Жара и вирусы

Над материалом работали Полина Рогачева, Алла Лосева

Этой весной пандемия заставила нас задаться вопросом: исчезнет ли новый коронавирус с приходом тепла? Ведь другие инфекции, которые поражают дыхательные пути, как грипп и простуды, гораздо реже проявляются в тёплый период. Отчасти это связано с тем, что частицы респираторных вирусов дольше держатся в зимнем сухом воздухе, не падая вниз с каплями воды – а значит, у людей больше времени, чтобы вдохнуть их. Ещё сухой и холодный воздух повреждает клетки, которые выстилают дыхательные пути, а тёплый влажный воздух, напротив, поддерживает там слой слизи, которая защищает от вредоносных частиц (Moriyama, Hugentobler, and Iwasaki 2020). 

Основным путём передачи нового коронавируса SARS-CoV-2 недавно был назван воздушно-капельный (Zhang et al. 2020). Однако на вопрос о затухании эпидемии летом исследования утвердительно не отвечают. На распространение вируса, по-видимому, в достаточной мере не влияют ни краткосрочные погодные изменения, ни долгосрочные климатические перемены, что подтверждается распространением пандемии даже в тёплых и влажных местностях.

Для вирусов вообще роль климата заключается не только в том, что он сказывается на выживании инфекций вне организма носителя, и не только в сезонном ослаблении иммунитета. Есть и отложенный эффект климата на распространение вирусов. Например, в связи с глобальным потеплением и вторжением человека в природу вирус Эбола может выйти за пределы нынешних очагов заражения и распространиться по Африке, в том числе перекинувшись на крупные транспортные узлы. Фактор глобального потепления в этом примере не основной, но климатические условия влияют на распространение инфекций через механизмы разного уровня.

Посмотрим, какие ещё темы в связи с погодными и климатическими изменениями поднимают исследователи эпидемий. Для обзора мы выполнили систематический поиск литературы в базе данных Scopus и построили карту публикаций на основе их списков литературы (см. Рисунок 1). Близость на карте и принадлежность к одному кластеру на этой карте означают, что публикации ссылаются на одни и те же работы – а значит, есть вероятность, что в статьях поднимаются схожие темы. Карта выполнена в программе VOSviewer.

Публикации дробятся на шесть кластеров:

• цвета морской волны, слева вверху: вирусы, передаваемые клещами,
• фиолетовый, слева внизу: малярия,
• синий, в нижней части: главные обзоры о сезонности,
• серый, внизу справа: грипп,
• светло-голубой, по центру: изменения климата,
• жёлтый, справа вверху: кишечные бактерии (не освещается в обзоре).

Кластер цвета морской волны: вирусы, передаваемые клещами

Кластер цвета морской волны сосредоточен на вирусах и инфекциях, вызывающих трансмиссивные болезни. Это болезни, которые передаются людям только от переносчика-насекомого (в основном это комары, клещи и мухи). На долю трансмиссивных болезней приходится более 17% всех инфекционных заболеваний и более 700,000 смертей ежегодно. 

В публикациях кластера обсуждаются вирусы, передаваемые клещами. В последние десятилетия возросло число случаев клещевого энцефалита среди людей, а его географический охват расширился до Северной и Южной Америки, Африки и ряда регионов Европы. Климат является одним из многих факторов, определяющих, какие виды клещей встречаются в данном географическом регионе (Estrada-Peña and de la Fuente 2014). Так для человека появляются новые риски встретиться с трансмиссивным заболеванием.

Климат влияет на распространение таких вирусов, как вирус Зика, лихорадка денге, малярия и клещевой боррелиоз (см. обзор Rogers and Randolph 2006). Например, когда повышается температура, клещи спускаются за влагой с верхних ярусов растительности, где они обычно обитают, и внизу заражают мелких грызунов, которые переносят вирус дальше. При этом если стоит засуха, то клещи предпочитают экономить влагу, не двигаясь и, соответственно, не передавая вирус другим носителям (Randolph and Storey 1999). Здесь фактор влажности оказывается важнее температурного.

В кластер также попали публикации, которые упоминают распространение вирусов летучими мышами и его сезонные закономерности (Olival and Hayman 2014).

Фиолетовый кластер: малярия

Малярия – наиболее важная и угрожающая человеку инфекция, которая передаётся от паразитов. Она приводит к более чем миллиону смертей в год (Greenwood et al. 2005). Именно малярии посвящены первые модели распространения инфекций, положения которых используются в эпидемиологии до сих пор (Smith et al. 2012). 

Климатические условия сильно влияют на передачу малярии, и модели распространения этого заболевания сейчас учитывают погодные данные (Hoshen and Morse 2004). Возникновение и исчезновение малярии также в большей степени зависит от влажности, чем от температуры (Parham and Michael 2010), поскольку малярийные комары размножаются в сезон дождей (Pascual et al. 2008). Тем не менее, на большие расстояния инфекцию переносят заражённые люди: там, куда они приезжают, от них заражаются комары, даже если погодные условия этому не способствовали (Wesolowski et al. 2012)

Синий кластер: главные обзоры о сезонности

В этом кластер попали главные публикации о влиянии сезонности на распространение вирусов. 

Altizer et al. (2006) считают, что на распространение инфекций влияют: сезонные изменения в том, как ведут себя носители вируса, и в количестве их контактов с уязвимым населением; периоды размножения носителей вируса; сезонные колебания иммунитета.

