Глобальное потепление и инфекционные заболевания

Введение

Planet Earth is blue and there's nothing I can do // David Bowie

Кое-что человеку всё же удалось сделать: начать превращать голубую планету в нечто нежизнеспособное. Особенно ярко это проявилось в июле 2023 года, температуры которого на 0.35 градуса превышали прошлогодние (Фиг. 1) [1].

Картина выглядит ещё печальнее, если посмотреть на суточный график температур. С начала мая 2023 глобальная температура значительно превышала ранее зарегистрированную (Фиг. 2)

Антропогенное происхождение климатических изменений является надёжно установленным научным фактом [2]. Наибольший вклад в углеродный след, ответственный за глобальное потепление, вносят Китай, США, Европейский союз, Индия и Россия (Фиг. 3) [3], из этих стран США и Россия выбрасывают в атмосферу более 13 тонн CO₂ на 1 человека в год (что несравнимо, например, с Европейским союзом – 6 тонн в 2021 году, и ожидается заметное уменьшение в данных за 2022 год).

Следует учесть, что многие страны, добывающие ископаемое углеродное топливо, оставляют заметно больший углеродный след в расчёте на 1 человека (Фиг. 4).

Глобальное потепление оказывает непосредственное влияние на смертность: так, известно, что оптимальная температура (такая, при которой смертность минимальна) составляет порядка 19℃. Избыточная смертность от воздействия жары наблюдается в основном у пожилых людей [4].

Инфекционные заболевания

Заболевания, переносимые иксодовыми клещами

Прямое термическое воздействие – не единственный фактор, увеличивающий беспокойство. Глобальное потепление также привело к увеличению ареала обитания распространителей инфекций: например, для теплолюбивых клещей Dermacentor Marginatus, переносящих Ку-лихорадку, этот процесс начался уже в 1980-х годах [5], и наилучшим способом борьбы с этим заболеванием является вакцинация (в первую очередь животных).

Начало и прекращение активности иксодовых клещей тесно коррелирует с температурой, таким образом, и в существующем ареале распространения клещей (Фиг. 5) глобальное потепление приводит как к увеличению их численности, так и к увеличению суммарного времени их активности в течение года, вплоть до круглогодичной активности (как, например, в Великобритании) [6].

Заболевания, переносимые комарами

В течение последнего десятилетия человечество столкнулось с угрозой распространения вируса Зика, переносимого комаром Aedes aegypti. Наиболее тяжёлые последствия наблюдаются у беременных: ребёнок может родиться с микроцефалией. Распространение комаров Aedes aegypti, переносящих кроме того жёлтую лихорадку, лихорадки денге и Чикунгунья, напрямую связано с глобальным потеплением [8] (Фиг. 6).

В настоящий момент особую озабоченность вызывает распространение малярии и лихорадки денге [10]. Особо отмечается, что повышение температуры и изменение количества осадков имеет непрямую связь с количеством случаев заболеваний, однако в целом глобальное потепление приводит к распространению ареала этих заболеваний на новые территории на больших высотах.

Стоит отметить, что отсутствие малярии в средних широтах связано не с тем, что это заболевание там никогда не существовало, а с успешной борьбой с его распространителями в XX веке. Прогнозы на 2100 год показывают существенное увеличение ареалов распространения малярии, как по базисному сценарию (когда не предпринимается существенных мер по сдерживанию развития ситуации), так и при сценарии активного противодействия проблеме (Фиг. 7). Таким образом, даже существенные меры помогут лишь снизить остроту проблемы малярии, но сдержать развитие ситуации уже не представляется возможным.

Оценка изменения эпидемического потенциала малярии показывает существенный рост риска именно в средних широтах северного полушария (Фиг. 8)

Заболевания, передающиеся через воду

Непосредственное влияние повышение температур оказывает на распространение Naegleria fowleri, организма, вызывающего амёбный менингоэнцефалит, который в отсутствии лечения – а зачастую и в присутствии такового – приводит к летальному исходу. Неглерия Фоулера наиболее хорошо чувствует себя в диапазоне температур 30-45℃ [12], а попадает в организм человека, как правило, через нос во время купания в тёплой воде (Фиг. 9). Достигаемая в тёплых регионах температура воды (до 38℃ [13]) в настоящее время наиболее комфортна для размножения этого микроорганизма.

