艾滋病预测模型论文

艾滋病传播模型的研究摘 要：艾滋病是人体的免疫系统被艾滋病病毒破坏，使人体对威胁生命的各种病原体丧失了抵抗能力，从而发生多种感染或肿瘤，最后导致死亡的一种严重传染病。国际医学界至今尚无防治艾滋病的有效药物和疗法。因此，做好艾滋病的有效预防和控制应是我们抗击艾滋病最有效的手段。本文通过建立参数规划数学模型以Matlab 软件包为工具平台研究艾滋病的传播过程及流行趁向，期望能为政府做好新时期艾滋病预防控制工作提供理论参考。关键词：艾滋病；传播模型；参数规划；MATLAB中图分类号： 文献标识码： A0. 引言艾滋病在世界范围内的传播越来越迅猛，严重威胁着人类的健康和社会的发展，已成为威胁人们健康的第四大杀手。联合国艾滋病规划署2006 年5 月30 日宣布自1981 年6 月首次确认艾滋病以来，25 年间全球累计有6500 万人感染艾滋病毒，其中250 万人死亡。尤其忧虑的是，全世界约95%的艾滋病患者来自防治能力薄弱的发展中国家，如非洲、南亚、东南亚、中美洲等地。在我国，《中国艾滋病防治联合评估报告（2007）》显示，截至2007年底，现存艾滋病毒感染者和病人约70 万。疫情处于总体低流行、特定人群和局部地区高流行态势，性传播逐渐成为HIV 主要传播途径，意味着艾滋病防控形势更加严峻。未来我国艾滋病的流行是趁向平稳还是快速增长，取决于能否大面积地积极开展艾滋病预防活动以及提供有效的治疗。建立数学模型研究流行病的发展机理和传播过程，已有一个多世纪的历史，艾滋病出现以后，更引起了生物数学家们的注意，且在这方面做了较多的研究。本文就是在前人的研究基础上，通过建立参数规划数学模型借助Matlab 软件包为工具对一个艾滋病传播模型的探讨，期望能为政府做好我国新时期艾滋病预防和控制工作提供理论参考。1. 艾滋病简介艾滋病的医学中文全名为“获得性免疫缺损综合症”，英文全名为“Acquired ImmunoDeficieney Syndrome”，简称AIDS，它是由艾滋病（中英文全名为“人体免疫缺损病毒”、“Human Immunodeficiency Virus”，简称HIV）引起的。这种病毒终身传染，破坏人的免疫系统，使人体丧失抵抗各种疾病的能力，从而严重危害人的生命[1]。HIV 进入人体后，它就把人体免疫系统中最重要的CD4+T 淋巴细胞作为攻击目标，大量吞噬、破坏CD4+T 淋巴细胞，从而破坏人的免疫系统，最终使人体免疫系统崩溃，使人体因丧失对各种疾病的抵抗能力而发病并死亡。AIDS 从感染到发作的进程大致可分3 个阶段：感染初期、潜伏期、发作期。在感染初期，HIV 进入人体的感染巨噬细胞，将病毒带到局部淋巴结，引起各种急性症状，接着，CD8+T 淋巴细胞、抗体做出反应，从而控制疾病的发展，血液中的HIV 持续在一个较稳定的水平，疾病进入潜伏期。随着HIV 对巨噬细胞、CD4+T 细胞等的感染，免疫系统逐步被破坏，被感染的CD4+T 细胞由裂解而大量产生HIV。1本课题获广西教育科研立项项目“离散空间的模糊多属性决策理论与方法研究”（）的资助。- 2 -当正常的CD4+T 细胞急剧减少、HIV 迅速增加时，病情发作，随时出现的各种病原体都可能引起感染，病人最后因各种机能衰竭而死亡。一般在未治疗情况下，AIDS 从感染到发作的平均时间约为10 年，但是不同的病人的差异较大，临床上可观察到2 到18 年的潜伏期，这主要取决于CD4+T 细胞浓度下降和HIV浓度上升的速度。通常健康人每1mm3 血液中平均有1000 个CD4+T 细胞，当HIV 的携带者的CD4+T 细胞降至200 个/mm3 时，疾病发作。2. 艾滋病传播模型艾滋病传播途径主要有性传播、血液传播、共用针具的传播和母婴传播等四种，其中性传播已成为当今艾滋病传播的主要途径。故下面的模型主要研究通过性活动引起AISD 的传播 ，通过其他因素引起的传播可以建立类似的模型。 模型建立将目标人群（具有性活动者）分为3 类，x(t)为t 年易感染的人数，y(t)为被HIV 感染的人数，z(t)为已患AIDS 的人数，在没有特定目标的情况下，假定x,y,z 的初始值分别为15×106,3×106,×106。