“Want de komst van de winter lost de ziekten van de zomer op en de komst van de zomer verwijdert die van de winter,” schreef de vader van de geneeskunde, de Griekse arts en filosoof Hippocrates, in 400 v.Chr.

Zijn tekst wordt beschouwd als de allereerste verhandeling over seizoensgebonden variatie bij een ziekte, namelijk de griep. Maar de vraag waarom sommige aandoeningen in bepaalde jaargetijden toeslaan, was een mysterie dat wetenschappers pas in de moderne tijd wisten op te lossen.

Hoewel nog steeds niet alle puzzelstukjes van het verschijnsel zijn gevonden, denken onderzoekers nu inzicht te hebben in de seizoensgebonden cyclus van bacillen, hun gastheren en de omstandigheden waarin ze leven. Deze cyclus is onderhevig aan gecompliceerde veranderingen die ertoe leiden dat mensen meer of juist minder vatbaar zijn voor een ziekte.

“Als je vijf griepexperts zou vragen wat volgens hen de voornaamste bijkomende factor is, dan heb je een redelijke kans dat je vijf verschillende antwoorden krijgt,” zegt Dylan Morris, een postdoctoraal-onderzoeker van de UCLA University of California Los Angeles die de ecologie en evolutie van virussen bestudeert, met een glimlach.

Toch hebben wetenschappers wel iets ontdekt, namelijk dat het wisselen van de seizoenen niet alleen de fysieke structuur van virussen beïnvloedt, maar ook de afweermechanismen die ons lichaam ertegen in het geweer brengt. Vooral in de winter hebben de droge, koude lucht en het gebrek aan zonlicht een negatieve uitwerking op het vermogen van het lichaam om luchtweginfecties als de griep of het coronavirus SARS-CoV-2 af te weren.

Coronavirussen in de winter

Gezien hun ervaringen met seizoensgebonden verkoudheid en griep hebben zorgexperts gewaarschuwd voor de mogelijkheid van een sterke stijging in het aantal COVID-19-gevallen in de winter, wanneer mensen door het koude weer meer binnenshuis blijven, waar de overdracht van het coronavirus via de lucht veel waarschijnlijker is. Hun vrees is helaas bevestigd, want in de VS en andere westerse landen is het aantal besmettingen, ziekenhuisopnamen en doden als gevolg van COVID-19 in de afgelopen weken tot recordhoogte gestegen en lijkt voorlopig niet af te nemen.

Onlangs hebben Morris en zijn collega’s een preprint van een onderzoek online gezet waarin ze hebben gekeken naar een van de factoren die aan deze piek in het aantal besmettingen heeft bijdragen, namelijk de wijze waarop de stabiliteit van het coronavirus door de kou en de luchtvochtigheid verandert.

Ze ontdekten dat het virus bij zowel zeer hoge als zeer lage temperaturen en niveaus van luchtvochtigheid stabieler en langer besmettelijk blijft. Bij lagere temperaturen verlopen chemische reacties trager, zodat ook de afbraak van virussen wordt vertraagd. Dat betekent dat het virus langer blijft rondhangen in druppeltjes die door de luchtwegen worden uitgestoten.

Bij een lage luchtvochtigheid worden daarbij kleinere druppeltjes gevormd, waardoor het virus gemakkelijker met andere chemische substanties in de druppeltjes in aanraking kan komen en daardoor wordt uitgeschakeld. Maar dat geldt slechts tot op zekere hoogte: als de druppeltjes te klein worden, beginnen de natuurlijke zouten in de vloeistoffen die we uitademen te kristalliseren en sluiten de virusdeeltjes in, waardoor deze geconserveerd blijven tot het moment waarop ze in de luchtwegen van een nieuwe gastheer weer oplossen en ‘ontwaken’.

Helaas is de winter een tijd van lage temperaturen en een geringe luchtvochtigheid. Ook andere variabelen, zoals het feit dat mensen meer binnenblijven en te weinig zonlicht krijgen, dragen aan het probleem bij.

“Al dit soort factoren wijzen in dezelfde richting en zijn redenen om te verwachten dat luchtweginfecties in de winter een grotere uitdaging vormen,” zegt Morris.

De winterse omstandigheden zijn ook van invloed op die andere hoofdrolspeler bij besmettingen: het lichaam dat wordt aangestoken.

Frisse, koude winterlucht

Het inademen van koudere en drogere lucht brengt veranderingen in ons afweersysteem op gang, zegt Akiko Iwasaki, immunologe aan de Yale University en onderzoekster van het Howard Hughes Medical Institute.

In een studie die in 2015 is verschenen, toonden Iwasaki en haar collega’s aan dat de epitheelcellen in de luchtwegen van muizen minder interferonen aanmaakten als het kouder was. Interferonen zijn een klasse eiwitten die bij virale infecties alarm slaan en immuuncellen tot actie aanzetten om het virus de pas af te snijden.

