Орви

Наблюдения и эксперименты указывают на то, что влажность играет существенную роль в распространении острых респираторных вирусных инфекций, в том числе гриппа и КОВИД-19. Помимо прочего, эти данные подтверждают что основной путь распространения ОРВИ вирусные аэрозоли, и как следствие, бесполезность масок для предотвращения распространения инфекции.

1. HemmesJ.H., et al. Virus Survival as a Seasonal Factor in Influenza and Poliomyelitis (Выживание вируса как сезонный фактор гриппа и полиомиелита), Nature, 1960, 188:430431.

   
   

   Эксперименты выявили, что вирус гриппа дольше сохраняется в воздухе при пониженной влажности, а вирус полиомиелита при повышенной. Это согласуется с наблюдаемой активностью гриппа зимой, а полиомиелита летом. На первом графике в статье в логарифмическом масштабе приведены скорости инактивации (гибели) вирусов гриппа () и полиомиелита () в зависимости от относительной влажности (в процентах):

   
   

   

   
   

2. HarperG.J. Airborne micro-organisms: survival tests with four viruses (Переносимые по воздуху микроорганизмы: проверка живучести четырёх вирусов), Epidemiology & Infection, 1961, 59(4):479486.

   
   

   В работе экспериментально исследовалось влияние относительной влажности на выживаемость аэрозолей с вирусами коровьей оспы, гриппа, венесуэльского лошадиного энцефалита и полиомиелита в темноте при постоянных температуре и относительной влажности. При одной и той же относительной влажности вирусы оставались более активными при более низкой температуре. Вирус полиомиелита дольше сохранял активность при более высокой относительной влажности, остальные вирусы при более низкой. Например, концентрация активного вируса гриппа падала в два раза уже через пять минут при влажности 64% и температуре 24C, через шесть часов до 34%.

   
   

3. AkersT.G., et al. Airborne stability of simian virus 40 (Живучесть вируса SV40 в воздухе), Applied microbiology, 1973, 26(2):146148.

   
   

   Исследовалось влияние относительной влажности на стабильность аэрозоля, содержащего вирус SV40 (вид полиомавируса обезьян). При температуре 21C вирус оставался одинаково активным при любой относительной влажности (от 22% до 88%). Однако при температуре 32C и средних значения влажности (5060%) инактивировался в течении часа.

   
   

4. SohafferF.L., et al. Survival of Airborne Influenza Virus: Effects of Propagating Host, Relative Humidity, and Composition of Spray Fluids (Выживание вируса гриппа в воздухе: роль носителя, влажности и состава аэрозолей), Archives of Virology, 1976, 51(4):263273.

   
   

   Вирус гриппаА, выращенный в коровьих, человечьих и куриных эмбриональных клеточных культурах, распылялся в виде аэрозоля. В таком виде, вирус был максимально стабилен при низкой относительной влажности, минимально стабилен при средней и умеренно стабилен при высокой относительной влажности.

   
   

5. ChewF.T., et al. Seasonal trends of viral respiratory tract infections in the tropics (Сезонные тенденции ОРВИ в тропиках), Epidemiology & Infection, 1998, 121(1):121128.

   
   

   Проведён ретроспективный обзор лабораторных данных двух больниц Сингапура за период с сентября 1990 по сентябрь 1994. Рассматривались вспышки респираторно-синцитиальной инфекции (РСИ), гриппа и парагриппа. Стабильная сезонность наблюдалась у РСИ (мартавгуст) и гриппа А (пики в июне, декабреянваре). Вспышкам РСИ сопутствовала более высокая температура, пониженная влажность и большие колебания максимальной дневной температуры. Связь гриппаА с погодой не обнаружена, однако гриппуБ сопутствовали дожди. Полученные данные подтверждают сезонные особенности ОРВИ в тропиках.

   
   

6. LowenA.C., et al. Influenza Virus Transmission Is Dependent on Relative Humidity and Temperature (Распространение вируса гриппа зависит от относительной влажности и температуры), PLoS Pathogens, 2007, 3(10):14701476.

   
   

   В работе показано, что передача вируса гриппа между морскими свинками (очень восприимчивыми к нему) остро зависит от температуры и относительной влажности. Проведены 20 идентичных экспериментов различающихся только относительной влажностью и температурой. В каждом эксперименте участвовали по 8 морских свинок:

   
   

   

   
   

   В целом, поведение свинок при разных температурах не отличалось, то есть уровень активности, потребление корма и воды, симптомы инфекции оставались одинаковыми и при 5C и при 20C. При температуре 30C свинки потребляли больше воды и были вялыми.

   
   

   При температуре 20C были проведены эксперименты при относительной влажности 20%, 35%, 50%, 65% и 80%. При низкой влажности 20% или 35заражение было очень эффективным (заражались 34 свинки из 4). Однако при влажности 50% заразилась лишь одна свинка. При влажности 65% заразились 3 из 4 свинок, а при 80% ни одной.

