N+1 — научно‑популярное издание о том, что происходит в науке, технике и технологиях прямо сейчас.

Инфекционные болезни вызывают Infectious diseases внешние причины — бактерии, вирусы, паразиты или грибки. Для многих из них характерна сезонность — вспышки случаются в одно и то же время года. Например, в Северное полушарие грипп приходит Global Patterns in Seasonal Activity of Influenza A/H3N2, A/H1N1, and B from 1997 to 2005: Viral Coexistence and Latitudinal Gradients каждую зиму (некоторые эпидемиологи прямо называют зиму «сезоном гриппа»), а вспышки ветрянки чаще случаются RECURRENT OUTBREAKS OF MEASLES, CHICKENPOX AND MUMPS: I. SEASONAL VARIATION IN CONTACT RATES весной.

Неинфекционные болезни вызывают Noncommunicable diseases все остальные причины: от генетических проблем до травм — они не заразны. Такие болезни могут быть массовыми, но от сезона они строго не зависят. Например, от сердечно‑сосудистых болезней ежегодно умирает Noncommunicable diseases 17,9 миллиона человек, но ярко выраженных пиков в тот или иной сезон у них нет.

На что влияет погода

Инфекционные болезни можно сравнивать друг с другом по трём параметрам, которые зависят Seasonal infectious disease epidemiology от погоды.

Живучесть возбудителя

Возбудитель холеры — холерный вибрион — способен месяцами выживать Environmental reservoirs of Vibrio cholerae в застойной воде, а вирусные частицы гриппа, попав, например, на банкноты, сохраняют Survival of Influenza Virus on Banknotes заразность только от одного до трёх дней. Хотя после этого срока вирусные частицы с банкнот никуда не пропадают, за это время у них приходит Mechanisms by Which Ambient Humidity May Affect Viruses in Aerosols в негодность капсид (вирусная оболочка), и вирус заразить никого не может.

Климатические факторы (температура, влажность, количество солнечного света) и неклиматические (рН и солёность воды) могут как продлевать жизнь возбудителей, так и ускорять их гибель. Например, на стабильность вируса гриппа влияет Global environmental drivers of influenza температура и влажность воздуха. В странах с умеренным климатом вирус лучше всего выживает зимой, а к весне сдаёт позиции. В тропическом климате сезонность вспышек гриппа не прослеживается.

На выживаемость холерного вибриона в воде влияет Influence of Water Temperature, Salinity, and pH on Survival and Growth of Toxigenic Vibrio cholerae Serovar O1 Associated With Live Copepods in Laboratory Microcosms и её рН, и солёность. Лучше всего бактерия чувствует себя при щелочном рН 8,5 и солёности в 15 процентов. Если вода становится кислее и менее солёной — например, из‑за жизнедеятельности какой‑нибудь водоросли или проливных дождей — вибрион быстрее погибает, и шансов заразить кого‑нибудь у него меньше.

Контагиозность, то есть заразность

Оценивая Unraveling R0: Considerations for Public Health Applications скорость распространения болезни, эпидемиологи используют метрику R0 — это среднее количество людей, которые могут подхватить болезнь от одного больного человека. Корь, например, очень заразна: один больной заражает The basic reproduction number (R0) of measles: a systematic review от 12 до 18 человек. Грипп в десять раз слабее Modeling influenza epidemics and pandemics: insights into the future of swine flu (H1N1) , его R0 — 1,4–1,6.

R0 сильно зависит от поведения людей, которое отличается от сезона к сезону: поэтому некоторые болезни «сезонные» именно в этом смысле. Например, осенью и зимой школьники много времени проводят Seasonal infectious disease epidemiology в одном помещении, и число заболевших корью резко возрастает. А летом разъезжаются на каникулы, перестают тесно контактировать, и вспышки этой болезни регистрируются реже.

Елена Бурцева, заведующая лабораторией этиологии и эпидемиологии гриппа Института вирусологии НИЦЭМ имени Гамалеи, отметила в разговоре с N+1, что подъём заболеваемости многими ОРВИ тоже связан сугубо с социальными факторами: заканчивается период отпусков, дети возвращаются в школы. Именно поэтому рост заболеваемости ОРВИ из года в год регистрируется с середины сентября до начала октября.