“Sinds die studie is verschenen, zeg ik mijn kinderen dat ze een sjaal over hun neus – en nu natuurlijk ook een mondkapje – moeten dragen, want daarmee blijft de temperatuur in de neus hoger,” zegt Iwasaki.

Onlangs ontdekten Iwasaki en haar team dat de kleverige slijmvliezen – de eerste verdedigingslinie van het lichaam – door een lage luchtvochtigheid worden verzwakt. De luchtwegen zijn bedekt met een slijmerige laag cellen met daaronder een laagje trilharen of cilia, minuscule vingervormige uitsteeksels die in het hele dierenrijk als bewegingsapparaatjes worden gebruikt. Beide componenten tezamen – slijmcellen en trilharen – werken als een lopende band: het slijm vangt verontreinigingen op en de trilharen zorgen er gezamenlijk voor dat het slijm via de mond en neus wordt afgevoerd. Heeft iemand een zakdoek nodig?

Dit proces wordt ‘mucociliaire klaring’ genoemd en wordt niet bepaald bevorderd door koude, droge lucht. Bij een lage luchtvochtigheid drogen de slijmlagen in de ogen, neus, mond en keel uit, waardoor de capaciteit van de trilharen wordt verzwakt en het voor het lichaam lastiger wordt om indringers te verwijderen.

“Dat gebeurt er dus als we droge lucht inademen. In combinatie met de kou van die lucht belasten we de immuunrespons en zijn we niet meer zo goed in staat om virusinfecties te bestrijden,” zegt Iwasaki.

Iwasaki raadt mensen aan om een luchtbevochtiger aan te schaffen en de luchtvochtigheid in huis op veertig tot zestig procent te houden. “Op die manier bevorderen we niet alleen de immuunrespons op ziekteverwekkers, maar nemen virusdeeltjes in de vochtiger lucht meer water op. Daardoor worden ze zwaarder, zodat ze minder lang rondzweven en op de grond neerdalen,” zegt zij.

Het zonnetje in huis

Het feit dat meer mensen als gevolg van de pandemie de hele dag binnenblijven, versterkt de nadelige uitwerking van de winter nog, omdat mensen daardoor minder vitamine-D aanmaken. We kennen vitamine-D van de vermelding op de etiketten van allerlei producten, maar het is niet alleen maar een voedingssupplement voor sterkere botten. Vitamine-D speelt een belangrijke rol in de afstelling van onze immuunrespons, door invloed uit te oefenen op minstens tweehonderd chemische reactiepaden die zijn betrokken bij de verdediging tegen indringers, zegt Annelise Barron, een biotechnologie-expert van de Stanford University die synthetische versies van natuurlijke moleculen ontwerpt.

Barron is vooral geïnteresseerd in het namaken van een peptide (een klein eiwit) met de aanduiding LL-37, een krachtige en natuurlijke bestrijder van virussen, bacteriën en schimmels. Primaten vormen de enige groep in het dierenrijk waarbij de productie van dit antimicrobiële peptide berust op ons vermogen om door middel van de absorptie van zonlicht vitamine-D aan te maken.

Onze huid maakt vitamine-D aan door de UVB-straling van de zon te gebruiken om de koolstofringen van een van de voorlopers van cholesterol open te breken. Hoewel we een deel van de vitamine-D die we nodig hebben uit voedsel als vette vis of verrijkte melk kunnen opnemen, wordt onze vitamine-D-aanmaak pas echt verhoogd door zonlicht – en dat is een probleem voor mensen die verder van de evenaar wonen.

“Overal ter wereld hebben mensen ook gedurende de zonnige maanden last van een te laag vitamine-D-niveau,” zegt Barron. “Maar in het hartje van de winter stijgt het percentage mensen met een tekort aan vitamine-D naar tachtig procent.”

Een adequaat vitamine-D-niveau wordt in verband gebracht met een lagere kans op ontstekingsziekten als diabetes mellitus, multiple sclerose en acute luchtweginfecties. Terwijl er over de invloed van vitamine-D-tekort op onze gezondheid volgens Barron nog veel onduidelijkheid bestaat, komt uit bevolkingsonderzoeken telkens weer naar voren dat Amerikanen die boven de 35o noorderbreedte wonen (een gebied dat zelfs zuidelijke steden als Las Vegas omvat) een te laag niveau aan vitamine-D hebben.

Deze winter blijven mensen als gevolg van de coronavirus-pandemie nóg meer binnen, wat goed is voor het indammen van de pandemie, maar niet voor de hoeveelheid zonlicht die nodig is om vitamine-D aan te maken. Uit enkele onderzoeken komt naar voren dat bij veel ernstige gevallen van COVID-19 een vitamine-D-tekort wordt geconstateerd. Zo bleek uit een studie die afgelopen november is verschenen dat COVID-19-patiënten met een vitamine-D-tekort bijna viermaal zo vaak overleden als onderzochte patiënten met een normaal vitamine-D-niveau. Of daarmee een causaal verband is aangetoond, moet nader worden onderzocht. Voorlopige studies naar het toedienen van extra vitamine-D bij de behandeling van COVID-19-patiënten wijzen zowel op positieve resultaten als neutrale uitkomsten.

