L'epidemia non è finita durante la canicola estiva e causerà ulteriori problemi in autunno e in inverno?

Migliaia di anni fa, gli esseri umani notarono che alcune malattie erano più diffuse in determinate stagioni. È colpa del clima/delle condizioni meteorologiche? È forse dovuto ai modelli di attività umana? Oppure è perché il sistema immunitario stesso a volte è forte e a volte debole? Questo antico mistero rimane ancora oggi irrisolto. Ci vorrà del tempo anche per stabilire se il COVID-19 presenti anche caratteristiche stagionali.

Scritto da | Idobon

All'inizio del 2020, durante un'alta stagione influenzale, anche il nuovo coronavirus si è diffuso rapidamente, diffondendosi in tutto il mondo. Sin dall'inizio dell'epidemia, le persone hanno sperato che il COVID-19 sarebbe gradualmente scomparso con l'aumento delle temperature, proprio come l'influenza. A febbraio, il presidente degli Stati Uniti Trump ha più volte menzionato la teoria secondo cui il nuovo coronavirus sarebbe stato sconfitto quando il clima si sarebbe riscaldato ad aprile. Tuttavia, ad oggi, il numero di nuovi casi confermati negli Stati Uniti ha superato i 70.000 al giorno.

Più di 2.500 anni fa, l'uomo ha scoperto che molte malattie infettive sono più diffuse in determinate stagioni. Ad esempio, l'influenza tende a manifestarsi più frequentemente durante gli inverni freddi e secchi. Ma la stagionalità delle malattie non è stata finora ben spiegata. Andrew Loudon, cronobiologo dell'Università di Manchester, ha affermato che questo problema è molto difficile da studiare perché potrebbero volerci due o tre anni per verificare "l'ipotesi stagionale della malattia" e riuscire a fare solo questo esperimento durante gli studi post-dottorato è molto dannoso per la carriera. Ma, cosa ancora più importante, questo campo è pieno di variabili confondenti e i ricercatori possono facilmente cadere nella trappola delle correlazioni spurie.

Nel 2018, Micaela Martinez, ecologa delle malattie infettive presso la Columbia University, ha pubblicato uno studio su PLOS Pathogens[1], scoprendo che almeno 68 malattie infettive sono stagionali, ma i loro cicli epidemici non sono sincronizzati e variano a seconda dell’area epidemica:

Ad eccezione delle regioni tropicali, il virus respiratorio sinciziale (VRS) è più comune in inverno, mentre la varicella è più diffusa in estate. Negli Stati Uniti, il rotavirus è più comune nel sud-ovest da dicembre a gennaio e nel nord-est da aprile a maggio. L'herpes genitale si diffonde in tutto il Paese in primavera e in estate, mentre il tetano deve aspettare fino a metà estate. La gonorrea inizia a causare problemi in estate e in autunno, mentre la pertosse è più comune da giugno a ottobre. In Cina, la sifilide è più contagiosa in inverno e la febbre tifoide aumenta a luglio. In India l'epatite C è più diffusa in inverno, mentre in Egitto, Cina e Messico colpisce in primavera e in estate. La malattia del verme della Guinea e la febbre di Lassa in Nigeria, nonché l'epatite A in Brasile, sono chiaramente associate alla stagione secca.

La tabella seguente si basa sui dati delle cartelle cliniche degli Stati Uniti. La dimensione del cerchio rappresenta la proporzione tra il numero di persone infette dalla malattia in questo mese e il numero annuale di infezioni. Molti dei dati nella tabella sono dati storici, perché dopo l'avvento dei vaccini, il numero di persone infette da molte malattie è diventato molto basso o addirittura nullo.