Второй человеческий фактор, который теоретически может Factors Influencing the Seasonal Patterns of Infectious Diseases влиять на вспышки болезни, — особенности иммунной системы человека, зависящие от времени года. Скажем, с наступлением холодов мы проводим всё меньше времени на улице и носим одежду, закрывающую тело. В результате на кожу попадает меньше ультрафиолета и в организме уменьшается синтез витамина D, играющего важную VITAMIN D FOR TREATMENT AND PREVENTION Of INFECTIOUS DISEASES: A SYSTEMATIC REVIEW OF RANDOMIZED CONTROLLED TRIALS роль в защите от бактериальных и вирусных инфекций. Впрочем, есть эмпирические данные, что люди, которые принимают этот витамин в таблетках, болеют гриппом ничуть Shortcomings of Vitamin D‑Based Model Simulations of Seasonal Influenza не реже тех, кто витамины не пьёт.

Способ передачи

Часть болезней передаётся прямо, а часть — косвенно. Напрямую от источника передаются What You Need to Know About Infectious Disease грипп и ОРВИ, которые распространяется от больного человека к здоровому.

Косвенно передаются вирус Западного Нила, который «путешествует» от человека к человеку в желудке комара, и африканская сонная болезнь, которую переносит муха цеце. Последняя активно размножается THE ECOLOGY OF AFRICAN SLEEPING SICKNESS в сезон дождей, а кроме того живёт Epidemiology of human African trypanosomiasis от трёх до пяти месяцев против одного‑двух в сухой сезон. В это время года мух становится больше и они чаще кусают людей — вот вам и вспышка сонной болезни. То же касается и клещевого энцефалита, говорит Бурцева: клещи просыпаются ранней весной, и именно в весенний период фиксируют пик заболеваний. А вторая волна регистрируется в осеннее время — и это связано с жизненным циклом клещей.

Пандемия коронавирусной болезни (COVID‑19) в некоторых своих проявлениях очень похожа на известные нам респираторные болезни, так что многие исследователи используют Successful containment of COVID‑19: the WHO‑Report on the COVID‑19 outbreak in China модели вспышек ОРВИ или гриппа для прогнозирования вспышек COVID‑19.

Коронавирусная болезнь пришла к нам зимой. Прежде чем задаться вопросом о том, стоит ли теперь ждать её окончания летом и возможного возвращения через полгода, имеет смысл разобраться с факторами, которые превращают привычные нам грипп и ОРВИ в сезонные болезни.

Почему зимой

Факт сезонности простудных болезней был очевиден для людей с древности, но объяснить Seasonality of Infectious Diseases его не так уж просто. Например, римлянин Лукреций предполагал On the Nature of the Universe , что «мор и чуму» вызывают атомы болезни, которые появляются, когда земля перенасыщена влагой. А его соотечественник Гален прямо приписывал Galen’s art of physick вспышки различных заболеваний сезонным особенностям: чрезмерной жаре, сухости или холоду. Сегодня мы знаем, что ближе к истине был Лукреций: дело не в холоде, а во влажности Absolute humidity modulates influenza survival, transmission, and seasonality воздуха.

Это удалось показать Influenza Virus Transmission Is Dependent on Relative Humidity and Temperature в лабораторном эксперименте на морских свинках. Четырёх инфицированных гриппом и четырёх здоровых свинок содержали в камерах, где меняли температуру и влажность: скорость передачи вируса увеличивалась по мере их снижения. Лучше всего вирус передавался при температуре 5 градусов, чем при 20 градусах и 30 градусах. При пяти градусах тепла частота передачи составляла 100 процентов при относительной влажности 20 и 35 процентов; 75 процентов — при относительной влажности 65 процентов, но только 25 процентов — при относительной влажности 50 процентов; и 0 процентов — при относительной влажности 80 процентов.

Через несколько лет другие авторы проанализировали Absolute humidity modulates influenza survival, transmission, and seasonality эти же данные и скорректировали выводы. Они решили оценить влияние абсолютной влажности, а не относительной. После пересчёта и новых экспериментов оригинальный вывод подтвердился, но с тем отличием, что передача вируса в большей степени зависит от влажности, чем температуры.

Вирус гриппа передавался от свинки к свинке воздушно‑капельным путём: при выдохе больной свинки в воздух попадают капельки водяного пара, нагруженные вирусными частицами. Оказавшись на свободе, капли понемногу оседают и испаряются. Чем быстрее они испаряются, тем медленнее оседают и тем дольше вирус висит в воздухе. Скорость испарения капель зависит от влажности — чем пара больше, тем медленнее он испаряется. Оседают капли в насыщенном влагой воздухе быстрее, «утаскивая» с собой вирионы.

И поскольку вместе с температурой влажность падает, то зимнее время, когда холодно и сухо, максимально способствует распространению вирусов.

В первом исследовании оценивалось влияние на передачу вирусных частиц только при относительной влажности — этот параметр отражает долю водяного пара по отношению к его максимуму при конкретной температуре. При этом при 20 градусах этот максимум выше, чем при 5 градусах.