参照其它传染病的传播模型及参数规划模型案例得到模型为[2]，[3]( ) , 1 s c xdtdx = − λ + μ (1)( ) , 2 c x ydtdy = λ − γ + μ (2)( ) , 3 y zdtdz = γ − μ +δ (3)其中各个参数的定义及其定值如下：s ～易感染者加入目标人群的速率（106/年）；c ～获得新的性伴侣的平均速率（2/年）；λ ～性伴侣被HIV 感染者的概率（）； 1μ ～易感染者退出目标人群的比例（年）；γ ～HIV 感染者进入AIDS 的比例（年）； 2 μ ～HIV感染者退出目标人群的比例（年）； 3 μ ～AIDS 退出目标人群的比例（年）；δ ～AIDS 死亡的比例（年）。虽然线性常系数微分方程（1）～（3）有解析解，可是我们只想了解数值结果和观察直观的变化趁势，于是在上面的参数和初值下运用 软件包[4]求数值解便得到了图1。- 3 -可以看出，人们最关心的被HIV 感染的人数y 在约5 年时达到最大值约1200 万，20年后趁向稳定值约750 万。 模型分析由劳斯-霍尔维茨（Routh-Hurwitz）判据，容易得到方程（1）～（3）的唯一平衡点是,1*λ + μ=cx s * ,2y* c xγ μλ+= *3z* yμ δγ+= 。 （4）因为方程（1）～（3）的3 个特征根均为负值，所以平衡点是全局稳定的，与初始值无关。稳态下HIV 感染者在目标人群中的比例为λγ μμ δγβcx y zy23* * **11++++=+ += (5)当一个参数值增加时引起平衡点3 个坐标及β 值的变化见下表1（如γ 增加时，x* 不变，y*减少， z* 增加，β 减少）。表1 一个参数值增加时引起3 个坐标及β 值的变化情况参数 x* y* z* βs ↑ ↑ ↑ ￣λ ↓ ↑ ↑ ↑c ↓ ↑ ↑ ↑γ ￣ ↓ ↑ ↓图1 方程（1）～（3）的数值解- 4 -1 μ↓ ↓ ↓ ￣2 μ ￣ ↓ ↓ ↓3 μ ￣ ￣ ↓ ↑δ ￣ ￣ ↓ ↑由于平衡点的全局稳定性，所以只要采取适当措施使各个参数向正确的方向（增加或减少）改变，长期说来就可以使HIV 感染者和AISD 的人数减少，而不管目前情况如何。 接种疫苗模型用弱化的HIV 作疫苗帮助人体建立对病毒的免疫性，是一种人为的干预措施，为了建立这种情况模型，需要增加两个函数：目标人群中接种疫苗的人数( ) 1 y t ，接种疫苗后又被病毒感染的人数( ) 2 y t ，假定1 y ， 2 y 的初始值分别为1000 和0。模型为(1 ) ( ) , 1 1 p s c c xdtdx = − − λ + λ + μ （6）( ) , 2 c x ydtdy = λ − γ + μ （7）(1 ) ( ) , 1 1 1 4 11 ps c x c y ydtdy = + λ − −ϕ λ − γ + μ （8）(1 ) ( ) , 1 2 5 22 c y ydtdy = −ϕ λ − γ + μ （9）( ) , 1 1 2 2 3 y y y zdtdz = γ +γ +γ − μ +δ （10）其中新增加的参数及其设定值如下： p ～目标人群接种疫苗的比例（）； 1λ ～性伴侣接种疫苗的概率（）；ϕ ～接种疫苗后起到预防作用的概率（）； 1 γ ～接种疫苗者进入AIDS 的比例（年）； 4 μ ～接种疫苗人群退出目标人群的比例（年）； 2 γ ～接种疫苗者被病毒感染进入AIDS 的比例（年）； 5 μ ～接种者被病毒感染退出目标人群的比例（年）。虽然接种疫苗还不能预防HIV 的初期感染，但是我们可以作简单的计算来预测如果疫苗取得进展后的效果[4]。 比如在p =，ϕ = 的情况下利用 软件包求（6）～（10）的数值解即得到图2，从图2 可以看出，被HIV 感染的人数y 在约3 年时达到最大值约600 万，比模型（1）～（3）的结果减少了一半，20 年后趁向稳定值约200 万，比模型（1）～（3）的结果减少得更多。- 5 结论分析上面这个艾滋病传播模型概念上虽然较简单，但涉及到的参数很多，对于这些模型来说，关键在于如何确定其中的参数。