Zarazki i tabelki

Rok akademicki 2020/2021 na Uniwersytecie Arizony, podobnie jak na uczelniach wyższych całego świata, rozpoczął się w koronawirusowym reżimie i położono nacisk na DDM – dezynfekcję, dystans i maseczki. Ale to nie wszystko. Zanim ruszyły pierwsze wydziały, władze uczelni postanowiły w niestandardowy sposób przyjrzeć się powracającym studentom. Wzięto pod lupę znajdującą się w kampusie kanalizację, w której mikrobiolodzy odnaleźli ślady SARS-CoV-2. Przebadano więc wszystkich aktualnie znajdujących się na kampusie pracowników i studentów, w sumie 311 osób, z których dwie okazały się zakażone bezobjawowo. „Gdybyśmy poczekali, aż pojawią się objawy (...) w tym akademiku przez kilka dni, tydzień lub cały okres inkubacji, ile innych osób zostałoby zarażonych?” – zastanawiał się Richard Carmona, były amerykański lekarz naczelny, a dziś wykładowca w Arizonie.

Czy ścieki mogłyby być kolejnym frontem walki z koronawirusem? Specjaliści zalecają ostrożność, ale wydarzenia z Arizony obrazują to, jak niejednolitą, a przy tym uzależnioną od rozwoju współczesnej cywilizacji nauką jest sama epidemiologia. Oto wydarzenia, które ukształtowały tę dyscyplinę medyczną, przy okazji stając się źródłem inspiracji na czas pandemii COVID-19.

Idzie epidemia, Johnie Snow

W styczniu 1857 r. w Hongkongu wybuchła afera chlebowa. Chińska piekarnia, która zaopatrywała Europejczyków, dodawała do wypieków arszeniku, w wyniku czego kilkaset osób uległo poważnym zatruciom. Był to akt terroru, spisek, sabotaż? Ława przysięgłych uniewinniła piekarza Cheonga Ah-luma, ale pozwano go o odszkodowanie, a następnie wygnano. Afera być może zostałaby zapomniana, gdyby nie jej europejska odsłona. Oto doktor John Snow w tym samym roku w liście do czasopisma medycznego „The Lancet” zarzucał londyńskim piekarzom, że zarabiają na ludzkiej niedoli, sprzedając ubogim oszukany chleb. Do wody, mąki i zakwasu, ewentualnie drożdży, dodawali oni ałun, który z jednej strony nadawał ciastu jasną barwę, wszak ałun i arszenik to popularne substancje w kosmetyce, a z drugiej – przyczyniał się do krzywicy. Na Snowa, który zasłynął jako ten, który połączył wybuch epidemii cholery w 1854 r. w londyńskiej dzielnicy Soho z zanieczyszczoną ściekami wodą z Tamizy, posypały się gromy. Niezrażony medyk, uznawany dziś za jednego z twórców nowożytnej epidemiologii, wykazał liczne zależności między ałunem a rozkładem fosforanu wapnia w kościach niemowląt i małych dzieci.

Tezy z listu „O fałszowaniu chleba jako przyczynie krzywicy” wytyczyły ścieżkę, jaką podążyła epidemiologia. Snow dokonał bowiem obserwacji klinicznej, przy czym porównywał parametry dzieci wywodzących się z różnych środowisk i miejsc zamieszkania, a ponadto wykazał różnice między „ałunową krzywicą” a tą, którą, jako zapalenie kręgosłupa, opisał jeszcze w XVII w. filozof i anatom Francis Glisson. Zaproponował także badania kliniczno-kontrolne dotyczące częstości występowania krzywicy w miastach, gdzie zaopatrywano się w gotowe pieczywo. Zmian krzywiczych nie zaobserwowano bowiem u dzieci spożywających domowe wypieki.

Wpływowe bractwo

Prace Snowa miały charakter na poły intuicyjny, były wynikiem naukowych spekulacji i po części zbiegów okoliczności. Dzisiejsza epidemiologia zbudowana jest zaś na wnioskowaniu przyczynowym, testowaniu hipotez czerpiących z biologii, nauk behawioralnych i fizyki, a ponieważ dotyczy częstotliwości i schematów zdarzeń w określonych grupach, nie byłaby możliwa bez udziału demografów. Tym, który zainicjował badania populacyjne jeszcze dwa wieki przed Snowem, był John Graunt. Odziedziczył on po ojcu sklep pełen pasamonów, jak ówcześnie mówiło się na wszelkie taśmy i wstążki, i nie byłoby w tej działalności nic nadzwyczajnego, gdyby nie fakt, że angielscy kupcy pasmanteryjni założyli w 1180 r. bractwo. Początkowo działało ono na kształt cechu rzemieślniczego, z czasem jednak zyskało uprawnienia, stając się jedną z najpotężniejszych sił politycznych w Londynie.

