基于集中度和圆形分布法的杭州市流感病原学特征分析

基于集中度和圆形分布法的杭州市流感病原学特征分析

作者：王婧 杨旭辉 刘牧文 李钧

来源：《中国现代医生》2021年第18期

[关键词] 流感;病原学;季节性;集中度;圆形分布

[中图分类号] R195.4 [文献标识码] B [文章编号] 1673-9701（2021）18-0145-04

Analysis of etiological characteristics of influenza in Hangzhou based on concentration and

circular distribution

WANG Jing YANG Xuhui LIU Muwen LI Jun

Hangzhou Center for Disease Control and Prevention，Hangzhou 310021，China

[Abstract] Objective To investigate and analyze the epidemiological characteristics and seasonal

trends of influenza etiology in Hangzhou in order to provide references for scientific decision-making

on influenza prevention and control. Methods The concentration and circular distribution methods

were used to analyze the influenza etiology surveillance data in Hangzhou from January 2010 to

December 2020. Results The positive detection rates of influenza pathogens in 2020 （M=0.98，

r=0.98） and 2018（M=0.93， r=0.88） were strictly seasonal. There was strong seasonality in 2013

（M=0.75，r=0.62）. There was obvious seasonality in 2011 （M=0.67， r=0.62） and 2016（M=0.61， r=0.46）， while the seasonality was not obvious in 2010， 2015 and 2017. Except for

2013 and 2015， the peaks of other years occurred in the first quarter，and most peaks occurred in

January each year. The most detected type was type A H3N2 （1631/4054）， followed by type B

（1535/1631）， and type A H1N1（878/4054） again. The three types alternately dominated.

Conclusion The influenza peaks in Hangzhou mainly occur in winter and spring， and different

disease types alternately occur. Influenza vaccination should be implemented before the peak period，

and monitoring should be strengthened.

[Key words] Influenza; Etiology; Seasonality; Concentration; Circular distribution

流行性感冒（簡称流感）是由流感病毒引起的急性呼吸道传染病，是我国40种法定传染病之一，在过去的百年间出现过5次大流行[1-2]。流感可以分为甲、乙、丙、丁四型，其中甲型和乙型流感病毒每年呈季节性流行[3]。流感起病急，部分患者可出现并发症或因基础性疾病加重发展成重症病例，甚至导致死亡，对人类健康产生重大威胁[3-4]。从公共卫生的角度来看，流感病原学监测有助于增强人们对疾病负担的认识，了解一个地区流感的季节性和流行毒株对于当地流感疫苗株的选择起到不可或缺的作用，对常规免疫计划的制订及接种时机也都至关重要[5-6]。

不同地区的流感流行季节模式差异很大[5]。为掌握杭州市流感季节性流行趋势，本研究采用了集中度法及圆形分布法对2010年1月至2020年12月杭州市流感病原学监测数据进行分析，现报道如下。

1 资料与方法

1.1 一般资料

杭州市2家国家级流感监测哨点医院，每家哨点医院每周分别采集流感样病例咽拭子标本5～25份，送杭州市疾病预防控制中心流感监测网络实验室检测。样品采用核酸检测法进行流感亚型或系鉴定，再对检测阳性样品开展病毒分离培养。本研究资料来源于2010年1月至2020年12月杭州市病原学监测数据。

1.2 方法

1.2.1 集中度法[7-8] 集中度法是一种统计描述法，通过结果的取值范围定性地反映出疾病发病的季节性分布。集中度（M）是表示发病时间季节性强弱的指标，集中度M值表示疾病在1年内的集中程度（季节性），当其值为1时表示最大极限，说明一年内疾病全部发生在某个月内;其值为0时表示最小极限，说明1年内疾病均匀分布在12个月内;当其值>0.9时，说明疾病有严格季节性;当值在0.7～0.9之间时，说明疾病有很强季节性;当其值在0.5～0.7之间时，说明疾病有明显的季节性;当其值在0.3～0.5之间时，说明疾病有一定季节性;当其值