Il calendario delle epidemie

Fonte | https://www.sciencemag.org/news/2020/03/why-do-dozens-diseases-wax-and-wane-seasons-and-will-covid-19 (L'immagine originale può mostrare dati dettagliati)

Sono molti i fattori che causano epidemie stagionali di malattie infettive; il più semplice e intuitivo dei quali è rappresentato dalle malattie trasmesse dagli insetti. Ad esempio, la malattia del sonno africana, la chikungunya, la febbre dengue e l'oncocercosi diventano tutte diffuse durante la stagione delle piogge, quando le zanzare proliferano.

Tuttavia, per altre malattie infettive, potrebbe essere impossibile individuare un ciclo, e ancora meno capirne la causa. "La cosa più sorprendente è che è possibile trovare un virus che è prevalente ogni mese nello stesso ambiente nello stesso posto", ha affermato Neal Nathanson, virologo in pensione dell'Università della Pennsylvania. Ciò significa che le attività umane, come il ritorno degli studenti a scuola e la permanenza a casa durante l'inverno, non sono la causa principale dell'epidemia. Questo perché la maggior parte dei virus viene trasmessa tra bambini. Se la stagionalità dell'infezione fosse completamente influenzata dal comportamento umano, la maggior parte delle malattie infettive dovrebbe essere prevalente negli stessi mesi.

Nathanson sospetta che la capacità del virus di sopravvivere al di fuori del corpo umano sia un fattore più importante dell'attività umana. Alcuni virus non solo hanno un capside che avvolge il loro materiale genetico, ma anche un involucro costituito da lipidi sulla parte esterna. L'involucro facilita l'interazione tra il virus e le cellule ospiti, aiutando il virus a eludere gli attacchi del sistema immunitario. Tuttavia, l'involucro comporta anche degli svantaggi per il virus: i virus dotati di involucro sono più fragili e sopravvivono più difficilmente nelle estati calde e secche.

Un rapporto pubblicato sulla rivista Scientific Reports nel 2018 ha supportato l'ipotesi di Nathanson. Nei 36.000 campioni respiratori raccolti dai pazienti negli ultimi sette anni, il virologo Sandeep Ramalingam dell'Università di Edimburgo nel Regno Unito ha raccolto nove virus, alcuni con involucro e altri senza. Dopo l'analisi, Ramalingam scoprì che i virus ricoperti avevano una stagionalità abbastanza definita.

Come il virus dell'influenza, il virus respiratorio sinciziale e il metapneumovirus umano sono dotati di involucro, sono prevalenti in inverno e si manifestano al massimo per quattro mesi all'anno. Il rinovirus che causa il comune raffreddore non ha involucro e, ovviamente, non predilige l'inverno: i campioni respiratori mostrano che il rinovirus è attivo nell'84,7% dei giorni dell'anno e diventa prevalente quando gli studenti tornano a scuola dopo le vacanze invernali ed estive. Un altro virus comune che causa il raffreddore, l'adenovirus, è anch'esso privo di involucro e rimane attivo per più di metà anno.

Il team di Ramalingam ha studiato anche la relazione tra carica virale e cambiamenti climatici giornalieri. Quando l'umidità relativa non cambia più del 25% nell'arco di 24 ore, la quantità di virus influenzale e di virus respiratorio sinciziale è maggiore; Quando l'umidità cambia drasticamente, l'involucro lipidico diventa più fragile e la quantità di virus diminuisce.

Il geofisico del clima Jeffrey Shaman ritiene che sia l'umidità assoluta, non quella relativa, a essere importante. Il primo si riferisce al contenuto totale di vapore acqueo per unità di volume d'aria, mentre il secondo si riferisce al grado in cui l'umidità dell'aria si avvicina alla saturazione. La sua ricerca collaborativa con l'epidemiologo dell'Università di Harvard Marc Lipsitch ha evidenziato che il calo dell'umidità assoluta può spiegare meglio perché la stagione influenzale negli Stati Uniti continentali cade in inverno rispetto all'umidità relativa e alla temperatura: l'umidità assoluta diminuisce più rapidamente in inverno perché l'aria fredda contiene meno vapore acqueo.

