Cómo el humo de los incendios forestales aumenta el riesgo de enfermedades infecciosas
ARRIBA: ISTOCK.COM, DANIIIELC
Además de una pandemia mundial que ha matado a millones de personas, los residentes del oeste de Estados Unidos se han enfrentado durante dos veranos consecutivos a temporadas de incendios forestales sin precedentes . En lo que va del año, aproximadamente 43,500 incendios forestales han calcinado más de 5 millones de acres, y los incendios continúan creciendo en frecuencia e intensidad. Con ellos vienen una serie de problemas de salud humana, incluido el riesgo de que los cuerpos desgastados por la exposición al humo puedan sucumbir más fácilmente a las enfermedades infecciosas.
Es urgente y difícil descubrir los efectos del humo de los incendios forestales en la salud. . Con los incendios forestales, generalmente miraban por el espejo retrovisor, mirando retroactivamente, dice Sheryl Magzamen, epidemióloga respiratoria de la Universidad Estatal de Colorado. Si bien la contaminación del aire de los automóviles se puede estudiar en tiempo real colocando sensores cerca de las carreteras, agrega, los incendios forestales son esporádicos e impredecibles. Dónde están, cuándo suceden y adónde va el humo es realmente complejo.
Pero un creciente interés en las enfermedades respiratorias derivadas de la pandemia está uniendo los incendios forestales y la salud humana de nuevas maneras. Si bien se atribuyen muchos efectos al humo que hace que los pulmones sean más susceptibles a enfermedades como la influenza y el COVID-19, las primeras investigaciones indican que, además, el humo también puede ser un vector para la propagación de patógenos. Aunque a veces es molesto pensar en ello, es un momento emocionante para hacer este tipo de trabajo, le dice Magzamen a The Scientist. Hay energía y motivación que tal vez no había antes.
El famoso puente Golden Gate de San Francisco apenas se veía a través del humo el 9 de septiembre de 2020. ISTOCK.COM, JasonDoiy
¿Qué tan peligrosos son los cielos nublados?</h2
Los efectos de la contaminación del aire en la salud están bien documentados, y los científicos están comenzando a investigar el humo de los incendios forestales como un subconjunto particularmente dañino. El aire sucio lleno de escape de automóviles y fábricas, polvo, humo, metales y polen mata a un promedio de 9 millones de personas en todo el mundo cada año, y un estudio global publicado hoy (8 de septiembre) en The Lancet Planetary Health atribuyó 33.500 muertes cada año directamente a la contaminación por incendios forestales. Durante décadas, los científicos han relacionado la exposición a partículas en la contaminación con una mayor incidencia de asma, alergias, enfermedades cardiovasculares, diabetes, demencia y ciertos tipos de cáncer. Realmente no hay ninguna parte del cuerpo que no toque, dice Mary Prunicki, directora de investigación sobre la contaminación del aire y la salud en el Centro Sean Parker para la Investigación del Asma y las Alergias de la Universidad de Stanford.
Partículas finas de menos de 2,5 micrómetros de diámetro (PM2.5) se consideran el componente más peligroso de la contaminación del aire, incluido el humo. Eso es porque las partículas son tan pequeñas que pueden atravesar los pulmones y entrar en la sangre. Hay una inflamación localizada en el pulmón mismo, pero cuando el tamaño de las partículas es lo suficientemente pequeño, esa inflamación y otros problemas ahora pueden ocurrir en todo el cuerpo, le dice Prunicki a The Scientist.
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Dentro de nuestros pulmones, las partículas PM2.5 interfieren con el intercambio de oxígeno y afectan negativamente la función pulmonar, lo que dificulta la respiración profunda y altera la capacidad de cilios en los pulmones para eliminar la mucosidad y los posibles irritantes que contiene, incluidos los virus. Una vez que pasa a la sangre, el PM2.5 también causa inflamación en el corazón y el cerebro y prepara nuestro sistema inmunológico para que reaccione agresivamente a los alérgenos y las bacterias, lo que nos hace más vulnerables a los patógenos virales como la influenza.
A un pequeño aumento en el promedio diario de PM2.5 de verano se asoció con un aumento en la tasa de influenza invernal subsiguiente de entre 16 y 22 por ciento.
