Возможное усиление тяжести протекания COVID-19 за счет cочетанного действия вируса Sars-CoV-19 и озона при сезонном повышении содержания озона в приземной атмосфере
* Первый Московсий Государственный Медицинский Университет им. И.М.Сеченова,
** Институт общей физики им. А.М. Прохорова РАН
контакты: EugeneStepanov@yandex.ru, тел.: +7-910-408-4886
Сезонное повышение содержания озона в приземной атмосфере, происходящее в весенне-летний период, может усилить тяжесть протекания заболевания COVID-19 и привести к дополнительным смертельным случаям.
Озон является токсическим веществом первого класса опасности. При попадании с вдыхаемым воздухом в организм он пагубно действует на основные системы организма – сердечно-сосудистую, нервную, респираторную и иммунную [1]. В складывающейся ситуации пандемии Sars-CoV-19 может оказаться актуальным учет дополнительного токсического действия озона на респираторную систему как сильного окислителя, приводящего к образованию в респираторном тракте свободных радикалов, провоцирующего перекисное окисление липидов и подавляющего иммунитет [1]. Основные патогенетические свойства озона [1,2]:
при попадании в респираторный тракт озон производит повреждения на протяжении всего трахебронхиального дерева и вызывет окислительный стресс и системное воспаление вплоть до отёка лёгких;
токсический эффект обусловлен образованием свободных радикалов, нарушением окислительных процессов и высвобождением из тканей адреналина, норадреналина и брадикинина;
разрушает клеточный эпителий респираторного тракта, повреждает реснички и барьерную функцию, вызывает продукцию цитокинов и апоптоз, нарушает фагоцитоз макрофагов и видоизменяет иммунитет на генном уровне;
снижает защитную функцию легких и повышает восприимчивость к респираторным инфекциям;
нарушение целостности респираторного эпителия и рекрутирование нейтрофилов в респираторный тракт в результате вдыхания озона оказывают повреждающее действие на легочную ткань и могут влиять на иммунный статус легких;
озон влияет на структуру и функции сурфактантной системы, в частности, белка SP-A в системе иммунной защиты легких, и способность белка SP-A модулировать механизмы иммунной защиты легких;
окисление белка SP-A озоном приводит к снижению его способности взаимодействовать с альвеолярными макрофагами и регулировать продукцию цитокинов;
снижается способность SP-A связываться с углеводными лигандами, повышать фагоцитоз вирусов, а также грамположительных и грам-отрицательных бактерий.
Любые концентрации озона при вдыхании токсичны [1].
Высокие, опасные для здоровья концентрации озона в приземной атмосфере коррелируют с увеличением частоты ряда заболеваний, прежде всего пневмонии, и смертности [1]. На территории России катастрофическое влияние высоких концентраций озона на заболеваемость и смертность населения было зафиксировано летом 2010 года в Москве во время эпизодов экстремальной жары [3,4]. На рисунках 1 и 2 показана корреляция количества случаев пневмонии и количества смертей в Москве в июне-августе 2010 года, когда содержание озона в приземной атмосфере достигало значений ~500 мкг/м3.
Рис. 1 Количество случаев пневмонии −•−•−•−
и максимальные среднечасовые КПО −◦−◦−◦−
в Москве летом 2010 года.
Рис. 2 Максимальные среднечасовые КПО −◦−◦−◦−
и количество смертей −•−•−•−
в Москве июне-августе 2010 года
Содержание озона в приземной атмосфере сильно увеличивается с увеличением уровня солнечной радиации в веенне-летний период и при наличии в воздухе предикторов озона – окислов азота, моноокиси углерода и летучих углеводородов, которые в мегаполисах в основном продуцируются транспортом.
Опасные высокие концентрации озона наблюдаются в странах южной Европы (Италия, Испания, Франция) и в Соединенных Штатах. Именно там сейчас наблюдаются наиболее тяжелые ситуации с заболеваемостью и смертностью от COVID-19. Наблюдаемый рост смертности совпадает с ростом солнечной активности в этих южных регионах, и, таким образом, с ростом содержания озона в приземной атмосфере. Можно предположить, что приземный озон, является одним из дополнительных факторов, способствующих увеличению тяжести протекания заболевания и наблюдаемой в этих странах высокой смертности.
Рис. 3 Сезонный ход приземных концентаций озона
в Кировской области РФ, 2016 год.
Рис. 4 Усредненный за год суточный ход приземных концентраций приземного озона в 2010-2016 гг, Кировская область РФ.