De aanmaak van vitamine-D wordt soms belemmerd door een donkerder huid, wat kan verklaren waarom bevolkingsgroepen als Afrikaans-Amerikanen en andere gekleurde mensen zwaarder door COVID-19 worden getroffen. Maar een minder efficiënte aanmaak van vitamine-D bij gekleurde mensen leidt niet altijd tot een lager vitamine-D-niveau ten opzichte van blanke mensen, omdat de stoffen die verantwoordelijk zijn voor de afbraak van dit vitamine eveneens in verschillende concentraties bij zwarte en blanke mensen voorkomen. Daarnaast zijn er nog talloze sociale gezondheidsfactoren die een aanzienlijke rol spelen bij de uitwerking van COVID-19 op etnische minderheden.

Toch kan het innemen van vitamine-D het lichaam helpen bij het versterken van de natuurlijke afweer, zegt Barron, die op een recent onderzoek wijst waarin werd aangetoond dat de activiteit van het peptide LL-37 gedurende de winter werd bevorderd door het innemen van extra vitamine-D. Anthony Fauci, directeur van het Amerikaanse National Institute of Allergy and Infectious Diseases (NIAID), heeft laten weten dat hij elke dag vitamine-D slikt om zijn immuunsysteem te versterken.

Barron raadt een dagelijkse inname van 2000 internationale eenheden – de standaardmaat voor substanties –vitamine-D via een voedingssupplement aan. Dat is hoger dan de 400 tot 800 i.e. die wordt aanbevolen door de Amerikaanse National Institutes of Health, maar het sluit wel aan op de hoogste doseringen die worden aanbevolen door de Endocrine Society en het ligt ver onder het niveau van 4000 i.e. waarop vitamine-D giftig voor volwassenen wordt.

De lange arm van het seizoen

De aanmaak van vitamine-D is niet de enige lichaamsfunctie die door de seizoensgebonden variatie in de hoeveelheid daglicht wordt beïnvloed, zegt Micaela Martinez, expert in de ecologie van infectieziekten aan de Columbia University. Martinez doet onderzoek naar biologische ritmes en seizoensgebonden ziekten.

Sommige wetenschappers zouden ook willen onderzoeken of zorgmedewerkers vatbaarder voor het coronavirus worden omdat ze minder goed slapen en welke tijd van de dag het meest geschikt is voor het toedienen van dexamethason, een middel dat bij ernstige COVID-19-gevallen wordt ingezet.

“Zowat alle aspecten van ons lichaam – het metabolisme, de hormonen, de afweer – veranderen door de cyclus van dag en nacht,” zegt zij.

In enkele van de eerste studies die op het relatief nieuwe gebied van de chronobiologie zijn verricht, werd gekeken naar de dag-nachtcyclus en melatonine. En uit een onderzoek dat in 2015 in het tijdschrift Nature is verschenen, bleek dat de expressie van ongeveer een kwart van de menselijke genen variaties vertoont met het wisselen van de seizoenen, hoewel de onderzoekers niet konden vaststellen of deze variatie in genexpressie van invloed was op het afweersysteem – en zo ja, hoe dat in zijn werk zou kunnen gaan.

“Het is niet zozeer dat je in de winter meer infecties hebt, maar eerder dat elke infectieziekte zijn seizoen heeft,” zegt Martinez, wier team momenteel in het laboratorium probeert aan te tonen hoe seizoensgebonden veranderingen van invloed zijn op het vermogen van ons immuunsysteem om verschillende ziekteverwekkers af te weren. Ze wijst erop dat mazelenepidemieën van oudsher in de lente optraden en polio vroeger vooral in de zomer toesloeg.

Maar los van de seizoenen vreest Martinez dat mensen door het vele binnen zitten te weinig zonlicht krijgen, zodat hun lichaamsfuncties niet optimaal functioneren. In een onderzoek dat afgelopen oktober in preprint werd gepubliceerd, kon haar team aantonen dat proefpersonen die in New York waren uitgerust met lichtsensoren, het hele jaar door te weinig natuurlijk daglicht ontvingen en ook weinig seizoensgebonden variaties vertoonden.

“De meerderheid van de seizoensgebonden verschillen in de hoeveelheid daglicht zijn verwaterd, doordat we zoveel tijd binnenshuis doorbrengen,” zegt Martinez.

Ze raadt mensen aan om ’s ochtends eens flink in de ochtendzon te baden, om het lichaam naar de ‘dagstand’ te laten overschakelen en allerlei vitale functies af te stellen, waaronder hopelijk ook een optimale afweer tegen luchtweginfecties als COVID-19.

Dit artikel werd oorspronkelijk in het Engels gepubliceerd op NationalGeographic.com