COVID-19 感染・重症化リスク因子/大気汚染

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大気汚染

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大気汚染

大気汚染地域での高い致死率 中国の大気汚染指数が高い地域ではそうではない同国の地域に比べて、重症急性呼吸器症候群(SARS)で死亡する可能性が2倍高かった。

Air pollution and case fatality of SARS in the People's Republic of China: an ecologic study
Severe acute respiratory syndrome (SARS) has claimed 349 lives with 5,327 probable cases reported in mainland China since November 2002. SARS case fatality has ...

COVID19とACE2、大気汚染の関係

ACE2 at the centre of COVID-19 from paucisymptomatic infections to severe pneumonia
イタリアにおけるCOVID-19発生リスクにおける慢性大気汚染レベルの役割について
  • イタリアでのCOVID-19発生は、明確な地域的傾向を示している。
  • 長期的な大気質データはイタリアの地方のCOVID-19と相関している。
  • 慢性的な大気汚染は、コロナウイルスの拡散をより助長するかもしれない。
  • 環境汚染は疫病予防として考慮する必要がある。
Role of the chronic air pollution levels in the Covid-19 outbreak risk in Italy
After the initial outbreak in China, the diffusion in Italy of SARS-CoV-2 is exhibiting a clear regional trend with more elevated frequency and severi…

呼吸器ウイルス感染の伝染と重症度に対する大気汚染物質の影響

Effects of air pollutants on the transmission and severity of respiratory viral infections
Particulate matter, sulfur dioxide, nitrogen oxides, ozone, carbon monoxide, volatile organic compounds (VOCs) and polycyclic aromatic hydrocarbons (P…
大気汚染の健康への影響に関する疫学的調査では、25歳以上の患者では大気汚染の影響はゼロかマイナスになる傾向がある。しかし、子供と高齢者の2つの年齢層ではリスクの増加があることがわかった。これはおそらく免疫システムが比較的弱いためと思われる。
PM2.5

PM2.5の影響は年齢層によって異なり、成人(25~59歳)でより顕著で、次いで若年成人(15~24歳)、学童(5~14歳)、高齢者(60歳以上)であった。PM2.5の影響は、5歳未満の子供ではあまり顕著ではなかった。

対照的に、PM10のレベルと暖かい気候帯は、就学前の子供の間で風邪など他の危険因子となることが判明した。

 

最近、Chenら(2018)は台湾の11の市郡で、PM2.5で定量化したヒトインフルエンザ症例と大気汚染との因果関係を調査した。年齢層別にみると、すべての調査地点で高齢者層が明らかに影響を受けていた。

その結果、高齢者や呼吸器疾患に罹患しやすい人にとっては、大気汚染物質、特にPM2.5への曝露を最小限に抑えることが非常に重要であると結論づけられた。

汚染物質によって異なる影響

Sloanら(2011)は、大気汚染と感染症の相関関係は、都市、地域、調査対象の特定汚染物質によって異なると報告している。

心血管関連死亡率についてはPM10とインフルエンザとの間に、自然原因死亡率についてはインフルエンザと低温との間に統計的に有意な相互作用があることを見出した。

オゾン

呼吸器疾患および感染症への感受性の増加と関連する大気汚染物質の中で、オゾンは一般的に見られる酸化剤である。しかし、ヒトにおけるインフルエンザ感染症への影響はまだよく知られていない。香港では、Aliら(2018)が、一般的な大気汚染物質-特にオゾンに注意を払いながら-とインフルエンザの透過性の関係を、紫外線や絶対湿度などの他の環境因子も含めて検討した。

その結果、オゾンとインフルエンザの透過性の低下との関連が観察された。いずれにしても、オゾンは反応性の高い酸化性大気汚染物質として、気道内の細菌や真菌感染に対する宿主の防御力を低下させ、喘息などの持病を悪化させる可能性があると著者らは述べている。

免疫系への影響

免疫系に関連して、Zhaoら(2016)は、PM2.5への短期暴露が、炎症性M1および抗炎症性M2マクロファージ分極のバランスに作用する可能性があることを示唆しており、これは大気汚染誘発性免疫疾患および疾患に関与している可能性がある事実である。

さらに、Yanら(2016)は、粒子状物質またはオゾンへの暴露が、膜受容体、細胞内キナーゼおよびホスファターゼ、ならびに炎症反応を調節する転写因子を含む細胞シグナル伝達ネットワークを活性化する可能性があることを報告している。

