基于環境要素的民國時期黑熱病流行危險分區

李孜沫,龔勝生,陳丹陽,王曉偉,石國寧,張 濤

(1.南昌師范學院旅游與經濟管理學院, 南昌 330032;2.華中師范大學城市與環境科學學院/可持續發展研究中心, 武漢 430079;3.南昌師范學院教務處, 南昌 330032; 4.山東女子學院旅游學院, 濟南 250300;5.邯鄲學院經濟管理學院, 河北 邯鄲 056006)

黑熱病(kala-azar),又名內臟利什曼病(visceral leishmaniasis),俗稱“痞塊病”“大肚子病”等,是由杜氏利什曼原蟲(Leishmanisdonovania)引起,經白蛉叮咬傳播的慢性地方性傳染病.民國時期,黑熱病雖被視為法定傳染病之外的二種指定傳染病中的一種[1],且在當今《中華人民共和國傳染病防治法》中,也僅將黑熱病列為丙類傳染病,但其在歷史上的危害與影響仍然不容忽視,特別是在部分地區的危害還甚為慘烈.例如,民國時期淮河流域黑熱病頻發,病患動輒數萬乃至數十萬人,在缺乏有效治療手段時的死亡率高達90%以上,且由于治療費用高昂,以至普通百姓視黑熱病為“窮病”而陷于“不治則死,治則窮”[2]的困境,也有“得了黑熱病,傾家蕩產丟性命”的說法[3].如果以明清迄民國時期(1368—1949年)為界,此前在中國已見流行的疫病,統稱為傳統疫病,此后在中國新見流行的疫病,統稱為新型疫病.那么,明清迄民國時期是中國天花[4]、鼠疫[5]、瘧疾[6]等傳統疫病流行的高發期,也是霍亂[7]、猩紅熱[8]、梅毒[9]、黑熱病等新型疫病傳入的集中期.黑熱病一經傳入,便迅速完成“在地化”過程,成為我國一種新傳入的慢性地方性傳染病.

關于民國時期黑熱病流行的研究,集中圍繞以下三個層面展開.1) 黑熱病流行機制的認知進展.清迄民國時期是黑熱病在中國由傳入到流行的時期,也是對黑熱病流行機制的認知由模糊到清晰的階段,通過梳理相關文獻,認知進展大致可以劃分為圖1所示時間節點:① 1904年,占領我國山東青島的德國士兵因黑熱病死亡,初次科學證實中國存在黑熱病.② 1911年,確認中國黑熱病流行區為河北、山東、江蘇、安徽、河南.③ 1923年,調查發現黑熱病廣泛分布于中國長江以北25省.④1925—1927年,確認中華白蛉為中國黑熱病傳播媒介.⑤ 1927年,發現五價銻劑(Neostibosan)治療黑熱病副作用少、療效好[15].⑥ 現代醫學研究清晰揭示了黑熱病流行的傳播機制.當白蛉首次叮咬病患或病犬時,病原蟲即進入白蛉體內并發育繁殖成前鞭毛體.7日后,當白蛉再次叮咬人體時將鞭毛體注入,即可引發感染.2) 民國時期黑熱病的分布特征及原因分析.研究認為,黑熱病最早傳入山東,后蔓延至河北、安徽、江蘇、河南、湖北等地[10],其中,淮河流域[11-12]是民國時期黑熱病流行的“重災區”,也是相關研究開展的“主戰場”.研究認為自然生態條件適宜、人居環境低濕陰霾、衛生習慣不良等是黑熱病長期在淮河流域流行的主要原因[13].此外,西安[14]等城市黑熱病也有不同程度流行.3) 民國時期黑熱病流行的診療與預防措施.其中,加拿大醫生杜儒德(Ernest B. Struthers)可謂在中國推行黑熱病研究與防治的先驅之一.他通過梳理診療報告及新方法、新藥物,不斷更新黑熱病的治療“標準”,逐步系統性地將黑熱病診療指南介紹到中國[15],為民國時期中國黑熱病流行的預防與治療作出了不可磨滅的貢獻.西方與中國、政府與社會等不同主體更迭參與,一定程度上可以視為近代中國衛生防疫現代化的縮影[16].不過,雖然清末以來現代衛生防疫機制引入[17],為民國時期疫病防控提供了契機,但是黑熱病是一種慢性疫病,其治療過程漫長且治療費用高昂,加之時值特殊的歷史時期,故而并未有效阻遏黑熱病的流行及危害.因此,直至新中國成立初期,黑熱病在我國分布地域仍覆蓋13個省區,波及650個縣市,疫源地面積近600萬km2,病人總計多達205萬[18],足見危害之重、影響之遠.綜上所述,學界對民國時期黑熱病的相關研究,特別是其流行機制、防治措施等方面已有較多探討,但針對民國時期全國范圍內黑熱病流行的時空特征、危險分區、影響因素等的研究仍相對缺乏,因此有必要作進一步深入研究.

