基于微观模拟的慢性肾脏病疾病负担演化模型构建初探

李 阳，段光锋，梅长林，熊林平

(1.海军军医大学卫勤系军队卫生事业管理学教研室，上海 200433；2.海军军医大学附属长征医院/解放军肾脏病研究所，上海 200003)

慢性肾脏病(Chronic Kidney Disease，CKD)是指由各种因素引起的慢性肾脏结构或功能障碍。因其具有患病率高、知晓率低、预后差和医疗费用昂贵等特点，从而成为继心脑血管疾病、糖尿病和恶性肿瘤之后又一严重危害人类健康的疾病。不同研究小组审查了非洲、亚洲、澳洲、拉丁美洲、北美洲以及地理上分散的几个发展中国家的慢性肾脏病病发病率和死亡率，确认了该病的高负担[1-8]。从全球来看，2017年慢性肾脏病患病率为9.1%，导致3580万伤残调整生命年，糖尿病肾病几乎占伤残调整生命年的1/3[9]。从中国来看，2012年发表的横断面流行病学研究显示18岁及以上人群慢性肾脏病患病率为10.8%[10]。上海市于2015年开始将慢性肾脏病防治列入公共卫生三年行动计划，以静安区、闵行区为筛查基地，对慢性肾脏病高危人群进行筛查，结果显示慢性肾脏病的检出率为25.75%，其中男性检出率为23.50%，女性检出率为27.29%[11，12]。慢性肾脏病起病隐匿，患者有症状就诊时大多处于疾病的中晚期，待疾病发展到慢性肾脏病终末期时，将严重威胁患者生命安全。本文拟以慢性肾脏病发生发展演化规律为基础，结合微观模拟技术探讨在防治策略干预下慢性肾脏病疾病负担演化微观模拟模型构建与分析过程，以期为慢性肾脏病防治策略干预效果评价提供理论支持。

1 微观模拟技术应用现状

微观模拟模型是是20世纪60年代由美国耶鲁大学Guy Orcutt教授提出，并迅速发展起来的一种政策分析模型，通过模拟系统、微观个体的生命活动过程来预测现实生活事件。微观模拟模型首先提出一个政策分析的模型，以微观个体(个人、家庭等)作为描述和模拟的对象，用计算机模型来模拟与分析各项改革及政策项目实施的宏观效果及分配效果，因此特别适用于政策效果的评估[13]。

1.1 公共政策微观模拟模型研究

微观模拟模型在20世纪一经提出便在公共政策评价领域迅速发展起来，大量模型已被开发和研制，并被具体应用于公共政策实证分析中。自1993年起，学术界已举行多次微观模拟与政策分析国际会议，表明应用微观模拟方法分析经济政策已成为公共政策研究的热点。澳大利亚国家社会与经济模型中心于1993年成立，主要负责研发和使用微观模拟模型，利用微观水平数据分析社会经济政策在分配领域作用效果，为国家政策制定提供依据。加拿大研发基于个人电脑的微观模拟模型，用于研究加拿大税收和转移支付系统内所有政策项目[14]。

我国微观模拟模型分析应用主要集中在人口模型、退休金制度、低保制度、医疗保险、个税制度等几个研究方向上。人口微观模拟是许多政策模型研究的基础，齐险峰[15]等学者以我国80年代倡导计划生育后的第一代独生子女人群为核心人群，建立了“四二一”家庭微观模拟模型。在退休制度研究方面，张世伟[16]等学者利用长春市微观数据建立了养老保险政策模拟模型，并应用该模型模拟了3种政策(原政策、延长法定退休年龄的新政策、增加企业和个人缴费比例的新政策)的实施效果。在个税制度研究方面，万相昱[17]等学者利用中国居民收入调查数据，构建了个人所得税微观模拟模型，提供了中国个人所得税微观模拟模型的完备建模框架，对数据处理、数据时化、政策模拟及结果分析提供了全面支持。在医疗保险研究方面，熊林平[13]等运用微观模拟模型对我国医疗保险政策进行了持续研究。将微观模拟模型运用到我国医疗保险制度改革领域，先后完成城镇职工、城乡居民基本医疗保险政策微观模拟研究。

1.2 慢性病防治微观模拟模型研究

POHEM是加拿大统计局开发的一种健康微观模拟模型。POHEM汇集了来自各种来源丰富的多变量数据，以模拟加拿大人口的生命周期，并关注健康的各个方面。该模型动态模拟个人的疾病状态、风险因素和健康决定因素，以描述和预测健康结果，包括疾病发病率、患病率、预期寿命、健康调整后的预期寿命、生活质量和医疗成本。此外，POHEM的构建具有评估干预措施(不仅限于医疗保健系统中发生的干预措施)对加拿大人群健康状况的影响的能力[18]。Laurie[19]等学者建立了动态微观模拟模型，该模型旨在建立基础人口模型，模拟澳大利亚婴儿潮一代和老年人群的健康结果，研究未来30年澳大利亚可能采取的社会和医疗干预措施对降低发病率和优化老龄化的影响。Abbygail[20]等学者建立了以个体为基础的慢性病模型，以模拟体重指数(BMI)变化趋势对非传染性疾病发病率的影响。