   
   

   При температуре 5C и относительной влажности 50% и 80% заразность была выше, чем при температуре 20C и соответствующей относительной влажности, и эта разница оказалась статистически значимой.

   
   

   В работе обсуждаются возможные механизмы влияния влажности. Во-первых, это сухость и повреждение эпителия дыхательных путей при низкой влажности, что делает организм более восприимчивым к ОРВИ. Однако, этот вряд ли сыграло значительную роль, так как свинки находились в сухом воздухе не более 3 суток. Во-вторых, это инактивация самих вирусных частиц (как описано в приведённых выше работах). В-третьих, это более быстрое при пониженной влажности испарение и превращение респираторных капель в аэрозоль, который может преодолевать большие расстояния.

   
   

7. LowenA.C., et al. High Temperature (30C) Blocks Aerosol but Not Contact Transmission of Influenza Virus (Высокая температура (30C) блокирует аэрозольную передачу гриппа, но не контактную), Journal of virology, 2008, 82(11):56505652.

   
   

   Эксперимент, аналогичный описанному выше, был повторён при температуре 30C и относительной влажности 20%, 50%, 65% и 80%. Во всех случаях аэрозольной передачи гриппа не наблюдалось.

   
   

8. ShamanJ.,et al. Absolute humidity modulates influenza survival, transmission, and seasonality (Абсолютная влажность модулирует выживаемость, передачу и сезонность гриппа), PNAS, 2009, 106(9):32433248

   
   

   Предыдущие исследования показали, что относительная влажность влияет как на передачу, так и на выживаемость вируса гриппа. Пересмотр полученных данных позволяет заключить, что в действительности играет роль абсолютная влажность. Изменения абсолютной влажности оказываются единственным, логичным и физически ясным объяснением сезонных колебаний гриппа в средних широтах.

   
   

   Абсолютная влажность характеризуется давлением паров воды, которое зависит от температуры и относительной влажности. Проведён регрессионный анализ связи заразительности гриппа с температурой, относительной и абсолютной влажностью. Связь между заразительностью и температурой или относительной влажностью оказалась минимально значимой (p=0,048 и p=0,059 соответственно), тогда как связь с абсолютной влажностью гораздо сильнее (p=0,00027).

   
   

9. ShamanJ.,et al. Absolute Humidity and the Seasonal Onset of Influenza in the Continental United States (Абсолютная влажность и сезонные вспышки гриппа в континентальной части США), PLoS Biology, 2010, 8(2):e1000316.

   
   

   Значительная доля избыточной смертности в умеренных широтах зимой вызвана вспышками гриппа. Свежий обзор лабораторных экспериментов подталкивает к выводу, что активность гриппа тесно связана сабсолютной влажностью. Наблюдения в масштабе человеческой популяции показали, что росту связанной сгриппом смертности предшествует аномально низкая абсолютная влажность впредыдущие недели.

   
   

   Несмотря на то что выделить роль отдельных факторов: температуры, относительной иабсолютной влажности, солнечной радиации, учебного года достаточно сложно всилу их выраженной годовой цикличности, обнаруженные закономерности говорят отом, что абсолютная влажность является значительным и, вероятно, доминирующим фактором сезонности гриппа.

   
   

10. KudoE., et al. Low ambient humidity impairs barrier function and innate resistance against influenza infection (Низкая влажность ослабляет защитный барьер и врождённый иммунитет против гриппа), PNAS, 2019, 116(22):1090510910.

    
    

    В работе на примере мышей экспериментально обнаружено, что вдыхание сухого воздуха ослабляет мукоцилиарный клиренс (неспецифический механизм защиты слизистой оболочки органов дыхания от инфекций), врождённый иммунитет и способность тканей к восстановлению, тем самым делая мышей более восприимчивыми к гриппу.

    
    

11. Yueling Ma, et al. Effects of temperature variation and humidity on the death of COVID-19 in Wuhan, China (Влияние температуры и влажности на летальность КОВИД-19 в Ухани), Science of the Total Environment, 2020, 724:138226.

    
    

    Смертность от КОВИД-19 с 20 января по 29 февраля 2020 года сопоставлена с погодой и уровнем загрязнения. Обнаружена положительная корреляция дневного разброса температур (ДРТ) и отрицательная корреляция температуры и влажности с уровнем смертности от КОВИД-19:

    
    

    

    
    

12. Yu Wu, et al. Effects of temperature and humidity on the daily new cases and new deaths of COVID-19 in 166 countries (Влияние температуры и влажности на ежедневные заражения и смертность от КОВИД-19 в 166 странах.), The Science of the total environment, 2020, 729:139051

    
    

    После учёта возможного влияния сопутствовавших факторов, температура и относительная влажность показали отрицательную корреляцию с ежедневным числом заражений и смертей. Увеличение температуры на 1C оказалось связано с уменьшением числа заражений на 3.08%, а смертей на 1.19%. Увеличение относительной влажности на 1 процентный пункт 0,85% и 0,51% соответсвенно.