1 區域、數據與方法

1.1 研究區域

本文的研究時限為整個民國時期(1912—1949年),歷時38 a.為便于比較分析,根據歷史時期的階段特征,進一步劃分為民國前期(1912—1927年)、民國中期(1928—1936年)、民國后期(1937—1949年)三個階段,分別歷時16 a、9 a、13 a.

本文的研究區域是現代中國范圍.在省級政區上,對區域面積較小的省份進行合并處理,其中,北京、天津并入河北,上海并入江蘇,重慶并入四川,香港、澳門、海南并入廣東,寧夏并入甘肅,共獲得26個省級統計單元.在縣級政區上,由于行政區劃的歷史嬗變,為便于統計,以公元2010年行政區劃為參照,將歷史政區統一置換為現代政區,并作為文中基本分析單元,同時據此統計黑熱病縣數、黑熱病面積等指標.

1.2 數據來源

1.2.1 黑熱病數據 黑熱病數據全部來源于《中國三千年疫災史料匯編·民國卷》[2]一書,從中提取疫時(包括年份、季節)、疫域(包括省份、縣域)、疫種(本文即黑熱病)等要素并進行量化處理與統計,制成表1.

表1 民國時期黑熱病流行廣度統計

表1(續)

1.2.2 環境數據 借鑒相關研究成果[5-7]中的因素指標選取,同時兼顧數據可獲取性原則,確定地理環境、極端事件、季節差異、氣溫、降水5大類、21小項指標作為參與黑熱病生態位分析的影響因素指標(圖2).其中,海拔高程(X1)是30 m空間分辨率的全國范圍數字高程數據;河網密度(X2)、距海距離(X3)是通過GIS空間分析方法分別計算的不同區域范圍內五級以上河流長度與其區域面積的比值和不同區域至中國海岸線的最近距離;其余各項數據(X4、X5,…,X21)均來源于“1950—2000年中國各地氣候數據集”,該數據集是基于DIVA-GIS網站提取的包含全國3 000余個縣級政區基礎信息的網絡共享開源數據,再通過ArcGIS 10.7軟件中的反距離權重法進行空間插值處理后,獲取的具有連續屬性的環境要素柵格圖層.

圖2 環境數據指標體系Fig.2 Environmental data index system

1.3 研究方法

1.3.1 疫災指標體系 疫災指標體系是一套用于歷史疫災地理研究的量化指標方法,文中參考中國歷史疫災地理系列研究[19-20]中的相關概念進行界定,其中:黑熱病之年是指在一定區域范圍內,不考慮黑熱病流行的時間長短和強度高低,只要某年黑熱病在任意至少一個縣域內流行,即確定該年為黑熱病之年;黑熱病頻度是指民國時期黑熱病流行的年數與民國歷時年數的比值,用以反映黑熱病流行的頻繁程度;黑熱病縣數(或面積)是指民國時期黑熱病波及的縣級政區數(或國土面積),用以度量黑熱病流行的蔓延廣度.

1.3.2 MaxEnt生態位分析方法 MaxEnt(maximum entropy model)生態位方法是一種廣泛應用于評估和預測物種潛在地理分布的方法[21],其基本原理是通過模擬有限的已知信息,推斷未知分布信息.在引入中國歷史疫災地理研究領域后,已相繼運用于鼠疫[5]、瘧疾[6]、霍亂[7]等疫病的個案分析中.該方法的操作步驟主要有:

1) 確定黑熱病已知分布信息.運用ArcGIS 10.7軟件賦予民國時期黑熱病流行地空間屬性,并按照75%、25%的比例標準將民國時期黑熱病已知流行數據分別設定為訓練數據、測試數據.