Неблагоприятные ситуации по озону наблюдаются в весенне-летний период и на территории европейской части России, в крупных городах и их окрестностях (Москва, Поволжье, Южные регионы, Крым, Кавказ), в некоторых курортных районах, в частности, в окрестностях Ялты. На рисунке 3 представлен сезонный ход приземных концентраций озона в 2016 году в относительно чистом фоновом районе европейской части РФ, Кировская область [5]. Видно, что наблюдаемые максимальные значения достигают величин (более 200 мкг/м3), существенно превышающих предельно допустимые уровни (ПДКмр = 160 мкг/ м³, ПДКсс = 30 мкг/м3). Как видно на рисунке 1 в мегаполисе (Москва) могут наблюдаться концентрации около 500 мкг/м3. На рисунке 4 показаны усредненные за год суточные ходы приземных концентраций приземного озона в 2010-2016 гг, Кировская область РФ. Виден значительный рост содержания озона в приземной атмосфере за последние годы, что свидетельствует о нарастании проблемы тропосферного озона на территории РФ.
На основании этих данных можно прогнозировать, что в апреле и мае 2020 года, с ростом температуры окружающего воздуха и увеличением солнечной активности, содержание озона в приземной атмосфере резко возрастет на всей территории европейской части России, в частности, в Москве и Московсой области. Это может привести к увеличению частоты тяжелого протекания пневмонии, обусловленной Sars-CoV-19, и смертности.
Возможные профилактические меры, которые могут снизить влияние озона и риски непосредственно весной и летом этого 2020 года.
Как в городе, так и в окрестностях мегаполисов (в радиусе ~150 км):
в солнечную и жаркую погоду избегать нахождения на открытом воздухе в утрение и дневные часы;
в солнечную и жаркую погоду прогулки и спортивные занятия на свежем воздухе допустимы ранним утром и вечером (до 8 часов утра и после 20 часов вечера);
в жаркие дневные часы использовать кондиционирование помещений, а не обычное проветривание;
увеличивать влажность воздуха в помещениях;
необходимо поддерживать сурфактантную систему легких за счет рационального поведения (в том числе правильное питание).
Увеличение влажности может оказаться достаточно простым и эффективным способом снижения содержания озона, проникающего в помещение снаружи или образуемого некоторыми приборами (бактерицидными УФ-лампами, множительной техникой и т.п.). Этот подход может применяться в медицинских учреждениях, в школах и детских садах, а так же в жилых помещениях. Динамика концентрации озона в замкнутом объеме в присутствии водяных паров и водного аэрозоля показана на рисунке 5 [6].
Рис.5. Разложение озона в воздухе при различной относительной влажности и в присутствии водного аэрозоля.
А – относительная влажность 40% (1), 68% (2), 85% (3).
Б – относительная влажность 40% (1), микро-аэрозоль (2), нано-аэрозоль (3).
Тотальное решение проблемы тропосферного озона (снижения его влияния на здоровье населения, заболевание и смертность) во всем мире, включая Россию, является очень трудным вызовом для всего человечества. Оно требует глобального снижения выбросов в воздух продуктов сгорания (окислов азота и углерода, летучих углеводородов) по всему миру, что врядли возможно в ближайшее время. Однако применение мер административного регулирования в области охраны окружающей среды, как показывает опыт ряда стран, позволяет несколько снизить локальные уровни озона в приземной атмосфере.
1. Markus Amann, Dick Derwent et al. Health risks of ozone from long-range transboundary air pollution WHO 2008 Regional Office for Europe,
http://www.euro.who.int/__data/assets/pdf_file/0005/78647/E91843.pdf
2. А.Н. Микеров, Факторы, участвующие в модулировании механизхмов иммунной защиты легких при превмонии, Проблемы особо опасных инфекций, 2012, вып. 111, С.81-83.
3. С.Н. Котельников, Е.В. Степанов, В.Т. Ивашкин, Содержание озона в приземной атмосфере и заболеваемость в период экстремальной жары летом 2010 года, Доклады Академии наук, 2017, Т.473, № 4, С.502-507.
4. С.Н. Котельников, Е.В. Степанов, В.Т. Ивашкин, Приземные концентрации озона и здоровье различных возрастных групп населения в Москве летом 2010 года, Геофизические процессы и биосфера, 2019, Т.18, № 4, С.26-38.
5. С.Н. Котельников, Е.В. Степанов, Положительный тренд приземной концентрации озона на севере Приволжского Федерального округа РФ, Краткие сообщения по физике ФИАН, 2018, № 1, С.25-33.
6. С.Н. Котельников, Е.В. Степанов, Роль водного аэрозоля в разложении озона в приземной атмосфере, Краткие сообщения по изике, ФИАН, 2019, № 9, С.23-30.
Авторы Аналитической записки
Ивашкин Владимир Трофимович академик РАН, профессор, директор клиники пропедевтики внутренних болезней Первого МГМУ им.И.М. Сеченова.
Котельников Сергей Николаевич научный сотрудник Отдела экологических и медицинских проблем Института общей физики им. А.М. Прохорова РАН
Степанов Авгений Валерьевич д.ф.-м.н., профессор, заведующий отделом экологических и медицинских проблем Института общей физики им. А.М. Прохорова РАН