【总结】
COVID-19对全球已造成了深远的影响。它是自1918年H1N1流感全球大流行以来对公共卫生的威胁情况最严重的呼吸道疾病。本文介绍了流行病学建模的结果，此模型已作为近几周英国和其他国家地区决策的依据。在没有COVID-19疫苗的情况下，我们评估了不同公共卫生措施的作用（即所谓的非药物干预措施NPIs），旨在减少人群接触率，从而减少病毒的传播。将先前发布的微观模拟模型应用于两个国家：英国和美国。得出的结论是：任何一种孤立的干预措施效用都极其有限，需要多种干预措施的结合才能对病毒的传染产生有效影响。
现有两种可能的基本策略：
①缓解策略（mitigation），其重点是减缓但不一定制止疫情的蔓延，以此降低高峰期医疗需求，同时预防容易引发重症的高危人群的感染。
②抑制策略（suppression），其目的是扭转疫情的扩大趋势，把感染人数降低到较低水平，并且无确定期限地维持这种情况。
每个选项都有巨大的挑战。操作最佳的缓解策略（结合疑似病例居家隔离、对疑似实施病例全家居家隔离、以及增大老年人及其他高风险人群的社交距离）可能令高峰期医疗需求减少2/3、死亡人数减半。但即便得到一定程度减轻，疫情仍可能导致数十万人死亡以及医疗系统（尤其是重症病房）不堪重负。因此尚有能力的国家，应该将抑制策略（suppression）置于政策首选。
研究表明，在英国和美国的环境下，抑制策略至少需要包括全民社交距离的加大以及对疑似病患的全家隔离。在此之上还可能需要采取学校和大学停课等措施。但停课导致的医护人员缺席也可能对公卫系统产生不利影响。抑制措施的主要挑战是此类强化干预措施（或者其他减少传染的等效措施）需要坚持实施到疫苗诞生（预计18个月或者更长时间）为止，因为我们预测这些干预政策一旦放松，疫情将迅速反弹。本报告提示间歇交替式逐渐扩大社交距离（视具体疫情发展趋势而确定时机）可能有助于在相对较短的时间窗口内放松干预措施的强度。而一旦疫情反弹，则可以再度采取措施。最后，中国的经验与韩国的状况表明，抑制政策短期内可行，但长期可操作性有待观察，包括这些干预措施对社会经济成本造成的长远影响。
【介绍引言】
COVID-19疫情的全球流行已对全世界健康造成严重威胁。截止2020年3月16日，全球共164,837例确诊病例和6,470例死亡病例。疫情在全球传播迅速，已经总计有146个国家发生了至少一例感染。
上一次导致全世界紧急反应、与COVID-19同等规模且无疫苗的全球瘟疫是1918-1919年的H1N1流感。在那次大流行中，一些地区特别是在美国，采取了各种非药物干预措施(NPI) ，旨在通过减少接触以此降低病毒在社会中的传播。相关措施包括：关闭学校、教堂、酒吧以及其他社交场所。实施这些干预措施的城市在疫情早期成功减少了病例，而且在干预措施的实施期间死亡率总体较低。但是一旦措施解除，疫情就迅速反弹。
虽然我们对传染病的理解以及预防和1918年已有很大不同，COVID-19致死率目前同1918年的H1N1流感致死率相当，但当今世界大多数国家依然面临着和当年相似的挑战。现有两种基本可行策略：
①抑制策略（suppression）。此策略目的是降低R0（每个病例传染他人的平均人数）至小于1，从而令病例人数降低到较低水平，或者完全消除人与人之间的传播（就像对萨斯和埃博拉那样）。但这种策略的主要挑战是：只要病毒还在人群中传播，措施就必须要维持下去（至少是间断性地维持），直到疫苗问世或者病毒消失。对于COVID-19，疫苗可能至少需要12至18个月之后才能够问世，同时也无法确保初始阶段疫苗会非常有效。
②缓解策略（mitigation）。这一策略使用非药物干预措施（NPI）以及药品（如果有的话），不完全消灭传播，而是减少传染病对健康的影响，类似于1918年美国某些城市的措施，以及1957年、1968年和2009年全球范围内流感大流行时的某些举措。在2009年流感中，早期阶段数量有限的疫苗提供给了已经患有其它疾病的高风险人群。在这种情况下健康人群产生免疫，最终使得病例数量迅速下降，传播能力下降到低水平。