粒子状物質による細胞シグナル伝達は結果的に活性酸素と関連していると考えられるが、オゾンによる細胞シグナル伝達はリン酸塩と関連していると考えられる。

呼吸器合胞体ウイルス

Nennaら(2017)は、ローマ(イタリア)の小児における急性ウイルス性気管支炎、気象条件、大気汚染との関連を調査した。鼻洗浄サンプルから検出された14種類の呼吸器ウイルスの疫学データを、大気汚染物質濃度および気象条件の平均週間データとともに評価した。

呼吸器合胞体ウイルス のピーク活性(残りの 13 種類のウイルスでは検出されなかった)と低温、高相対湿度、および大気汚染物質(特にベンゼン)との間に強い相関関係が認められた。

ロンバルディア州(イタリア)の乳児を対象に、PM10曝露がRSV気管支炎による入院と関連しているかどうかを調査した。PM10への短期・中期暴露と呼吸器合胞体ウイルス気管支炎による入院リスクの増加との間に明確な関連性が示された。

一方、195カ国で1990年から2016年に得られたデータを用いて、TroegerとGBD(2018)は、周囲の粒子状物質汚染を改善するために実施された介入-浪費、家庭の大気汚染、抗生物質の使用拡大など-は、下気道感染症の負担が最も大きい国で治療を受けた4000人の子どもにつき、下気道感染症による5歳未満児の死亡を1人回避できると報告している。

重症急性呼吸器感染症(SARI)

呼吸器ウイルス感染症(RVI)は呼吸器系の感染症の中で最も多い原因であるため、Silvaら(2014)はポルトアレグレ市(ブラジル)でILIと重症急性呼吸器感染症(SARI)の緊急受診数を調査した。また、ILI/SARI、RVI有病率、気象要因と大気汚染との関連も調べた。その結果、驚くべきことに、SARI症例は大気汚染物質の平均濃度の低下と関連していることが明らかになり、同時期の降雨量の増加との関連が示唆された。その研究では、室内大気汚染に特別な関連性が与えられた。

Nhungら(2017)は、室内空気汚染が小児の肺炎に及ぼす急性影響について、システマティックレビューとメタアナリシス(17研究を含む)を行った。肺炎は小児死亡原因の第一位であり、ウイルス性肺炎インフルエンザとRSVが原因であることに留意することが重要である。

PM10、PM2.5、二酸化硫黄、オゾン、二酸化窒素、一酸化炭素について、汚染物質特異的過剰リスクパーセンテージと信頼区間をランダム効果モデルを用いて推定した。メタ解析の結果、PM10、PM2.5、SO2、O3、NO2の濃度で測定される周囲の大気汚染の短期的な増加は、肺炎による入院の増加と関連していることが確認された。

PM2.5への長期暴露は、肺マクロファージKdm6aのダウンレギュレーションを介してインフルエンザウイルスに対する耐性を低下させ、IL-6およびIFN-βプロモーター領域のヒストン修飾を媒介することが実証されている(Maら、2017)。

大気汚染度指数

一方、Tangら(2018)は、大気汚染がそのリスクに与える影響を測定することを主な目的とした陝西省(中国)における大気汚染度指数(AQI)、気象変数、呼吸器感染リスクの関連性を定量化するための統合データ解析を行った。

その結果、大気汚染度指数AQIとILI症例数の間に統計的に有意な正の相関が認められた。この知見は、北京でのPM2.5とILI症例との関連性に関する先行研究の結果と一致していた(Fengら、2016)、広州での大気汚染に関連した入院に関するデータと一致していた(Zhangら、2014)。

Zhangら(2019)は、蘇州市(中国)の大気汚染物質濃度が異なる年齢層の子供の呼吸器感染症に及ぼす短期的な影響を評価した。単一汚染物質モデルの結果、PM2.5、PM10、NO2、SO2、COは3歳未満の小児の呼吸器感染症と有意な関連を示した。

粒子サイズによって異なるリスク

一方、マルチ汚染物質モデルでは、PM2.5濃度が7ヶ月未満の子どものウイルス性呼吸器感染症と有意に関連し、PM10濃度が就学前の子どものウイルス性呼吸器感染症と関連していることがわかった。

Croftら(2019年)は、2005年から2016年の間にインフルエンザ、細菌性肺炎、または培養陰性肺炎と診断されたニューヨーク州の成人50万人近くを調査し、これらの感染症の発生率とPM2.5の増加を関連付けることを目的とした。著者らは、「培養陰性肺炎やインフルエンザの発生率の増加は、前週のPM2.5濃度の上昇と関連していた」と結論づけた。