应用它的主要困难是确定用于特定国家或地区的一组参数，虽然乌干达等非洲国家已经在这方面做了大量的统计研究，但是目前还不能得到确定这些参数的较有效方法，另外，在临床上较精确地得到被HIV 感染的和已患AIDS 的人数也是困难的。3. 结束语尽管目前我国艾滋病的疫情上升速度有所减缓，还没有出现艾滋病大规模流行之势，但是我们要清醒地看到，疫情存在潜在的流行趁势，HIV 的传播途径已演变成以性传播途径为主，已经与国际上的流行趁势一样，艾滋病疫情地区分布差异大，艾滋病流行因素广泛存在，局势越来越严峻，一触即发，并可能出现灾难性后果。因此，从现在到本世纪末将是我国预防控制艾滋病的关键时期，如果我们现在不积极采取预防控制措施，将错失良机。当务之急是要全面了解我国艾滋病传播途径的变化、流行趁势、受影响人群有关的危险行为等情况，建立一个有效的监测系统，为决策者提供有关艾滋病传播的准确数据，预测艾滋病流行疫情和趁势，为全国艾滋病规划策略的制定提供依据。随着艾滋病在我国不同地区不断蔓延扩大，其流行模式将变得越来越复杂。因此，我们的监测系统不仅仅是数据的收集，而应当注重数据的分析以帮助对策的制定。图2 方程（6）～（10）的数值解- 6 -参考文献[1]曹毅.警惕艾滋病[M] .北京:清华大学出版社,2005.[2]谭永基,蔡志杰. 数学模型[M].上海:复旦大学出版社,2005. 310～320.[3] Christelle,Christian Prins, Marc Sevaux.运筹学案例[M] .北京:北京林森科技发展有限公司,2007.[4]赵东方. 数学模型与计算[M]. 北京:科学出版社, of the spread of AIDS on the basis of estimationprogrammingZhu JiarongNanning Teacher’s College,Department of Mathematics & Computer Science, P. Province, CongZuo（532200）AbstractAIDS is a serious infectious disease,it’s caused by HIV infection, which damage the body’s immunesystem and make the body losing their resistance to various life-threatening pathogens. Internationalmedical profession has no effective drugs and treatments of preventing or healing AIDS. Therefore, doa good job in AIDS prevention and control should the most effective means to fight AIDS. Our paperdiscussed the process of AIDS’ spreading by establishing math model about estimation programmingbased on Matlab, and except the government can take it as a reference for AIDS prevention in the newera.

提供资料 什么是艾滋病（AIDS） 艾滋病是英语"AIDS"中文名称，AIDS是获得性免疫缺陷综合征的英文缩写。它是由于感染了人类免疫缺陷病毒（简称HIV）后引起的一种致死性传染病。HIV主要破坏人体的免疫系统，使机体逐渐丧失防卫能力而不能抵抗外界的各种病原体，因此极易感染一般健康人所不易患的感染性疾病和肿瘤，最终导致死亡。一个感染上艾滋病病毒的人，也许会在很长的一段时间内看上去或是自我感觉起来很好，但是他们却可以把病毒传染给别人。艾滋病从发现至今还不到20年，但它在全球所引起的广泛流行，已使3000多万人受到感染，1000多万人失去了生命。目前，世界上每天有万余人新感染上艾滋病病毒。