这两种策略的不同之处在于目的——是将R0降至1以下（抑制），从而令病例数量下降，还是仅仅通过降低R0来减慢传播速度，但R0处于1以上（缓解）。
在此报告中，我们考虑了这两种策略针对COVID-19的可行性和影响。首先需要提请注意的是鉴于SARS-CoV-2是新兴病毒，关于其传染性还有很多尚待了解。另外，在本报告中介绍的非药物干预措施（NPI）的最终效果很大程度上取决于大众对这些措施的反应，而公众反应在不同国甚至不同社区中都呈现出很大的差异。而且即使没有政府规定的干预措施，公众的群体行为本身也极可能发生重大的自发性变化。
此报告并不考察这两种策略对于伦理或者经济的影响，须知没有任何一种策略是轻易简单的。抑制策略尽管迄今在中国和韩国都取得了成功，但也同时背负了巨大的社会与经济成本，而这些成本可能会对公众健康福祉造成短期和长期的重大影响。但另一方面缓解策略将始终难以完全保护高风险人群免于重症或死亡，令死亡率始终处于高位。所以这里我们专注于策略之可行性，特别是两种策略对医疗系统的影响。这份报告以英国和美国为例，但也适用于大多数高收入国家。
【研究方法】
传播模型
我们基于一个针对流感的疫情管理模型进行修改，来探索COVID-19在英国的情况，模型基本结构保持不变。人与人之间的接触发生在家庭、学校、工作场所或者社区内。年龄和家庭规模基于人口普查数据的定义。平均班级人数与师生比例的数据用来算出与当地人口密度成比例的学校总体人数。同时基于职场分布数据计算通勤距离。每个人在模拟开始时都被分配到不同位置。
传染是通过传播人群与易感人群在家庭、工作场所、学校和社区等空间的接触发生的，社区传染取决于人与人之间的空间距离。学校内部的人均接触率被假定为两倍，这是根据以往流感季节中儿童的发病率设定的。通过上述参数设置，大概1/3的传染发生在家庭内部，学校和工作场所占1/3，而其余1/3发生在其它社区场所。这些接触方式完全重现了社会结构调查的结果。
平均潜伏期设置为5.1天。对显性症状病例，传染性被设置为症状出现12小时后开始，而对隐形无症状病例则设定为感染后4.6天开始。以此得出每代传染的中位数为6.5天。根据武汉市早期传染率状况，我们设定基础R0=2.4。假设有症状者比无症状者传染性高50%，假定个体在短期内对再次感染免疫。Flu Watch机构对流感的研究表明，同一季里对同一种毒株再次感染的可能性非常小。
假定从2020年1月初，每个国家的感染率都呈指数级增长（每5天翻倍），并以英国和美国截止到14号的本土感染数据与累积死亡人数作为校准。
疾病进展与医疗需求
对中国的数据以及撤侨航班返回人员数据的分析表明，有40-50%的感染者并未被检测出来。这可能包括无症状感染，轻症感染以及其他不确定情况。我们因此假设只有2/3确诊病例有足够显著的症状，并在症状发作1日后自行隔离，并且从出现症状到住院的平均延迟时间为5天。按年龄层级住院治疗和感染死亡率（IFR）根据中国数据进行计算。这些估值应用到英国时，针对年龄划分比例进行了修正。根据英国早期病例报告以及中国和意大利的报告设定英国的IFR为0.9%、感染住院率为4.4% （表1）。假设住院病例中有30%需要重症监护（有创器械辅助人工呼吸或ECMO）。根据专家的临床意见，假设有50%的重症监护病例会死亡，而一部分高风险人群未进入重症监护也会死亡（比例参考总体IFR）。在计算病床需求上，假设无需重症监护的病人平均总住院时间为8天，需要重症监护的平均总住院时间为16天（其中ICU为10天）。以此得到总计平均住院时间为10.4天，略短于国际上观察到的COVID-19病例从入院到出院时长（由于病人即使已经状态恢复也必须在结果显示阴性前继续住院），但与普通肺炎入院时间相当。