しかし、これらの関連性はPM2.5の毒性が変化したことや病原体の病原性が高くなったことに起因する可能性もあり、さらなる研究が必要であると指摘している。

急性下気道感染症

同じ系統で、Horneら(2018)は、PM2.5レベルと急性下気道感染症(ALRI)との関係を研究した。同様に、これらの著者は、高レベルのPM2.5への短期暴露は、幼児、高齢児、および成人における急性下気道感染症のより大きなヘルスケア利用と関連していると結論づけた。

最近、Nhungら(2019)は、ハノイ(ベトナム)の急性下気道感染症(ALRI)に罹患している子ども(0~5歳)の入院期間に及ぼす様々な大気汚染物質(PM10、PM2.5、PM1、SO2、NO、NO2、NOx、CO、O3)の影響を調査した。2-5歳児では、O3濃度の上昇と入院期間の延長との間に正の相関が見られた。

同様の結果はPM10についても観察された。オゾンが酸化ストレスを発生させることはよく知られている。したがって、高濃度のオゾンに曝露すると、肺粘液の抗酸化レベルが低下する可能性がある。

単一汚染物質モデル

対照的に、SO2、NO2、NOx、CO濃度の増加は、単一汚染物質モデルでは、より短い入院期間と関連していた。しかし、これらの逆の結果は、汚染物質モデルと同様に、サブグループ間で安定性が低く、より一貫性がなかった。

窒素酸化物(NOx)

一方、Pfefferら(2019)は、より高いレベルの周囲NOxが、ウイルス性の可能性のある病因の長期化した増悪と関連していることを発見し、大気汚染の毒物学的影響を支持した。それは感染症への感受性とその重症度を増加させるだろう。大気中のNOx濃度が高くなると、ウイルス性の増悪症状の回復が有意に延長することが指摘された。

 

一方、最小のRNAウイルスであるライノウイルス(RHV)は、上気道、時には下気道の呼吸器に感染し、風邪の半数を占めることが知られています。慢性呼吸器疾患や高齢者では、RHVは生命を脅かす病気の原因となることもある。

これに関して、最近、Rodriguesら(2019)は、RHVの循環が大気汚染を含む環境条件によって決定されることを報告した。

4. 大気汚染、H1N1とSARS

酸化ストレス

酸化ストレスがウイルス感染症の重症度を高めることが示されている。酸素の元素形態であるオゾンは、都市部に最も多く存在する大気汚染物質の一つである。

それは酸化ストレスの強力な誘発因子であり、気道炎症や呼吸器疾患の増加を引き起こす可能性がある。Kesicら(2012a, 2012b)は、ヒトの一次呼吸器鼻上皮から分泌されたプロテアーゼがタンパク質分解的にインフルエンザウイルスを活性化し、一方でオゾンのような空気中の酸化剤汚染物質に曝露すると、これらの効果が増加することを実証した。

一方で、PM汚染曝露と健康上の有害な転帰との関連性はよく知られている。その中には、COPDや喘息などの呼吸器疾患が含まれています。また、PM曝露と感染性呼吸器疾患への感受性の増加との関連も報告されている。

環境難分解性フリーラジカル(EPFR)

環境難分解性フリーラジカル(EPFR)は、米国の様々な都市から採取したPMサンプルから検出された(Dellingerら、2001年)。これに関連して、Leeら(2014)は、燃焼由来PMに関連するEPFRが、呼吸器系ウイルス感染症後の重症度および死亡率を高める上で重要であることを実証した。

さらに、Hirotaら(2015)は、都市型PMがヒト気道上皮細胞IL-1β分泌を増加させることを、in vitroでのスクラッチ創傷およびH1N1インフルエンザA曝露後に示した。

いくつかの研究では、汚染曝露などの危険因子に焦点を当てている。例えば、Xuら(2013)は、ブリスベン(オーストラリア)で小児インフルエンザにPM10と平均気温の間に有意な相互作用効果があることを発見した。

Moralesら(2017)は、2009年のパンデミックH1N1ウイルスで一部の国が打撃を受けにくくなった理由の可能性を探り、呼吸器系の免疫を低下させる慢性感染症の負担となる大気汚染などの環境曝露に注目する必要性を強調している。

SARS

SARSについては、中国で実施された大気汚染指数(API)で評価したSARSの症例死亡率に関する生態学的研究で、Cuiら(2003)は、大気汚染指数が中程度の地域のSARS患者は、大気汚染指数が低い地域の患者と比較して死亡リスクが84%増加していることを明らかにした。

一方、大気汚染濃度の高い地域のSARS患者は、大気汚染濃度の低い地域に住む患者と比較して、2倍の確率でSARSで死亡することがわかった。この結果は、中国の人口における大気汚染とSARS患者の死亡率との間に正の関係があることを示している。