Nie jest do końca jasne, jak Graunt z kupca przeistoczył się w statystyka – możliwe, że zaważyła przyjaźń z Williamem Pettym, ekonomistą i lekarzem wojskowym. Ten cokolwiek egzotyczny duet sporządził zestawienia liczby zgonów londyńczyków z podziałem na wiek, płeć i przyczynę śmierci, starając się przy tym weryfikować powód zejścia (za podstawę posłużyły księgi parafialne przechowywane od 1532 r.). Wrodzona dociekliwość przydała się Grauntowi w wychwyceniu licznych prawidłowości, w tym tendencji zachorowań. Zaobserwował też większą liczbę urodzeń chłopców niż dziewczynek, dostrzegając przy tym wyższą śmiertelność mężczyzn, i tym wytłumaczył fakt niemal równego podziału populacji między płciami. Takich konstatacji było więcej i publikował je w kolejnych wydaniach „Naturalnych i politycznych spostrzeżeń poczynionych na temat księgi zgonów”. Jednak po wielkim pożarze Londynu w 1666 r. Graunt nie dość, że zbankrutował, to ściągnął na siebie społeczne odium, przechodząc na katolicyzm. Zmarł w biedzie, ale za sprawą Petty’ego jego opus magnum zostało wznowione przez Towarzystwo Królewskie (założone w 1660 r., pełniło funkcję brytyjskiej akademii nauk). Musiał jednak minąć jeszcze wiek, aby szwajcarski matematyk, Daniel Bernoulli, wspierając się rozwiązaniami Graunta, sporządził pierwszy matematyczny model rozprzestrzeniania się ospy prawdziwej. Działał on wstecz, a więc wskazywał prawidłowości w minionych epidemiach. Wyniki były jednoznaczne: pewne przyjmowane przez władze rozwiązania okazały się nieskuteczne, inne przedłużały życie całej populacji.

Tyfusowa Mary

Ważnym dla rozwoju epidemiologii krokiem, wykonanym jeszcze przed Grauntem, Bernoullim i Snowem, było zerwanie w medycynie z zasadą jedności choroby i człowieka. Popularna od starożytności teoria humoralna zakładała, że przyczyną wszystkich dolegliwości są dysharmonie płynów, a więc krwi, żółci, flegmy i czarnej żółci. Na przełomie XV i XVI w. szwajcarski lekarz Paracelsus przeforsował jednak inną wizję, zgodnie z którą choroba miała być niezależna od pacjenta. Zaowocowało to narodzinami komplementarnych koncepcji – medycy podzielili się na zwolenników miazmatów albo zakażeń.

Pierwsi twierdzili, że przyczyną epidemii jest zatrute powietrze, a remedium będzie ogień i czystość. Drudzy przekonywali, że kluczowe są zarazki, a rozwiązaniem jest izolacja, choć samą transmisję postrzegano różnie i w przypadku kiły długo nie kojarzono jej z aktem płciowym. Nawiasem mówiąc, pojęcie „zarazków” istniało od starożytności, a pierwsze bakterie zaobserwował za pomocą mikroskopu Antoni van Leeuwenhoek w 1686 r. Wraz z rozwojem wiedzy o człowieku i chorobach przybywało także narzędzi, którymi mogli posługiwać się specjaliści od epidemii. Pod koniec XVIII w. Anglik Edward Jenner stworzył pierwszą szczepionkę (przeciw ospie prawdziwej, do czego wykorzystał szczep wirusa wywołującego odmianę tej choroby u krów). W drugiej połowie XIX w. Francuz Ludwik Pasteur oraz Niemiec Rober Koch dokonali ważnych odkryć bakteriologicznych. Koch zidentyfikował mikroorganizmy wywołujące konkretne choroby (m.in. gruźlicę i cholerę), Pasteur obalił zaś teorię samorództwa zarazków i rozwinął wakcynologię.

Wiek XX to dwa ważne i wykraczające poza medycynę wydarzenia. Pierwsze wiąże się z kucharką Mary Mallon, która okazała się być nosicielką bakterii duru brzusznego. I choć sama nie chorowała, z lodów brzoskwiniowych uczyniła narzędzie transmisji. Odkryto powiązanie między nią a zakażonymi nowojorskimi rodzinami, opisano fakt nosicielstwa, ale co najważniejsze, poddano „Tyfusową Mary” wieloletniej kwarantannie. Jej przypadek przyczynił się do rozwoju tego opartego na przemocy państwowej narzędzia do walki z epidemiami. Drugie wydarzenie to trwające cztery dekady, do 1972 r., badanie Tuskegee, polegające na obserwacji czarnoskórych mężczyzn zakażonych kiłą. Nie poinformowano ich jednak o celach pracy, a ponadto, gdy był już dostępny antybiotyk, nie przepisano im go. Demaskacja tych praktyk inicjuje epokę etycznych regulacji w epidemiologii. Między „Tyfusową Mary” a Tuskegee należałoby jeszcze wskazać i rozwój immunologii, i wynalezienie mikroskopu elektronowego z pierwszą wizualizacją wirusa, a także pojawienie się antybiotyków czy powołanie pierwszej katedry epidemiologii.