Tuttavia, non sappiamo ancora perché alcuni virus siano così sensibili all'umidità assoluta. La pressione osmotica, la velocità di evaporazione e il valore del pH possono influenzare la probabilità di sopravvivenza del capside virale, ma non esiste ancora una risposta sul suo meccanismo d'azione.

Anche il nuovo coronavirus ha una busta. Diventerà più vulnerabile in primavera e in estate quando l'umidità aumenta? Purtroppo, né il coronavirus SARS né il coronavirus MERS ci hanno lasciato alcun indizio. La SARS esplose violentemente alla fine del 2002 e scomparve nell'estate dell'anno successivo. La MERS è passata dai cammelli agli esseri umani e ha causato solo piccole epidemie negli ospedali, ma non si è mai diffusa quanto il nuovo coronavirus. La breve durata e la ridotta portata di trasmissione di questi due virus non sono sufficienti per dimostrare cicli stagionali.

Al contrario, i quattro coronavirus umani che causano il comune raffreddore sono più rivelatori. Kate Templeton, biologa molecolare presso l'Università di Edimburgo, ha esaminato e riassunto un totale di 11.611 campioni respiratori dal 2006 al 2009 e ha scoperto che tre di essi potrebbero causare tipiche epidemie invernali, mentre la loro presenza era quasi impercettibile in estate. Tutti e tre i coronavirus si comportano in modo molto simile all'influenza.

Ma questo non significa che lo stesso valga per il coronavirus. Singapore conta ora più di 40.000 casi confermati (a marzo i casi erano meno di 200); Gli stati sudoccidentali degli Stati Uniti, in particolare l'Arizona, sono attualmente colpiti da gravi epidemie di COVID-19. Tutto ciò dimostra che il nuovo coronavirus può senza dubbio diffondersi in ambienti caldi e umidi. Attualmente si giungono due conclusioni contrastanti: in primo luogo, considerando l'epidemia nella Cina continentale, che comprende 19 province, municipalità e regioni autonome, da regioni fredde e secche a regioni calde, la trasmissibilità del nuovo coronavirus non si è indebolita. In secondo luogo, il nuovo coronavirus può diffondersi stabilmente solo nelle aree del mondo in cui la temperatura è compresa tra 5°C e 11°C e l’umidità relativa è compresa tra il 47% e il 79%[2]. Le conclusioni di questi due studi sono contraddittorie.

In sintesi, esiste un equilibrio tra fattori ambientali e sistema immunitario della popolazione. Altri coronavirus sono presenti nella società umana da molto tempo e una parte della popolazione ha sviluppato una resistenza che può aiutare a prevenire la diffusione di malattie infettive, soprattutto quando l'ambiente naturale non è favorevole alla diffusione del virus. Tuttavia, questo non vale per il COVID-19. Martinez ha affermato che, anche se il nuovo coronavirus ha un ciclo stagionale e diventa meno attivo in primavera e in estate, finché ci sono abbastanza persone vulnerabili riunite, il nuovo coronavirus può persistere per un considerevole periodo di tempo. Così, quando Trump affermava ripetutamente che l'epidemia si sarebbe placata entro aprile (naturalmente, ora sappiamo tutti che è stato schiaffeggiato in faccia), molti ricercatori hanno ritenuto che ciò non fosse affidabile. Anche se il coronavirus diventasse meno attivo e l'epidemia rallentasse davvero, non basterebbe a fermare la diffusione del virus, ha scritto Lipsitch sul suo blog.