2) 篩選黑熱病可能影響因素.將圖2所示5大類、21小項指標作為可能影響黑熱病流行的潛在環境因素.

3) 代入模型分析并獲取結果.將已獲取的黑熱病已知分布數據、潛在環境因素指標代入MaxEnt生態位模型,經模型運算后得到民國時期黑熱病流行的適生度、危險度、貢獻度等基礎數據,再結合ArcGIS 10.7空間可視化工具繪制系列地圖.

4) 進行結果分析與綜合評價.參考現有研究成果并參照表2劃分標準,從四個層面對結果進行分析與評價:① 評價模型的預測精度.通常采用受試者工作特征曲線(即ROC曲線)進行評判,若高于設定的預測閾值則視為正確,反之則視為錯誤.同時,以AUC值(即ROC曲線下的面積)評判預測結果的精度,并依次劃分為較差(0.5～0.7)、一般(0.7～0.8)、較高(0.8～0.9)、極高(0.9～1.0)四級.② 評價黑熱病的適生度.通過MaxEnt模型獲取的黑熱病適生度取值在0～1之間,其值越接近于1,表明適生度范圍越廣,相應黑熱病流行可能性越高,反之則反.③ 評價黑熱病的危險度.在黑熱病適生度基礎上,依據特危(≥0.3)、高危(0.1～0.3)、中危(0.01～0.1)、低危(≤0.01)四級劃分黑熱病危險度.同時,依據不同區域不同危險等級區域面積所占比例,相應按特危、高危、中危、低危四級標準確定危險等級,占比最多的危險等級即視為該區域的危險等級.④ 評價因子的貢獻度.MaxEnt生態位模型會評判參與模擬的環境因子對黑熱病流行的潛在影響程度其值越大表明對黑熱病流行貢獻程度越大,反之則反.為便于分類比較,文中依據影響因素的貢獻度劃分為弱度(≤5%)、低度(5～10%)、中度(10～20%)、高度(≥20%)四級.

表2 MaxEnt生態位模型預測精度、適生范圍、危險等級及影響程度閾值標準

2 結果與分析

2.1 黑熱病流行的時空特征

2.1.1 時間變化趨勢 民國時期的38年間,全國范圍內至少有30個年份有黑熱病流行,流行頻度為78.95%.民國前、中、后期,黑熱病流行頻度依次為62.50%、80.00%、100.00%,具有上升趨勢.圖3顯示,民國時期黑熱病流行縣數曲線(圖3a)與波及面積曲線(圖3b)具有總體一致的變化趨勢,均經歷了三次大的波峰,且民國前、中、后期均各有一次流行波峰.其中,第一個波峰為1923年,黑熱病波及江蘇、安徽等省的30個縣,由于缺乏有效治療,死亡率高達90%以上;第二個波峰為1934—1937年,黑熱病流行時間長且波及范圍廣,波及縣數變幅在27～47縣之間,特別是1937年成為民國時期黑熱病流行的最高峰,如“皖北各縣,近年來黑熱癥猖獗,傳染奇速”[2];第三個波峰為1946年,黑熱病波及24個縣,如在河南開封、新鄭、郟縣等地,黑熱病患者均在1 000人以上[2].

由于導致黑熱病傳播的中華白蛉通常在每年5～8月最為活躍,這深刻影響到民國時期黑熱病流行的季節分布特征.如表1及圖3c～圖3f所示,民國時期黑熱病流行累計年份65個,其中,春季12個(18.46%)、夏季17個(26.15%)、秋季27個(4.54%)、冬季9個(13.85%);黑熱病流行累計縣數421個,其中,春季88縣(20.90%)、夏季103縣(24.47%)、秋季165縣(39.19%)、冬季65縣(15.44%).無論是黑熱病年份,還是黑熱病縣數,均以夏、秋二季為主,二季集中了67.69%(44個)的黑熱病年份和63.66%(268縣)的黑熱病縣數.民國時期,日本侵略者的軍事調查同樣發現“黑熱病之感染期,多在五月至七月間,迨至八、九月時即行發生”(《申報》1943年5月6日第2版).黑熱病流行于中華白蛉活躍的夏、秋季的季節特征,為夏、秋季開展滅蛉、防蛉以防范黑熱病流行提供了必要的科學依據.

