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¿Podría el COVID-19 ser estacional? Buscando señales en los datos de la Tierra

Coronavirus y clima cálido: explicando el impacto potencial de la estacionalidad

Las respuestas definitivas sobre la estacionalidad del SARS-CoV-2 no llegarán hasta varias estaciones

En los años 400 a. C., el famoso médico griego Hipócrates ofreció el primer relato conocido de una enfermedad respiratoria estacional. La "Tos de Perinto" fue una aflicción invernal que golpeó una ciudad portuaria en Grecia. Los síntomas incluían fiebre, escalofríos, dificultad para respirar, neumonía y, a veces, la muerte.

Las herramientas científicas modernas nos han permitido observar y explicar enfermedades de formas que pueden haber asombrado a Hipócrates. Pero explicar por qué algunos brotes de enfermedades tienen ciclos estacionales y predecir el momento de esos ciclos, sigue siendo un problema difícil. En 2020, resolver ese problema se volvió aún más apremiante, ya que el nuevo coronavirus (SARS-CoV-2) y la enfermedad que causa (COVID-19) se extendió rápidamente por todo el mundo.

SARS-CoV-2 al microscopio SARS-CoV-2 al microscopio

La NASA se ha unido a otras agencias estadounidenses e internacionales en la búsqueda de respuestas. Los científicos están investigando posibles relaciones entre la propagación del nuevo coronavirus y los cambios estacionales en la humedad, la temperatura, la lluvia y otras variables ambientales. Esperan que su trabajo aclare el papel que el clima y el tiempo podrían desempeñar para influir en la propagación del virus.

La investigación ha demostrado que algunos virus respiratorios tienen ritmos estacionales claros. Por ejemplo, se sabe que los casos de gripe y varios tipos de coronavirus aumentan en el invierno. Los brotes de enterovirus generalmente ocurren en el verano. Y algunos adenovirus y rinovirus no tienen un ciclo estacional obvio.

mapa de enfermedades de 1856

Imagen: La idea de que las infecciones virales siguen ritmos estacionales y patrones geográficos no es nueva. Este mapa de 1856 de un cartógrafo escocés muestra virus y enfermedades prominentes (como la viruela, el bocio y la fiebre amarilla) en relación con la temperatura y la latitud.

La pregunta que enfrentan los expertos en enfermedades infecciosas y los formuladores de políticas es: ¿cómo se comportará el SARS-CoV-2?

Los virus más estrechamente relacionados, otros cuatro tipos de betacoronavirus esféricos con picos, ofrecen algunas pistas. El Síndrome Respiratorio del Medio Oriente (MERS) y el Síndrome Respiratorio Agudo Severo (SARS) nunca se han extendido lo suficientemente rápido como para mostrar estacionalidad. Pero dos betacoronavirus endémicos (OC43 y HKU1) que causan el resfriado común se propagan más en el invierno. (Los virus endémicos siempre están presentes; los virus epidémicos se propagan rápidamente en una región; las pandemias se propagan a nivel mundial).

Si el coronavirus COVID-19 le favorece el invierno como a sus primos, los casos de la enfermedad se desvanecerían durante el verano pero luego volverían a surgir en otoño o invierno. Hay un preocupante precedente para esta posibilidad. Durante la pandemia de gripe de 1918, la primera ola de enfermedad llegó en la primavera, pero fue relativamente modesta. Fue la segunda ola que llegó en el otoño de 1918 que fue catastrófica y causó decenas de millones de muertes en todo el mundo.

uso de mascarillas contra el coronavirus

Imagen: Los científicos esperan comprender cuánto influyen las condiciones ambientales en la propagación del COVID-19 en comparación con otros factores como el uso de mascarilla o las cuarentenas.

La ciencia que rodea la potencial estacionalidad del SARS-CoV-2 es demasiado nueva para decir algo con certeza. "Hay una verdadera prisa por sacar estudios ahora", dijo Benjamin Zaitchik, investigador de la Universidad Johns Hopkins que trabaja en un proyecto de Ciencias Aplicadas de la NASA [PDF] para investigar si los factores ambientales están afectando la propagación del nuevo coronavirus.