    
    

13. SajadiM.M., et al. Temperature, Humidity, and Latitude Analysis to Estimate Potential Spread and Seasonality of Coronavirus Disease 2019 (COVID-19) (Анализ температуры, влажности и широты при оценке распространения и сезонности КОВИД-19), JAMA Network Open, 2020, 3(6):e2011834

    
    

    Когортный обзор климатических условий в 50 городах мира с января по 10марта 2020года. Условия в 8 городах со значительными вспышками КОВИД-19 сопоставлены с условиями в остальных 42 городах, где не было значительного числа случаев КОВИД-19. Вспышка считалась значительной, если не менее 10 смертей вызвано КОВИД-19 по состоянию на 10марта 2020года.

    
    

    Все 8 городов (Ухань в Китае, Токио в Японии, Тэгу в Южной Корее, Кум в Иране, Милан в Италии, Париж во Франции, Сиэтл в США, Мадрид в Испании) оказались расположены в узкой полосе от 30 до 40 северной широты, и имели весьма сходные погодные условия: температура 511C, низкая абсолютная влажность 47г/м³.

    
    

    Таким образом, распространение КОВИД-19 совпадало с поведением сезонного гриппа.

    
    

Наблюдения и эксперименты указывают на существенную роль влажности в распространении острых респираторных вирусных инфекций (ОРВИ), в том числе гриппа и КОВИД-19. Между тем, приводятся контр-примеры, якобы опровергающие эту закономерность. Упоминается влажный Техас и вспышки КОВИД-19 в нём летом 2020 года. Очевидно, такие случаи необходимо исследовать на аномалии, а не отвергать теорию на основе одной лишь интуиции или жизненного опыта.

Интуитивный пример влажного Техаса упускает ряд важных деталей. Лето длинное, а Техас большой: Хьюстон находится на побережье, а Эль-Пасо в пустыне. Само понятие влажный климат плохо определено. Как правило, это усреднённое сравнение относительной влажности с более сухими регионами, но для распространения ОРВИ важна (предположительно) абсолютная влажность, то есть количество водяного пара в воздухе.

В целом, рассуждения о влажном Техасе страдают от так называемой экологической ошибки некорректного использования сводных данных с целью получения выводов относительно свойств отдельных случаев или групп. Интересно посмотреть на ситуацию в меньшем масштабе, в динамике в конкретных населённых пунктах.

Данные по числу заражений КОВИД-19 опубликованы на сайте минздрава Техаса. Исторические данные о погоде в отдельных городах можно взять с сайта OpenWeatherMap. За 10$ сервис предоставляет данные о погоде в одном городе за последние 40 лет с точностью до одного часа. Среди этих данных имеются: температура, относительная влажность, атмосферное давление. Для вычисление абсолютной влажности необходимо также знать давлениеP_s насыщенного водяного пара. Формула для вычисления давления (в Паскалях) насыщенного водяного пара при заданной температуреt (-30C< t <35C) приведена в работе BoltonD. The Computation of Equivalent Potential Temperature (Вычисление эквивалентно-потенциальной температуры), Mon. Wea. Rev., 1980, 108(7): 10461053 (формула10):

Согласно уравнению состояния идеального газа, плотность водяного пара, выраженная вг/м³, будет равна:



где R=8,314 Дж/(моль*К) универсальная газовая постоянная, =18.02 г/моль молярная масса воды, T= t + 273,15 абсолютная температура к Кельвинах, 0 < h_r < 1 относительная влажность, h она же в процентах. В таблице ниже приведены примеры расчёта для Хьюстона:

Далее представлены совмещённые графики абсолютной влажности и ежедневных зарегистрированных случаев КОВИД-19 для нескольких населённых пунктов. Синяя линия число зарегистрированных случаев в день (левая шкала), красная абсолютная влажность (правая шкала, г/м³). Выбраны города с наибольшим числом случаев с ожиданием, что эффект будет заметнее. На графиках видно, что вспышкам КОВИД-19 предшествует почти неделя пониженной абсолютной влажности.

Отдельно стоит отметить введение с 03.07.2020 во всём Техасе масочного режима. Однако снижения ежедневного числа случаев либо не заметно вовсе, либо может быть объяснено возвращением абсолютной влажностью к нормальному уровню.

Графики построены в табличном процессоре LibreOffice. Исходный файл доступен.

Хьюстон.


Даллас.


Бексар.


Эль-Пасо.