2.1.2 空間分布特征 依據表1統計,民國時期,黑熱病至少波及全國11個省份的154個縣,累計波及372個縣.圖4a清晰顯示出民國時期黑熱病流行的空間特征.1) 黑熱病幾乎全部分布于長江以北地區.時任衛生署寄生蟲系主任的姚永政,在談及黑熱病在我國流行的情形時,亦言明“(黑熱病)不僅蘇北一隅有,長江北岸已傳播”(《大公報》1936年5月29日第3版).2) 蘇、皖、豫、魯4省交界地帶是黑熱病分布密集區.民國時期《大公報》的報道更是特別指出,江蘇“清江浦(即淮安)、漣水等地為黑熱病大本營”(《大公報》1936年5月29日第10版),希望以此喚醒民國政府與當地百姓對黑熱病的防治意識.

注:本圖基于自然資源部標準地圖服務系統標準地圖(審圖號GS(2019)1817號)制作,底圖無修改.圖4 民國時期黑熱病已知分布及生態位分析Fig.4 Known distribution and niche analysis of kala-azar in the Republic of China

2.2 黑熱病流行的生態位分析

依據表2中的閾值范圍,采用ROC曲線下的AUC值對MaxEnt生態位模型的預測精度進行評價.經計算,訓練數據AUC=0.977,測試數據AUC=0.974,均高于0.9,表明模型預測精度極高,可以據此分析民國時期黑熱病流行的適生度、危險度、貢獻度.

2.2.1 適生范圍格局 中國黑熱病的傳播媒介——中華白蛉,主要分布于18°～42°N,102°～124°E的空間范圍.在黑熱病流行嚴重的淮河流域,中華白蛉占已鑒定白蛉總數的80%以上,部分地區甚至可達90%以上,而長江以南地區中華白蛉則極為罕見[22].中華白蛉的空間分布很大程度上限定了黑熱病的適生范圍.如圖4b所示,與鼠疫[5]、瘧疾[6]、霍亂[7]等疫病相對廣泛的適生范圍相比,黑熱病的適生范圍較為局限,集中于長江以北地區,并呈現出一定的圈層結構特征.第一圈層為蘇、皖、豫、魯4省交界地區,是黑熱病最佳適生區范圍;由第一圈層向外圍拓展,依次為第二、三、四圈層,黑熱病適生度也逐步下降.黑熱病“長江北、類圈層”的適生范圍,既決定了其空間分布特征(圖4a),也奠定了其危險等級格局(圖4c).民國時期,報紙雖曾多次鼓吹黑熱病可能侵襲江南地區的預警報導[2],但實際上均未造成大的流行,即是由于江南地區缺乏中華白蛉這一黑熱病流行的傳播媒介之故.

2.2.2 危險等級判定 根據表3中的統計數據判定省域黑熱病流行的危險等級,并繪制圖4d,其中,特危省份4個,江蘇(含上海)、安徽、河南、山東;高危省份3個,河北(含北京、天津)、山西、陜西;中危省份4個,遼寧、浙江、湖北、四川(含重慶);其余16個省份,皆為低危等級.可以發現,特、高危省份均位于黃河中下游及淮河流域地區.需要進一步說明的是,首先,黑熱病流行區具有顯著的局地性特征,即使是特危等級的省份,例如江蘇、安徽,其黑熱病流行區也主要分布于淮河流域一帶,即蘇北、皖北等局部地區;其次,各省黑熱病危險等級延續時間可能相當漫長,因為直至建國后的1958年全國各地才基本消滅黑熱病[23].

