コロナ禍の冬が到来。加湿器は役に立つか？

おそらく今頃は、コロナウイルス感染リスクを最小限に抑えるルーティンを完璧にマスターしているでしょう。マスク着用？OK。ソーシャルディスタンス？確保済み。同じポッドの外の人と屋内で過ごす？絶対にダメ。手洗いは欠かせません。（でも、食料品の買い物はちょっと…）それは素晴らしいことです。これからも頑張ってください。なぜなら、ウイルス感染者がほぼすべての州で記録的なレベルに達し、病院が逼迫し始めている今、これらすべての対策を講じることはこれまで以上に重要だからです。しかし、公衆衛生の専門家が長く厳しい冬が来ると警告する中、一部の科学者は、湿度についてさらに議論すべきだと指摘しています。

階段を掃除する清掃員

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冬になると気温が急激に下がり、空気が冷たくなるほど、保持できる水蒸気量は減少します。多くの建物の暖房方法は、この問題をさらに悪化させるだけです。暖房・換気・空調（HVAC）システムは外気を吸い込み、それを加熱することで、さらに水分を奪います。こうした変化は、呼吸器系ウイルスが宿主から宿主へと移りやすくするだけでなく、乾燥した空気は、そのようなウイルスによる感染を防ぐための体の防御機構を弱めてしまいます。これらすべてが、今後数ヶ月でコロナウイルスがさらに大きな被害をもたらす原因となる可能性があります。

「冬場は多くの屋内環境が非常に乾燥しています」と、コロンビア大学メイルマン公衆衛生大学院の感染症予測者、ジェフリー・シャーマン氏は言う。「そのため、ウイルスの感染力が高まります。さらに、人々は屋内で過ごす時間が増えています。つまり、多くの要因が私たちに不利に働くことになるのです。」

10年前、シャーマン率いる研究チームは、米国におけるインフルエンザ様疾患と気象パターンに関する31年分のデータを分析しました。その結果、最大のアウトブレイクは異常に乾燥した冬季に発生することが繰り返し判明しました。フェレットとモルモットを用いた実験室実験でも同様のパターンが示されました。インフルエンザウイルスは、動物のケージ内の相対湿度が40%を下回ったときに最も急速に拡散しました。（温暖な気候における典型的な室内湿度は40～60%です。）

バージニア工科大学のリンジー・マー氏をはじめとするインフルエンザを研究するエアロゾル科学者たちは、その理由を説明するのに貢献してきました。2012年の研究で、彼女のグループは、相対湿度が低下すると、人が話したり咳をしたりすることで放出される粒子がますます小さくなることを示しました。これらの粒子は粘液、塩分、タンパク質、細胞成分で構成されていますが、ほとんどは水です。周囲の空気が乾燥しているほど、水分の蒸発速度は速くなります。粒子が小さくなるほど、空気中に長く留まり、より遠くまで移動し、肺のより深くまで吸い込まれる可能性があります。粒子内に潜むウイルスも一緒に移動してしまうのです。

これらが感受性の高い人の呼吸器に入り込むと、大変なことになります。もちろん、体には侵入者から身を守るための多層的な防御システムが備わっているのです。最初の防御線は、鼻腔の内面を覆う細胞が維持する物理的なバリアです。これらの細胞の一部は粘液を分泌します。この粘液は2層の滑りやすく糸を引くような物質で、粘度が異なります。鼻や喉の中にある他の細胞には繊毛と呼ばれるアネモネのような小さな突起があり、水分の多い層で同期して動きます。この動きにより、粘液の最上層がベルトコンベアのように肺から遠ざかります。この粘膜の流れに、そこに付着したウイルスや細菌（または花粉や灰などの他の刺激物）が捕らえられ、押し流されて飲み込まれたり咳き込まれたりします。しかし、空気が乾燥しすぎると、これらの粘液層が乾燥し、繊毛が押しつぶされて動けなくなります。

2017年の研究で、イェール大学医学部の研究者たちは、相対湿度10%で飼育されたマウスは、相対湿度50%で飼育されたマウスよりも、呼吸器からインフルエンザウイルスを除去するのがはるかに困難であることを発見しました。研究の筆頭著者である免疫学者の岩崎明子氏が最近Twitterに投稿した一連の素晴らしい動画でわかるように、マウスの粘膜の流れは著しく低下していました。機能的な粘膜繊毛反応がないため、ウイルスはこれらのマウスの肺への拡散速度が速くなり、より湿った空気を吸ったマウスよりも症状が重くなりました。

