После начала отопительного сезона люди много времени проводят в помещениях с сухим воздухом. А ведь влажность может влиять на распространение респираторных вирусов.
Вероятно, вы уже свыклись и ежедневно машинально справляетесь с минимизацией риска коронавируса: маска, социальная дистанция, часто моете руки, проводите большую часть времени дома. И это хорошо. Так держать. Поскольку сейчас вирус достигает рекордных уровней, а больницы переполнены, делать все это как никогда важно. Но поскольку эксперты в области здравоохранения предупреждают о предстоящей долгой и смертельной зиме, есть еще одна вещь, о которой по мнению некоторых ученых мы должны говорить - влажность.
С наступлением зимы температура понижается, и чем холоднее становится воздух, тем меньше водяного пара он может удержать. Центральное отопление зданий лишь усугубляет проблему. Системы отопления, вентиляции и кондиционирования всасывают воздух с улицы и затем нагревают его, в результате чего из него удаляется еще больше влаги. Сухой воздух не только облегчает передачу респираторных заболеваний от человека к человеку. Сухой воздух подрывает первую линию защиты вашего организма, препятствующую заражению такими вирусами. Все это может может привести к тому, что коронавирус нанесет еще больший ущерб в ближайшие месяцы.
«Зимой во многих помещениях наблюдается невероятная сухость», - говорит Джеффри Шэман (Jeffrey Shaman), специалист по прогнозированию инфекционных заболеваний Колумбийской школы общественного здравоохранения. «Это делает вирус более активным. При этом люди проводят в помещении больше времени. Т.е. больше факторов будут работать против нас».
Десять лет назад группа исследователей во главе с Джеффри Шэман изучила данные за 31 год о гриппоподобных заболеваниях и погодных условиях в США. Снова и снова они обнаруживали, что самые крупные вспышки болезни случались зимой, когда погода была суше обычной. Лабораторные исследования на хорьках и морских свинках показали аналогичные закономерности. Вирус гриппа быстрее всего распространялся, когда относительная влажность в клетках с животными падала ниже 40 процентов (обычная влажность в помещении в теплую погоду колеблется от 40 до 60 процентов).
Ученые, изучающие грипп, объяснили, как это возможно. Исследование 2012 года показало, что по мере падения уровня относительной влажности, частицы, которые люди выделяют при разговоре или кашле, становятся все меньше и меньше. Эти частицы состоят из слизи, солей, белков и частей клеток, но в основном из воды. Чем суше воздух вокруг них, тем быстрее испаряется вода. И чем мельче становятся частицы, тем дольше они могут оставаться в воздухе. Тем дальше они могут путешествовать и тем глубже в легкие они могут вдыхаться. Любой вирус, проникший в эти частицы, пройдет с ними весь путь.
Если такие частицы попадут в дыхательные пути уязвимого человека, они смогут создать проблемы. Конечно, тело оснащено несколькими уровнями безопасности для защиты от потенциальных захватчиков. Первая линия защиты - это физический барьер, поддерживаемый клетками, выстилающими носовые ходы. Некоторые из этих клеток выделяют слизь - два слоя скользкого, вязкого вещества с двумя разными вязкостями. Другие клетки внутри носа и горла имеют крошечные анемоноподобные выступы, называемые ресничками, которые синхронно бьются в более водянистом слое. Это движение отодвигает более толстый верхний слой слизи, как ленточный конвейер, от легких. Этот ток слизистой улавливает любые вирусы или бактерии, которые попадают на нее, и уносит их, чтобы их проглотили или кашлянули. Но если воздух слишком сухой, эти слои слизи иссушаются, сдавливая реснички и обездвиживая их.
В исследовании 2017 года ученые из Медицинской школы Йельского университета обнаружили, что мышам, содержавшимся при 10-процентной относительной влажности, было намного сложнее очистить дыхательные пути от вируса гриппа, чем мышам, содержавшимся при 50-процентной относительной влажности. Работа их слизистых оболочек сильно замедлилась, что можно наблюдать в видеороликах, недавно опубликованных в Twitter ведущим автором исследования, иммунологом Акико Ивасаки (Akiko Iwasaki). Без функционирующей мукоцилиарной реакции вирус распространился в легкие этих мышей с большей скоростью, и животные заболели сильнее, чем их сородичи, которые дышали более влажным воздухом.