Attualmente, la maggior parte delle teorie si concentra sulla relazione tra agenti patogeni, ambiente e comportamento umano. Ad esempio, l'influenza è prevalente in inverno, il che potrebbe essere dovuto alla bassa umidità, alle basse temperature, alla maggiore concentrazione di persone, ai cambiamenti nella dieta e nei livelli di vitamina D, ecc. Tuttavia, l'epidemiologo Scott Dowell ritiene che questi fattori non siano sufficienti a spiegare la situazione. In un articolo ampiamente citato pubblicato nel 2001[3], ha proposto un’“ipotesi del fotoperiodo” non testata: la resistenza del sistema immunitario a diverse malattie infettive varia con le stagioni, il che è correlato alla quantità di luce che riceve il corpo umano.

L'ipotesi di Dowell ispirò Martinez. Ha chiesto ai soggetti di recarsi regolarmente in clinica in quattro momenti diversi: l'equinozio di primavera, il solstizio d'estate, l'equinozio d'autunno e il solstizio d'inverno, per valutare lo stato del loro sistema immunitario e altri cambiamenti fisiologici durante il giorno. Non si aspettava che il sistema immunitario mostrasse semplici caratteristiche temporali: debole in inverno e forte in estate, ad esempio. Ma contando il numero di diverse cellule del sistema immunitario, valutando i metaboliti e le citochine nel sangue, decifrando il microbioma fecale e misurando i livelli ormonali, Martinez spera di identificare le stagioni che "riprogrammano" il sistema immunitario, in altre parole, quando alcune cellule diventano più abbondanti in determinate posizioni e altre diventano meno abbondanti, influenzando così la suscettibilità di una persona ai patogeni.

Studi sugli animali supportano l'ipotesi che il sistema immunitario cambi a seconda delle stagioni. Barbara Hall, ornitologa dell'Università di Groninga nei Paesi Bassi, ha studiato i tordi europei. Hanno raccolto campioni di sangue dagli uccelli più volte all'anno e hanno scoperto che il sistema immunitario di questi tordi era più attivo in estate e più depresso e stabile in autunno. Ciò potrebbe essere dovuto al fatto che la migrazione autunnale richiede un notevole dispendio di energia.

Randy Nelson, endocrinologo presso la West Virginia University, ritiene che gli alti e bassi stagionali del sistema immunitario siano guidati dalla melatonina. La melatonina, secreta dalla ghiandola pineale, regola non solo il ritmo circadiano, ma anche il "calendario biologico" stagionale. Man mano che le notti si allungano, la ghiandola pineale secerne più melatonina. "Le cellule dicono: Oh, vedo un po' più di melatonina e so che è una notte invernale." Nelson ha condotto esperimenti su criceti siberiani diurni (si noti che i topi comuni sono animali notturni) e ha scoperto che la regolazione della melatonina o la modifica dei modelli di luce possono influenzare la risposta immunitaria dei criceti, con un impatto che può arrivare fino al 40%.

Anche il sistema immunitario umano sembra avere un ritmo circadiano innato. Nel 2016, l'Università di Birmingham nel Regno Unito ha condotto un test sul vaccino antinfluenzale su 276 adulti, selezionando casualmente metà di loro affinché ricevessero il vaccino al mattino e l'altra metà al pomeriggio. I risultati hanno mostrato che la risposta anticorpale prodotta da coloro che avevano ricevuto il vaccino al mattino era significativamente più forte[4].

Ancora più sorprendentemente, ci sono anche prove che il sistema immunitario umano cambia con le stagioni. Nel 2015, i ricercatori dell'Università di Cambridge hanno raccolto più di 10.000 campioni di sangue e tessuti provenienti da Europa, Stati Uniti, Gambia e Australia e hanno scoperto che circa 4.000 geni correlati al sistema immunitario venivano espressi in modo diverso a seconda delle stagioni. In un gruppo di campioni tedeschi, l'espressione di circa un quarto dei geni immunitari nei globuli bianchi cambiava con le stagioni. Alcuni geni non vengono espressi quando il corpo umano si trova nell'emisfero australe, ma vengono attivati ​​quando il corpo umano si sposta nell'emisfero settentrionale e viceversa[5].