不但医学界在竭尽全力研究预防治疗艾滋，各国政府，社会各阶层也都纷纷投入了对抗艾滋病的运动。但到目前为止，我们人类还没有找到一种治疗此病的方法。因此，为了自身的健康和家庭的幸福，大家都应该关注艾滋病。了解艾滋病，进而预防艾滋病。 什么是艾滋病病毒（HIV） 艾滋病病毒的医学名称为"人类免疫缺陷病毒"（英文缩写HIV），它侵入人体后破环人体的免疫系统，使人体发生多种难以治愈的感染和肿瘤，最终导致死亡。 艾滋病病毒感染者和艾滋病人有哪些不同之处 艾滋病病毒感染者是指已经感染了艾滋病病毒，但是还没有表现出明显的临床症状，没有被确诊为艾滋病的人;艾滋病病人指的是已经感染了艾滋病病毒，并且已经出现了明显的临床症状，被确诊为艾滋病的人。 二者之间的相同之处在于都携带艾滋病病毒，都具有传染性.不同之处在于艾滋病病人已经出现了明显的临床症状，而艾滋病病毒感染者还没有出现明显的临床症状，外表看起来跟健康人一样。从艾滋病病毒感染者发展到艾滋病病人可能需要数年到10年甚至更长时间。 为什么说艾滋病是“超级绝症” 艾滋病的全称为获得性免疫缺陷综合症(AIDS)，通过性、血液和母婴三种接触方式传播，是一种严重危害健康的传染性疾病。当人体处于正常状态时，体内免疫系统可以有效抵抗各种病毒的袭击。一旦艾滋病病毒侵入人体体内，这种良好的防御体系便会土崩瓦解，各种病毒乘机通过血液、破损伤口长驱直入。此外，人体内一些像癌细胞之类的不正常细胞，也会迅速生长、繁殖，最终发展成各类癌瘤。通俗地讲，艾滋病病毒是通过破坏人的免疫系统和机体抵抗能力，而给人以致命的打击。 艾滋病起源于非洲，后由移民带入美国。1981年6月5日，美国亚特兰大疾病控制中心在《发病率与死亡率周刊》上简要介绍了5例艾滋病病人的病史，这是世界上第一次有关艾滋病的正式记载。1982年，这种疾病被命名为"艾滋病"。不久以后，艾滋病迅速蔓延到各大洲。1985年，一位到中国旅游的外籍青年患病入住北京协和医院后很快死亡，后被证实死于艾滋病。这是我国第一次发现艾滋病。 艾滋病严重地威胁着人类的生存，已引起世界卫生组织及各国政府的高度重视，人员及经费投入惊人。据统计，目前全球有近4000万人感染了艾滋病病毒，成千上万人命丧于此。据专家介绍，艾滋病病毒感染者从感染初期算起，要经过数年、甚至长达10年或更长的潜伏期后才会发展成艾滋病病人。艾滋病病人因抵抗能力极度下降会出现多种感染，如带状疱疹、口腔霉菌感染、肺结核，特殊病原微生物引起的肠炎、肺炎、脑炎等，后期常常发生恶性肿瘤，直至因长期消耗，全身衰竭而死亡。 虽然全世界众多医学研究人员付出了巨大的努力，但至今尚未研制出根治艾滋病的特效药物，也没有可用于预防的有效疫苗。目前，这种病死率几乎高达100%的"超级癌症"已被我国列入乙类法定传染病，并被列为国境卫生监测传染病之一.故此我们把其称为"超级绝症" 艾滋病的病原体 艾滋病即获得性免疫缺陷综合征（acquired immunodeficiency syndrome, AIDS）。这是一种慢性致死性传染病，由人类免疫缺陷病毒（human immunodeficiency virus, HIV）引起。HIV感染后导致人体免疫机能缺陷，从而发生机会性感染等一系列临床综合征，病死率几乎达100% HIV属于反转录病毒科，慢病毒属，灵长类免疫缺陷亚属。现已证实HIV分为两型：HIV-1型和HIV-2型，它们又有各自的亚型。不同地区流行的亚型不同，同一亚型在不同地区也存在一定差异。 艾滋病的发病机理 HIV病毒是一种杀细胞性病毒，此病毒主要在‘辅助性T淋巴细胞'内大量增殖使细胞破坏。而‘辅助性T淋巴细胞'是人体中极其重要的免疫细胞，它的破坏，逐渐导致免疫功能衰竭。这样，即使一个对正常人来说是微不足道的感染，如小伤口或普通感冒，也可以致艾滋病人于死地。 艾滋病机会感染的临床表现 所谓机会感染，即条件致病因素，是指一些侵袭力较低、致病力较弱的微生物，在人体免疫功能正常时不能致病，但当人体免疫功能减低时则为这类微生物造成一种感染的条件，乘机侵袭人体致病，故称作机会性感染。尸检结果表明，90％的艾滋病人死于机会感染。能引起艾滋病机会感染的病原多达几十种，而且常多种病原混合感染。