Холодный и сухой воздух также может ослабить второй и третий уровни иммунной защиты. Если вирус проходит через слизистую, его следующая цель найти эпителиальные клетки, выстилающие дыхательные пути, затем проникнуть в них и захватить их молекулярный механизм, чтобы сделать больше копий самого себя. С того момента, как это происходит, начинается гонка между тем, насколько быстро вирус может размножаться, и тем, насколько быстро организм может наращивать свою защиту. Когда инфицированные клетки чувствуют себя поврежденными, они включают сотни генов. Некоторые из них кодируют рецепты создания оружия молекулярной войны. Некоторые гены производят химические сигналы бедствия, известные как интерфероны. Эти молекулы привлекают иммунные клетки, чтобы присоединиться к борьбе, и их реакция вызывает воспаление и симптомы гриппа - кашель, лихорадку, боль в горле.
«Проявление у вас симптомов зависит от того, как далеко продвинется вирус в своем поиске», - говорит Эллен Фоксман (Ellen Foxman), иммунобиолог из Йельского университета, которая вела исследования после получения докторской степени в лаборатории Ивасаки. Она изучила, как температура влияет на эту гонку между иммунной системой и вирусами, вызывающими простуду. «Низкие температуры влияют на скорость включения иммунной защиты. Это сильно замедляет их и дает вирусу огромное преимущество», - говорит она. Подобные эффекты наблюдались у мышей, содержащихся при низкой влажности. В очень сухих условиях их эпителиальные клетки дыхательных путей теряли способность включать эти гены передачи сигналов SOS. Но то, как именно сухой воздух влияет на интерфероновую реакцию, все еще является предметом активных исследований.
Во всем мире количество респираторных заболеваний увеличивается и уменьшается в зависимости от времени года. Каждый год грипп, риновирусы и эндемичные коронавирусы, вызывающие простуду, отступают по мере повышения температуры и влажности, а с приходом осени - быстро возвращаются. Лабораторные эксперименты помогают объяснить, как низкая влажность может влиять на эти сезонные колебания. Но очень немногие ученые смогли напрямую проверить, насколько большое влияние может иметь влажность на предотвращение инфекций среди людей в реальном мире. Фактически, это было сделано только один раз.
В 2016 году группа исследователей из клиники Майо во главе с молекулярным биологом Крисом Пьерре (Chris Pierret) работала с местным детским садом над установкой увлажнителей в двух из четырех классных комнат с идентичной планировкой. Увлажнители работали с января по март, а исследователи периодически собирали мазки у детей. В течение этого периода ученые не обнаружили большого количества инфекционных вирусов в увлажненных классах. А дети, которые проводили там время, болели реже, чем дети в классах без увлажнения.
Эта идея пришла в голову Пьерре, когда он работал с InSciEd Out, некоммерческой организацией, направленной на реформирование естественнонаучного образования с целью поощрения проведения исследований, а не только запоминания фактов и цифр. Один из способов, которым организация это делает, - это сотрудничество со школами и помощь ученикам и учителям в проведении экспериментов с рыбками данио, которые обычно изучаются в качестве примера биологами. Пару лет назад одна школа в Миннесоте была настолько в восторге от идеи, что установила аквариумы в классах и в школьной компьютерной лаборатории. Та зима оказалась особенно засушливой. Сухой воздух всасывал влагу отовсюду, включая недавно приобретенную коллекцию аквариумов, заставляя учителей постоянно доливать воду. Также тот год ознаменовался ростом респираторных заболеваний. Большинство школ в этом районе сообщали о том, что из-за симптомов гриппа учащиеся пропускают занятия выше среднего. И только от одной школы такие отчеты не поступали - той, что с аквариумами. «Этого нельзя было не заметить», - говорит Пьерре. «Это стало для нас основной гипотезой». Он и его коллеги продолжили проверку этой гипотезы в местном детском саду, опубликовав результаты в журнале PLOS One.
По словам Джеффри Шэмана, несмотря на то, что исследование в детском саду было убедительным, трудно перейти от этого ограниченного примера к утверждению, что увлажнение сможет в корне изменить правила игры против COVID-19. Ученые до сих пор не уверены, будет ли этот новый коронавирус проявлять ту же сезонность, что и другие респираторные вирусы, такие как штаммы гриппа и вирусы, вызывающие обычную простуду. Это почти невозможно сказать в первый год пандемии, когда весь мир восприимчив к новому патогену. Для установления некоторой степени иммунитета может потребоваться год или два, прежде чем более мелкие факторы, такие как климат, станут играть более важную роль в передаче инфекции.