2.2.3 影響因素分析 地理環境對歷史疫災的空間分異具有基礎性影響[24],并在歷史時期鼠疫[5]、瘧疾[6]、霍亂[7]等疫種的個案研究中得到進一步驗證.運用MaxEnt生態位模型評判不同環境因素的影響程度,并結合表2中的閾值范圍加以劃分,其中:高度因素(≥20%)1項,為河網密度(20.2%);中度因素(20%～10%)2項,為日照時數(17.3%)、海拔高程(14.5%);低度因素(10%～5%)2項,為最低氣溫(10.0%)、年降水量(8.0%);弱度因素(≤5%)16項,主要有氣溫年較差(4.3%)、溫度季節性(2.3%)、距海距離(1.8%)等.可以發現,黑熱病的流行、分布,與河流關系極為密切.在民國時期的疾病調查中,已經認識到黑熱病“為害之烈,以沿舊黃河道各地為最”[2]的地域分布傾向.日本殖民者的軍事調查也發現“黑熱病為中國北方特有之風土病,歷年沿黃河流域蔓延各地,為害甚烈……在海拔較低之平原,流行于石灰質沖積層地帶及死水湖沼較多之鄉村間”(《申報》1943年5月6日第2版).即使在局部地區,如在河南地區,相關調查同樣表明黑熱病“流行以沿沁河流域一帶尤甚”[2].這些調查認識實際上也是對黑熱病適生范圍地理邊界與危險等級地理格局的體現.

表3 民國時期黑熱病已知分布及預測等級統計

3 結論與討論

3.1 結論

通過研究民國時期黑熱病流行的時空特征、危險分區與影響因素,可以獲得以下結論.

1) 民國時期,黑熱病流行頻度為78.95%,并在民國前、中、后期的1923年、1934—1937年、1946年分別形成流行高峰.黑熱病流行以夏、秋季為主,二季集中了67.69%(44個)的黑熱病年份和63.66%(268縣)的黑熱病縣數.

2) 民國時期,黑熱病至少波及全國范圍內11個省份的154個縣,累計波及372個縣.第一,黑熱病幾乎全部分布于長江以北地區.第二,蘇、皖、豫、魯4省交界地帶是黑熱病分布密集區.

3) 民國時期,黑熱病適生范圍相對局限,并呈現“長江北、類圈層”的適生空間,既決定了其空間分布特征,也奠定了其危險等級格局.具體而言,黑熱病適生區集中于長江以北地區,形成以蘇、皖、魯、豫4省交界地區適生度最高的第一圈層,以及由第一圈層向外圍依次拓展,且適生度逐層降低的第二、三、四圈層的分布特征.省級尺度黑熱病流行的危險等級中,特危省份4個,江蘇(含上海)、安徽、河南、山東;高危省份3個,河北(含北京、天津)、山西、陜西;中危省份4個,遼寧、浙江、湖北、四川(含重慶);其余16個省份,皆為低危等級,呈現出黃河中下游、淮河流域省份危險等級高的地理格局.

4) 民國時期,黑熱病流行的影響因素具有四個層次,高度、中度、低度、弱度因素分別有1項、2項、2項、16項,其影響強度由高至低依次為:河網密度(20.2%)、日照時數(17.3%)、海拔高程(14.5%)、最低氣溫(10.0%)、年降水量(8.0%)、氣溫年較差(4.3%)、溫度季節性(2.3%)、距海距離(1.8%)等,其余因素影響程度很低.

3.2 討論

1) 從一定程度上看,疫災流行既是天災,也是人禍.除了氣候、水文、日照、海拔等自然環境因素外,不合理的人類活動方式、軍事戰爭、環境破壞等社會環境因素同樣是影響黑熱病流行的重要原因.例如,雖然1927年發現使用五價銻劑(Neostibosan)能有效治療黑熱病,但受制于民國時期政治動蕩、經濟凋敝、戰爭頻仍的社會環境,加之黑熱病治療過程漫長且治療費用高昂,進而導致政府無暇全力顧及、百姓無力支絀,一定程度上延續了黑熱病流行的時間過程、擴展了黑熱病分布的空間范圍、增強了黑熱病影響的危害強度.因此,包括黑熱病在內的諸多傳染病一直未得到全面有效防控,這種狀況甚至一直持續至新中國成立初期,才獲得根本改變.

2) 黑熱病危險等級的判定是依據不同危險等級所占比重最高者為標準,在一定程度上會降低區域黑熱病流行的危險等級.例如,民國時期甘肅隴西一帶黑熱病流行同樣頻繁,但該區域占全省國土面積的比重較低,從全省范圍看,特、高、中、低危等級面積占比分別為16.36%、13.82%、18.87%、50.95%,因此只能判定為低危等級.