表1：现有病例严重程度 (此处翻译省略对数据的区间调整)
非药物干预情景
我们考虑了五种不同的非药物干预措施(NPI)独立实施和组合实施的效果（表2）。在每种模拟情况下，我们都进行了机制干预，使用合理且十分保守（即悲观）的假设。两种干预措施（有症状病例个人隔离以及全家居家隔离）从症状出现第二天开始。其它四种NPI：
加大70岁以上人群的社交距离。
加大全民社交距离。
停止公众活动聚会。
关闭学校和大学。
都由市政府决定。这些干预措施的实施根据则围绕重症监护病房状况的监控来考虑。重点是对情况最严重的患者实施最完整测试。对于减缓策略，我们假设政策有效期为3个月，而70岁以上的人群将会被实施更长时间。而抑制策略方面，我们则假设实施了5个月或更长。
表2：NPI措施总结
【结果】
在没有任何控制措施（不太可能）或个体行为不发生任何自发变化的情况下，我们预计大约3个月后会出现死亡峰值（每日死亡）（图1A）。在这种情况下，假设R0为2.4，我们预测在流行过程中将有81％的英国和美国人口被感染。考虑到英美两国在监测数据上的各自局限性，以及流行病流行时间的近似性，预计疫情在美国的传播范围将较英国更广，并且到达峰值的时间也会更晚一些。这是因为美国地域更广，各州（图1B）局部流行将比英国的流行更为明显。而英国的死亡峰值将更高，是因为英国相比美国面积较小且老龄化更严重。总体而言，在疫情未缓解情况下，我们预测（在不采取任何控制及公众个体行为无自发变化的前提下），英国大约会有51万人死亡，而美国则将有220万人死亡，这还不包括因医疗系统超负荷而产生的潜在其他负面影响。
图1：英国和美国未进行缓解的疫情情况。
（A）预计英国和美国每10万人中每天的死亡人数。
（B）美国各州的病例发展轨迹。
在无干预状态下，预计最早将在4月的第二周ICU床位容量就将超负荷，最终需求量会超过两个国家供应极限的30倍以上（图2）。
缓解策略的目标是通过将疫情曲线拉平，减少峰值发病率和总体死亡人数来降低疫情影响（图2）。由于缓解目标是使死亡率最小化，因此需要在尽可能高的流行期间保持干预措施。太早引入此类干预措施会存在风险，一旦解除便有可能再次传播（如果群体免疫不足的话）；因此有必要良好地平衡干预时间和干预维持期限。在这种情况下，干预措施可限制传播但只能获得很少的群体免疫力，从而导致一旦取消干预措施，便会再次发生第二波感染。
图2：英国的各项策略方案下重症监护（ICU）床位需求-每十万人红色水平线：英国现有每10万人的ICU数量。黑线：完全不做任何控制；橙色线（CI方案）：症状者居家隔离；黄线（HQ方案）：症状者全家居家隔离；绿线（PC方案）：关闭学校和大学；蓝线（SDO方案）：自愿居家隔离，全家隔离，和70岁以上扩大社交距离。蓝色阴影为假定这些干预措施维持的3个月区间。
表3则显示了在100例至3000例区间重症病例的不同触发点，3个月内在英国全国范围采取单一和联合干预措施对死亡人数和ICU能力的相对影响（相对减少比例）。在此期间持续执行的前提下，最有效的干预措施组合是症状者居家隔离、全家居家隔离和高危人群（70岁以上）扩大社交距离。尽管后者对传播的影响对其他年龄组而言相对较小，但降低高危人群的发病率和死亡率可降低对重症监护的需求和总体死亡率。这些干预措施结合起来，预计可使高峰期的重症监护需求减少2/3，并使死亡人数减半。然而这一最佳缓解策略仍将导致重症监护病床的峰值需求超出英国和美国能力的8倍。
预计停止群众聚会的影响相对较小（结果未显示），因为与在家里，在学校或工作场所以及在其他社区场所（如酒吧和餐馆）所花费的时间相比，在此类事件中的接触时间相对较小。
总体而言，不同政策的相对有效性取决于本地触发因素（人均发病率 v.s.绝对病例数）的选择、R0（2.0-2.6）以及0.25％-1.0％范围的IFR。
表3. 英国的缓解策略。在全国范围内，不同干预措施组合在3个月内对总死亡人数和不同重症累积病例数触发ICU需求高峰的相对影响。