"Todo el mundo está tratando de ayudar, y muchas personas sienten que sacar algo más rápido es cómo ustedes ayudan ahora". Pero el público debería entender que, incluso unos meses después de esto, todavía no hay nada definitivo sobre la estacionalidad del virus".

Una forma en que Zaitchik y otros investigadores esperan obtener algo de claridad es mediante el uso de conjuntos de datos de reanálisis y modelos que sintetizan datos ambientales dispares en un todo coherente. Estos sistemas generan instantáneas consistentes de la atmósfera de la Tierra y las superficies de tierra y agua en grandes áreas y largos períodos de tiempo. Esto los hace especialmente útiles para la investigación de problemas globales de larga duración como el cambio climático o la estacionalidad de una enfermedad infecciosa.

En su búsqueda de una posible señal estacional para el COVID-19, Zaitchik y otros científicos se apoyarán en modelos y datos de la NASA, otras importantes organizaciones de investigación y una variedad internacional de satélites, aviones y sistemas de observación del clima. NASA, NOAA, la Agencia de Exploración Aeroespacial de Japón, la Agencia Espacial Europea y el Centro Europeo para Pronósticos Meteorológicos de Mediano Alcance (ECMWF) están particularmente bien posicionados para producir datos útiles para los estudios del COVID-19 porque mantienen sistemas de observación y computación capaces de rastrear cosas a escala global.

¿Cómo pueden las estaciones afectar un virus respiratorio?

Hay algunas similitudes en las estructuras de los virus estacionales que sugieren que son importantes ciertas características. Por ejemplo, varios virus estacionales tienen envolturas lipídicas que protegen el ARN viral y pueden ayudar a los virus a evadir el sistema inmune humano. Algunas investigaciones indican que estas envolturas lipídicas se desorganizan en condiciones cálidas y húmedas, lo que dificulta la propagación de los virus. Otra investigación en anatomía humana indica que las estructuras en la nariz y la garganta que defienden contra las infecciones generalmente funcionan mejor en condiciones más cálidas y húmedas.

estaciones de la Tierra

Imagen: Las estaciones de la Tierra traen pulsos de verde y blanco a medida que las regiones de vegetación, nieve y hielo se expanden y contraen durante todo el año. Se ha demostrado que los cambios estacionales influyen en la propagación de algunas enfermedades.

Algunos estudios de laboratorio muy preliminares en 2020 señalaron un posible vínculo entre el frío y las condiciones secas y una mayor transmisión de SARS-CoV-2, y varios grupos de investigación comenzaron a buscar patrones similares en los datos ambientales y de salud del mundo real. Un estudio señaló que las ciudades con los brotes más severos a fines del invierno de 2020 estaban situadas principalmente en la misma latitud (30 a 50 grados norte) y tenían las mismas condiciones generales de temperatura y humedad.

evolución estacional de la gripe en Estados Unidos

Imagen: Cada año en los Estados Unidos, la gripe sigue un patrón predecible y alcanza su punto máximo durante el invierno, cuando las condiciones son más frías y secas.

Por ahora, correlaciones como estas deberían considerarse como hipótesis, no como prueba de una conexión. Los estándares para la recopilación de datos de salud varían tan drásticamente entre países que comparar resultados tan temprano en una pandemia puede sugerir relaciones que no resisten el tiempo y el escrutinio. Más allá de eso, las relaciones entre las variables ambientales y la transmisión viral podrían resultar complejas; podrían jugar de manera diferente en climas tropicales en latitudes bajas en comparación con climas templados en latitudes medias. En el caso de la gripe, el aire seco de invierno parece ayudar a la propagación del virus en latitudes medias y altas, pero hay evidencia de que las condiciones extremadamente húmedas en la estación húmeda en los trópicos también benefician al virus.