1.2.2 圆形分布法[7-10] 具有周期性变化的资料可通过三角函数将其变换成线性数据，圆形分布法即是这样一种统计学方法，其将各月监测时间转化成角度，即12个月（365 d）转换成360°，一天为0.9863°。以每个月的月中值（αi）作为组中值，并折算成当月的角度，即1月的角度α1=15.68°，2月的角度α2=44.88°，余类推。通过三角函数代换原理，求出疾病发病的季节性高峰日和高峰时期。

圆形分布离散程度指标r值，又可称为集中趋势值，用于说明疾病在1年中发生的集中程度，即季节性。r值越大，表明疾病的季节性分布越明显，r值越小，则说明疾病在1年内越趋向于均匀发病。

求得平均角α后，再对其是否存在进行雷氏Z检验（Rayleigh′s Test）。根据年发病率（n）和r值，使用公式Z=nr2计算雷氏Z值。当Z>Z0.05[1]时，P<0.05，表示平均角α存在，并有向α集中的倾向。将平均角α转化为发病高峰日期，并可利用α±s对高峰时段做出估测。

1.3 统计学方法

采用Excel 2016对数据资料进行录入、整理与分析。

2 结果

2.1 一般情况

2010—2020年杭州全市共采集流感样病例标本21374份，检测出阳性样品4054份，总病原学阳性率为18.97%;其中2019年度阳性率最高（27.33%），其次为2016年度（25.55%），

最低为2020年度（5.13%）。11年监测期间，流感样病例标本病原阳性率最高的月份为1月，平均阳性率49.16%，最低的月份为6月，平均阳性率4.40%。见表1、图1。

2.2 流感病原学季节性分布结果

杭州市2010—2020年各年度流感病原学阳性率的集中度值（M）超过0.9的有2020年（0.98）和2018年（0.93），呈现严格的季节性;2013年（0.75）介于0.7～0.9之间，有很强的季节性;2011年（0.67）和2016年（0.61）有明显的季节性，2010、2015和2017年则季节性不明显。

根据圆形分布法得到的r值和Rayleighs′ test检验Z值可见，集中趋势（r）最高的亦为2020年（0.98），其次为2018年（0.88），与集中度法结果一致。而2015年r=0.03（P>0.05），该年份平均角不存在，表示流感病原阳性检出的时间分布比较均匀，无明显季节性。见表2。

2.3 流感病原学阳性高峰期分析结果

利用圆形分布法进一步分析流感病原阳性检出的高峰时间。除2013和2015年外，其余9年的病原学阳性检出率高峰均出现在第一季度，且有超过一半的年份高峰日期出现在每年1月（2010、2011、2014、2016、2017、2018、2020）。高峰持续期最短的为2020年（1月5日至1月30日），最长的为2017年（上年9月16日至次年4月23日）。见图1、表2。

2.4 流感病原学型别

11年中，检出最多的型别为甲型H3N2型（1631/4054），其次为乙型（1535/1631），再次为甲型H1N1型（878/4054）。两种型别混合的样品亦有检出。监测结果显示，杭州市各年流感病毒优势毒株的构成及流行时间均有所差异，呈现甲型H1N1、H3N2和乙型交替流行的态势。2011年及2018年优势病原型别以甲型H1N1为主;2012年、2013年、2015年及2016年优势病原型别以H3N2为主;2010及2019年优势病原型别以B型为主。2020年病原阳性率呈现明显下降趋势，3—12月仅有1份阳性样品检出。见封三图8。

3 讨论

杭州市位于北纬30.3°，中国东南沿海，浙江省北部，钱塘江下游北岸，京杭大运河南端，地处中北亚热带过渡区，温暖湿润，四季分明，光照充足，雨量丰沛。流感一直是杭州市重点监测的传染病之一。流感病原学监测是掌握流感流行规律的重要手段之一，明确流感流行期病原优势毒株，及早发现变异株，可为我市流感防控工作提供依据[11-14]。