Есть здесь и второй фактор, чисто человеческий. Когда люди дышат сухим воздухом, в носу высыхает слизь, увлажняющая дыхательные пути и физически задерживающая The interaction between respiratory pathogens and mucus все твёрдые, в том числе вирусные, частицы. Свойства слизи связаны с особыми полимерными макромолекулами — муцинами, которые не только придают слизи вязкость, но и играют важную роль в иммунном ответе. Они образуют Barrier function of airway tract epithelium особый каркас, позволяющий оптимально организовать в пространстве защитные белки, которые выделяют эпителиальные клетки слизистых. Например — гликопротеин лактоферрин Lactoferrin for prevention of common viral infections , который может обезвреживать lmmunoglobulin concentrations in nasal secretions differ between patients with an IgE‑mediated rhinopathy and a non‑IgE‑mediated rhinopathy многие вирусы, включая Bovine lactoferrin: involvement of metal saturation and carbohydrates in the inhibition of influenza virus infection вирус гриппа.

Сухой нос приводит сразу к нескольким проблемам. Во‑первых, лишённый влаги эпителий легче повреждается, так что вирусным частицам проще The interaction between respiratory pathogens and mucus проникнуть в клетки. Во‑вторых, нарушается пространственная организация муцина, лактоферрин и родственные ему белки утрачивают защитные свойства, и сопротивляемость организма вирусу снижается.

Помимо влажности, есть ещё один важный фактор, из‑за которого вероятность вспышки гриппа или ОРВИ зимой выше, чем летом — поведение людей. В пользу этого говорят данные Estimating the impact of school closure on influenza transmission from Sentinel data о распространении гриппа в школах. Осенью и зимой, когда ученики проводят много времени в классе, активно общаясь друг с другом, вспышки гриппа и ОРВИ происходят чаще, чем летом, когда ученики не посещают школу и меньше общаются друг с другом.

Чем больше восприимчивых к вирусу людей собирается в одном месте, тем быстрее и эффективнее распространяется болезнь.

Ежегодное совпадение

Сезонные эпидемии возникают Seasonality of SARS‑CoV‑2: Will COVID‑19 go away on its own in warmer weather? , когда популяция, в которой много лишённых иммунитета людей (например, туристов или новорождённых) сталкивается с сезонным «помощником» болезни — в случае с гриппом это низкая зимняя влажность.

Выглядит это так. В начале эпидемии — то есть осенью — у большинства людей нет иммунитета к вирусной болезни, поэтому каждый больной заражает более одного человека (R0 > 1).

Затем начинает расти доля невосприимчивых к вирусу людей — потому что у переболевших возникает иммунитет (или, например, применяется вакцина). Люди заражаются всё реже, и через некоторое время эпидемия достигает пика (R0 = 1).

С приходом весны вдобавок увлажняется воздух — так что условия для распространения вирусных частиц перестают быть оптимальными: защитный барьер из слизи у большинства людей восстанавливается, число уязвимых людей падает ещё сильнее — и эпидемия гаснет (R0 < 1).

сезонность коронавируса
Ярче всего динамика сезонной эпидемии гриппа в России проявилась в сезон 2015–2016 годов: началась в ноябре, пик пришёлся на декабрь. С середины января эпидемия пошла на спад / Карпова Л. и др. / Ситуация по гриппу в мире и России в сезон 2016–2017 годов / Эпидемиология и вакцинопрофилактика / CC BY 4.0

COVID-(19+1)?

Большинство вирусов, вызывающих инфекции дыхательных путей у людей, относятся Identification of new human coronaviruses к пяти семействам: парамиксовирусы, ортомиксовирусы, пикорновирусы, аденовирусы и коронавирусы. И хотя грипп вызывают ортомиксовирусы, а COVID‑19 и некоторые ОРВИ (OC43, HKU1, 229E и NL63) — коронавирусы, все эти заболевания распространяются схожим образом.

Коронавирусная болезнь действительно напоминает грипп и ОРВИ. Симптомы очень похожи, разница лишь деталях: дольше инкубационный период, дольше протекает болезнь, чаще возникают осложнения.

COVID‑19 Грипп ОРВИ
R0 5,7 1,4–1,6 1,4–1,6
Инкубационный период (в среднем) 5 дней 2 дня 1–3 дня
Средняя длительность болезни 14 дней 7 дней 7–10 дней
Группа риска Люди старше 65 лет Беременные женщины, дети до 5 лет, люди старше 65 лет, люди с хроническими болезнями Риск заражения одинаков для всех, осложнения бывают крайне редко
Самые частые осложнения Тяжёлая бактериальная пневмония Бактериальная пневмония, гаймориты, отиты, застойная сердечная недостаточность Осложнения бывают крайне редко

По мнению эпидемиолога Власов Василий Викторович Василия Власова из НИУ ВШЭ, основания считать, что коронавирусная инфекция будет сезонной, действительно есть.