Увеличение температуры океана достоверно связано с ростом числа заболеваний, вызываемых вибрионами, такими, как холера и другие смертельно опасные заболевания [15].

Климатические изменения, связанные с увеличением частоты и интенсивности экстремальных осадков, могут привести к попаданию сточных вод в водоёмы, используемые в том числе для забора питьевой воды; так, для озера Мичиган расчётное увеличение частоты таких случаев составляет 50-120% к концу столетия (Великие озёра служат источником питьевой воды для более чем 40 миллионов человек) [16].

Повышение температуры вод ассоциируется с ростом числа инфекций, передающихся фекально-оральным путём. Различные исследования указывают на увеличение риска инфицирования Escherichia coli, Campylobacter, Salmonella и Shigella; вирусными инфекциями, включая норовирусную инфекцию и гепатит А. Вероятность инфицирования простейшими, такими, как Cryptosporidium и Giardia, проявляет отчётливую сезонность и повышается с ростом температуры [17].

Респираторные заболевания

Несмотря на то, что увеличение продолжительности тёплого времени года на первый взгляд должно коррелировать с уменьшением количества респираторных заболеваний, это не так. Ураганы, частота которых увеличивается из-за глобального потепления [18], коррелируют с увеличением частоты заражения нетуберкулёзными микобактериями [17].

Инфекционные агенты, такие, как Legionella и нетуберкулёзные микобактерии, повсеместно встречаются в воде и почве. Legionella обычно передаётся через мелкие капли воды либо аэрозоли и вызывает легионеллёз (болезнь легионеров). Стоит обратить внимание, что случаи внебольничной пневмонии вызываются не только Legionella pneumophila, но и другими видами, например, Legionella longbeachae (Фиг. 10) [19].

Иные заболевания

Существуют обоснованные предположения, что глобальное потепление приведёт к появлению температурной толерантности у грибов. В настоящий момент количество грибковых инфекций, поражающих млекопитающих, резко ограничено: грибы не переносят температуры тела млекопитающих. Однако с приобретением толерантности ранее непатогенные виды могут перейти (и, вероятно, перейдут) в категорию патогенных [20].

Не менее важным аспектом человеческой деятельности является вторжение в естественные ареалы обитания других видов, что привело к проникновению в человеческую популяцию от одних только рукокрылых вирусов Эбола, Марбург, Нипах и Хендра. Грядущие миграции человечества, вызванные глобальным потеплением, несомненно, также приведут к вторжению людей на немногие из оставшихся неосвоенных территорий.

Положительная обратная связь

Одним из явлений, способствующих глобальному потеплению, является положительная обратная связь: потепление вызывает ещё большее потепление. Это явление состоит из множества факторов, включая дестабилизацию метангидратов [21], испарение воды [22], антропогенные факторы: потепление ведёт к более интенсивному использованию систем климат-контроля, которые потребляют энергию, оставляющую углеродный след (см. введение – в нефтедобывающих странах, расположенных в жарком климате, выбросы парниковых газов на 1 человека намного выше средних) [23].

Изменение климата влечёт за собой увеличение частоты респираторных и респираторно-сердечных событий [24], что, в свою очередь, увеличивает нагрузку на систему здравоохранения, доля которой в общих выбросах парниковых газов может составлять 5-8% [25]. Это ведёт как к дальнейшему потеплению, так и к недополучению медицинской помощи ввиду высокой нагрузки.

