Пандемия по графику

Многие люди — включая президента США — считают, что коронавирусная пандемия к лету пойдет на спад, а то и вовсе погаснет, как это происходит с сезонными ОРВИ и гриппом. Разбираемся, чем сезонные болезни отличаются от «всепогодных», и стоит ли ждать, что COVID-19 будет вести себя так же, как привычные простуды.

Инфекционные болезни вызывают 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 каждую зиму (некоторые эпидемиологи прямо называют зиму «сезоном гриппа»), а вспышки ветрянки чаще случаются весной.

Неинфекционные болезни вызывают 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 17,9 миллионов 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 трем параметрам, которые зависят от погоды:

Живучесть возбудителя. Возбудитель холеры — холерный вибрион — способен месяцами выживать в застойной воде, а вирусные частицы гриппа, попав, например, на банкноты, сохраняют заразность только от одного до трех дней. Хотя после этого срока вирусные частицы с банкнот никуда не пропадают, за это время у них приходит в негодность капсид (вирусная оболочка), и вирус заразить никого не может.

Климатические факторы: температура, влажность, количество солнечного света, и не климатические — рН и соленость воды — могут как продлевать жизнь возбудителей, так и ускорять их гибель. Например, на стабильность вируса гриппа влияет температура и влажность воздуха. В странах с умеренным климатом вирус лучше всего выживает зимой, а к весне сдает позиции. В тропическом климате сезонность вспышек гриппа не прослеживается.

На выживаемость холерного вибриона в воде влияет и ее рН, и соленость. Лучше всего бактерия чувствует себя при щелочном рН 8,5 и солености в 15 процентов. Если вода становится кислее и менее соленой — 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 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 от 12 до 18 человек. Грипп в десять раз слабее, 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 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 подъем 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 влиять на вспышки болезни — особенности иммунной системы человека, зависящие от времени года. Скажем, с наступлением холодов мы проводим все 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 роль в защите от бактериальных и вирусных инфекций. (Впрочем, есть эмпирические данные, что люди, которые принимают этот витамин в таблетках, болеют гриппом ничуть не реже тех, кто витамины не пьет).

Способ передачи — часть болезней передается прямо, а часть косвенно. Напрямую от источника передаются 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 це-це. Последняя активно размножается в сезон дождей, а кроме того живет от трех 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 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 ее 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 его не так уж просто. Например, римлянин Лукреций предполагал, что «мор и чуму» вызывают атомы болезни, которые появляются, когда земля перенасыщена влагой. А его соотечественник Гален прямо приписывал 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 воздуха.

Это удалось показать в лабораторном эксперименте на морских свинках.Четыре инфицированных гриппом и четырех здоровых свинки 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 процентов и 35 процентов, 75 процентов — при относительной влажности в 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 эти же данные, и скорректировали выводы. Они решили оценить влияние абсолютной влажности, а не относительной. После пересчета 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 путем: 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 — то и оседают они 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 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 все твердые, 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 особый каркас, позволяющий оптимально организовать в пространстве защитные белки, которые выделяют эпителиальные клетки слизистых. Например — гликопротеин лактоферрин, который может обезвреживать многие вирусы, включая вирус гриппа.

Сухой нос приводит сразу к нескольким проблемам. Во-первых, лишенный влаги эпителий легче повреждается, так что вирусным частицам проще 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 еще один важный фактор, из-за которого вероятность вспышки гриппа или ОРВИ зимой выше, чем летом — поведение людей. В пользу этого говорят данные 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, когда популяция, в которой много лишенных иммунитета людей (например, туристов или новорожденных) 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 все 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 еще сильнее — и эпидемия гаснет (R₀<1).

COVID-(19+1)?

Большинство вирусов, вызывающих инфекции дыхательных путей у людей, относятся 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 в деталях: дольше инкубационный период, дольше протекает болезнь, чаще возникают осложнения.

По мнению эпидемиолога 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 ученый. — Но сейчас по этому поводу нельзя иметь обоснованного суждения. Единственным доказательством может быть снижение заболеваемости [летом], ее 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, все равно не приходится. 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» еще 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 ученая. 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 7 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, легкие, без осложнений. С другой стороны, по примеру двух своих предшественников COVID-19 может уйти в никуда».

Делать прогнозы сложно еще и потому, что мы не знаем, как абсолютная влажность воздуха будет влиять на распространение COVID-19. Однако предварительные данные не в нашу пользу: судя по всему, в странах с теплым 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 гардварский эпидемиолог Марк Липситч (Mark Lipsitch), единственный «летний эффект», на который можно сейчас серьезно надеяться — это то, что недавние результаты китайских ученых верны, и дети действительно участвуют 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 лишен иммунитета.

С этой точки зрения рекомендации ВОЗ кажутся правильными: чтобы сдержать распространение вируса, для людей с симптомами простуды рекомендуется самоизоляция, а для здоровых — социальное дистанцирование.