同様の結果は、北京(中国)の人口で大気汚染とSARSの1日の死亡率との関連を調査したKanら(2005年)も報告している。

その結果、PM10、SO2およびNO2の5日移動平均値に対する10μg/m3の増加は、それぞれ1.06、0.74および1.22のSARS死亡率の相対リスクに対応することが明らかになった。

5. 大気汚染とCOVID-19

ウイルス感染の持続性

Fronteraら(2020)は最近、大気汚染物質の含有量が高い大気は、特定の気候条件とともに、空気中のウイルス粒子のより長い持続性を促進するのではないかという仮説を立てた。これは、個人から個人への直接的な拡散に加えて、SARS-CoV-2の間接的な拡散を促進するだろう。

MartellettiとMartelletti (2020)は、COVID-19によって最も影響を受けているイタリア北部地域が、PM10とPM2.5の最高濃度も示している地域と一致していることに気づいた。これらの著者は、SARS-CoV-2が大気汚染物質粒子の中に適切なトランスポーターを見つける可能性があることを示唆している。

さらに、直線的な関係では、ウイルスはより長く生存し、大気汚染物質によってすでに悪化している免疫系では、より攻撃的になる可能性がある。高濃度の大気汚染物質のゾーンに居住する個人は、呼吸器疾患を発症しやすく(Marquèsら、2020年)、ウイルス感染症に適している(Xieら、2019年)。

汚染は、主に繊毛を中心とした上気道の第一防御ラインを損なう(Cao et al. これに基づいて、Conticiniら(2020)は、ロンバルディア州やエミリア・ロマーニャ州などの汚染地域に住むコミュニティが、大気汚染によって引き起こされた以前の健康状態の悪化により、COVID-19で死亡する傾向が強いかどうかを調査した。

北イタリアの通常の高濃度の大気汚染物質は、その地域で記録された高レベルの致死率の追加の共要因と考えるべきであると結論づけられている。

SO2(二酸化硫黄)との負の相関関係?

中国では、Zhuら(2020)が、同国の120都市において、6種類の大気汚染物質(PM2.5、PM10、CO、NO2、O3)の濃度と1日に確認されたCOVID-19症例との関係を調査している。これらの汚染物質とCOVID-19確定症例との間には有意な正の相関が認められた。しかし、SO2は1日の確定症例数とは負の関係にあった。

同様に、Ogen(2020)は、コロナウイルスの致死率に対するNO2への長期暴露の寄与を評価している。そのために、3つのデータベースを組み合わせた:NO2の対流圏濃度、大気の状態(鉛直気流で表される)、致死症例数。センチネル5Pのデータから、ヨーロッパでは2つの主要なNO2ホットスポットが確認された。北イタリアとマドリッド都市圏であり、COVID-19による死亡率が特に高い地域である。

一方、RibeiroとBarros(2020)は最近、大気汚染がCOVID-19に対する感受性を高めるという仮説を検証した。そのために著者らは、2020年5月2日までのポルトガル大陸の自治体別COVID-19確認症例数の累積数と、同じ自治体の年間平均PM10、PM2.5、NO2レベルに関する公開データを用いた。調整モデルでは、COVID-19の届出率とPM10およびPM2.5との間に正の有意な関連が認められたが、NO2との関連は交絡因子の調整後に消失した。

これらの結果は、イタリア(Conticiniら、2020年)や米国(Wuら、2020年)でも示されているように、大気汚染物質への慢性的な曝露が回復を損ない、より重篤で致死的な形態の疾患につながることを示している。

感染メカニズム

Coccia(2020)は最近、コロナウイルス疾患に類似した将来の伝染病に対処するための可能性のある戦略のために、環境中でのCOVID-19の伝搬動態のメカニズムを検討した。

この研究では、世界で最も死亡者数の多い国の一つであるイタリアのケーススタディに焦点を当てた。その結果、COVID-19の特定の環境下での感染動態の加速は、大気汚染による人から人への感染と、人口密度の高い環境下での人から人への感染の2つのメカニズムに起因することが明らかになった。

その結果、以下の2つのことが明らかになった。

1)北イタリアにおけるCOVID-19の感染ダイナミクスの加速は、都市の大気汚染と高い関連性を持っている。

2)100日以上の大気汚染(PM10の設定された制限値を超えた日数)を持つ都市は、感染者の平均数が非常に高い(約3340人の感染者)を示し、一方、100日未満の大気汚染を持つ都市は、2020年4月27日に感染者の平均数が低い(約1450人の感染者)を示している。

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