Un estudio en la zona rural de Montana encontró que los períodos de humo denso de incendios forestales se asociaron con temporadas de influenza inusualmente malas en los inviernos que siguieron. La ecologista computacional de la Universidad de Montana, Erin Landguth, quien dirigió el estudio, dice que originalmente esperaba que la exposición al humo en las semanas previas al comienzo de la temporada de gripe tuviera la asociación más fuerte con la cantidad de casos. En cambio, los niveles de PM2.5 de meses antes durante el apogeo de la temporada de incendios se correlacionaron más fuertemente con los casos de influenza: un pequeño aumento en el promedio diario de PM2.5 en verano se asoció con un aumento en la tasa de influenza invernal subsiguiente de entre 16 y 22 por ciento. No esperábamos ver ese largo, largo retraso, pero le lanzamos un montón de modelos y, efectivamente, siempre salía, dice ella.
Esto y la investigación sobre incendios están liderando a los científicos. a una mejor comprensión de los riesgos únicos que plantea el humo de los incendios forestales, y la evidencia reciente ha demostrado que en realidad puede ser más peligroso que otros tipos de contaminación del aire, como el escape de los automóviles. Un estudio publicado en Nature Communications encontró que en el sur de California, el PM2.5 atribuido al humo de los incendios forestales se asoció con un aumento del 10 % en las hospitalizaciones por eventos respiratorios, el aumento más alto atribuido a cualquier fuente que el equipo estudió y que el PM2.5 específico de los incendios forestales parecía ser hasta 10 veces más dañino para la salud humana que el de otras fuentes.
Una razón puede ser que el PM2.5 proveniente de los incendios forestales ha una composición diferente a la materia particulada de otras fuentes. Los incendios forestales queman madera, lo que puede causar problemas respiratorios como en el caso del eucalipto, pero también pueden quemar caucho, metal, plástico, vidrio u otros materiales sintéticos, creando un humo que es más tóxico cuando se inhala. De hecho, la investigación en ratones ha demostrado que la toxicidad respiratoria del PM2.5 de los incendios forestales es de tres a cuatro veces mayor que dosis iguales de contaminación del aire ambiental.
Evidencia del daño duradero causado por el humo de los incendios forestales en particular también existe para las personas. Durante 50 días en 2017, el humo de todo el oeste cubrió el lago Seeley, Montana, con un índice de calidad del aire promedio diario de 221 microgramos por metro cúbico (cualquier cantidad superior a 150 microgramos por metro cúbico se considera no saludable). Investigadores de la Universidad de Montana rastrearon a 95 residentes del área durante los próximos dos años. Justo después de estar expuestos al humo, aproximadamente el 10 por ciento de los participantes habían interrumpido el funcionamiento pulmonar similar al asma, según lo medido por un espirómetro. Un año más tarde, ese número saltó a casi el 46 por ciento, cayendo solo ligeramente al 34 por ciento el año siguiente.
Las personas tampoco necesitan estar cerca de incendios para verse afectadas por su humo. Debido a que los incendios producen patrones de viento erráticos que pueden transportar partículas a la atmósfera, el humo de los incendios en la costa oeste oscureció los cielos de Manhattan en julio. Al igual que otros tipos de contaminación del aire, el PM2.5 se oxida y produce más radicales libres a medida que envejece, y debido a que el PM2.5 derivado de los incendios forestales a menudo comienza como más inherentemente tóxico debido a lo que se quema, también podría causar más daño una vez que se quema. entra en el cuerpo, aunque los detalles de este efecto aún están bajo investigación. Todavía no sabemos si la exposición aguda a un tipo de humo menos tóxico es mejor que una cantidad menor de humo más tóxico, dice Magzamen a The Scientist. Pero si seguimos teniendo estos incendios, creo que probablemente lo descubramos.
La conexión entre el humo de los incendios forestales y el COVID-19
La frecuencia e intensidad cada vez mayores de los incendios forestales se ha producido junto con otra emergencia: la pandemia de COVID-19. Cuando el virus apareció por primera vez en los EE. UU. en la primavera de 2020, muchos residentes se enfrentaban a órdenes de evacuación provocadas por incendios forestales junto con órdenes de quedarse en casa.
Más de un año después, los investigadores están publicando estudios ese documento cómo se desarrolló todo eso. En Reno, Nevada, los residentes en 2020 encontraron humo de incendios en varios estados, incluso aquellos que estaban a cientos de millas de distancia. Normalmente, tendrías vistas realmente hermosas, pero incluso en este momento estoy mirando y no puedes ver los edificios del centro, dice Daniel Kiser, un científico de datos del Instituto de Investigación del Desierto en Nevada que habló con The Scientist en agosto, ya que varios incendios ardían cerca. Simplemente no es una experiencia divertida.