La mayoría de nosotros nos enfocamos en cómo cambian las temperaturas con las estaciones, por lo que puede ser fácil olvidar cuánto cambian las estaciones la atmósfera. Por ejemplo, la cantidad de vapor de agua en el aire cae significativamente en el invierno porque la luz solar reducida limita la evaporación de los lagos y mares. Cuando ese aire exterior seco se bombea al interior y se calienta, puede volverse aún más seco. Como el aire caliente puede retener más humedad que el aire frío, la humedad relativa, una medida de la cantidad de humedad que puede contener el aire, cae sustancialmente.

estudio de ciudades con covid-19

Imagen: La investigación preliminar indicó que las ciudades con la mayoría de los casos de COVID-19 a principios de 2020 compartían condiciones similares de temperatura y humedad. Una cantidad significativa de transmisiones de enfermedades se agruparon entre 5°C y 10°C (entre 40°F y 50°F) y a humedades específicas de 5 g/kg.

"Para el SARS-CoV-2, es demasiado pronto para decirlo", dijo Jeffrey Shaman, epidemiólogo de la Universidad de Columbia que ha estudiado la estacionalidad de los virus respiratorios durante décadas. "Pero si tuviera que invertir dinero, apostaría a que hay estacionalidad en este virus y que, al igual que con la gripe y los betacoronavirus endémicos, se rastreará con condiciones ambientales como la temperatura y especialmente la humedad absoluta".

Encontrar patrones en una inundación de datos

Dadas las indicaciones de que la humedad puede ser importante para la supervivencia y la transmisión de los virus respiratorios estacionales, Zaitchik y sus colegas están examinando una amplia gama de variables ambientales. Y es por eso que creen que los modelos atmosféricos globales y los conjuntos de datos de reanálisis serán útiles para avanzar en el estudio de la estacionalidad del COVID-19.

Las estaciones meteorológicas y otras herramientas de monitoreo terrestres están dispersas de manera desigual en todo el mundo, y la mayoría de ellas están agrupadas en un puñado de países ricos. Esto significa que tienden a ofrecer vistas regionales, en lugar de una vista global consistente del vapor de agua, la humedad, la temperatura y otras variables que cambian con las estaciones.

Los conjuntos de datos de reanálisis atmosférico superan esta limitación al combinar repetidamente simulaciones de modelos del estado de la atmósfera con cantidades masivas de datos de satélites, globos meteorológicos, aviones, barcos y estaciones meteorológicas. Los sistemas de reanálisis ajustan constantemente lo que simulan agregando nuevas mediciones del mundo real. Es como un pronóstico que se actualiza a sí mismo, al tiempo que mantiene una visión retrospectiva de lo que sucedió.

Vídeo: Tanto la temperatura como la humedad siguen ritmos diarios y estacionales, que son observados y medidos por instrumentos de la NASA y representados por modelos.

Los datos de dos modelos principales de reanálisis atmosférico ya se han utilizado en estudios sobre la relación entre el clima, el tiempo y las enfermedades, y podrían ser críticos para los avances en la estacionalidad del SARS-CoV-2. Un conjunto de datos es el ERA-5 del ECMWF y el otro es el Análisis Retrospectivo de la Era Moderna para Investigación y Aplicaciones (MERRA-2) de la NASA.

"Realmente no hay una instantánea de la atmósfera en cuatro dimensiones más precisa y espacialmente consistente que la que se obtiene de estos productos de reanálisis", dijo Rob Gelaro, meteorólogo investigador de la Oficina de Asimilación de Modelado Global de la NASA, que ejecuta MERRA-2. "Cada seis horas, MERRA-2 absorbe al menos 5 millones de observaciones y genera una instantánea de la atmósfera global en un momento dado".