微观模拟建模提供了一种评估方法，允许在政策实施之前检查其结果、后果和收益。微观模拟技术是分析评价防治策略远期效果的有效工具，在充分考虑微观个体异质性基础上，通过构建疾病发生发展微观模拟模型，依据不同防治策略下微观个体疾病状态转移规律，以及不同疾病状态下微观个体医疗消费规律，探索慢性病疾病负担在特定人群中的演化规律，分析评价疾病防治策略效果，解决现实世界中防治策略评价所面临的困难问题。

2 慢性肾脏病人群患病初始人口模型构建

慢性肾脏病人群患病初始人口模型构建是模拟开展的前提和基础，初始人口模型构建的目的是准确反映模拟起始年限年龄、性别、慢性肾脏病高危因素、不同分期慢性肾脏病等要素在人群中的分布，为模拟防治策略对微观个体疾病状态所产生的影响提供基础。

2.1 基于普查人口的初始人口模型构建

截至2020年，全国已进行了七次人口普查，并可通过一定程序申请人口普查微观数据库。以上海市为例，上海市人口普查的抽样数据是按照0.95‰的抽样比随机抽户得到的，样本中每个人的信息对应一条记录。样本涉及的变量均为字符串变量，包括性别、出生日期、民族、教育程度、教育状况、行业和职业、婚姻等，拟将其扩大成代表1%人口的样本数据，以模拟初始年份人口构成汇总数据为基准，通过加权方法，将人口抽样数据更新到模拟起始年份，完成普查初始人口模型构建。图1给出了基于人口普查的初始人口模型构建思路图。

图1 基于人口普查的初始人口模型构建思路图

2.2 初始人口模型中患病信息的添加

构建的慢性肾脏病患病初始人口模型是微观模拟的基础，也是模拟的起始文件。以上海市为例，可从起始年开始模拟慢性肾脏病疾病负担在人群中若干年发展变化。由于口普查微观数据文件中缺乏人口患病相关信息，因此需在更新的人口微观数据文件中添加人口患病信息。可利用卫生服务调查结果、疾病人群随访结果在初始人口模型中添加高血压、糖尿病等与慢性肾脏病发生密切相关的高危因素信息，以及慢性肾脏病初始疾病状态分布信息。图2给出了初始人口模型中添加慢性肾脏病患病信息思路。

图2 初始人口模型中添加慢性肾脏病患病信息思路

3 慢性肾脏病防治策略微观模拟模型构建

以建立的慢性肾脏病患病初始人口模型为起点，结合慢性肾脏病防治策略备选方案，构建慢性肾脏病防治微观模拟模型，可动态模拟不同防治策略下慢性肾脏病疾病负担演化过程，探索不同防治策略所产生的远期效益，并对慢性肾脏病防治策略进行经济学评价，提出相应优选策略。

3.1 微观模拟模型构建

根据慢性肾脏病发生发展演化规律，可构建5个微观模拟模块开展模拟，包括慢性肾脏病患病初始人口模块、人群筛查模块、疾病状态演化模块、医疗费用演化模块、年度调整与结果分析模块。图3给出了慢性肾脏病防治微观模拟思路框架。

初始人口模块是包含常住人口学特征、与慢性肾脏病相关的高危因素分布、慢性肾脏病疾病状态分布等与模拟相关的微观个体数据文件，是模拟的起始数据文件。

人群筛查模块是结合慢性肾脏病筛查策略，分析不同人群筛查范围、筛查方式、筛查频率下微观个体参与情况，以及人群筛查结果分布。

疾病状态演化模块是根据慢性肾脏病发生发展的规律，不同防治策略干预下个体各疾病状态间转化概率，结合初始人口模型利用马尔可夫模型模拟个体疾病发生发展过程。马尔可夫模型又称疾病转归模型，按照疾病对健康影响程度，将所研究的疾病过程划分为多个不同的健康状态，并根据各疾病状态在一定时间内相互间的转换概率模拟疾病发展过程。通过多次循环运算，估计出疾病发展的结局。在医学领域中马

图3 慢性肾脏病防治微观模拟思路框架

尔可夫模型可用于研究疾病自然史、预测疾病的发病及死亡趋势。根据相关研究文献，慢性肾脏病发展符合马尔可夫模型要求，发病后慢性肾脏病发展可划分为多种疾病状态，因此可根据慢性肾脏病状态转移规律设计慢性肾脏病状态转移模型。图4给出了慢性肾脏病疾病状态转化分析思路图。

