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传染病模型：临床和实验室研究的补充方法
传染病模型常被用于代表和分析复杂生物系统及其关联。乔治说“所有模型都存在不合理之处，但是仍然可以为我们所用。”强调了模型研究的主要目的，即通过保留系统中所有必要的行为和主要过程，创造出一个便于分析的简化模型，用于模拟复杂系统。作为一种观察和实验室研究的补充方法，我们可以从模型中引出新的问题和假设。
对断奶仔猪多系统衰竭综合征（PMWS）风险因素的流行病学研究表明，仔猪PCV2感染动力学是PMWS发生的主要原因：仔猪越早感染PCV2，PMWS患病风险越高。仔猪阶段采取的错误管理措施是PMWS发生的风险因素之一，造成病原体在猪只之间的传播。考虑到PCV2的垂直传播和被动免疫的重要性，寄养被疑可以促进病原体从感染仔猪窝向易感仔猪窝传播。但是，PMWS的风险因素和PCV2感染动力学的关系尚不完全清楚，模型研究通过复制猪群感染PCV2的复杂系统，为研究两者的关系提供了一个很好的工具。
图1. 猪群动力学模型图
模型建立
一方面，猪群动力学模型建立在个体猪的基础上（图1）。事实上，该模型可以用于分析妊娠母猪及其仔猪PCV2感染状态和动物混群的关系。此外，这个模型考虑到了各种指标（每窝出生仔猪数、流产或者死亡率）的生物差异性。另一方面，流行病学模型建立在宿主PCV2感染过程的基础上（图2），该模型的核心框架是SEIR，即易感状态-感染行为-感染状态-恢复。但是这个模型也必须将特定感染状态考虑在内，分析垂直传播和假垂直传播（精液传播）以及母源抗体影响。为了形象表示PCV2传染过程，我们做了病毒传播试验，目的是找出PCV2的传播特征。这些传播试验（图3）以感染和易感动物之间的接触以及感染动物和哨兵动物的监测为基础，根据不同动物之间的接触方式评估传播参数。此外，传播力随感染后时间而变，感染之后15天是传播高峰，感染后49天传播力下降。模型研究还表明猪群免疫后传播率显著下降。将猪群动力学模型和流行病学模型合并即得到最终模型。
图2. PCV2感染的流行病学模型。状态变量包括S:易感仔猪（无被动免疫）；Sm：易感仔猪（有被动免疫）；E：易感猪感染潜伏期（无被动免疫）；P：与感染动物接触后感染的仔猪（有被动免疫）；I：感染猪；En：通过污染精液（伪垂直传播）感染的仔猪；In：通过污染精液（伪垂直传播）感染仔猪（无被动免疫）；Im：通过污染精液（伪垂直传播）感染的仔猪（有被动免疫）；R：恢复猪，代表不在感染状态仔猪
图3:用于研究PCV2模型传播参数的病毒传播试验
从模型中得出的结论
PCV2感染日龄是PMWS发生的主要风险因素。根据寄养和生长猪的混群策略，我们制定出12个管理策略组合，对感染日龄作为这些管理策略的输出变量进行了研究。研究表明，降低仔猪在分娩舍时的寄养和在保育舍时的混群可以延迟感染过程，降低早期感染的仔猪数；断奶后将仔猪按窝放在小单元内饲养可以大幅降低早期感染的可能性。
选取其中的两个极端管理策略组合即最自由和最保守混群管理策略模型进行分析，最自由管理模型是指分娩舍实施寄养和保育舍仔猪在大栏内混群，最保守管理模型是指不实施寄养策略和保育猪成窝饲养在保育舍的小栏内。将模型得出的血清阳性率与来自临床的相关数据进行比较（图4）。结果表明，自由混群管理策略模型所得出的血清阳性率平均值与发生PMWS猪场的数值最接近，而保守策略模型得出的的血清阳性率结果与亚临床感染猪场的数值最相似（图4）。
图4. 模型输出结果与实际临床PCV2血清阳性率比较
免疫策略评估模型结果表明给仔猪免疫可以显著降低感染率。这表明疫苗免疫能够给仔猪带来很强的保护效应，导致保育猪和育肥猪PCV2感染率下降，这也就是为什么许多研究表明PCV2疫苗在预防PMWS方面效力很高的原因所在。
这例PCV2模型研究的例子表明，建立模型的方法可以加深对相关病原感染导致的复杂疾病的理解。如果合理建立，对指标仔细评估，模型研究将对理解生物机制、开展和评估新的研究问题发挥非常重要的作用。