Zabójcy kowbojów

O ile na początku ubiegłego stulecia na jednego Amerykanina przypadały zaledwie 54 papierosy rocznie, to w roku 1956 aż 4259 sztuk. Wtedy właśnie amerykańska firma Philip Morris uczyniła „Marlboro Mana” ikoną materiałów reklamowych. Nieco wcześniej rozgorzała dyskusja o szkodliwości palenia i w efekcie zaczęto dodawać do papierosów filtry. To zaś okazało się rozwiązaniem nie do przyjęcia dla mężczyzn, którzy obawiali się posądzenia o zniewieściałość. Marketingowym strzałem w dziesiątkę było więc zastąpienie gładkolicych modeli ogorzałymi od słońca i wiatru kowbojami. Oto przy melodii z „Siedmiu wspaniałych” ukazywał się silny mężczyzna na ranczo z obowiązkowym papierosem, ale tym razem już z filtrem. Sprzedaż szła ostro w górę, a wraz z nią rosła liczba chorób krtani, płuc i serca. Dopiero w 1998 r. zakazano w Stanach Zjednoczonych reklam papierosów z udziałem ludzi.

W czasie gdy technolodzy z Philipa Morrisa dodawali filtry, na Starym Kontynencie znano już konsekwencje palenia, choć depozytariuszami tej wiedzy byli nieliczni. W 1950 r. londyńskich lekarzy zaniepokoił nagły wzrost umieralności na raka płuc. Początkowo przeważała hipoteza, zgodnie z którą do rozwoju choroby miał się przyczynić nowy rodzaj asfaltu i zwiększająca się ilość spalin. Do wyjaśnienia tej na poły detektywistycznej zagadki powołano więc specgrupę pod kierownictwem sir Richarda Dolla, lekarza i członka Royal Society, przy czym przez lata powiększała się ona o kolejne osoby. Wsparł ją m.in. epidemiolog Austin Bradford Hill, statystyk Richard Peto, a także rzesza lekarzy dostarczających dane. Dowiedziono, że zarówno rak płuc, jak i zawał serca u palaczy występują znacznie częściej. W kolejnych latach ustalono zaś, że papierosy skracają życie nawet o 10 lat i że ponad 50 proc. wszystkich palaczy umrze na chorobę, o której wiadomo, że jest związana z paleniem, ale i długością trwania w nałogu.

Prace zaowocowały także konsekwencjami metodologicznymi, wpływając na samą epidemiologię, która stała się nauką realizującą zasadę „5W”, czyli poszukującą odpowiedzi na pytania: kto? (who?), co? (what?), kiedy? (when?), gdzie? (where?) i dlaczego? (why?). Można też wzorem niektórych dodać: jak? (how?). I właśnie szukaniem tej wiedzy zajmują się dzisiaj interdyscyplinarne zespoły medyków, statystyków, demografów, informatyków, matematyków czy fizyków.

Znacznie poszerzył się przy tym sam obszar zainteresowania epidemiologów. Ich modele wykorzystywane są współcześnie nie tylko w analizowaniu przyczyn rozprzestrzeniania się rozmaitych chorób, ale też np. odnoszenia kontuzji przez sportowców, przemocy domowej i tej związanej z użyciem broni palnej.

Czarne łabędzie

„Historia kanalizuje życie przeszłości i wiele sławionych czynów spuszcza do ścieków” – pisał XIX-wieczny publicysta Aleksander Świętochowski. Podobnie funkcjonują nasze społeczeństwa, które wraz ze ściekami pozbywają się wszelkich, także potencjalnie ważnych dla nauki resztek. Nie dziwi więc, że do epidemiologicznej drużyny dołączyli badacze systemów kanalizacyjnych. Wspomniany już Uniwersytet Arizony nie był tu prekursorem. W 2013 r. ważne prace przeprowadzono w Izraelu, gdzie, tak jak w Polsce, wprowadzono obowiązkowe szczepienia przeciw polio. Nieoczekiwanie liczba zakażonych tym wirusem, przeważnie bezobjawowo, zaczęła gwałtownie wzrastać. Działał jednak monitoring kanalizacji i w porę udało się zabezpieczyć całą populację.