Но такие люди, как Стефани Тейлор (Stephanie Taylor), не хотят ждать. Являясь врачом и научным сотрудником Incite Health в Гарвардской медицинской школе, а также членом рабочей группы по эпидемии в ASHRAE, Американском обществе инженеров по отоплению, охлаждению и кондиционированию воздуха, в течение многих лет она изучала взаимосвязь между воздухом в помещении и здоровьем человека. Тейлор входит в группу ученых, которые считают, что регулировка влажности внутри зданий может ежегодно спасать тысячи жизней. В апреле она создала онлайн-петицию, призывающую Всемирную организацию здравоохранения добавить относительную влажность к своим рекомендациям по стандартам качества воздуха в помещении. ВОЗ устанавливает рекомендации по некоторым вопросам качества воздуха в помещениях, таким как загрязнение и плесень. Но в настоящее время ВОЗ не устанавливает ограничений по минимальному уровню влажности в общественных зданиях.
Этим летом Тейлор объединилась с исследователями из Массачусетского технологического института, чтобы проверить свою догадку о связи между COVID-19 и влажностью. Вместе они собрали данные из 125 стран о том, как разные страны подготовились к пандемии и отреагировали на нее - ежегодные расходы на здравоохранение, закрытие школ, требования к маскам и другие меры, направленные на сдерживание распространения вируса. Отдельно, они собрали данные о жертвах COVID-19, включая подтвержденные случаи. Также, структурировали данные об окружающей среде - температура, влажность, давление, осадки, солнечный свет, а также точечные измерения, сделанные в помещении, чтобы подтвердить оценки относительной влажности в помещении. Затем они ввели все эти данные в модель машинного обучения и поставили перед ней задачу найти связи.
Тейлор говорит, что ее сотрудники из Массачусетского технологического института были уверены, что анализ данных выявит искажающие переменные, которые опровергнут ее гипотезу о важности микроклимата в помещении. Но после трех месяцев обработки данных они обнаружили, что наиболее сильной корреляцией между количеством ежедневных новых случаев коронавируса в стране и ежедневной смертностью от COVID-19 была относительная влажность в помещении. Даже с учетом множества других факторов, данные показали, что по мере того, как в летние месяцы в северном полушарии относительная влажность в помещениях повышалась, смертность резко сокращалась. В южном полушарии все было наоборот: когда в зимние месяцы в этих странах влажность упала, смертность стала расти.
Эта работа еще не опубликована. Но Тейлор считает, что это самое убедительное доказательство того, что влажность должна быть такой же частью разговоров о сдерживании COVID-19, как и обсуждение вентиляции, масок и гигиены рук. «Трудно отдавать предпочтение одному способу борьбы над другим; мы нуждаемся во всех», - говорит Тейлор. «Увлажнители не заменяют маски, социальное дистанцирование или вентиляцию. Но увлажнение усиливает эффект тех мер, которые мы уже делаем». При более высокой влажности респираторные частицы растут быстрее и раньше падают на землю, поэтому существует большая вероятность того, что нахождение на расстоянии 1,5 - 2 метров от инфекционных людей действительно уменьшит количество частиц их вируса в аэрозольной форме, которое вы можете вдохнуть. В недавнем модельном исследовании японские исследователи обнаружили, что воздух с 30-процентной относительной влажностью может содержать более чем в два раза больше инфекционных частиц по сравнению с воздухом с относительной влажностью 60 процентов или выше. Это также означает, что маски с большей вероятностью блокируют больше частиц, выходящих из носа и рта людей, потому что они, как правило, лучше улавливают более крупные частицы, чем более мелкие. А это значит, что очистители воздуха (даже дешевые, сделанные своими руками) будут отфильтровывать большую часть потенциально заразных частиц.
Мы знаем, о чем вы думаете: теперь, помимо всего прочего, вы должны измерять и контролировать количество влаги в вашем доме! Но Пьерре говорит, что есть способ все упростить. «Если вы можете увлажнять только одно помещение, я бы выбрал то, где вы спите», - говорит он.
Исследования показали, что в комнатах с относительной влажностью от 40 до 60 процентов, помимо поддержания оттока слизи и пульсации ресничек, люди лучше спят. А во время сна ваша иммунная система вырабатывает антитела и другие важные сигнальные молекулы. Таким образом, чем лучше вы спите, тем лучше ваше тело будет противостоять любым инфекциям в будущем. Тем не менее, по словам Пьерре, важно не думать об увлажнении как о волшебном средстве. Вы по-прежнему должны носить маску, мыть руки и держаться на расстоянии от людей и избегать переполненных помещений. «Одного средства из множества не достаточно», - говорит он. «Но каждое из них подобно карте, которую вы кладете в колоду, чтобы увеличить шансы в свою пользу».
__________________________________
Ещё больше интересных материалов ищите на нашем портале energovector.com или подписывайтесь на наш канал.