根据每周在某郡诊断出的ICU病例的绝对数量，显示了各种干预措施组合和触发因素的ICU高峰需求减少的百分比。PC =学校和大学关闭，CI =症状者居家隔离，HQ =全家居家隔离，SD =扩大全体人口的社交距离，SDOL70 = 自愿居家隔离以及70岁以上扩大社交距离4个月（比其他干预措施多一个月）。
表格以颜色编码（绿色=较高效率，红色=较低）。
绝对值示于表A1中。
缺乏绝对充足的医疗资源的情况下，缓解策略不太可行。有能力实施严格控制措施的国家有必要采取抑制策略。我们的预测表明，要想将R降低到接近1或更低，需要结合：症状者居家隔离、全民社交距离扩大、症状者全家居家隔离或学校和大学关闭（图3，表4）。假定措施已实施5个月。没有考虑到旷工造成的对ICU容量的潜在不利影响，学校和大学的关闭预计将更有效地实现家庭隔离。预计实施全部四种干预措施对传播的影响最大（表4）。预计实施强力管控的政策将使约3周后的高峰期后重症监护需求减少，此后在保持这些干预政策的同时需求下降。尽管政策有效性存在许多不确定因素，但这种组合策略最有可能确保重症病床需求保持在能力之内。
图3：英国的抑制策略suppression显示了ICU床位需求。红线是预计英国ICU容量。黑线表示完全不做任何控制。橙色线表示症状者居家隔离，自愿居家隔离和全民社会隔离的遏制策略。绿色表示从2020年3月下旬起，学校和大学关闭，症状者居家隔离和全民社会隔离的抑制策略。蓝色阴影表示在5个月的时间段内，这些干预措施被假定保持不变。图3（B）显示与图3（A）中相同的数据，但放大了图表的较低级别。附录中显示了与美国相当的数字。
下一个最佳选择是在症状者隔离和扩大全民社会距离的基础上。尽管我们预测在此政策下依然可能存在超出ICU容量的风险（图3和表4）。四种干预措施（扩大全体人口的社交距离、症状者居家隔离、全家居家隔离以及学校和大学关闭）的综合使用，预计会产生最大的效果。其效果仅次于短期的全面封闭措施，而这种措施会进一步影响人们的工作。
一旦放松干预措施（在图3中的示例中，从9月开始），感染将再次开始增加，导致2次流行高峰会出现在今年下旬。暂时性抑制策略suppression越成功，则由于缺乏群体免疫力，及在没有疫苗接种的情况下，再次爆发时流行规模越大。
鉴于抑制策略suppression可能需要维持多个月，我们研究了一项适应性政策的效果：扩大社交范围的措施（加上关闭学校和大学）仅在每周ICU病例发生率超过一定“开启”阈值时启动；并且当ICU病例发生率低于一定的“关闭”阈值时放松管控（图4）。在整个过程中，将始终采取以病例为基础的对有症状病例隔离和全家隔离（如采用）的措施。
此种政策可以同时抵御传染系数R0（表4）和致病性（即需要ICU病例比例，现无此数据）的不确定性所可能产生的影响。表3说明，抑制策略最好在流行病的早期实施，最晚实施时机不晚于达到每周总计ICU病例达到200个，这样即使传染系数R0值高达2.6，仍可将ICU高峰需求保持在英国ICU容量范围内。由于较低的触发阙值，预期的总死亡人数也有所减少。表4的右侧显示，扩大社交距离（外加关闭学校和大学）需要在模拟的两年中大部分时间实行。但为了措施更有效及感染率R0值可以更低，这些措施实施的时间比例会降低。表5显示，通过设定更低的“关闭”触发条件，可以减少总死亡人数。但是，这也会导致扩大社交距离的措施实施时间更长。“关闭”触发时机的选择并不影响ICU高峰需求和扩大社交距离的时间比。
图4：适应性触发抑制策略suppression在英国实施示例
R0 = 2.2，此政策包括所有四种干预措施，“开始”触发阙值为一周内100例ICU，“关闭”触发阙值为每周50例ICU病例。此策略的实施时间约占2/3。被触发的措施仅为扩大社交距离和学校/大学关闭；其余政策则在政策期间始终贯彻实施。每周ICU病例以橙色显示，此策略触发区间为蓝色。