Wracając zaś do pandemii COVID-19 – miasteczka akademickie zdają się być obszarami predestynowanymi do takiej formy nadzoru i, jak donosi „New York Times”, ponad 140 uniwersytetów na całym świecie bada już swoje ścieki. W naukowych periodykach – „mSystems” Amerykańskiego Towarzystwa Mikrobiologicznego oraz „Nature” – dokonano podsumowania prac z Massachusetts i Connecticut. Mimo różnych danych wejściowych, wyniki są zbliżone. W próbkach z kanalizacji pierwsze ślady SARS-CoV-2 odnotowano już na początku wiosny i za każdym razem znajdowano znacznie więcej cząstek wirusa, niż wynikałoby to z liczby potwierdzonych klinicznie przypadków. W oparciu o tak pozyskane dane wydzielono też obszary o różnym stopniu zagrożenia infekcją, a takie mapy są kluczowe dla epidemiologii.

CZYTAJ WIĘCEJ: AKTUALIZOWANY SERWIS SPECJALNY O KORONAWIRUSIE I COVID-19 >>>

Powróćmy więc do pytania o rolę badań na obecność koronawirusa w ściekach. Jak się wydaje, wciąż jest zbyt wiele zmiennych i znaków zapytania, aby metodę tę uznać za doskonałą. Niemniej taka analiza mikrobiologiczna, zauważają autorzy w „mSystem”, „znacząco wpłynie na wysiłki zmierzające do zrozumienia wskaźnika śmiertelności i progresji choroby”. Byłby i jeszcze jeden profit. Doll i Hill udowodnili, że można zaprojektować badania tak, aby mówiły o przyszłości. To jednak modelowanie, ze względu na niskie moce maszyn, aż do pierwszej dekady XXI w. obarczone było błędami i nie umiano dostrzec „czarnego łabędzia” – zjawiska zupełnie nieoczekiwanego, o olbrzymich konsekwencjach, choć po czasie dającego się logicznie wytłumaczyć.

Rzecz jasna monitoring ścieków nie wystarczy, by przewidywać mało prawdopodobne zdarzenia, ale dziś, gdy posiadamy komputery o wielkich mocach, mógłby stać się zalążkiem ponadnarodowej sieci analizującej dane epidemiologiczne w czasie rzeczywistym. A to mogłoby pomóc w realizacji podstawowego postulatu epidemiologów – powołania spójnego, obiektywnego i globalnego narzędzia do wykrywania zagrożeń.

„Każdy rząd musi dążyć...”

Takiej czerwonej lampki, której nie dałoby się zignorować, zabrakło w 2018 r., gdy specjaliści z WHO ostrzegali o mającej nadejść chorobie X. Konsultant amerykańskiego Centrum ds. Kontroli i Prewencji Chorób Martin Meltzer przekonuje, że nie udało się wówczas dotrzeć do decydentów, do których trzeba mówić prosto i najlepiej „w arkuszu kalkulacyjnym”. Czy byłby to też przytyk do epidemiologów walczących z COVID-19, czas pokaże. W opublikowanym pod koniec ubiegłego roku artykule w „Lancecie” wskazuje się na bardziej konkretne zarzuty, a więc zbyt późne dostrzeżenie kluczowej roli trzech państw – Chin, Włoch i Iranu – w transmisji ­SARS-CoV-2, a także niedoszacowanie znaczenia społecznego dystansu i izolacji dzieci. Ale i w tym przypadku odpowiedzialność jest co najmniej współdzielona. „Kompromitujący poziom finansowania zdrowia powoduje, że system funkcjonujący na granicy upadku ulega destrukcji w obliczu pandemii” – zauważa epidemiolog Mirosław Wysocki, wieloletni dyrektor Narodowego Instytutu Zdrowia Publicznego – Państwowego Zakładu Higieny oraz doradca WHO. On sam w latach 1988–2000 obserwował z bliska wydarzenia w Azji Środkowej oraz Południowo-Wschodniej i konsekwencje, jakie dla zdrowia publicznego w tym regionie (zapaść służby zdrowia, wzrost śmiertelności niemowląt) miał rozpad bloku wschodniego – na który nikt się nie przygotował.

Z nie aż tak odległej historii wtóruje mu Adrien Proust, ojciec Marcela ­Prousta. Ten francuski medyk w artykule z 1873 r. poświęconym chorobom zakaźnym zanotował słowa, które dziś można by wybić nad niejednym frontonem: „Każdy rząd musi dążyć do ochrony zdrowia osób, których interesy są mu powierzone”. ©