Так, грипп и респираторные инфекции распространены в зимние месяцы года, когда дети постоянно контактируют в школе, а пример малярии, описанный выше, иллюстрирует фактор размножения носителей. В случае с иммунитетом, выработка антител зависит от выработки мелатонина, а она ниже при коротком световом дне (Dowell 2001); зимой также ниже выработка витамина D, что негативно сказывается на иммунитете (Cannell et al. 2006).

Grassly and Fraser (2006) добавляют к этой классификации фактор выживания вируса вне организма носителя. Это зависит от влажности, температуры, воздействия солнечных лучей, кислотности и солёности среды.

Например, ротавирусы и нововирусы выживают в низких температурах, поэтому пик заболеваемости гастроэнтеритом приходится на зимние месяцы. Вирус гриппа дольше держится в воздухе в холодный период, когда влажность низкая, особенно в помещениях, и частицы аэрозоля с вирусом не оседают в каплях воды.

Одним из ярких и хорошо изученных примеров сезонного заболевания является корь. Её моделирование имеет давнюю историю, эпидемии кори симулируются стохастическими моделями (Earn et al. 2000), которые отражают частые затухания, перемежающиеся нерегулярными крупными эпидемиями (Ferrari et al. 2008). Более общие модели позволяют также оценить, как число людей без иммунитета влияет на последствия эпидемии: либо новую вспышку болезни спустя какое-то время, либо затишье, когда эпидемия «пропускает ход» (Stone, Olinky, and Huppert 2007).

Серый кластер: грипп

В этом кластере собраны эмпирические исследования, посвящённые эпидемиям гриппа. Как показывают Dushoff et al. (2004), динамику заболеваемости гриппом могут объяснить даже незначительные сезонные факторы.

Один из самых известных видов гриппа является грипп А. На передачу вируса гриппа и его выживание во внешней среде влияет влажность воздуха – относительная (Lowen et al. 2007) и абсолютная (Shaman and Kohn 2009; Shaman et al. 2010). В регионах с умеренным климатом абсолютная влажность имеет выраженный сезонный цикл, суше всего воздух зимой, поэтому в Северном полушарии сезон гриппа длится с ноября по март, а в Южном – с мая по сентябрь. 

Но не всегда сезонные эпидемии объясняются влажностью. Nelson and Holmes (2007) в обзоре приводят свидетельства действия других факторов. Например, у водоплавающих птиц эпидемии гриппа случаются и в августе-сентябре, что связано, скорее всего, с возрастающей плотностью стай перед миграцией и отсутствием иммунитета у птенцов. В тропиках грипп присутствует круглогодично несмотря на тёплый влажный климат, хотя пик заболеваемости иногда приходится на сезон дождей, но систематических данных для изучения гриппа в тропиках пока недостаточно. 

Авторы также упоминают фактор мобильности (Balcan et al. 2009) и тот факт, что пространственное распространение вируса соответствует рабочим маршрутам больше, чем просто географической близости населённых пунктов (Viboud et al. 2006), хотя на локальном уровне грипп всё-таки в основном переносят школьники.

Светло-голубой кластер: изменения климата

Тематически к этому кластеру принадлежит и самая популярная публикация на карте, связанная с воздействием регионального изменения климата на здоровье человека (Patz et al. 2005). Авторы статьи утверждают, что многие распространённые болезни связаны с изменением климата, от сердечно-сосудистых болезней, вызванных тепловыми волнами, до недоедания в результате неурожаев, и инфекционных заболеваний.

Относить возникновение или повторное появление заболевания на счёт изменения климата проблематично, так как почти нет высококачественных лонгитюдных данных, чтобы отделить влияние климатических изменений от влияния других факторов. Однако авторы отмечают, что глобальное потепление уже становится причиной большей заболеваемости и смертности в очагах инфекций. Регионы, которые особенно уязвимы к распространению инфекций в связи с изменениями климата, это умеренные широты, где потепление проявится особенно заметно; регионы по берегам Тихого и Индийского океанов, которые испытывают воздействие климатической аномалии Эль-Ниньо; а также Африка к югу от Сахары, где расползание городов и городского острова тепла может усугубить эпидемиологическую обстановку.

Gubler et al. (2001) делают большой обзор о влиянии климатических изменений на заболевания, которые распространяются насекомыми и грызунами. Исследователи подчёркивают, что инфекции переносятся из тропических стран в места с умеренным климатом и выживают в них. 

В свете этого важны другие исследования кластера, посвящённые отдельным вирусам. Это арбовирусы, которые распространены в тропиках и от членистоногих через диких животных и скот передаются человеку (Weaver and Reisen 2010). Это также вирус лихорадки денге (Lambrechts et al. 2011; Wearing and Rohani 2006), эпидемический потенциал которого возрастает в условиях глобального потепления (Patz et al. 1998). Обсуждаются и другие тропические инфекции: японский энцефалит (Misra and Kalita 2010), вирус Зика (Barrera, Amador, and MacKay 2011), вирус лихорадки Западного Нила (Kilpatrick et al. 2006). Все они вызывают лихорадку, головную боль и другие специфические симптомы, а также в разной степени серьёзные последствия. 

Вирус лихорадки Западного Нила, например, быстрее передаётся в жаркий период (Hartley et al. 2012), в том числе потому, что люди носят более открытую одежду, и предпочитают проводить время на улице после захода солнца, когда комары активны. Особенно часто с комарами контактируют те, у кого нет кондиционера или причин оставаться дома вечером – например, нет компьютера или телевизора (Reisen 2013). Таким образом, не только сезонные и климатические, но и социально-экономические факторы играют важную роль в распространении заболеваний.

На странице 2 мы даём ссылки на общие обзоры про влияние климата на распространение инфекций и описываем наши данные.