Отдельно стоит отметить использование ингаляторов – несмотря на то, что их доля составляет 0.03% от общего объёма выбросов парниковых газов, используемые в них пропелленты гидрофторалканы HFA-134a и HFA-227ea вызывают в 1430 и 3220 раз соответственно более сильный парниковый эффект, чем CO₂, в расчёте на единицу массы [26]. Гидрофторалканами (HFA) заменили хлорфторуглероды (CFC) с целью снизить повреждение озонового слоя [27].

Полная картина участия инфекционных заболеваний в этой положительной обратной связи до конца не прояснена, однако можно как минимум отметить, что увеличение нагрузки на систему здравоохранение вызовет недополучение помощи в том числе инфекционными больными, а использование ими ингаляторов как вспомогательного средства будет участвовать в дальнейшем – пусть и не настолько значительном – вкладе в глобальное потепление (впрочем, как и сам факт получения медицинской помощи).

Выводы

Биологические угрозы, возникающие в результате глобального антропогенного потепления, безусловно, принадлежат к числу наиболее острых проблем, с которыми человечество сталкивается сегодня. К сожалению, пассивная борьба с глобальным потеплением путём сокращения выбросов уже не может стоять в повестке дня: в таком случае человечество – если не вся земная биосфера – вероятно, может погибнуть в самом ближайшем будущем. Для борьбы с этой угрозой необходимо срочно принимать самые активные меры, включая, однако, не только фиксацию атмосферного углерода, борьбу с грядущим голодом и т.д., но и разработку методов борьбы с возникающими биологическими угрозами.

