epidemic),每年在世界各地不同時間發生的流行性感冒就屬於小流行病,但若病毒同時散播到世界許多地區,就是所謂的泛流行病(pandemic),最有名的就是 1918 年的世界大流感,2003 年的 SARS 也算是泛流行病。

造成這類傳染病的病毒,通常都是遺傳物質為 RNA 的病毒,可能是從動物傳到人的新病毒,或是在人體內經突變而成為傳染性及毒性增高的新病毒株。人類剛開始對這些新病毒都沒有抵抗力,因此若傳染的方式很快(例如空氣或飛沫傳染),會造成殺傷力很大的流行病。

但也因為殺傷力太大,大家會開始警覺並做積極的預防措施。當受感染的病人死亡或被隔離,病毒的傳播便會產生困難,受感染的人數快速減少,免疫系統也開始對抗入侵的病毒,使受感染的人體內病毒消失,或使病毒的繁殖力降低,使感染停止。

1918年美國流感大流行,傳染約兩、三個月就幾乎消失,2003 年 SARS 也是。這種感染會產生高峰再下降,傳染消失所需的時間,則要看病毒的傳染速度、死亡率及隔離與治療的措施而定。

感染後、發病前的空窗期愈長,以及得病但還沒有症狀的人愈容易散播病毒,流行的時間拖得愈久。例如,愛滋病的傳染要經過特殊的途徑(性行為、輸血與吸毒),傳播的速度比經由空氣傳染的速度慢很多,而且要一段時間後才會發病。所以愛滋病從 1980 年代開始到現在,仍繼續在散播中。

根據以往的研究,這種傳染病有一個特徵:每隔一段時間會發生一次。專家估計,流感病毒每三十到五十年會出現一種殺傷力強的新病毒,造成嚴重的世界性大流行。

這些研究清楚指出,打完一場流行病戰爭後,不要忘記,惡毒的新病毒已經又開始成形。這是人類與自然的戰爭之一,以前如此,現在如此,將來也會是如此。距上次泛流感發生(2009 年)到現在,已超過十年,新一波大流行病蠢蠢欲動,隨時可能發生。

打完一場流行病戰後,新的病毒又已經形成

研究也發現,1550 至 1800 年之間,倫敦平均兩年發生一次天花流行病,另一個城市則每五年發生一次。這些流行病早期沒什麼有效的治療方法,研究顯示,在沒有有效醫療的情形下,很多病毒的傳播也可以自然停下來。相隔幾年又會有另一波感染,因為第一波病毒只感染一部分人口。

同時,在兩個流行病高峰期間,因為新的出生人口及人口的流動,對病毒沒有抵抗力的人口密度又慢慢增加,而原有免疫力的人在隔了一段時間後,免疫力也開始下降。當這些易受感染、沒有抵抗力的人口達一定密度時,另一波感染就會再度開始,產生週期性感染模式。

如果病毒在第一波感染結束後就消失,那麼第二波感染的病毒從何而來?要回答這個問題,得先看看第一波感染結束後、第二波感染開始前,病毒到哪裡去了?研究發現有下列幾種可能模式。

第一種模式是,在兩次感染高峰之間,病毒其實並沒有消失,而是藏在某些人的身上。而且病毒不斷在身體免疫系統的壓力下,產生各種變異株,宿主的免疫力降低時,病毒就又開始繁殖。當對新病毒免疫力低的人口達一定程度時,傳染就會迅速蔓延,造成另一波流行病。

第二種模式是,病毒在兩次流行病之間,藏在動物、家禽,或者攜帶病毒的昆蟲身上(如蚊子)。病毒在這些生物體內產生突變種,或與生物中類似的病毒產生交配,造成對這種新病毒沒有抵抗力的人產生另一波感染。

千面病毒

造成流行性感冒及SARS的元兇冠狀病毒,其基因體都是單鏈的RNA,這種 RNA 的核酸序列,複製時容易產生突變,而且很容易與其他種病毒的 RNA 交換產生新品種,因此這類病毒的變異可以非常快。

流感病毒的基因體由七至八段 RNA 組成,基因交換更為方便。這種快速的變化像千面人,幾年一小變,過幾年一大變,使免疫系統疲於奔命、無法對付,也造成開發疫苗及抗病毒藥物的困難。當身體好不容易產生抵抗力,或者才剛研發出一種剋制病毒的疫苗或藥物,病毒的基因又改變,免疫系統與辛苦發展的治療又失效了。

若病毒引起的傳染病真的有規律週期性,我們能否利用這種知識,預測下一波流行病感染會在什麼時候出現?做這種預測之前,必須把現象量化。

換句話說,我們需要數學家將週期性的現象換成數學公式,有了公式以後,就可以推算下一波流行病可能出現的時間。目前也有數學家及流行病學者從事相關研究。其實這種數學分析並不難,數學家最喜歡這樣有規律的變化模式。自然界有很多相似的現象,狼與兔子的消長就是很好的例子。

兔子很多時,狼吃到兔子的機會很大,繁殖沒有問題,數目就愈來愈多。但狼多到某個程度時,兔子被吃掉太多而變稀少,狼找不到兔子吃而餓死。於是,狼的數目開始減少,而兔子因為沒有狼來吃,數目又開始增加。若把狼換成病毒,兔子換成人,就是病毒生長曲線。這樣此消彼長、此長彼消的模式,形成波浪狀的生長方式。

希望有一天,這種理論可用來推斷下次病毒出現的時間,就像預報颱風來襲一樣,幫助我們早點做好應付流行病感染的準備。

內容來源:《人類與病毒之戰:一本書看懂病毒為什麼可怕、如何預防傳染、疫情爆發時的生活準則》天下雜誌授權轉載。

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