冷たく乾燥した空気は、体の免疫反応の第2層、第3層にも悪影響を及ぼす可能性があります。ウイルスが粘液の川を通り抜けると、次の標的は気道の内壁を覆う上皮細胞です。ウイルスはそこに侵入し、分子機構を乗っ取って自身の複製を増やします。これが起こった瞬間から、ウイルスの複製速度と体が防御態勢をいかに速く整えるかという競争が始まります。感染細胞は、感染を察知すると、数百もの遺伝子を活性化させます。これらの遺伝子の中には、分子兵器のレシピをコード化したもの、つまりウイルスの遺伝暗号を切り裂くハサミのような酵素や、ウイルスを細胞膜につなぎとめ、ウイルスが自身のクローンを放出して近くの細胞に感染するのを防ぐ網状のタンパク質などがあります。また、インターフェロンと呼ばれる化学的ストレス信号を生成する遺伝子もあります。これらの分子は免疫細胞を呼び寄せ、戦いに加わらせます。そして、その反応が炎症やインフルエンザの症状（咳、発熱、喉の痛み）を引き起こします。

「症状が出るかどうかは、ウイルスがどこまで探索を進めるかに大きく左右されます」と、岩崎研究室でポスドク研究員を務めたエール大学の免疫生物学者、エレン・フォックスマン氏は語る。彼女は、風邪の原因となるウイルスと免疫系との競争に温度がどのように影響するかを研究してきた。「低温は免疫防御が活性化する速度に影響を与えます。免疫防御の活性化が大幅に遅くなり、ウイルスに大きな有利な状況をもたらすのです」と彼女は言う。同様の影響は、低湿度で飼育されたマウスでも観察されている。非常に乾燥した環境では、気道上皮細胞がSOSシグナル遺伝子を活性化する能力を失ったのだ。しかし、乾燥した空気がインターフェロン反応にどのような影響を与えるかは、まだ研究が続いている。

世界の温帯地域では、呼吸器系の細菌は季節とともに増減します。インフルエンザ、ライノウイルス、そして風土病性風邪を引き起こすコロナウイルスは、毎年気温と湿度の上昇とともに減少しますが、夏から秋に変わる頃に再び猛威を振るいます。これらの実験室実験は、湿度の低さがこれらの季節変動を引き起こしている可能性を説明するのに役立ちます。しかし、現実世界で湿度が人への感染予防にどれほど大きな影響を与えるかを直接検証できた科学者はごくわずかです。実際、そのような実験はたった一度しか行われていません。

2016年、分子生物学者クリス・ピエレット率いるメイヨー・クリニックの研究グループは、地元の保育園と協力し、同じレイアウトの4つの教室のうち2つに加湿器を設置しました。1月から3月まで加湿器を稼働させ、各教室で定期的にサンプルを採取し、発見されたウイルスの培養を試みました。この期間中、加湿された教室では感染力の高いウイルスはそれほど多く検出されず、加湿されていない教室の生徒よりもインフルエンザ様症状で病欠する回数が少なかったという結果が出ました。

ピエール氏はこのアイデアを、メイヨー・クリニック所属の非営利団体 InSciEd Out での活動から得た。InSciEd Out は科学教育を改革し、事実や数字を暗記するだけでなく、研究を行うことを奨励することを目指している。この団体が実践している方法の 1 つは、学校と提携して生徒や教師がゼブラフィッシュを使った実験を行えるように支援することだ。ゼブラフィッシュは発生生物学者がよく研究するモデル生物だ。数年前、ミネソタ州のある学校がこのアイデアに全面的に取り組みました。管理者は教室と、学校の人通りの多いコンピューターラボに水槽を設置しました。その冬は特に乾燥しており、新しくできた魚の生息地を維持するのが難しくなりました。乾燥した空気は、新しく手に入れた水槽のコレクションを含め、あらゆるところから水分を吸い上げていたのです。教師の 1 人がピエール氏に電話をかけ、とても疲れていると伝えました。「毎日、水槽に水を入れることばかりしていたんだ！」教師がそう言ったのをピエール氏は覚えている。また、その年は呼吸器感染症にとって悪い年でもありました。地域のほとんどの学校では、インフルエンザの症状による生徒の欠席率が平均を上回っていた。唯一、欠席しなかった学校があった。水槽を設置した学校だ。「本当に目立った」とピエール氏は言う。「あれが私たちの仮説を導くきっかけとなった」。彼と同僚たちは、地元の保育園でこの仮説を検証し、その結果をPLOS One誌に発表した。

メイヨー保育園の研究は説得力があったものの、その限られた例から、加湿がCOVID-19対策の決定打となり得ると結論付けるのは難しいとシャーマン氏は指摘する。科学者たちは、この新型コロナウイルスが、インフルエンザウイルスや風邪ウイルスなどの他の呼吸器系ウイルスと同様の季節性を示すかどうか、まだ確信が持てていない。パンデミック発生1年目、つまり世界中が新たな病原体に対して感染しやすい時期に、それを見極めるのはほぼ不可能だ。ある程度の免疫が確立され、気候などのより微妙な要因が感染拡大に大きな役割を果たしていることが明らかになるまでには、1、2年かかるかもしれない。