主要包括原虫、病毒、真菌及细菌等的感染。 1．原虫类 （1）卡氏肺囊虫肺炎：卡氏肺囊虫是一种专在人的肺内造穴打洞的小原虫。人的肉眼看不见，而且用一般的生物培养方法也找不到。卡氏肺囊虫肺炎主要通过空气与飞沫经呼吸道传播。健康人在感染艾滋病毒后，免疫功能受到破坏，这时卡氏肺囊虫便乘虚而入，在病人体内大量繁殖，使肺泡中充满渗出液和各种形态的肺囊虫，造成肺部的严重破坏。 卡氏肺囊虫肺炎在艾滋病流行前是一种不常见的感染，过去仅发现于战争、饥饿时期的婴幼儿，或者接受免疫抑制治疗的白血病患儿。卡氏肺囊虫肺炎是艾滋病患者的一个常见死因，在60％以上的艾滋病患者中属于最严重的机会感染，约有80％的艾滋病患者至少要发生一次卡氏肺囊虫肺炎。 艾滋病患者合并卡氏肺囊虫肺炎时，首先有进行性营养不良、发热、全身不适、体重减轻、淋巴结肿大等症状。以后出现咳嗽、呼吸困难、胸痛等症状，病程4～6周。发热（89％）和呼吸急促（66％）为肺部最常见的体征。某些人肺部还可听到罗音。卡氏肺囊虫肺炎常复发，病情严重，是艾滋病患者常见的致死原因。卡氏肺囊虫肺炎病人胸片显示两肺广泛性浸润。但少部分患者（约占23％）其胸片可示正常或极少异常。据对180例卡氏肺囊虫肺炎X线胸片检查所见，表现为两侧间质性肺炎的77例，间质及肺泡炎症45例，肺门周围的间质炎症26例，单侧肺泡及间质炎症24例，未见异常者8例。 肺功能测定示肺总量及肺活量下降，随着病程的进展而进一步加剧。 气管镜或肺穿刺所取之标本可以查到卡氏肺囊虫，有时还可以查到其它病原体，此时为混合性机会感染。本病病程急剧；亦可缓慢，终因进行性呼吸困难、缺氧、发展为呼吸衰竭而死亡，其病死率可达90％～100％。 （2）弓形体感染：艾滋病人得弓形体感染主要引起神经系统弓形体病，其发生率为26％。临床表现为偏瘫，局灶性神经异常，抽搐、意识障碍及发热等。CT检查可见单个或多个局灶性病变。依据组织病理切片或脑脊液检查可见弓形体。极少数弓形体累及肺部（1％）。该病是由寄生性原虫动物鼠弓浆虫所致的一种动物传染病。人的感染途径，先天性感染是由母亲经胎盘传给胎儿．后天性感染是因吃了含有组织囊虫的生肉或未煮熟的肉而感染。 （3）隐孢子虫病：孢子虫是寄生于家畜和野生动物的小原虫，人感染后，附于小肠和大肠上皮，主要引起吸收不良性腹泻，病人表现为难以控制的大量水样便，每日5～10次以上，每天失水3～10升，病死率可高达50％以上。诊断靠肠镜活检或粪便中查到原虫的卵囊。 2．病毒类 （1）巨细胞病毒感染：根据血清学调查表明，巨细胞病毒广泛存在，多数巨细胞病毒感染者无症状，但巨细胞病毒感染的病人可在尿、唾液、粪便、眼泪、乳汁和精液中迁延排出病毒。并可经输血、母亲胎盘、器官移植、性交、吮哺母乳等方式传播。艾滋病伴巨细胞病毒感染时，常表现为肝炎、巨细胞病毒肺炎、巨细胞病毒性视网膜炎、血小板和白细胞减少、皮疹等。确诊巨细胞病毒感染必需在活检或尸解标本中找到包涵体或分离出病毒。根据Guarda等对13例艾滋病人尸解的研究，最常见的诊断是巨细胞病毒感染（12例），其次是卡波济氏肉瘤（l0例）。所有12例巨细胞病毒感染均为播散性，并且经常影响两个或多个器官。 （2）单纯疱疹病毒感染：其传播途径主要是直接接触和性接触，也可经飞沫传染，病毒可由呼吸道、口、眼、生殖器粘膜或破报皮肤侵入人体。孕妇在分娩时亦可传给婴儿。感染病毒后可引起艾滋病患者皮肤粘膜损害、累及口周、外阴、肛周、手背或食道以至支气管及肠道粘膜等，以唇缘、口角的单纯疱疹最常见，其损害呈高密集成群的小水疱，基底稍红，水疱被擦破后可形成溃疡，其溃疡特点为大而深且有疼痛，常伴继发感染，症状多较严重，病程持续时间长，病损部位可培养出单纯疱疹病毒，活检可查到典型的包涵体。 （3）EB病毒：该病毒在艾滋病人中感染率很高，有96%的艾滋病人血清中可检测到EB病毒抗体，EB病毒可致原发性单核细胞增多症，伴溶血性贫血、淋巴结肿大、全身斑疹，T细胞减少等。

写一篇关于艾滋病的论文，要从 写一篇关于艾滋病的论文，要从那几 个方面着手呢？给我设计个提纲啊。 那几 个方面着手呢？给我设计个提纲啊。

这是建模竞赛的题。。。。你在作弊！没素质！

交大的吧，不好啊