Kiser trabajó con un hospital local para estudiar si la exposición al humo de los incendios forestales estaba asociada con la tasa de pruebas positivas de SARS-CoV-2 en Reno. Midió PM2.5 utilizando una matriz de cuatro sensores y complementó sus lecturas con datos de la EPA. De un hospital local, recibió casi 36.000 resultados de pruebas. Entre el 16 de agosto y el 10 de octubre de 2020, la época de ese año más afectada por el humo, los casos positivos aumentaron más de un 17 por ciento (178 casos adicionales de un total de 2.881). No diría que nos sorprendió particularmente lo que encontramos, dice Kiser, y agrega que el humo puede hacer que los casos asintomáticos se conviertan en sintomáticos, o hacer que los síntomas sean más graves, lo que podría motivar a [los pacientes] a hacerse la prueba cuando tal vez no lo harían. de lo contrario tendrían.
El humo de los incendios forestales de California visto por los satélites el 19 de agosto de 2021 Observatorio de la Tierra de la NASA
Más recientemente, la bioestadística y epidemióloga de la Universidad de Harvard Francesca Dominici y sus colegas ampliaron esos hallazgos, modelando cuántos casos de COVID-19 y las muertes podrían atribuirse al humo de los incendios forestales en 92 condados de California, Oregón y Washington. Para estimar la cantidad de días de incendios que experimentó cada condado entre marzo y diciembre de 2020, los miembros del equipo utilizaron imágenes satelitales de la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica (NOAA) y lecturas de PM2.5 de la EPA. Se basaron en los registros de salud del condado para la cantidad de casos y muertes diarios.
El equipo encontró que los días de incendios tenían niveles más altos de PM2.5 en comparación con los días sin incendios, y que los niveles elevados de PM2 derivados de incendios forestales .5 se correspondió con más hospitalizaciones y muertes por COVID-19. La tendencia general está ahí, dice Dominici a The Scientist, aunque el impacto no fue uniforme en todos los condados. En algunos lugares, es posible que solo haya habido un puñado de casos de COVID-19 o muertes relacionadas con incendios forestales. Pero en el condado de Sonoma en California, una de las áreas más afectadas, los autores atribuyeron más de 1700 casos adicionales, un aumento del 65 %, y 18 muertes adicionales al humo de los incendios forestales.
Que la tendencia no fuera constante no la sorprende, Dominici le dice a El Científico. El modelo no tiene en cuenta la demografía, las pautas de salud pública o el comportamiento humano. Existe la posibilidad, por ejemplo, de que los incendios forestales sean la causa de un número cada vez mayor de casos de COVID-19, incluso si el PM2.5 no lo es, porque otros han planteado la hipótesis de que las personas pasan más tiempo en el interior donde podrían infectar a otros, dice ella.
Esa interpretación contradice los resultados preliminares presentados por los colegas de Magazamens en la conferencia de la Sociedad Internacional de Epidemiología Ambiental en agosto. Ella y su equipo descubrieron que, si bien las muertes en Colorado en 2020 aumentaron en general, la interacción entre el humo de los incendios forestales y el COVID-19, que ocurrió simultáneamente entre marzo y diciembre de 2020, en realidad resultó en una reducción del riesgo de muerte en comparación con los períodos de la década anterior con solo humo. Plantearon la hipótesis de que el humo de los incendios locales llevó a las personas al interior, pero que esto resultó en una disminución en la transmisión del SARS-CoV-2. Los hallazgos contradictorios no significan necesariamente que ninguno de los estudios esté equivocado, dice Magazamen. Más bien, se debe a la falta de información demográfica detallada, como la edad o la ocupación, que podría explicar las diferentes tendencias. No tenemos ese nivel de datos de la comunidad, porque es difícil hacerlo en tiempo real. Pero a través de los sensores y la ciencia del crowdsourcing, nuestra esperanza es que vamos a empezar a ser capaces de averiguarlo.
¿Los microbios se suben al humo?
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Cuando el fuego arde, lanza pedazos de ceniza, madera carbonizada y otros materiales hacia el cielo. Es probable que cada uno lleve hongos, virus y bacterias conocidos como bioaerosoles. Incluso hay evidencia preliminar de que el SARS-CoV-2 se puede transportar de esta manera. En una perspectiva publicada el año pasado en Science, Leda Kobziar, científica de incendios forestales de la Universidad de Idaho, señaló que la intersección entre los bioaerosoles en el humo de los incendios forestales y la epidemiología aún no se ha abordado en la salud pública y la atmósfera. ciencias a pesar de la evidencia de que los incendios pueden transportar microbios.
