Загрязнение воздуха превращает безобидную бактерию в источник серьезной инфекции

Фото из открытых источников

Загрязнение воздуха может повысить риск серьезных бактериальных инфекций, при этом время возникновения и тяжесть заболевания зависят от штамма, циркулирующего в данном регионе. Результаты исследования были опубликованы в журнале Nature Microbiology.

В настоящее время почти каждый пятый взрослый является носителем бактерии, вызывающей пневмонию в носу и горле, и у большинства людей она остается безвредной. Загрязнение воздуха является одним из факторов, способных занести бактерии в легкие, кровоток или оболочку головного мозга.

Новые исследования показывают, что эффект от «толчка» проявляется по-разному у разных людей. Вид бактерии, циркулирующей в районе проживания человека, определяет, как скоро после недели плохого качества воздуха наступит заболевание и насколько возрастет риск его возникновения.

Исследование проводилось учеными из Института Велкома Сангера, Национального института инфекционных заболеваний Южной Африки и Суперкомпьютерного центра Барселоны. Группа исследователей проанализировала 59 017 случаев серьезных инфекций, зарегистрированных в 531 больнице в период с 2005 по 2023 год, а также еженедельные данные о загрязнении воздуха и погоде.

Она считывает записи, а не проводит эксперимент, поэтому показывает закономерности, а не доказывает причинно-следственную связь.

Это бактерия Streptococcus pneumoniae. Она обитает в скоплении микробов, которые есть в каждом носу и горле, как и на коже. Проникнув в нижние дыхательные пути или кровь, он может вызвать инвазивное пневмококковое заболевание, включая пневмонию, инфекцию кровотока и менингит.

Исследовательская группа сосредоточила внимание на мелкодисперсных частицах, загрязняющих воздух. Эти частицы имеют размер менее 2,5 микрометров и достаточно малы, чтобы достигать самых глубоких слоев легких. Это то же самое загрязнение воздуха, которое создает нагрузку на сердце и даже на десны вокруг зубов.

При концентрации этих частиц в среднем 50 микрограммов на кубический метр в течение недели риск инвазивного заболевания повышался на 3,4 процента в течение следующих восьми недель. При концентрации 100 микрограммов увеличение составило 18 процентов. При низком уровне загрязнения рост был незначительным, но резко увеличился в самые неблагоприятные недели.

В Йоханнесбурге этот показатель превышал установленный лимит в течение 32 недель 2023 года. Суточная норма в Южной Африке составляет 40 микрограммов, а Всемирная организация здравоохранения рекомендует не превышать 15.

Существует более 100 подтипов, различающихся по сахарной оболочке, окружающей каждую клетку. Исследователи связали три из них с повышенным риском в течение восьми недель: 14, 19A и 8. Подтип заболевания влиял на степень повышения риска. Ещё большее значение имело время, когда это повышение проявлялось.

В большинстве мест риск достигал пика примерно через две недели после недели с положительными результатами тестов. Там, где были распространены подтипы 4, 8 и 23F, риск возрастал в течение той же недели. Команда также секвенировала 4350 образцов и сгруппировала инфекции по генетическим линиям. Одна из линий, почти вся из которых относится к подтипу 19F, сама по себе изменила сроки заражения.

Там, где этот штамм был распространен, риск возрастал в ту же неделю, что и загрязнение окружающей среды. Там, где он был редким, рост наблюдался через пять недель. 

«К числу серотипов, демонстрирующих наиболее непосредственный, хотя и отложенный, риск во время сильных загрязнений окружающей среды, относится серотип 4, который связывают со вспышками заболеваний среди молодых мужчин, подвергающихся сильному воздействию загрязняющих веществ», — сказала соавтор исследования Софи Бельман из Института Сангера и в Барселоне.

Бельман также обратила внимание на штамм GPSC21-19F, который является гипервирулентным и появился в Южной Африке после вакцинации. «Совершенно очевидно, что циркулирующие штаммы взаимодействуют и изменяют риск воздействия факторов окружающей среды», — сказала она.

