應用與數學建模

基本再生數(basic reproduction number)

/ R-naught /

對任何新疾病問出最有用的一個問題:若一個感染者走進一座無人免疫的城鎮,在他康復之前,平均會把病傳給多少人?這一個數字就是基本再生數,記作 R0,讀作「R 零」。若 R0 為 2,每個病例平均再引發兩個;若為 12(如麻疹),疾病爆炸性地具傳染力;若低於 1,感染鏈在能夠壯大之前便自行熄滅。

在 SIR 模型中,R0 直接由各速率得出:R0 = beta N / gamma,其中 N 為人口規模(起初人人易感),beta 為傳播率,1/gamma 為一個人維持感染的時間。邏輯很直白——beta N 是一個感染者在周遭人人易感時產生新病例的速度,1/gamma 是他持續這麼做的時間,所以兩者之積就是次級病例的總數。同樣的配方,「感染速率乘以感染持續時間」,在更豐富的模型中也給出 R0。

R0 是一場爆發究竟會不會發生的總開關。若 R0 > 1,疾病入侵並增長;若 R0 < 1,它消亡,因為每個病例無法完整地複製自身。這也是疫苗接種目標的依據:要遏止擴散,你必須讓足夠多的人免疫,使「有效」再生數降到 1 以下,計算下來即須為 1 - 1/R0 比例的人口接種——這就是群體免疫門檻。R0 越大,所需的接種覆蓋率越高。

兩點誠實的提醒。其一,R0 並非單由病毒決定——它取決於接觸率、擁擠程度與行為,所以「同一」病原體在擁擠都市與稀疏村莊有不同的 R0。其二,R0 只描述最初期、幾乎人人易感之時;一旦免疫累積,相關的量便是有效再生數 R(常寫作 R_t),它隨時間下降,才是真正主宰當前病例是上升還是下降的量。

取 R0 = 4,群體免疫需要 1 - 1/4 = 0.75 的比例,所以約 75% 的人須先免疫,疾病才不再擴散。對 R0 約為 12 的麻疹,這數字躍升為 1 - 1/12 ≈ 0.92——這解釋了為何麻疹需要如此極高的接種覆蓋率。

群體免疫門檻 1 - 1/R0 隨 R0 增大而陡升。

R0 是對一個完全易感人群取的平均,並非單獨病毒的屬性。為某疾病引用單一的 R0,掩蓋了它隨情境與行為而變的事實,且它對「當下」一無所言——當下重要的是有效再生數 R_t。

又称
R0R-noughtbasic reproductive ratioR 零基本傳染數