Una pregunta persistente ha sido si estos microbios siguen siendo viables. En un artículo publicado a principios de este año, Brent Christner, microbiólogo de la Universidad de Florida, utilizó experimentos de laboratorio y quemas programadas para estudiar cómo se desplazan los microbios en las partículas producidas por los incendios forestales. En lugar de ser incendiados por el calor de los incendios, el equipo de Christners descubrió que un porcentaje igual de bacterias seguía siendo viable después de los incendios en comparación con las bacterias en el aire ambiente. Además, el material particulado recolectado del aire después de una quema controlada albergaba cinco veces la cantidad de células microbianas presentes antes, y estos números se correlacionaban con la fracción de PM10 en el aire. Estas piezas más grandes pueden proporcionar cierta protección a los microbios, dice Christner, al igual que el vapor de agua que se libera cuando la madera se quema.
Una partícula de polvo de una quema controlada en Florida en 2019 cubierta de microbios teñidos con fluorescencia. >Si bien su trabajo no se centró específicamente en los patógenos, Christner dice que es poco probable que se comporten de manera diferente. Ya entendemos que los hay. . . patógenos que se pueden transmitir a través del humo, aunque añade que casi siempre son patógenos de plantas que no suponen un riesgo para los humanos.
Hay, sin embargo, un ejemplo de un patógeno humano que se transmite por el humo y ahora está apareciendo en lugares donde antes no lo hacía.
La fiebre del valle, también llamada coccidioidomicosis, es una infección causada por el hongo Coccidioides. Después de ingresar a los pulmones como esporas en aerosol o adheridas a partículas de polvo, el hongo causa fatiga, tos, dolor en las articulaciones y erupciones cutáneas que pueden durar desde unas pocas semanas hasta varios meses.
Anteriormente, el hongo se había encontrado solo en el sudoeste de EE. UU. y en partes de América Latina, donde infecta principalmente a personas en prisiones o que trabajan al aire libre, incluidos trabajadores de la construcción, trabajadores agrícolas y bomberos forestales, según los Centros para el Control y la Prevención de Enfermedades. Varios estudios han documentado brotes de fiebre del valle entre los equipos de bomberos, incluido uno entre los bomberos reclusos en 2017 en el que 10 se enfermaron y dos fueron hospitalizados con complicaciones graves.
En 2013, varias personas que vivían en el estado de Washington que no habían viajó recientemente a áreas donde se sabe que el hongo desarrolló la enfermedad, lo que demuestra que el rango de patógenos se está expandiendo junto con el clima cálido y seco. A medida que las olas de calor sin precedentes se extienden hacia el norte, es posible que sigan apareciendo casos de fiebre del valle en nuevos lugares. ¿Debería ser esto una gran causa de preocupación para la salud humana? Normalmente diría que no, dice Christner. Pero la idea de que aquí tenemos un hongo que puede causar enfermedades debería hacernos pensar.
Cómo llegar a los mecanismos
Además de grandes estudios epidemiológicos que muestran amplias tendencias en las infecciones, los investigadores también están comenzando a investigar posibles mecanismos a nivel celular para descubrir exactamente cómo el humo de los incendios forestales podría hacer que las personas sean más susceptibles al COVID-19.
Una hipótesis es que cuando las partículas de SARS-CoV-2 se unen a partículas importa, son capaces de permanecer viables por más tiempo mientras viajan más lejos en el aire y penetran más profundamente en el tracto respiratorio. Los macrófagos en los alvéolos de los pulmones que normalmente engullen y eliminan partículas a veces no logran eliminar los desechos cuando se exponen al humo crónico, sino que permanecen con su carga ingerida en la región alveolar. En este escenario, el PM2.5 y otras partículas más pequeñas cumplen una doble función, transportando el virus al mismo tiempo que aumentan el estrés oxidativo e inducen la inflamación local, lo que daña las células epiteliales y las hace más susceptibles a la infección viral. Una vez que el SARS-CoV-2 está dentro de los pulmones, esa inflamación facilita la replicación viral al interrumpir la función celular normal, mientras que las células epiteliales dañadas y con fugas permiten que el virus entre en circulación y se mueva a otras partes del cuerpo.