Возраст влиял как на величину риска, так и на его продолжительность. У людей в возрасте 65 лет и старше прием 50 микрограммов в неделю увеличивал восьминедельный риск на 16 процентов. У взрослых в возрасте от 15 до 64 лет риск повышался в течение той же недели. Исследователи отметили, что эта закономерность может частично отражать высокую распространенность ВИЧ в этой возрастной группе.

На детей в возрасте до шести лет приходилось почти четверть всех случаев заболевания, и риск заражения для них возрос примерно на 3 процента. Важно было и то, какое заболевание последует за этим. Риск менингита возрастал примерно на 5 процентов после недели с дозой 50 микрограммов, по сравнению с одним процентом для инфекций крови.

Число инфекций, устойчивых к пенициллину, которые и без того сложнее лечить по мере распространения устойчивости к антибиотикам, выросло примерно на 9 процентов.

Жаркие недели с температурой от 27 до 38 °C повышали риск на целых 10 процентов в течение нескольких дней. Холодные недели с температурами от 4 до 10°C привели к увеличению числа заболевших примерно на 4 процента, а связанные с этим случаи появились позже.

Наибольшее значение имела влажность, причем не по прямой линии: умеренная влажность добавляла около 5 процентов, в то время как влажность воздуха около 75 процентов снижала риск почти на четверть.

Представленные данные о загрязнении воздуха являются расчетными оценками для каждого района, и каждый случай регистрируется в больнице, где проводилось лечение, а не по домашнему адресу пациента.

Бельман заявила, что модели являются частью проблемы.

«Многие из этих продуктов показывают наилучшие результаты в Европе и Северной Америке, а в регионах с высокой заболеваемостью инфекционными болезнями (например, в Южной Африке) — результаты хуже», — отметила она.

В исследовании не рассматривалась обычная пневмония, не связанная с попаданием крови в организм, которая составляет большинство случаев пневмонии. А поскольку в ходе обследования отбирались образцы только у больных людей, группа исследователей не может сказать, повлияло ли загрязнение воздуха на то, какие штаммы бактерий переносились здоровыми людьми.

Воздействие распространяется неравномерно, и разрыв в смертности увеличивается. В провинции Гаутенг в 2019 году поддержание концентрации мелких частиц на уровне или ниже установленного в Южной Африке предела в 40 микрограммов теоретически могло бы предотвратить около 16 из 718 случаев инвазивной пневмококковой инфекции в том году.

Достижение рекомендованного ВОЗ уровня в 15 микрограммов могло бы предотвратить около 25 случаев заболевания.

Анна фон Готтберг, один из ведущих авторов исследования в Национальном институте инфекционных заболеваний, заявила, что в исследовании не рассматривались способы предотвращения заражения.

«Я думаю, важно, чтобы все ваши читатели были осведомлены о качестве воздуха в местах своего проживания, о национальных и региональных рекомендациях по хорошему или не очень хорошему качеству воздуха, и чтобы каждый принимал участие, пусть даже в небольших масштабах, в улучшении качества воздуха, которым мы дышим каждый день», — сказала фон Готтберг.

Почему один штамм реагирует на загрязненный воздух в течение нескольких дней, а другому требуется месяц, до сих пор не объяснено. Авторы перечисляют возможные причины, включая повреждение системы очистки дыхательных путей и изменения в способе прикрепления бактерий к клеткам.

Полученные результаты потенциально могут способствовать созданию систем раннего предупреждения, но фон Готтберг считает, что не стоит строить такую систему на основе мониторинга бактерий.

«К сожалению, мониторинг штаммов всегда будет сопровождаться задержками, поскольку образцы должны поступать в лаборатории, проходить обработку для выделения бактерии», — сказала она. «Гораздо быстрее было бы отслеживать качество воздуха, так же как мы должны отслеживать погодные и экологические риски, чтобы учитывать их влияние на людей в связи с травмами и заболеваниями, — чтобы службы экстренной помощи, больницы и другие учреждения могли подготовиться».

* Информация представлена исключительно в ознакомительных целях и не служит рекомендацией для лечения заболеваний