传统方法应用疾病的发病数和发病率绘制疾病季节性流行曲线图，只能定性描述疾病的时间分布特点，不能定量推算发病高峰期或高峰持续期[7-8，15-16]。集中度的最大优点是能粗略比较发病季节性的强弱，但无法推算高峰时间;圆形分布法则可以利用平均角计算出疾病发病高峰日及高峰持续时间。两种方法同时使用既能对疾病的季节性强弱做出定性判断，又能定量分析出发病高峰，更加全面地解释发病的季节性特征[15]。

本研究通过分析近11年流感病原学监测结果发现，杭州市流感病毒陽性检出大多数年度都具有明显或很强的季节性，高峰期出现在每年的冬春季，并没有表现出显著的夏季高峰。Yu等[5]专家从地理角度对我国流感监测结果进行季节性分析，认为不同地区的流感流行特征有所不同，介于27°N 和33°N之间纬度的省份会在1年内出现两次发病高峰期。浙江省的流感监测结果也指出，浙江省的流感病例发病呈春、夏季双高峰[17]。这些均与本研究的结论有所不同。但既往杭州市流感监测结果发现，流感聚集性疫情的高峰期及预警信号多发生在1—3月，与本研究结果一致[18-20]。究其原因，有国外学者指出，温度、湿度与有包膜的病毒（包括流感病毒）的发病率之间存在关联，前两者对病毒在环境中生存有明显影响[21-22]。香港中文大学的学者也发现温度、干湿度、大量降水是流感感染的危险因素[23]，而早前Shaman与Kohn曾通过模型提出低绝对湿度会增加流感病毒的传播效率[24]。美国另一项流行病学调查亦表明，绝对湿度低与冬季流感相关的死亡率增加有关[25]。当温度介于19～25℃之间时，病毒的传染性可以下降两个数量级[21-22]，所以气温相对寒冷的季节更利于病毒的存活与传播，这可以解释杭州市的流感高峰为何均出现在冬春季。还有研究表明，杭州市流感样病例中约70%为15岁以下儿童，这些病例大多数来自于学校或幼儿园，每年7—8月正值学校暑期放假，推测这可能是夏季高峰不明显的原因[18-20]。

1.2.2 圆形分布法[7-10] 具有周期性变化的资料可通过三角函数将其变换成线性数据，圆形分布法即是这样一种统计学方法，其将各月监测时间转化成角度，即12个月（365 d）转换成360°，一天为0.9863°。以每个月的月中值（αi）作为组中值，并折算成当月的角度，即1月的角度α1=15.68°，2月的角度α2=44.88°，余类推。通过三角函数代换原理，求出疾病发病的季节性高峰日和高峰时期。

圆形分布离散程度指标r值，又可称为集中趋势值，用于说明疾病在1年中发生的集中程度，即季节性。r值越大，表明疾病的季节性分布越明显，r值越小，则说明疾病在1年内越趋向于均匀发病。

求得平均角α后，再对其是否存在进行雷氏Z检验（Rayleigh′s Test）。根据年发病率（n）和r值，使用公式Z=nr2计算雷氏Z值。当Z>Z0.05[1]时，P<0.05，表示平均角α存在，并有向α集中的倾向。将平均角α转化为发病高峰日期，并可利用α±s对高峰时段做出估测。

1.3 统计学方法

采用Excel 2016对数据资料进行录入、整理与分析。

2 结果

2.1 一般情况

2010—2020年杭州全市共采集流感样病例标本21374份，检测出阳性样品4054份，总病原学阳性率为18.97%;其中2019年度阳性率最高（27.33%），其次为2016年度（25.55%），最低为2020年度（5.13%）。11年监测期间，流感样病例标本病原阳性率最高的月份为1月，平均阳性率49.16%，最低的月份为6月，平均阳性率4.40%。见表1、图1。

2.2 流感病原学季节性分布结果

杭州市2010—2020年各年度流感病原学阳性率的集中度值（M）超过0.9的有2020年（0.98）和2018年（0.93），呈现严格的季节性;2013年（0.75）介于0.7～0.9之间，有很强的季节性;2011年（0.67）和2016年（0.61）有明显的季节性，2010、2015和2017年则季节性不明显。