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しかし、ステファニー・テイラーのような人々は、それほど長く待ちたくありません。テイラーは、ハーバード大学医学部の医師であり、インサイト・ヘルス・フェローでもあります。また、ASHRAE（アメリカ暖房冷凍空調学会）の著名な講師であり、疫病タスクグループのメンバーでもあります。彼女は長年、室内空気と人間の健康の関係を研究してきました。テイラーは、建物内の湿度を微調整することで毎年何千人もの命を救えると考える科学者グループの一員です。4月、彼女は世界保健機関（WHO）に対し、室内空気基準の推奨事項に相対湿度を追加するよう求めるオンライン署名活動を開始しました。WHOは、汚染やカビなど、室内空気質の一部の問題についてガイドラインを設けていますが、現在、公共の建物内の最低湿度レベルについては制限を設けていません。これまでに4,500人以上がこの署名活動に署名しています。

この夏、彼女はマサチューセッツ工科大学の研究者とチームを組み、新型コロナウイルス感染症と湿度の関連性についての自身の直感を検証した。彼らは共同で125カ国からデータを収集した。1つ目のデータには、各国がパンデミックにどのように備え、対応したかに関する情報（年間医療費、学校閉鎖、マスク着用義務、その他ウイルス蔓延抑制を目的とした政策）をまとめた。もう1つのデータには、確定症例を含む新型コロナウイルス感染症による死者数のデータを集めた。3つ目のデータには、気温、湿度、気圧、降水量、日照時間といった環境データに加え、室内の相対湿度の推定値を裏付けるために室内で行われたスポット計測データも入れた。そして、これらすべてのデータを機械学習モデルに投入し、最も強い関連性を見つけるように指示した。

テイラー氏によると、MITの共同研究者たちはデータ分析によって、室内環境の重要性に関する彼女の仮説を反証する他の交絡変数が見つかるだろうと確信していたという。しかし、3ヶ月にわたるデータ解析の結果、各国の新型コロナウイルス新規感染者数とCOVID-19による死亡者数の間に最も強い相関関係があるのは、室内の相対湿度であることがわかった。他の数十の要因を除外しても、北半球では夏季に室内の相対湿度が上昇するにつれて死亡者数が急減することがデータから示された。南半球ではその逆で、冬季に湿度が低下するにつれて死亡者数が増加し始めた。「これは非常に強力で、信じられないくらいです」とテイラー氏は言う。

その研究はまだ発表されていない。しかしテイラー氏は、これはCOVID-19の封じ込めに関する議論において、換気、マスク、手指衛生に関する議論と同じくらい湿度について考慮する必要があることを示す、これまでで最強の証拠だと考えている。「ある介入を他の介入より優先することは困難です。私たちはそれらすべてを必要としています」とテイラー氏は言う。「加湿器はマスクやソーシャルディスタンスや換気の代わりにはなりません。しかし、加湿量が多ければ、私たちがすでに行っている他のすべてのことの効果が向上します。」湿度が高いと、呼吸器からの粒子はより速く成長し、より早く地面に落ちるため、感染者から6フィート離れることで、吸い込む可能性のあるエアロゾル化されたウイルスの量を実際に希釈できる可能性が高くなる。最近のモデル化研究で、日本の研究者らは、相対湿度30％の空気は、相対湿度60％以上の空気と比較して、感染性エアロゾルの量を2倍以上運ぶ可能性があることを発見した。これはまた、マスクは小さな粒子よりも大きな粒子を捕らえる傾向があるため、鼻や口から出る粒子をより多く遮断できる可能性が高くなることを意味します。また、空気清浄機（たとえ安価なDIYのものであっても）は、感染の可能性がある粒子をより多く除去できることを意味します。

皆さんが何を考えているか、私たちには分かっています。「何よりもまず、家の中の湿度を測り、監視しなければならない！」と。まるで、新型コロナウイルス感染症のリスク軽減の計算がすでに十分に複雑であるかのように。しかし、ピエール氏は、物事を簡素化する方法があると言います。「もし1つの空間だけを加湿できるとしたら、寝ている場所を加湿します」と彼は言います。ただし、このようなアドバイスはメイヨー・クリニックではなく、自分自身の意見であることを付け加えておきます。

研究によると、湿度が40～60%の部屋では、粘液の流れと繊毛の運動が維持され、睡眠の質が向上することが分かっています。また、睡眠中は免疫システムが抗体やその他の重要なシグナル分子を生成します。つまり、睡眠の質が良ければ良いほど、将来の感染症を予防する体の準備が整うということです。とはいえ、ピエール氏は加湿を魔法のような解決策と考えるべきではないと指摘します。マスクを着用し、手を洗い、社会的距離を保ち、屋内の混雑を避けることは依然として重要です。「これらのどれか一つだけでは十分ではありません」と彼は言います。「しかし、一つ一つが、勝算を高めるためにデッキに投入するカードのようなものです。」

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