表4：抑制策略suppression对英国的影响。
三种不同的政策选择对2年期间总死亡人数的影响（左侧表格）以及ICU床位高峰需求（中部表格）：
①症状者隔离+家庭隔离+全民社交距离扩大。
②学校/大学关闭+症状者隔离+全民社交距离扩大。
当每周在ICU中确诊的新病例数量超过“开启”阈值时，就会在全国范围内触发全民社交距离扩大和学校/大学关闭措施，当每周ICU病例下降到此触发值的25%时，就会暂停。假设其它措施于3月底开始实施，并不间断贯彻实施。右侧表格显示的是政策启动后及扩大社交措施实施的情况下，需要各措施组合实施的时间比例。结果表明，英国高峰期最高ICU病床容量为5000张，和美国可提供的医疗质量相似。
表5。同表4。但显示了扩大全民社交距离和关闭学校/大学措施的不同“关闭”触发时机对2年内总死亡的影响，R0=2.4。
【讨论】
随着COVID-19全球蔓延，各国的回应措施随之升级。此模型结果表明，不论将抑制还是缓解作为主要政策目标，都必须结合多种干预措施。但是，抑制措施将会产生比缓解措施更为严重的社会破坏。干预措施的最终选择取决于各种措施的相对可行性以及在不同社会环境中的有效性。
从各国的经验来观察不同干预措施的相对有效性是具有挑战性的，因为许多国家都实施了多种甚至全部的措施，并取得了不同程度的成功。通过对所有病例的住院治疗（不只是需要住院治疗的病例），中国实际上开创实施了一种病例隔离形式，减少了病毒在家庭和其他环境中的进一步传播。与此同时，通过实施全人口范围的社会隔离，使病毒在全国进一步传播的机会迅速降低。数项研究估计，这些干预措施将R降低到1.15以下。近日这些措施开始放松。因此在未来几周密切监测中国的情况将有助于为其他国家的策略提供参考。
总体而言，我们的研究结果建议，实施全人口范围内的扩大全民社交距离（社会隔离）效果是最大的；与其他干预措施相结合，特别是居家隔离和关闭学校和大学，有可能将传播抑制在迅速减少病例发生率所需的R＜1。因此，最有效的抑制策略suppression是至少要实施在全人口范围内扩大社交距离，同时居家隔离病例并关闭学校和大学这些措施。
在有足够疫苗可供全体民众接种之前，为避免病毒传播的反弹，这些措施需要长期实施——可能18个月或更长时间。与此固定长期干预措施相比，基于医院监控的适应性触发开启和关闭扩大全民社交距离和学校关闭的措施，对不确定性指标具有更强的可耐性，并且可适应于区域性使用（例如，美国的州级）。鉴于流行病在各地方并非完全同步，地方性政策也更有效，并在较短的实施时间区间就可以达到与国家政策相当的抑制水平。然而对英国而言我们估计在获得疫苗之前，扩大全民社交距离的措施至少要有效实施长达2/3的时间区间（假设R0=2.4，见表4）。
该病毒的传染性，不同政策的有效性，以及民众自发采取降低风险行为（即民众动员能力）皆存在很大的不确定。这意味着很难确定最初措施的实施期限，可能是几个月。
可能需要采取哪些措施的最初期限，只能是几个月。而将来何时放松政策及可放松政策的期限需要对疫情进行持续的监测。
随着时间的推移，用于实现抑制策略的措施也可能会演变。随着确诊数量的下降，可以实施大范围测试，接触者追踪以及隔离，类似于现今韩国采用的策略。如果可以解决相关的隐私问题，科技（例如跟踪个人与其他人的互动的手机应用程序）可以使这种策略的实施更加有效和可扩展。但是分析表明，如果不能长期维持严格这些以抑制为目的的的干预组合措施，传播将迅速反弹，甚至产生与无任何干预措施时相当规模的大规模流行。
