流行病学

Abstract

流行病学最初起源于传染病的研究与预防。在经历了漫长的发展与积累后，Snow对霍乱的开创性研究标志着流行病学第一次范式的建立。20 世纪中叶，人类社会发生了疾病谱的流行病学转换，非传染类慢性疾病成为威胁人类生命安全的主要疾病，传统流行病学也因此陷入危机。Richard Doll和 Austin Bradford Hill 对于吸烟与肺癌关系的研究促进了范式革命的进行，进而确立了流行病学新的范式。本项目将基于范式变革的视角梳理了流行病学发展的脉络，讨论了现代流行病学的特点、核心研究方法、现实应用及发展趋势，并在此基础上提出对于流行病学发展内在规律的思考。

John Snow

流行病学与范畴论的联系

范畴论中认为，任何事物可以抽象为一个“对象”，可以将流行病学在不同时期研究的范式结构作为研究对象，每个对象之间，也就是每一次范式革命之间并不是孤立的，而是拥有许许多多的“联系”的,但是这种联系就是不同次的科学革命之间的“态射”，我将在本项目中尝试寻找流行病学每次科学革命之间的态射。同时将每次科学革命的态射视为另一种对象，寻找态射之间的态射。使用流行病学不同次的科学革命作为对象以及不同次科学革命之间的态射作为一个大的范畴来重新进行流行病学发展过程的梳理。

Function

Background

2019 年末爆发的新型冠状病毒疫情对人类的生命安全及生产生活造成了极大的威胁，在遏制疫情扩散的过程中，流行病学发挥了至关重要的作用。而流行病学自诞生以来已有百余年的历史，在此期间历经数次变革，最终呈现出当今的研究模式。在此背景下，本项目将从发展历程、范式变革、现实应用和发展趋势四个角度对流行病学进行研究。

流行病学的缘起和发展（第一次范式时期）

任何一门学科的出现，都有其历史发展的需要与必然，流行病学当然也不例外。流行病学是人们在不断同疾病（最早是传染病）的斗争中发展起来的。然而从开始出现流行病学的“雏形”到流行病学范式的真正建立却经历了相当长的时间。 公元前四世纪，古希腊著名医师Hippocrates的著作Air, water, and place是全世界最早关于自然环境与健康和疾病关系的系统表述，他在书中已使用流行(epidemic)一词来表示疾病的流行。在隋朝，为应对麻风，政府专门设有“疠人坊”对麻风病人进行专门的隔离 。15世纪中叶，意大利规定外来船舶需在海港停留40天以上检疫，这也是最原始的海港检疫法规 。 在随后的一段时间内，传染病的发生愈发普遍，对人们的生产生活带来严重的威胁，人们对传染病的重视也愈发强烈。这一时期，不同地域、不同领域的人们都有对流行病学进行研究，并尝试提出自己的见解，建立自己的理论。例如16世纪中叶，一位名叫Girolamo Fracastor的意大利医生提出：引起这些疾病的是一些微小的、看不见的有生命的粒子，它们可以通过空气传播，自身繁殖，或被火摧毁 。在中国，明代吴又可在《温疫论》中认为“疫病”是感染杂气所致，首次提出杂气是有别于六淫而具有强烈传染性的、流行时间捉摸不定的外感病邪；强调杂气发病类型为“伏而后发”，即杂气为病具有一定的潜伏期，并据此创立了“瘟疫学说” 。可以看出，这一时期，人们对流行病的研究呈现零星散发的特点，不同理论之间的主观差异十分显著。 18世纪后期，一系列堪称现代流行病学典范工作的出现使得流行病学的理论与研究方法得到不断积累与发展，科学的研究体系也在逐步形成，这些都为流行病学范式的建立打下了坚实的基础。这些工作中最具代表性的是英国医师Budd在1837年对他家乡发生伤寒的研究：他通过深入现场做细致的人群调查，明确提出“伤寒是由特殊的毒物在人体内繁殖而引起”、“毒物随粪便排出”、“通过消毒隔离措施可有效控制”等一系列论断与干预措施 。 而被称为“现代流行病学之父”的Snow对1854年伦敦宽街霍乱的开创性研究，标志着流行病学范式真正确立。Snow用地图标点法研究伦敦的霍乱病例分布，通过对比分析论证了霍乱流行与水井的关系，首次提出“霍乱是经水传播”的论断 。在1850年，伦敦成立了世界上首个流行病学学会，这标志着以Snow范式为主导的科学共同体的形成。流行病分布的因素论、流行病传染与流行的三大环节两大因素成为这一时期流行病学的主要理论，以病例对照研究为主的观察法和以临床实验和现场实验为主的实验法成为主要研究方法。19世纪末期，Galton创立了相关系数，Karl Pearson提出了卡方分布，Chapin明确了二代发病率，这些一系列的数学方法的引入大大丰富了传染病学的研究方法。 19世纪60年代，微生物学的快速发展从根本上加速了传染病的研究，使得寻找传染病真正的病原成为可能。自此，关于传染病的研究迅速转移到研究传染病的病原细菌上去。其中德国微生物学家Robert Koch在其中做出了典范性的工作。他首先论证了炭疽杆菌是炭疽病的病原苗，接着又发现结核病和霍乱的病原细菌。据此，Koch规定了鉴定病原细菌的方法和步骤，提出了著名的Koch法则：