Tuttavia, il primo autore dello studio, l'immunologo Xaquin Castro Dopico, ha anche sottolineato nel documento che non è ancora chiaro in che modo questi cambiamenti generali e su larga scala nel sistema immunitario influenzino la lotta dell'organismo contro i patogeni. Inoltre, alcuni cambiamenti potrebbero essere il risultato di un'infezione piuttosto che la causa. Sebbene il team di ricerca abbia fatto del suo meglio per escludere campioni provenienti da soggetti affetti da malattie infettive acute, alcuni sono rimasti inevitabilmente mescolati.

Inoltre, i cambiamenti stagionali nel sistema immunitario non sono sufficienti a spiegare i modelli stagionali delle malattie, che sono molto più complessi e presentano più variabili. Come ha detto Nathanson: queste epidemie sono semplicemente fuori sincrono. Sospetta che i cambiamenti stagionali nel sistema immunitario non siano sufficienti a causare una desincronizzazione così marcata.

Gli esperimenti di Martinez hanno già raccolto dati e non hanno trovato alcuna prova di stagionalità nel sistema immunitario. Tuttavia, ha scoperto che un sottoinsieme di globuli bianchi che svolgono un ruolo centrale nel sistema immunitario rispondono in modo più marcato in determinati momenti della giornata. Martinez, tuttavia, teme fortemente che la luce artificiale possa alterare i ritmi circadiani che l'evoluzione ci ha donato, con conseguenti effetti imprevedibili sulla predisposizione alle malattie.

Nel suo articolo del 2001, Dowell suggerì che avremmo potuto comprendere meglio i fattori che influenzano la stagionalità delle malattie attraverso “esperimenti sulla natura”. Ad esempio, le persone provenienti dall'emisfero settentrionale e meridionale si riuniscono e socializzano sulle navi da crociera, adattandosi a cicli stagionali diversi ma affrontando gli stessi agenti patogeni. Nel caso dell'epidemia della Diamond Princess, i ricercatori potrebbero valutare l'idea di analizzare i tassi di infezione dei passeggeri provenienti da diverse regioni per verificare se sono gli stessi.

Sebbene la pandemia di COVID-19 rappresenti attualmente un'emergenza globale e abbia attirato la massima attenzione, è altrettanto importante studiare il motivo per cui varie malattie infettive a volte raggiungono il picco e a volte si estinguono nel corso dell'anno. Comprendere questo problema può fornirci nuove idee per prevenire e curare la nuova malattia da coronavirus. Comprendere la cosiddetta "stagionalità" può anche aiutarci a monitorare le malattie e a stabilire il momento giusto per le vaccinazioni. "Se riuscissimo a capire cosa impedisce all'influenza di diffondersi in estate, sarebbe molto più utile di qualsiasi vaccino antinfluenzale", ha affermato Dowell.

Riferimenti

[1] Martinez ME (2018) Il calendario delle epidemie: cicli stagionali delle malattie infettive. PLoS Pathog 14(11): e1007327. https://doi.org/10.1371/journal.ppat.1007327

[2] https://gvn.org/enhanced-model-for-monitoring-zones-of-increased-risk-of-covid-19-spread/

[3] Giovanni Battista Piranesi (2001). Variazioni stagionali nella suscettibilità dell'ospite e cicli di alcune malattie infettive. Malattie infettive emergenti, 7(3), 369–374. https://doi.org/10.3201/eid0703.010301

[4] Lungo, JE, Drayson, MT, Taylor, AE, Toellner, KM, Lord, JM, e Phillips, AC (2016). La vaccinazione mattutina migliora la risposta anticorpale rispetto alla vaccinazione pomeridiana: uno studio randomizzato a cluster. Vaccino, 34(24), 2679-2685.

[5] Doppico,

La principale fonte di riferimento di questo articolo: https://www.sciencemag.org/news/2020/03/why-do-dozens-diseases-wax-and-wane-seasons-and-will-covid-19