图4 慢性肾脏病疾病状态转化分析思路图

医疗费用演化模块是根据不同疾病状态慢性肾脏病干预治疗费用分布及其发展变化趋势，模拟预测初始人口模块中不同疾病状态个体医疗费用发展变化。

年度调整与结果分析模块是为下一年的模拟进行必要的调整和数据文件准备，模拟结束后综合模拟结果分析。此模块根据获得的出生率、死亡率、相关疾病发病率等相关概率，对人群出生事件、慢性肾脏病人群相关死亡事件、其它人群死亡事件进行模拟，并对高血压、糖尿病等高危人群数量进行相应调整。完成模拟之后，模型输出模拟结果病并对其进行综合分析。

3.2 疾病负担演化模拟

以起始的微观数据文件为基础，结合估计的一般人群出生概率，分年龄、性别等的死亡概率参数，高血压、糖尿病等高危因素患病率及年度发病率参数，慢性肾脏病患病率及年度发病率参数，有无干预情况下慢性肾脏病状态转移概率、死亡概率参数，利用微观模拟模型框架以及初始人口模块，模拟慢性肾脏病疾病负担在人群中演化。可探索分析不同防治策略作用下人群终末期肾病及慢性肾脏病相关并发症的发病率、患病率、健康效用值、疾病经济负担的差异性变化。

慢性肾脏病疾病状态演化模拟完成后，汇总分析不同防治策略下人群疾病负担的演化规律，疾病负担测量指标主要包括终末期肾病患病率、慢性肾脏病相关并发症患病率、直接医疗经济负担及质量调整生命年(QALY)。其中，质量调整生命年是一种调整的期望寿命，用于评价和比较健康干预，完全健康效用为1，死亡状态效用为0，各状态效用可通过查阅公开发表的文献收集，结合微观模拟个体状态结果测算慢性肾脏病患者的健康效用值。直接医疗经济负担测算是结合不同疾病状态个体医疗消费过程，汇总人群总的医疗费用、医保支付费用、个人支付费用。

3.3 防治策略卫生经济学评价

综合不同防治策略下慢性肾脏病疾病负担分析结果，汇总慢性肾脏病防治成本以及防治结果，拟利用成本-效用分析方法对慢性肾脏病防治策略进行卫生经济学评价分析，并结合卫生经济学理论，以及生资源配置现状、卫生经费预算投入约束，提出慢性肾脏病防治策略。

结合慢性肾脏病疾病负担演化微观模拟结果，利用成本-效用分析方法对慢性肾脏病防治策略进行卫生经济学评价，分析不同情景下慢性肾脏病防治可行策略。成本-效用分析方法是将备选方案的成本以货币形态计量，收益则用效用指标来表示，对成本和效用进行比较，进而对各备选方案的经济性进行比选的一种评价方法。效用通常用质量调整生命年来表示，以微观模拟结果为依据。采用效用-成本比并结合增量分析方法来进行方案的评价，并根据评价结果结合实际情况提出相应的策略。

4 小结

真实世界数据积累为慢性肾脏病防治策略评价提供了新路径，可基于大量、多源和高质量的数据进行科学的数据分析和处理，构建包含各年度慢性肾脏病患者个人基本情况、患病、就医、医疗消费等信息的微观数据库，分析慢性肾脏病发生发展的主要危险因素，建立包括慢性肾脏病筛查与干预的防治策略，构建微观模拟模型探索在不同防治策略下慢性肾脏病疾病负担在人群中发生发展规律，模拟预测个人在慢性肾脏病防治策略下未来健康改善情况与经济投入，汇总数据分析特定人群中慢性肾脏疾病负担的演化，利用卫生经济学方法评价方案效应，提出不同情况下防治策略。慢性肾脏病防治策略微观模拟的实施，具有如下理论和现实意义：

理论上，通过构建微观模拟模型动态模拟个体在各类干预策略下疾病负担在人群中发生发展过程，以及不同疾病状态微观个体医疗消费过程，通过个体结果汇总，用卫生经济学评价方法评价慢性肾脏病不同防治策略，上述研究方法丰富了微观模拟技术及卫生政策评价理论。

实践上，以慢性肾脏病人群筛查与随访数据为基础，利用真实世界数据探索分析不同干预策略下慢性肾脏病各疾病状态在人群中发生发展的规律，为慢性肾脏病防治提供决策依据。此外，构建的慢性肾脏病疾病负担人群演化的微观模拟模型可为慢性肾脏病等慢性病防治策略评价提供实践依据。