• （1）每位患者体内都可以通过纯培养技术分离到疾病病原体；
• （2）其他疾病患者中没有发现疾病病原体；
• （3）疾病病原体能在实验动物中引发同样疾病；
• （4）被实验感染的动物中也能分离到疾病病原体 。

Koch法则以其普适性、易操作性和预测的准确性一举成为科学家们研究病原体与疾病之间联系时遵循的不二法则。以Koch法则为主导，人们对传染病的研究和控制取得了重大进步，也成为这一段时期传统流行病学研究的高潮。

流行病学第一次范式革命与范畴论

在流行病学的发展历史之中，不同地域、不同领域的人都尝试使用某些方法来建立自己的理论，但是他们所摸索出来的方法并不能广泛的传播，如果在当时能够有超链接这样的东西就能够将他们的理论进行广泛传播，就能够加速学科的发展。于是量子作为传播之中的最小的单元，能够将不同的人总结的理论联系起来，传播就得到了加速。 借用杨濠旗同学在他的结题作业所写的传播学的概念，可以对流行病学第一次范式建立与范畴论的关系有一些借鉴意义。传播学产生了三大主流范式分别是经验主义范式、技术主义范式和人文主义范式，可能在流行病学的开端时使用了经验主义范式。 我们可以将不同的时期的每位医生构成一个范畴，在第一次范式革命时期提出的理论的集体作为另外一个范畴，每个个体的医生包括John Snow，Koch，Girolamo Fracastoro等医生到各自提出的理论作为一个函子映射过去。每一位医生提出的理论的区别也就是函子的函子。提出理论的方法的区别也就是函子之间的态射被称为自然变换。 微生物学的快速发展从根本上加速了传染病的研究，Koch规定了鉴定病原细菌的方法和步骤，提出了著名的Koch法则，而他提出的Koch法则实质上是一个可表函子，穿透了在传染病在人群之中传播的表象特征，解释了由于微生物学决定的传染病来源。在他提出Koch法则的过程中，微生物学的发展促进了流行病学的发展，这是跨越学科的认知产生的作用，可以使用范畴论之中的一个从微生物学指向流行病学的箭头来表示产生的影响。这个函子跨越了不同学科，渗透了从微生物学到流行病学的限制。

范畴论中的三个重要概念

范式革命时期

20世纪中叶，人类社会发生了疾病谱的流行病学转换（epidemiological transition），其特点是传染病的发生率和患病死亡率明显下降，而非传染类慢性病（比如恶性肿瘤和心脑血管疾病）相应的发生率和患病死亡率明显上升，逐渐成为了威胁人类健康和生命安全的主要疾病。导致这一变化的原因有很多，主要包括人均寿命的增加、生活方式的转变和严重的环境污染等。 然而，科学家在尝试利用Koch法则解决如何研究慢性病和致病因素之间的关系时却遇到了极大的困难，主要原因是慢性病具有多种病因、病因和疾病之间并非是一一对应的关系，因此利用研究传统传染病的手段--一般仅由单一病原体导致发病并且病原体和疾病之间有一一对应关系，也即Koch法则，对于慢性病的研究是无能为力的。从而，这一问题成为了传统流行病学范式遇到的危机。在这一时期，不同研究者对于这一挑战抱有不同的态度。比如前苏联学者把流行病学严格视作“只是研究传染病流行规律的科学” , 流行病学的相关理论及它所能指导的实践范围只局限在传染病内，从而回避了这一冲击。 与之相对应的是英国医生Doll和Hill对于吸烟和肺癌关系的研究。在20世纪40年代，香烟在人类社会中普遍流传已达60余年，人们发现很多国家肺癌的发生率和患病死亡率都有不同程度上的增长。学者认为这与吸烟、空气污染和某些职业因素相关。Doll和Hill正基于以上想法，在1948-1952年间开展了以回顾性研究方法为主要方法的关于吸烟和肺癌关系的研究。他们选择肺癌和胃癌、肠癌等病人进行对照，并就是否吸烟、烟龄、吸烟频率、烟的种类、社会阶层等一系列指标进行调查，再通过统计学检验方法检验两者间统计学差别的显著性，得出了吸烟者比不吸烟者更易患肺癌，而且吸烟越频繁、吸入肺部越深，患肺癌的危险性越大的结论 。这一研究回答了慢性病和某些致病因素之间的关系是可以通过某些方法被系统性研究的，从而开启了流行病学研究的新范式。 与此同时，1948年起美国国立心脏、肺和血液研究所 (NHLBI) 也在美国Framingham小镇启动了Framingham 心脏研究 (FHS)，旨在研究造成心血管病的相关因素 ，这两项研究可以被认为是现代流行病学新时期的发端⑤。基于此笔者认为，第一种范式（下文简称为Snow范式）和第二种范式（下文简称为Doll-Hill范式）的区别在于：Snow范式以单一病原体诱发疾病作为理论基础，因此无论是前期应用统计学方法得到基于实践总结性的病原体传播规律，还是后期Koch代表的微生物学从根本上加速传染病学的发展，都是基于这样的理论基础指导传染病学的研究。但是在Doll-Hill范式中，由于致病原因的多样性和病情发展的高度复杂性，对某种特定病原体的描述已不再有意义，研究目标已经从描述病原体传播和致病过程转向研究某些特定因素和病情发展之间的相关关系。因此，虽然研究方法都称为“统计学方法”，但两种范式对应的研究目的、研究结论、关注的统计量和具体研究手段截然不同，我们可以认为是发生了范式革命。

References

流行病学研究1

流行病学研究2

流行病学缘起