在许多国家，长期抑制策略可能并不可行。研究结果表明，采取相对短期（3个月）的缓解策略mitigation可以将疫情中的死亡人数减少至一半，而医疗高峰需求则降低三分之二。症状者居家隔离、全家隔离和扩大高风险人群（老年人和患有其他潜在健康状况的人群）的社交距离这些措施的组合，是减轻疫情最有效的政策组合。症状者居家隔离和全家居家隔离都是缓解传染病的核心干预措施，其作用是通过降低已知传染源（病例）或可能带有传染源（家庭接触者）的接触率来降低继续传播的可能性。世卫组织中国联合任务报告建议，在采取了干预措施、大大减少了人际交往的背景下，80％的传播发生在家庭中。有力的证据表明随着年龄增长重症风险增加，扩大高风险人群的社会距离在减少死亡和重症人数方面特别有效，尽管此措施在减少全民传播方面的作用较小。
在假设儿童的传染性与成年人一样的情况下，即使重症在儿童中极少见，关闭学校和大学也会对疫情有影响。关闭学校和大学的措施比起缓解疫情，对抑制疫情更有效。当同时扩大全民社交距离的措施同时实施时，关闭学校的效果是阻断家庭间社会联系，从而压制传播。然而，关闭学校作为独立的措施并不足以减轻（更不用说抑制）疫情。与季节性流感流行的情况不同，后者由于成年人具有较高的免疫水平、儿童是传播的主要载体。
抑制策略和缓解策略的措施最佳实施时机有所不同，这也取决于对“最佳”的定义。缓解策略的大部分效果可通过在疫情高峰前后的3个月期间采取针对性的干预措施来实现。而抑制策略，早期行动是重要的，抑制型干预措施需要在医疗系统不堪重负之前到位。鉴于大多数系统监测在医院中进行，考虑到感染到住院的之间的延迟，从实施干预措施到对住院病例数的影响之间存在2至3周的延迟区间，具体取决于是否所有医院入院接受检查或仅检查进入重症监护室的人。在英国，这意味着在ICU每周接纳超过200人之前采取行动。
本次最重要的结论是，如果不能保证紧急大规模成倍扩充现有医疗系统的能力，缓解措施将不可行。为了保证缓解策略（症状者隔离，全家隔离，和扩大70岁以上社交距离）的最有效实施，即使在最乐观的情况下，普通病房和重症病床都需要至少扩充8倍；最好的效果是一次相对较短的疫情。此外，即使所有患者都可以接受治疗，我们预测英国仍将有25万例死亡，而美国则为110-120万例。
此结论根据意大利和英国的经验（先前的需求估算仅为目前的一半），对因COVID-19对ICU的需求进行了修改，同时NHS也提供了确切的医院的极限容量。
因此，我们得出结论，抑制是当前唯一可行的策略。实现这一政策目标所需采取的措施对社会和经济影响将是深远的。许多国家已经采取了这样的措施，但是即使是那些处于流行初期的国家（例如英国）也必须立即采取这种措施。
我们的分析为抑制COVID-19所需措施以及需要采取这些措施的可能期限提供了评估。本文的结果为过去几周英国和其他国家的政策制定提供了依据。但是，我们强调，抑制策略并不一定能长期成功。在如此长的时间内，从未有任何公共卫生干预措施对社会造成如此程度的破坏。人口和社会的长期影响仍不清楚。
【经费】
这项工作得到了英国医学研究理事会与英国国际发展部，NIHR健康保护研究模型方法研究小组和社区Jameel协调下的中心资助。
【附件】
图A1：美国的抑制策略方案，显示了ICU病床需求。黑线表示未缓解的流行病。绿色表示从2020年3月下旬起，学校和大学关闭、症状者居家隔离和全民社交距离扩大的抑制策略suppression。橙色线表示症状者居家隔离、自愿居家隔离和全民社交距离扩大的抑制策略suppression。红线是在美国估计的ICU顶峰能力。蓝色阴影表示在5个月的时间段内，这些干预措施被假定保持不变。（B）显示与面板（A）中相同的数据，但放大了图表的较低级别。
表A1：英国缓解策略mitigation。在英国，全国范围内应用策略，基于不同累计ICU数量触发器选择对总死亡人数的绝对影响。这些单元根据每周在某郡诊断出的ICU病例的绝对数量，显示出各种策略组合和触发因素的高峰床需求量和总死亡人数。PC =关闭学校和大学，CI =症状者居家隔离，HQ =全家居家隔离，SD =全民社交距离扩大，SDOL70 = 70岁以上扩大社交距离持续4个月（比其他干预措施多一个月）。表格以颜色编码（绿色=较高的效率，红色=较低的效率）。