MERRA-2 es oficialmente un producto de reanálisis de la NASA, que extrae datos de varios satélites de la NASA y NOAA como Terra, Aqua y la Misión de Medición de Lluvias Tropicales. Pero realmente es una combinación de los mejores datos meteorológicos del mundo de docenas de satélites y sistemas de monitoreo del clima.

Dado que sería bastante costoso y logísticamente imposible para un país lanzar todos los satélites y administrar todos los sistemas de observación necesarios para lograr una cobertura global, los países dividen los costos y los desafíos de gestión y luego comparten los datos. ERA-5 funciona de la misma manera.

La riqueza, amplitud y profundidad de los datos de reanálisis es lo que los hace tan útiles. "Estamos utilizando estos modelos para observar de cerca los datos de temperatura y humedad, pero no nos detendremos con eso", dijo Zaitchik. "También analizaremos varios otros parámetros (lluvia, humedad del suelo, evapotranspiración, vientos, presión superficial, fracción de evaporación y exposición a los rayos UV) que podrían ayudarnos a detectar una señal o comprender algo sobre la transmisión de enfermedades".

Con la ayuda de una herramienta de reanálisis llamada Sistema de Asimilación de Datos de Tierras de América del Norte, Zaitchik y su equipo también deberían poder conectar la epidemiología y el clima a nivel de condado para América del Norte y Europa porque los datos ambientales y de salud pública son más detallados y consistentes en estos países desarrollados.

Pandemias en cualquier estación

Incluso con acceso a potentes conjuntos de datos y modelos, los científicos dicen que llevará tiempo separar el papel del cambio estacional de los otros factores que influyen en el SARS-CoV-2, como las restricciones económicas y de viaje o el uso de mascarillas.

"La variabilidad estacional puede ser solo un factor menor, ralentizando pero no deteniendo el virus en verano, hasta que se acumule más inmunidad en la población", dijo el epidemiólogo de la Universidad de Harvard Marc Lipsitch. "Los nuevos virus tienen una ventaja temporal pero importante: pocos o ningún individuo de la población es inmune a ellos".

condiciones ambientales de la gripe

Imagen: Las condiciones ambientales tienen más impacto en algunos virus que en otros. Los niveles de humedad cambian el contagio de la gripe, así como también dos betacoronavirus que causan el resfriado común. Queda por ver cómo se comporta el SARS-CoV-2.

Un equipo de la Universidad de Princeton subrayó este punto en un estudio publicado en mayo de 2020. Usaron datos de humedad absoluta 2014-2020 de ERA-5 y MERRA-2 para desarrollar escenarios sobre cómo el SARS-CoV-2 podría extenderse si los efectos estacionales demuestran ser similares a los de la gripe y el resfriado común betacoronavirus. Su conclusión fue que durante la etapa de pandemia de un virus emergente, la estacionalidad solo podía conducir cambios "modestos" al tamaño de una pandemia.

Rachel Baker, la investigadora principal de Princeton en ese estudio, explicó que la pandemia del SARS-CoV-2 podría eventualmente establecerse en un patrón de brotes estacionales. "Pero probablemente llevará algún tiempo ver eso en los datos", dijo. "Idealmente, tendrías suficientes datos para poder observar la actividad viral en la misma ciudad durante varias estaciones (probablemente al menos tres años) antes de que podamos decir con confianza que hay una señal estacional y poder describir eso".

Entonces, mientras que los científicos como Baker, Shaman y Zaitchik están luchando por encontrar pistas, las respuestas definitivas sobre la estacionalidad del SARS-CoV-2 no llegarán hasta varias estaciones.

"A medida que entras en este ritmo constante de nueva información e investigación, recuerda que este virus es nuevo para la ciencia y las personas recién comienzan a estudiarlo", dijo Zaitchik. "Hacer ciencia definitiva y de alta calidad lleva tiempo, a veces mucho tiempo. El apetito por las respuestas es comprensiblemente intenso, pero también tenemos que tratar de equilibrar esa hambre con paciencia".

Modificado por última vez enMiércoles, 15 Julio 2020 21:05