Источники

1. Copernicus, July 2023: Global air and ocean temperatures reach new record highs: https://climate.copernicus.eu/july-2023-global-air-and-ocean-temperatures-reach-new-record-highs
2. IPCC Technical Summary (p.44; TS.2): https://www.ipcc.ch/report/ar6/wg1/downloads/report/IPCC_AR6_WGI_TS.pdf
3. EDGAR, CO2 emissions of all world countries: https://edgar.jrc.ec.europa.eu/report_2022?vis=tot#emissions_table
4. W.R. Keatinge, G.C. Donaldson, The impact of global warming on health and mortality: Southern Medical Journal / Vol. 97, Issue 11
5. Kathrin Hartelt, Silvia Pluta, Rainer Oehme & Peter Kimmig, Spread of ticks and tick-borne diseases in Germany due to global warming: Parasitology Research / Vol. 103, pp. 109–116 (2008)
6. Chrysa Voyiatzaki, Sevastiani I. Papailia, Maria S. Venetikou, John Pouris, Maria E. Tsoumani,& Effie G. Papageorgiou, Climate Changes Exacerbate the Spread of Ixodes ricinus and the Occurrence of Lyme Borreliosis and Tick-Borne Encephalitis in Europe – How Climate Models Are Used as a Risk Assessment Approach for Tick-Borne Diseases: https://www.mdpi.com/1660-4601/19/11/6516
7. Gabriele Margos, Volker Fingerle & Stuart Edward Reynolds, Borrelia bavariensis: Vector Switch, Niche Invasion, and Geographical Spread of a Tick-Borne Bacterial Parasite: https://www.researchgate.net/publication/336750131_Borrelia_bavariensis_Vector_Switch_Niche_Invasion_and_Geographical_Spread_of_a_Tick-Borne_Bacterial_Parasite
8. Hina Asad & David O. Carpenter, Effects of climate change on the spread of zika virus: a public health threat, Rev Environ Health 2018 / Vol. 33(1): 31–4
9. M. Hennessey, M. Fischer & J. E. Staples, Zika Virus Spreads to New Areas — Region of the Americas, May 2015–January 2016, https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/ajt.13743
10. Manisha A. Kulkarni, Claudia Duguay & Katarina Ost, Charting the evidence for climate change impacts on the global spread of malaria and dengue and adaptive responses: a scoping review of reviews: https://globalizationandhealth.biomedcentral.com/articles/10.1186/s12992-021-00793-2
11. Willem J. M. Martens, Louis W Niessen, Jan Rotmans, Theo H. Jetten & Anthony J. McMichael, Potential Impact of Global Climate Change on Malaria Risk, https://ehp.niehs.nih.gov/doi/epdf/10.1289/ehp.95103458
12. Johan F De Jonckheere, The impact of man on the occurrence of the pathogenic free-living amoeboflagellate Naegleria fowleri: https://www.futuremedicine.com/doi/abs/10.2217/fmb.11.141
13. The New York Times, 101°F in the Ocean Off Florida: Was It a World Record?: https://www.nytimes.com/2023/07/26/climate/florida-100-degree-water.html
14. Ruqaiyyah Siddiqui & Naveed Ahmed Khan, Primary Amoebic Meningoencephalitis Caused by Naegleria fowleri: An Old Enemy Presenting New Challenges: https://journals.plos.org/plosntds/article?id=10.1371/journal.pntd.0003017
15. Luigi Vezzulli, Rita R. Colwell & Carla Pruzzo, Ocean Warming and Spread of Pathogenic Vibrios in the Aquatic Environment: Microbial Ecology / Vol. 65, pp. 817–825 (2013)
16. Jonathan A. Patz, Stephen J. Vavrus, Christopher K. Uejio & Sandra L. McLellan, Climate Change and Waterborne Disease Risk in the Great Lakes Region of the U.S.: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0749379708007022
17. JT Walker, The influence of climate change on waterborne disease and Legionella: a review: Perspectives in Public Health / Vol. 138, Issue 5
18. P. J. Webster, G. J. Holland, J. A. Curry & H.-R. Chang, Changes in Tropical Cyclone Number, Duration, and Intensity in a Warming Environment: Science / Vol. 309, No. 5742
19. Stephen T. Chambers, Sandy Slow, Amy Scott-Thomas & David R. Murdoch, Legionellosis Caused by Non-Legionella pneumophila Species, with a Focus on Legionella longbeachae: https://www.mdpi.com/2076-2607/9/2/291
20. Heidi Steffen, Caylin Bosch, Gideon Wolfaardt & Alfred Botha, Rising environmental temperatures and polluted surface waters: the prelude to the rise of mycoses in South Africa: Water SA / Vol. 48 No. 2 (2022)
21. Syee Weldeab, Ralph R. Schneider, Jimin Yu & Andrew Kylander-Clark, Evidence for massive methane hydrate destabilization during the penultimate interglacial warming: https://www.pnas.org/doi/abs/10.1073/pnas.2201871119
22. Isaac M. Held & Brian J. Soden, Water Vapor Feedback and Global Warming: https://www.annualreviews.org/doi/abs/10.1146/annurev.energy.25.1.441
23. Hamed Shakouri G., The share of cooling electricity in global warming: Estimation of the loop gain for the positive feedback: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0360544219308035
24. Gennaro D’Amato, Carolina Vitale, Annamaria De Martino, Giovanni Viegi, Maurizia Lanza, Antonio Molino, Alessandro Sanduzzi, Alessandro Vatrella, Isabella Annesi-Maesano & Maria D’Amato, Effects on asthma and respiratory allergy of Climate change and air pollution: https://link.springer.com/article/10.1186/s40248-015-0036-x
25. Andrzej Emeryk, Tomasz R. Sosnowski, Maciej Kupczyk, Paweł Śliwiński, Justyna Zajdel-Całkowska, Tadeusz M. Zielonka & Agnieszka Mastalerz-Migas, Impact of Inhalers Used in the Treatment of Respiratory Diseases on Global Warming: https://www.mdpi.com/2543-6031/89/4/427
26. Alexander S. Rabin, Emily A. Harlan & Alexander J. Ambinder, Small Devices, Big Problems: Addressing the Global Warming Potential of Metered-Dose Inhalers: https://www.atsjournals.org/doi/full/10.1513/AnnalsATS.202202-131VP
27. P. D. Levin, D. Levin & A. Avidan, Medical aerosol propellant interference with infrared anaesthetic gas monitors: https://academic.oup.com/bja/article/92/6/865/281612