«Некоторые коронавирусы сезонно увеличивают инциденс (число новых случаев — прим. N+1) простудных заболеваний, как часть совокупности ОРВИ, — говорит учёный. — Но сейчас по этому поводу нельзя иметь обоснованного суждения. Единственным доказательством может быть снижение заболеваемости [летом], её сохранение на низком уровне и повышение заболеваемости в следующий сезон, например, через год, и так хотя бы два года».

А вот оснований считать, что она таковой не будет, — нет.

Но нынешняя пандемия длится меньше года. Из‑за этого у нас недостаточно данных, на основании которых можно строить предположения и выявлять закономерности.

Надежда на лето

Тем не менее рассчитывать, что пандемия потухнет к лету сама собой, всё равно не приходится Seasonality of SARS‑CoV‑2: Will COVID‑19 go away on its own in warmer weather? . Дело в том, что климатические факторы влияют на распространение инфекционных болезней значительно слабее, чем коллективный иммунитет.

Грипп и ОРВИ — наши старые знакомые, поэтому человечество худо‑бедно научилось от них защищаться. От гриппа бывают прививки, а к ОРВИ иммунитет есть у большинства населения. Стартовые условия для начала эпидемии неблагоприятны, поэтому хоть какого‑то успеха эти болезни добиваются только в благоприятных условиях — то есть зимой, когда им подыгрывает сухой воздух.

COVID‑19 же новая болезнь, и ни у кого к ней иммунитета нет. Это значит, что коронавирусу не надо дожидаться благоприятных условий для распространения — ему и так особо ничего не мешает.

Условно говоря, «коронавирусной весны» ещё не наступило, а сколько продлится зима, предсказать проблематично.

«Когда появляются новые возбудители, например, испанка, гонконгский грипп, свиной и мексиканский грипп, они вызывают одну‑две волны высокой заболеваемости, — говорит Елена Бурцева. — Чаще всего волны возникают либо в конце весны, либо летом, что нетипично для гриппа. После этих одной‑двух волн люди приобретают активный иммунитет из‑за частых контактов с патогеном. Потом этот вирус получает шансы стать сезонным возбудителем».

Однако с коронавирусами немного другая ситуация, отмечает учёная. SARS‑CoV в 2002 году появился — и исчез. А случаи MERS‑CoV, который обнаружили в 2013 году, до сих пор продолжают регистрироваться.

«Это связано с тем, что вирус может иметь промежуточных хозяев и циркулировать в природе, — говорит Бурцева. — Может ли COVID‑19 стать сезонным, я прогнозировать не буду. Существует семь коронавирусов, которые поражают человека, и четыре из них имеют сезонный характер. Каждый год мы регистрируем порядка 5–7 процентов случаев, связанных с ними. Эти случаи, как правило, лёгкие, без осложнений. С другой стороны, по примеру двух своих предшественников COVID‑19 может уйти в никуда».

Делать прогнозы сложно ещё и потому, что мы не знаем, как абсолютная влажность воздуха будет влиять на распространение COVID‑19. Однако предварительные данные The role of absolute humidity on transmission rates of the COVID‑19 outbreak не в нашу пользу: судя по всему, в странах с тёплым и влажным климатом (например, в Сингапуре), вирус распространялся ничуть не хуже, чем в странах с сухим и холодным климатом (как в некоторых областях Китая).

Поэтому главную роль в распространении коронавирусной инфекции, по‑видимому, сыграет не климат, а поведение людей.

Как пишет гарвардский эпидемиолог Марк Липситч (Mark Lipsitch), единственный «летний эффект», на который можно сейчас серьёзно надеяться, — это то, что недавние результаты китайских учёных верны, и дети действительно участвуют Epidemiology and Transmission of COVID‑19 in Shenzhen China: Analysis of 391 cases and 1,286 of their close contacts в распространении болезни наравне со взрослыми. А следовательно, уход школ на каникулы возымеет эффект. Поскольку в случае с новыми болезнями единственный способ прервать цепочку передачи в уязвимой популяции — это ограничить контакты между больными и теми, кто лишён иммунитета.

С этой точки зрения рекомендации ВОЗ кажутся правильными: чтобы сдержать распространение вируса, для людей с симптомами простуды рекомендуется самоизоляция Self‑isolation if you or someone you live with has symptoms , а для здоровых — социальное дистанцирование Coronavirus, Social and Physical Distancing and Self‑Quarantine .