根据圆形分布法得到的r值和Rayleighs′ test检验Z值可见，集中趋势（r）最高的亦为2020年（0.98），其次为2018年（0.88），与集中度法结果一致。而2015年r=0.03（P>0.05），该年份平均角不存在，表示流感病原阳性检出的时间分布比较均匀，无明显季节性。见表2。

2.3 流感病原学阳性高峰期分析结果

利用圆形分布法进一步分析流感病原阳性检出的高峰时间。除2013和2015年外，其余9年的病原学阳性检出率高峰均出现在第一季度，且有超过一半的年份高峰日期出现在每年1月（2010、2011、2014、2016、2017、2018、2020）。高峰持续期最短的为2020年（1月5日至1月30日），最长的为2017年（上年9月16日至次年4月23日）。见图1、表2。

2.4 流感病原学型别

11年中，检出最多的型别为甲型H3N2型（1631/4054），其次为乙型（1535/1631），再次为甲型H1N1型（878/4054）。两种型别混合的样品亦有检出。监测结果显示，杭州市各年流感病毒优势毒株的构成及流行时间均有所差异，呈现甲型H1N1、H3N2和乙型交替流行的态势。2011年及2018年优势病原型别以甲型H1N1为主;2012年、2013年、2015年及2016年优势病原型别以H3N2为主;2010及2019年优势病原型别以B型为主。2020年病原阳性率呈现明显下降趋势，3—12月仅有1份阳性样品检出。见封三图8。

3 讨论

杭州市位于北纬30.3°，中国东南沿海，浙江省北部，钱塘江下游北岸，京杭大运河南端，地处中北亚热带过渡区，温暖湿润，四季分明，光照充足，雨量丰沛。流感一直是杭州市重点监测的传染病之一。流感病原学监测是掌握流感流行规律的重要手段之一，明确流感流行期病原优势毒株，及早发现变异株，可为我市流感防控工作提供依据[11-14]。

传统方法應用疾病的发病数和发病率绘制疾病季节性流行曲线图，只能定性描述疾病的时间分布特点，不能定量推算发病高峰期或高峰持续期[7-8，15-16]。集中度的最大优点是能粗略比较发病季节性的强弱，但无法推算高峰时间;圆形分布法则可以利用平均角计算出疾病发病高峰日及高峰持续时间。两种方法同时使用既能对疾病的季节性强弱做出定性判断，又能定量分析出发病高峰，更加全面地解释发病的季节性特征[15]。

本研究通过分析近11年流感病原学监测结果发现，杭州市流感病毒阳性检出大多数年度都具有明显或很强的季节性，高峰期出现在每年的冬春季，并没有表现出显著的夏季高峰。Yu等[5]专家从地理角度对我国流感监测结果进行季节性分析，认为不同地区的流感流行特征有所不同，介于27°N 和33°N之间纬度的省份会在1年内出现两次发病高峰期。浙江省的流感监测结果也指出，浙江省的流感病例发病呈春、夏季双高峰[17]。这些均与本研究的结论有所不同。但既往杭州市流感监测结果发现，流感聚集性疫情的高峰期及预警信号多发生在1—3月，与本研究结果一致[18-20]。究其原因，有国外学者指出，温度、湿度与有包膜的病毒（包括流感病毒）的发病率之间存在关联，前两者对病毒在环境中生存有明显影响[21-22]。香港中文大学的学者也发现温度、干湿度、大量降水是流感感染的危险因素[23]，而早前Shaman与Kohn曾通过模型提出低绝对湿度会增加流感病毒的传播效率[24]。美国另一项流行病学调查亦表明，绝对湿度低与冬季流感相关的死亡率增加有关[25]。当温度介于19～25℃之间时，病毒的传染性可以下降两个数量级[21-22]，所以气温相对寒冷的季节更利于病毒的存活与传播，这可以解释杭州市的流感高峰为何均出现在冬春季。还有研究表明，杭州市流感样病例中约70%为15岁以下儿童，这些病例大多数来自于学校或幼儿园，每年7—8月正值学校暑期放假，推测这可能是夏季高峰不明显的原因[18-20]。