Otra área activa de investigación, dice Prunicki, es cómo el humo y el SARS-CoV-2 activan vías inflamatorias y de reconocimiento viral similares, que pueden no solo aumentar el riesgo de infección, sino también conducir a casos más graves de COVID-19. Para hacer esto, agrega, los científicos están observando más de cerca las células individuales y los genes específicos involucrados.
Aunque a veces es molesto pensar en ello, es un momento emocionante para hacer este tipo de trabajo. Sheryl Magzamen, Universidad Estatal de Colorado
En una investigación que aún no ha sido revisada por pares, los científicos expusieron células epiteliales nasales humanas cultivadas a humo de leña de eucalipto o roble rojo y luego infectaron las células con SARS-CoV-2. Las células que no habían estado expuestas al humo aumentaron los genes de respuesta antiviral al encontrarse con el virus, incluidos los involucrados en el reconocimiento de virus, el bloqueo de la entrada viral y la señalización entre las células. Pero las células epiteliales que estaban bañadas en humo, particularmente del roble rojo, regularon a la baja muchos de esos mismos genes en los tres días posteriores a la infección. El efecto dependía del sexo, ya que las células de las mujeres mostraban más supresión de genes que los hombres, lo que respaldaba los datos epidemiológicos que mostraban que durante los incendios forestales en California en 2008, las mujeres tenían más probabilidades que los hombres de visitar el hospital por motivos relacionados con el asma o la hipertensión.
Se cree que las células epiteliales nasales son un sitio primario para la infección por SARS-CoV-2 debido a su alta expresión de la enzima convertidora de angiotensina II, o ACE2, que el virus usa para deslizarse dentro de las células. Pero ACE2 se encuentra en muchos tipos de células diferentes, y la evidencia emergente sugiere que la exposición al humo de los incendios forestales hace que las células epiteliales en los alvéolos y los capilares pulmonares aumenten la producción de ACE2 para reducir la lesión o inflamación pulmonar inducida por citoquinas y evitar el síndrome de dificultad respiratoria aguda (SDRA). . Las ratas expuestas al humo de leña expresaron más ACE2 dentro de sus células alveolares, y los fumadores expresan más ACE2 en sus células epiteliales del tracto respiratorio inferior que los no fumadores. Si hay más de ese receptor ACE2, puede facilitar que el virus ingrese a la célula y se reproduzca, lo que podría provocar más infecciones, dice Kiser a The Scientist, y, al menos en ratones, la unión viral a ACE2 también evita que la enzima cumpla su función de reparar el daño pulmonar inducido por PM2.5.
Preguntas pendientes
Aun cuando el nexo entre los incendios forestales y la salud humana atrae más atención, queda mucho por saber: cómo la exposición crónica al humo puede diferir de los eventos agudos y cómo la edad del humo afecta esa dinámica; los detalles de cómo el humo de los incendios forestales hace que los humanos sean susceptibles a enfermedades como el COVID-19; cuánta transmisión de enfermedades tiene lugar a través del transporte aéreo en el humo de los incendios forestales; y cómo protegerse mejor contra la doble amenaza de una pandemia y un cambio climático desenfrenado.
Es cada vez más urgente averiguarlo. Un informe del censo de 2019 indicó que aproximadamente una cuarta parte de la población de EE. UU. reside en el oeste, donde se prevé que los incendios forestales aumenten en las próximas décadas. De hecho, seis de los 20 incendios más grandes en la historia de California tuvieron lugar solo en 2020, y se espera que el estado emita entre un 19 y un 101 por ciento más de material derivado de incendios forestales, incluidos gases de efecto invernadero y gases traza, así como partículas, hasta 2100.  ;
Además, los científicos predicen que el COVID-19 también seguirá siendo parte de la vida diaria en el futuro, tal vez como un virus estacional menos potente como sus primos endémicos del coronavirus. Dejando a un lado la pandemia actual, a la larga, creo que, desafortunadamente, vamos a estar lidiando con virus que continúan atacándonos a nosotros y a nuestro sistema respiratorio, le dice Dominici, de Harvard, a The Scientist. Dado que los mecanismos Detrás de cómo los incendios forestales dejan a las personas más susceptibles al COVID-19 siguen siendo en gran parte desconocidos, dice, creo que esta será un área de investigación realmente importante para mi equipo durante bastante tiempo en el futuro.